水稻細菌性條斑病防治研究進展

湯 帥，楊遠航，潘素君，林木青，戴良英,，李 魏,

（1湖南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院，長沙410128；2作物基因工程湖南省重點實驗室，長沙410128）

0 引言

水稻細菌性條斑病(Bacterial leaf streak)是由稻黃單孢菌(Xanthomonas oryzaepv.Oryzicola)引起的一種水稻病害。最早在菲律賓發(fā)現(xiàn)[1]，后來在亞洲的熱帶，亞熱帶及非洲西部水稻種植區(qū)廣泛傳播[2-3]。中國于1955年在廣東地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)該病的存在[4]。水稻發(fā)生該病后一般減產(chǎn)15%～25%，嚴重時可達40%～60%[5]。并且由于該病具有發(fā)病早，病情易擴展，病害破壞性大等特點，對水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)造成嚴重的威脅。目前，對該病的防治主要集中在遺傳育種方面的研究，即抗病基因與抗性品種的篩選、抗性品種的培育。唐定中等[6]通過抗性基因標記技術目前已成功定位了13個與水稻細菌性條斑病抗性相關的QTL；王侯聰?shù)萚7]也通過輻射誘變育種成功培育了水稻細菌性條斑病抗病品種佳輻占；Zhao等[8]發(fā)現(xiàn)了水稻細菌性條斑病的非寄主抗病基因Rox1。這些工作對通過遺傳育種控制水稻細菌性條斑病做出了巨大的貢獻。但至今仍未培育出與優(yōu)良農(nóng)藝性狀相結合的抗水稻細菌性條斑病品種。此外，生物防治、化學防治、農(nóng)業(yè)防治等方法也被有效地應用于水稻細菌性條斑病的防控。

本研究主要具體闡述水稻細菌性條斑病的這幾種防治策略及其最新的研究進展，以期為該病的防控提供有用的參考信息。

1 遺傳育種防治水稻細菌性條斑病

遺傳育種防治水稻細菌性條斑病是一種最為經(jīng)濟、有效的方法，也是從源頭解決水稻細菌性條斑病對水稻威脅的一種方法。

1.1 水稻抗源品種的篩選

中國擁有的水稻細菌性條斑病抗源品種豐富，抗性程度多樣。但迄今為止，尚無報道對水稻細菌性條斑病免疫的品種。目前，也已發(fā)現(xiàn)多種水稻主栽品種對水稻細菌性條斑病存在抗性，如肖友倫等在2010年對湖南地區(qū)54個主栽水稻品種進行抗性鑒定時發(fā)現(xiàn)8個水稻品種對水稻細菌性條斑病存在抗性，抗性品種占鑒定總數(shù)的14.8%[9]。張榮盛等在2014年對江蘇地區(qū)240個水稻品種進行水稻細菌性條斑病抗性篩選時也發(fā)現(xiàn)78個水稻品種對強致病型水稻細菌性條斑病菌存在抗性，抗性比例達32.5%，并發(fā)現(xiàn)苗期鑒定到的抗性品種與成株期鑒定到的抗性品種存在一定程度上的重疊[10]。洪登偉等在2016年對1100份具有豐富遺傳背景的水稻品種進行抗性鑒定時，發(fā)現(xiàn)14份抗水稻細菌性條斑病品種，占全部材料的1.27%。其中3份具有廣譜抗性，占全部材料的0.27%，但抗性程度高，可利用其作為抗病育種的親本[11]。而野生稻同樣具有豐富的抗水稻細菌性條斑病種質資源，如岑貞陸等在2007年對977份野生稻進行水稻細菌性條斑病抗性篩選中發(fā)現(xiàn)37份表現(xiàn)出抗性，抗性比例為3.78%[12]。黃大輝等在2008年對31份藥用野生稻抗水稻細菌性條斑病抗性鑒中發(fā)現(xiàn)15份抗病材料，抗性比率高達48.4%[13]?？偠灾?，中國擁有的抗水稻細菌性條斑病種質資源總體豐富，種類多樣，對篩選培育出高效抗病品種具有重要意義。

