黑龍江省不同來源稻瘟病菌致病性分析

馬軍韜, 張國民, 張麗艷, 鄧凌韋, 王永力,王 英, 任 洋, 宮秀杰

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所,哈爾濱 150086)

黑龍江省不同來源稻瘟病菌致病性分析

馬軍韜, 張國民*, 張麗艷, 鄧凌韋, 王永力,王 英, 任 洋, 宮秀杰

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所,哈爾濱 150086)

將從黑龍江‘龍粳17’、‘吉特639’和‘墾稻10’病田中分離的9、8、8個(gè)稻瘟病菌菌株噴霧接種到4套鑒別寄主上,結(jié)果表明，中國稻瘟病菌生理小種鑒別寄主將這3個(gè)來源的菌株分別劃分成8、7和4個(gè)生理小種,日本清澤鑒別品種則將其分別劃分成9、8和8個(gè)生理小種,以黑龍江本地水稻品種作為鑒別品種,則可將其分別劃分成8、7和5個(gè)致病型,以24個(gè)水稻抗稻瘟病單基因系為鑒別品種,則將上述菌株分別劃分為9、7和8個(gè)致病型。

稻瘟病菌; 品種來源; 致病類型

黑龍江省是北方粳稻主產(chǎn)省,常年播種面積在400萬hm2左右。由稻瘟病菌(有性態(tài)為稻梨孢菌Magnaportheoryzae)引起的稻瘟病一直是黑龍江省水稻生產(chǎn)的威脅,常年導(dǎo)致減產(chǎn)5.00%左右,病重年份減產(chǎn)10.00%以上[1-2]。2005年、2006年,黑龍江省水稻稻瘟病大發(fā)生,發(fā)病面積均在66.7萬hm2以上[3],2007年稻瘟病中度發(fā)生,發(fā)病面積在17.4萬hm2以上[2]。選育和推廣水稻抗稻瘟病品種是防治稻瘟病最經(jīng)濟(jì)、有效、安全和對環(huán)境友好的策略。而研究分析稻瘟病菌的致病性對抗病性品種選育和合理布局具有指導(dǎo)意義。

關(guān)于稻瘟病菌致病性分析,國內(nèi)報(bào)道很多,應(yīng)用的鑒別體系以中國鑒別品種為主,日本鑒別品種和當(dāng)?shù)罔b別品種為輔。肖丹鳳等[4]應(yīng)用中國鑒別品種對2011-2012年黑龍江、浙江和廣西壯族自治區(qū)稻瘟病菌致病性進(jìn)行了測定,發(fā)現(xiàn)了ZB1、ZB15和ZA11的優(yōu)勢小種地位;王延鋒等[5]應(yīng)用日本清澤鑒別品種對2008-2010年黑龍江省稻瘟病菌致病性進(jìn)行了測定,發(fā)現(xiàn)了027和127.2號的優(yōu)勢小種地位,明確了‘砦1號’、‘BL1’和‘K59’等3個(gè)鑒別品種的高抗源地位。此外,劉志恒等[6]、馬軍韜等[7]也進(jìn)行過類似研究。自2000年日本學(xué)者與IRRI合作育成水稻抗稻瘟病單基因系后[8],部分研究者以此為鑒別品種相繼開展研究。楊秀娟等[9]應(yīng)用水稻抗稻瘟病單基因系鑒別品種對2003-2006年福建省稻瘟病菌致病性進(jìn)行了測定,根據(jù)Flor[10]“基因?qū)颉奔僬f,發(fā)現(xiàn)了無毒基因AvrPi-d2和AvrPi-k的高頻率地位,明確了Pi-d2、Pi-k等8個(gè)基因的高抗源地位。蘭波等[11]應(yīng)用水稻抗稻瘟病單基因系鑒別品種對2006-2012年江西省稻瘟病菌致病性進(jìn)行了測定,發(fā)現(xiàn)了無毒基因的存在狀態(tài),明確了Pi-zt等7個(gè)基因的高抗源地位。此外,劉文德等[12]、馬軍韜等[13]、Onaga 等[14]、Wang等[15]也進(jìn)行過類似研究。此外,廣東、四川等地則選用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)品種作為鑒別寄主,對本地稻瘟病菌致病類型進(jìn)行了有效劃分[16-17]。

本研究采用包括黑龍江本地水稻品種在內(nèi)的4套鑒別寄主,對分離自黑龍江累計(jì)播種面積大,后代血緣種質(zhì)分布廣泛的3個(gè)水稻品種上的稻瘟病菌的致病類型進(jìn)行鑒定,以期為黑龍江稻瘟病菌致病性分析及抗瘟品種選育提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

水稻鑒別品種:共4套51份。其中,中國鑒別品種7份:‘特特普’、‘珍龍13’、‘四豐43’、‘東農(nóng)363’、‘關(guān)東51’、‘合江18’和‘麗江新團(tuán)黑谷’;日本清澤鑒別品種12份:‘新2號’、‘愛知旭’、‘藤坂5號’、‘草笛’、‘梅雨明’、‘福錦’、‘K1’、‘Pi-4號’、‘砦1號’、‘K60’、‘BL1’和‘K59’;當(dāng)?shù)厮捐b別品種8份:‘空育131’、‘龍盾104’、‘松粳6’、‘松粳9’、‘綏粳4’、‘龍稻4’、‘龍稻7’和‘墾稻12’;水稻抗稻瘟病單基因系24份:‘IRBLa-A (Pi-a)’、‘IRBLi-F5(Pi-i)’、‘IRBLks-S (Pi-ks)’、‘IRBLk-Ka(Pi-k)’、‘IRBLkp-K60 (Pi-kp)’、‘IRBLkh-K3 (Pi-kh)’、‘IRBLz-Fu(Pi-z)’、‘IRBLz5-CA(Pi-2)’、‘IRBLzt-T(Pi-zt)’、‘IRBLta-K1(Pi-ta)’、‘IRBLb-B(Pi-b)’、‘IRBLt-K59(Pi-t)’、‘IRBLsh-S(Pi-sh)’、‘IRBL1-CL(Pi-1)’、‘IRBL3-CP4(Pi-3)’、‘IRBL5-M(Pi-5)’、‘IRBL7-M(Pi-7)’、‘IRBL9-W(Pi-9)’、‘IRBL12-M(Pi-12)’、‘IRBL19-M(Pi-19)’、‘IRBLkm-Ts(Pi-km)’、‘IRBL20-IR24(Pi-20)’、‘IRBLta2-Pi(Pi-ta2)’和‘IRBL11-Zh(Pi-11)’。

供試菌株:共計(jì)25株,來源于2011-2012年黑龍江省第1和第2積溫區(qū)各水稻產(chǎn)區(qū),于2013年完成單孢分離。其中,從‘龍粳17’中分離稻瘟病菌9株,由字母L開頭;從‘吉特639’中分離稻瘟病菌8株,由字母J開頭;從‘墾稻10’中分離稻瘟病菌8株,由字母K開頭。

1.2 試驗(yàn)方法

水稻病葉經(jīng)無菌水清洗、浸泡4 h后于25℃培養(yǎng)至霉層產(chǎn)生,顯微鏡下挑取單個(gè)分生孢子點(diǎn)接于燕麥片番茄汁培養(yǎng)基上[18],25℃培養(yǎng)3 d,將菌絲塊挑入裝有高粱粒培養(yǎng)基的三角瓶中,25℃培養(yǎng)25 d左右,高粱粒經(jīng)無菌水洗脫表面菌絲后平鋪在無菌鐵托盤中,蓋上無菌紗布,待高粱粒表面形成大量分生孢子后,用0.025%的吐溫-20洗下孢子,血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù),將孢子懸浮液濃度調(diào)至3×105個(gè)/mL,用于接種[19]。

幼苗以草炭土/黑土為基質(zhì),育秧盤(54 cm×28 cm×4.2 cm)育苗,每個(gè)品種保苗15株,待幼苗長至3葉1心時(shí),噴霧接種病菌孢子懸浮液,劑量為100 mL/盤,然后在26℃、相對濕度100%條件下暗培養(yǎng)30 h,光照培養(yǎng)96～144 h,發(fā)病完全后,對病害進(jìn)行分級。根據(jù)發(fā)病情況將病情分為6級[20]:0級,葉片上無任何病斑;1級,葉片上出現(xiàn)褐色病斑,直徑<0.50 mm;2級,葉片上出現(xiàn)褐色病斑,0.50 mm≤直徑≤1.00mm;3級,葉片上出現(xiàn)橢圓形病斑,1.00 mm<直徑≤3.00mm,周圍褐色,中央灰白色;4級,葉片上出現(xiàn)紡錘形病斑,直徑>3 mm,病斑無融合或略微融合;5級,葉片上出現(xiàn)紡錘形病斑,直徑>3 mm,但病斑融合,葉片上半部枯死。統(tǒng)計(jì)分析時(shí),將0～3級歸為抗病反應(yīng)型,4～5級歸為感病反應(yīng)型。接種試驗(yàn)重復(fù)3次,各重復(fù)間如果存在抗、感反應(yīng)型不一致的情況,按感病反應(yīng)型統(tǒng)計(jì)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