1.2 水稻細菌性條斑病抗性基因的篩選與克隆

目前，許多研究均表明水稻對細菌性條斑病菌的抗性為數(shù)量抗性，由多個微效基因控制[6,14]。通過抗性基因標記技術目前已經(jīng)成功定位了13個與水稻細菌性條斑病抗性相關的QTL[6,15]，其中以位于第5號染色體短臂的qBlsr5a區(qū)段對抗病遺傳表型變異貢獻率最大，達到14%。雖然目前還未發(fā)現(xiàn)水稻細菌性條斑病的主效抗病基因，但通過不斷研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多基因參與了水稻與細菌性條斑病菌的互作。這些互作基因主要分為正、負調節(jié)水稻對細菌性條斑病的抗性。位于qBlsr5a區(qū)段內的LOCOs05g01710基因可通過控制RNA聚合酶Ⅱ的合成來實現(xiàn)對水稻細菌性條斑病菌的抗性[16]。同樣位于qBlsr5a區(qū)域內OsPGIP4基因通過調節(jié)多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)的合成來提高水稻對細菌性條斑病菌的抗性[17]。也有研究表明，水稻中的激酶基因家族參與了水稻對細菌性條斑病菌的抗性，其中熱激蛋白家族中的OsHSP18.0-CI基因和4種調節(jié)應激活化蛋白激酶(OsSAPK)活性的基因可在水稻細菌性條斑病菌的脅迫下通過調節(jié)水稻體內控制水楊酸SA與茉莉酸JA基礎防御途徑基因的表達來實現(xiàn)對水稻細菌性條斑病菌的抗性[18-19]。此外，抑制水稻體內生長素信號傳播的GH3-8基因也被證實參與了水稻對細菌性條斑病的抗性，因為生長素在水稻體內的合成和積累會導致植物細胞壁結構的松弛，從而有利于病原菌的侵入，這也是發(fā)現(xiàn)的一種具有廣譜抗病性的基因[20-21]。近年來，一些負調控水稻對細菌性條斑病抗性的基因也逐漸被發(fā)現(xiàn)。控制胞質類受體激酶活性的NRRB基因和1個能夠編碼富含亮氨酸結構和核苷酸結合位點蛋白的DEPG1基因被證實負調控水稻對細菌性條斑病的抗性，當在水稻中對這些基因進行超量表達時都會增加水稻對細菌性條斑病菌的敏感性從而導致植株更易感病[22-23]。此外，也發(fā)現(xiàn)一對等位基因OsWRKY45-1和OsWRKY45-2對水稻細菌性條斑病具有相反的抗性調節(jié)現(xiàn)象?；騉sWRKY45-1負調節(jié)水稻對細菌性條斑病的抗性，而基因OsWRKY45-2正調節(jié)水稻對細菌性條斑病的抗性[24-25]。

目前，這些已鑒定篩選出來的抗病基因對培育水稻細菌性條斑病高抗品種具有重要意義，并且由于水稻對細菌性條斑病的抗性為數(shù)量抗性，一旦培育出高抗品種，其抗性將能得到持久穩(wěn)定的保存。

1.3 水稻細菌性條斑病的抗性育種

水稻細菌性條斑病抗性品種的培育通?？芍苯永矛F(xiàn)有的栽培稻和野生稻中已存在的抗性資源，但由于多數(shù)高抗資源來自于熱帶地區(qū)，如中國的廣西，海南等地，農(nóng)藝性狀不佳，直接利用的難度較大，所以通過改良熱帶地區(qū)抗性水稻品種的農(nóng)藝性狀是水稻細菌性條斑病抗性育種的關鍵。例如，可以利用熱帶地區(qū)的抗水稻細菌性條斑病品種與農(nóng)藝性狀優(yōu)良的品種先進行雜交，然后再回交，轉換成抗性和農(nóng)藝性狀皆佳的水稻品種再進行種植[26]。此外，輻射誘變育種也是水稻細條病抗性育種的重要組成部分，如水稻細菌性條斑病高抗品種‘佳輻占’就是通過‘佳禾早占’與‘佳輻418’雜交而來，‘佳輻418’是水稻經(jīng)輻射誘導而來的突變體[7]。分子標記輔助選擇(MAS)技術也在水稻細菌性條斑病的抗性育種中得到了充分的應用。例如，李齊向等通過篩選出與水稻細菌性條斑病抗性QTL緊密相連的SSR分子標記，再以此為篩選標記，經(jīng)過回交，培育出聚集2～4個抗性QTL的抗性品種，MAS結果表明，有效聚合多個抗性QTL是培育廣譜抗水稻細菌性條斑病品種的有效途徑[27]。非寄主抗性也在水稻的細菌性條斑病抗病育種工作中得到了應用。對玉米和高粱細菌性條斑病具有明顯抗性的Rxo1基因在轉化到水稻體內后也能產(chǎn)生明顯的水稻細菌性條斑病抗性[8]，并培育出對水稻細菌性條斑病具有高度抗性的水稻品種‘LYZ-Xa23-Rxo1’。利用非寄主抗性基因對于培育水稻細菌性條斑病抗性品種具有巨大的啟發(fā)性與應用價值。

2 水稻細菌性條斑病的生物防治

水稻細菌性條斑病的生物防治主要集中于對生防菌的發(fā)現(xiàn)與利用以及對高效抑菌活性物質的篩選，該病的抑菌活性物質可分為細菌源，真菌源以及植物源。

2.1 細菌源抑菌物質

解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyoliquefaciens)是一類重要的生物資源，它通過產(chǎn)生小分子量抗生素以及抗菌蛋白等物質抑制多種植物病原菌的生長[28]。在對該菌菌株XL-11的研究過程中發(fā)現(xiàn)其提取物Surfactin具有明顯的抑制水稻細菌性條斑病菌生長的作用，田間防治效果也較為顯著，達到61%以上[29]。以Surfactin作為先導化合物，對其進行部分結構上修飾，再通過高通量篩選，可作為獲得更高效的新的生物防治劑來源。此外，從水稻根系處分離的甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌(Bacillus methylotrophicus）也對水稻細菌性條斑病菌具有高效的防控作用[30]。田間效果檢測表明，80億活芽孢/g甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌可濕性粉劑田間防治效果在60%以上[31]，且該型農(nóng)藥對水稻無毒無害，是一款理想的新型生物源農(nóng)藥。

2.2 真菌源抑菌物質

禾長蠕孢菌稗草專化型（Helminthosporium gramineumRabenh.f.sp.echinochloae，簡稱HGE）是一種病原真菌，主要侵染稗草，孢子和初毒素可用于田間稗草的防治[32]。但也有研究表明HGE菌對水稻細菌性條斑病具有良好的防效。從該菌中提取的初毒素對水稻條斑病菌的抑制菌環(huán)直徑達到22.5±2.17mm,最低殺菌濃度(MC)為1.5625 mg/mL，抑菌效果顯著高于同濃度下的其他化學防治藥劑[33]。并且由于其初毒素為次生代謝產(chǎn)物，提取方法較為簡單，生產(chǎn)成本低，且抑菌效果明顯，具有開發(fā)成新型真菌源殺菌農(nóng)藥的巨大潛力。此外，擔子菌門菌物花臉香蘑也可用于水稻細菌性條斑病的防治。研究表明，花臉香蘑活性提取物中二萜化合物具有明顯的抗癌和抑菌效果[34]。并且發(fā)現(xiàn)花臉香蘑搖瓶發(fā)酵液的乙酸乙酯萃取物對水稻細菌性條斑病菌具有明顯的抑制活性，在粗提取物為200μg時，抑菌直徑達達38 mm，最低抑制量僅為6.5μg/mL[35]。可對起防治效果的主要物質進行深入探究，明確其化學組成及分子結構，為合成新的抗水稻細菌性條斑病生物源農(nóng)藥奠定基礎。

2.3 植物源抑菌物質

狹葉十大功勞是一種常見的藥用植物和觀賞性植物，在中國分布廣泛。人們發(fā)現(xiàn)狹葉十大功勞的提取物小檗堿對水稻細菌性條斑病菌具有較強的抑制效果，小檗堿的有效中濃度EC50為2.9008 mg/L，當小檗堿與化學藥物喹啉銅以質量比為7:1復配時，防治效果可達66.5%，比各組分單用效果都要強[36]。此外，從佛甲草(Sedum lineare)中提取的沒食子酸也對水稻細菌性條斑病具有明顯的防治效果。盆栽試驗中沒食子酸對水稻細菌性條斑病的防治效果達到60%以上[37]。并且由于狹葉十大功勞和佛甲草在中國分布廣泛，栽培簡易，有效物質的提取方法較為簡單，非常有利于高效、新型的生物源農(nóng)藥的合成與開發(fā)。