生理小種劃分按照全國稻瘟病菌生理小種聯(lián)合試驗(yàn)組的方法[21]和國際鑒別品種方法[22]進(jìn)行。致病類型劃分則參照1.2試驗(yàn)方法[21-22],依據(jù)黑龍江本地品種或抗稻瘟病單基因系對病菌的抗、感反應(yīng)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。用稻瘟病菌株間致病性相似系數(shù)的大小代表菌株間致病性相似度高低。將水稻品種對稻瘟病菌株的反應(yīng)型作為性狀,抗病反應(yīng)型記為“1”,感病反應(yīng)型記為 “0”。利用DPS V 7.05分析軟件,以UMPGA法進(jìn)行聚類分析。相似系數(shù)=1-相異系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鑒別寄主對致病性類型的劃分

采用中國稻瘟病菌生理小種鑒別寄主,將‘龍粳17’上分離的9個(gè)菌株劃分為4群8個(gè)生理小種,其中2/3的菌株為ZA群小種, 其中ZA53號小種出現(xiàn)2次。分離自‘吉特639’的8個(gè)菌株則屬于5群7個(gè)生理小種,4個(gè)菌株屬于ZA群小種,其中ZA57出現(xiàn)2次;而分離自‘墾稻10’的8個(gè)菌株則被分為3群4個(gè)生理小種,其中6個(gè)菌株屬于ZE群小種, ZE1為優(yōu)勢小種，出現(xiàn)4次。未發(fā)現(xiàn)3個(gè)品種來源共有的生理小種,但ZA57、ZE1和ZG1分別在兩個(gè)品種上被檢出。

利用日本清澤鑒別寄主,來自‘龍粳17’、‘吉特639’和‘墾稻10’的9、8、8個(gè)菌株則分別被劃分成9、8和8個(gè)小種,25個(gè)小種均只出現(xiàn)一次,未發(fā)現(xiàn)品種間共有小種。

表1 中國和日本鑒別品種對稻瘟病菌株生理小種構(gòu)成分析

Table 1 Identification of physiological race amongMagnaportheoryzaeisolates using Chinese and Japanese differential varieties

菌株來源Isolatesource生理小種(出現(xiàn)頻率/%) Physiologicalrace(Frequencyofoccurrence)中國鑒別寄主Chinesedifferentialvarieties日本鑒別寄主Japanesedifferentialvarieties龍粳17Longjing17ZA1(11.11)、ZA29(11.11)、ZA53(22.22)、ZA57(11.11)、ZA59(11.11)、ZB17(11.11)、ZE1(11.11)、ZF1(11.11)636.1(11.11)、757.7(11.11)、137.7(11.11)、777.7(11.11)、237.5(11.11)、773.1(11.11)、775(11.11)、777.5(11.11)、777.3(11.11)吉特639Jite639ZA25(12.50)、ZA57(25.00)、ZA61(12.50)、ZC15(12.50)、ZE3(12.50)、ZF1(12.50)、、ZG1(12.50)377.7(12.50)、37.5(12.50)、277.3(12.50)、277.7(12.50)、277.6(12.50)、34.6(12.50)、272.6(12.50)、270(12.50)墾稻10Kendao10ZE1(50.00)、ZE3(25.00)、ZD7(12.50)、ZG1(12.50)177.5(12.50)、17.1(12.50)、0(12.50)、7.6(12.50)、177.7(12.50)、57.5(12.50)、43.6(12.50)、77.7(12.50)

以 ‘空育131’、‘龍盾104’、‘松粳6’、‘松粳9’、‘綏粳4’、‘龍稻4’、‘龍稻7’和‘墾稻12’等8個(gè)品種作為鑒別寄主,可將分離自‘龍粳17’的9個(gè)菌株、自‘吉特639’的8個(gè)菌株以及‘墾稻10’的8個(gè)菌株分別劃分為8、7和5個(gè)致病型。其中,1個(gè)致病型為3個(gè)品種來源菌株所共有,僅可以侵染‘空育131’;1個(gè)致病型為‘吉特639’和‘墾稻10’來源菌株所共有,可侵染‘松粳9’和‘墾稻12’。

在8個(gè)黑龍江省鑒別寄主中,‘空育131’抗性最差,可被15個(gè)菌株侵染;‘綏粳4’抗性最好,僅被4個(gè)菌株侵染;‘松粳6’和‘龍盾104’的抗性譜相似度最高,達(dá)90%以上,鑒于含有‘松粳6’血緣的后代品種在黑龍江省分布更為廣泛,可選擇其作為代表性寄主品種。

以24個(gè)水稻抗稻瘟病單基因系為鑒別寄主,可將分離自‘龍粳17’、‘吉特639’和‘墾稻10’的9、8、8個(gè)菌株分別劃分為9、7和8個(gè),總共24個(gè)致病型,不同品種來源菌株無共有致病型。