3 水稻細菌性條斑病的化學防治

化學防治仍然是目前控制水稻細菌性條斑病最主要的防治方法，在水稻不同的生長周期中使用的化學農(nóng)藥種類與目的也不盡相同。在水稻播種前期，使用稀釋5000倍的浸種靈浸種36 h，然后催芽播種，以及在秧苗的三葉期或移栽前的一兩天施用稀釋50倍的40%的強氯精都可以有效地清除殘留在種子及秧苗上的水稻細菌性條斑病菌，減少初侵染源，起到預防水稻細菌性條斑病發(fā)生的作用。

在水稻感染細菌性條斑病初期，使用10%的葉枯凈可濕性粉劑可有效地防止病情的擴增，葉枯凈為保護性殺菌劑，具有強烈的抑制水稻細菌性條斑病菌生長的作用[38]。此外，20%的葉枯靈可濕性粉劑、20%的葉青雙可濕性粉劑都可對稻細菌性條斑病進行有效的防控，防治效果都在75%以上[39]。但在化學農(nóng)藥使用時要注意交替輪換使用，避免病原菌產(chǎn)生新的抗藥性。

4 綜合防治控制水稻細菌性條斑病

在復雜與不確定性因素很多的田間環(huán)境中，很難依靠單一的防治措施對水稻細菌性條斑病進行有效的防控。因此，必須采用首先控制初侵染源，然后在水稻生長周期中對病害發(fā)生進行及時預測，并有機結合多種措施進行防治，最后在收獲后期及時清除秸稈及田塊中的病殘體。只有通過結合多種全方位防治措施才能對水稻細菌性條斑病進行更為有效的綜合防控。

4.1 初侵染源的防控

要切斷水稻細菌性條斑病的初侵染源主要側重于選擇具有高效抗病性的水稻品種，減少后期的發(fā)病風險與控制成本。但要注意抗病品種的輪換，避免單一抗病品種的長期種植。其次，選取未發(fā)病過的田塊進行繁殖育種，培育無病秧苗。并嚴禁從水稻細菌性條斑病病區(qū)引種，加強檢驗檢疫。此外，對感病田塊在水稻收獲后進行秸稈回收，清除病殘體，避免為病原菌提供越冬場所而成為來年的初侵染源。對發(fā)病田塊進行消毒處理，減少病原菌的殘留量，降低來年的發(fā)病風險。

4.2 預測預報與防治

在水稻的生長周期中，對水稻細菌性條斑病的流行與發(fā)生進行及時的預測預報。結合當?shù)貧v年的氣象資料與發(fā)病情況，分析出發(fā)病規(guī)律，做好初發(fā)病期的預測[40]，注重對分蘗，孕穗以及風雨天氣過后這些易感病期感病情況的查看與防控，做好發(fā)病程度的預測預報。發(fā)病后，要有機結合化學防治、物理防治、生物防治、農(nóng)業(yè)防治等措施對病情進行綜合防控，避免單一防控措施的過度使用。同時也注意田間的水肥管理，避免漫灌，控制氮肥的施用，增加磷、鉀肥的比例?？刂苹实氖┯茫黾佑袡C肥的比例，促進水稻的健康生長與抗病性的提升。

5 展望

綜合來說，對于水稻細菌性條斑病的防控應從現(xiàn)在的以化學防治為主，生物防治為輔的防治策略轉為未來的以遺傳育種和生物防治為主，向農(nóng)業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展不斷轉型。以化學防治為輔，對于化學藥物做到盡量少用，精用，與生物源農(nóng)藥進行混配使用，盡量減少對其他生物和環(huán)境帶來的次生危害。遺傳育種是防治水稻細菌性條斑病的發(fā)展趨勢，有待人們去發(fā)現(xiàn)和克隆更多有效的抗水稻細菌性條斑病基因，尋找廣譜和高效的優(yōu)質抗性水稻資源，盡量利用水稻本身的抗性防控該病。目前，改善處于熱帶地區(qū)的抗水稻細菌性條斑病優(yōu)質品種的農(nóng)藝性狀，培育出穩(wěn)定、持久的抗病品種是解決該病的研究熱點與難點。