在24個(gè)單基因系中,Pi-a、Pi-i等12個(gè)基因?qū)?5個(gè)菌株的抗性頻率在20%以下,僅Pi-9基因?qū)?5個(gè)菌株的抗性頻率在80.0%以上。

2.2 不同品種來源的稻瘟病菌株致病型相似性

將3個(gè)來源不同的25個(gè)稻瘟病菌菌株對7個(gè)中國鑒別寄主、24個(gè)水稻抗稻瘟病單基因系的毒性測定結(jié)果進(jìn)行了聚類分析(圖1)。結(jié)果顯示,來源于‘龍粳17’、‘吉特639’和‘墾稻10’的菌株被31個(gè)寄主品種劃分為25個(gè)致病型,每個(gè)菌株均單獨(dú)構(gòu)成1個(gè)致病型,不同品種來源間菌株有集中的趨勢,但并不能完全聚成一類,彼此間無共有致病型。其中,菌株間致病性相似系數(shù)介于0.28～0.94,菌株K-2和K-3、L-5和L-6、K-1和K-8致病性相似度較高,菌株L-9與其他菌株致病性相似度較低。從無毒基因出現(xiàn)頻率來看,來源于‘龍粳17’的菌株攜帶無毒基因AvrPi-9和AvrPi-2的頻率較高,來源于‘吉特639’和‘墾稻10’的菌株均是攜帶無毒基因AvrPi-5和AvrPi-ta2的頻率較高。

圖1 來源于‘龍粳17’、‘吉特639’和‘墾稻10’的稻瘟病菌菌株致病性相似度聚類分析(相異系數(shù))Fig.1 Cluster analysis of pathogenicity similarity among Magnaporthe oryzae isolates from ‘Longjing 17’, ‘Jite 639’ and ‘Kendao 10’ using Chinese varieties and the monogenic rice lines as differential varieties (dissimilarity coefficient)

3 討論

已有研究表明,寄主品種對于病菌毒性有較強(qiáng)的選擇作用[4-7]。本研究利用4套鑒別寄主對來自黑龍江3個(gè)感病品種的25個(gè)菌株進(jìn)行生理小種和致病型測定,均發(fā)現(xiàn)不同品種來源其菌株致病性具有較大差異,其中‘墾稻10’上分離的菌株其致病性明顯弱于‘龍粳17’、‘吉特639’上分離的菌株,‘龍粳17’上分離的菌株致病性相似系數(shù)與其他兩個(gè)品種上分離菌株有較大差異。因此,研究和監(jiān)測稻瘟病菌群體毒性的變化動(dòng)態(tài),必須考慮不同品種上抽樣數(shù)量的影響,最好是采用‘麗江新團(tuán)黑谷’等普感品種作為菌株來源。

雖然本研究所用菌株較少,但毒性測定結(jié)果表明,‘四豐43’、‘Pi-9’等5個(gè)品種或抗稻瘟基因?qū)邶埥疚敛【昕剐暂^好,值得進(jìn)一步研究。在本研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步利用不同致病性和強(qiáng)致病性的稻瘟病菌菌株篩選具有廣譜抗性的水稻抗稻瘟病資源和育種材料,將有利于黑龍江抗稻瘟病品種的選育和布局。

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(責(zé)任編輯：楊明麗)

Pathogenicity analysis ofMagnaportheoryzaeisolates with various origins in Heilongjiang Province

Ma Juntao, Zhang Guomin, Zhang Liyan, Deng Lingwei, Wang Yongli,Wang Ying, Ren Yang, Gong Xiujie

(CultivationandFarmingResearchInstitute,HeilongjiangAcademyofAgriculturalSciences,Harbin150086,China)

Conidial suspensions of 25Magnaportheoryzaeisolates from three susceptible varieties, ‘Longjing 17’, ‘Jite 639’ and ‘Kendao 10’, in Heilongjiang Province, were sprayed onto four sets of differential hosts to determine their physiologic races and virulence types. 9, 8 and 8 isolates from these three varieties were differentiated into 8, 7 and 4 physiologic races by China differential hosts, respectively, while 9, 8 and 8 races by Japanese differential hosts. Using the local varieties as differential hosts, the isolates with different origins were divided into 8, 7 and 5 pathotype, respectively. 24 rice lines carrying single resistance genes, however, differentiated these isolates into 9, 7 and 8 pathotypes, respectively.

Magnaportheoryzae; variety origin; virulence types

2016-03-10

2016-06-20

黑龍江省杰出青年科學(xué)基金(JC201214);黑龍江省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程(2013ZD019)。

S435.111.1

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.01.028

* 通信作者 E-mail:zgm_2290@163.com