江西省稻瘟病生理小種致病力測定及1組水稻優(yōu)質(zhì)新種質(zhì)的稻瘟病抗性表現(xiàn)及應(yīng)用評估

肖宇龍,李湘民,余傳元,雷建國,王智權(quán),王曉玲,何 虎,邱在輝,肖宇華

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水稻研究所/江西省水稻生理及遺傳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/水稻國家工程實(shí)驗(yàn)室(南昌),江西 南昌 330200;2.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所,江西 南昌 330200;3.江西省南昌縣八一鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣綜合服務(wù)站,江西 南昌 330200)

水稻是我國重要的糧食作物之一,全國水稻種植面積占所有糧食作物種植面積的30%,水稻產(chǎn)量占據(jù)所有糧食總產(chǎn)的一半。我國自20世記70年代雜交水稻商業(yè)化生產(chǎn)以來,糧食產(chǎn)量穩(wěn)定增長,很好地保障了我國的糧食安全。但是隨著人民生活水平的不斷提高,人們對稻米品質(zhì)提出了更高的要求。

近年來,江西省在“確保江西作為全國糧食主產(chǎn)區(qū)的地位不動(dòng)搖,確保對國家糧食安全的貢獻(xiàn)不減少”的同時(shí),通過大力實(shí)施“兩高一優(yōu)”、“良種良法”等工程,以及培育、引進(jìn)優(yōu)質(zhì)水稻品種，該省水稻的良種覆蓋率達(dá)95%以上,優(yōu)質(zhì)稻生產(chǎn)能力得到極大提高,糧食品種品質(zhì)在市場競爭中全面優(yōu)化,一大批米質(zhì)好、口感好的新秈稻品種得到市場廣泛認(rèn)可,其中“晚秈923”、“外引7號”等品種堪與泰國香米相媲美,成為江西省高端大米品牌加工的主要原料。目前,江西省優(yōu)質(zhì)水稻種植面積日益增加,但可供應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)品種缺乏,成為制約優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。目前,除“晚秈923”、“外引7號”外,江西大面積應(yīng)用的水稻品種有“晚秈926”、“黃華占”、“茉莉絲苗”、“農(nóng)香98”等,前者豐產(chǎn)性較好,但生育期偏長,株高偏高,后三者為從廣東和湖南引進(jìn)的品種,在江西種植都存在一定程度的“水土不服”現(xiàn)象,如重感稻瘟病等[1]。稻瘟病是水稻重要病害之一,該病在各水稻生產(chǎn)地均有發(fā)生,以稻株葉部、節(jié)部發(fā)生為多,發(fā)生后可造成不同程度的減產(chǎn),尤其穗頸瘟或節(jié)瘟發(fā)生早而重,可造成白穗以致絕產(chǎn)。水稻品種對稻瘟病的抗性是該品種能否市場化的一個(gè)最重要的決定性指標(biāo),選育和應(yīng)用抗病品種是防治水稻稻瘟病經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)途徑[2]。 因此,選育適合江西種植的優(yōu)質(zhì)高抗水稻新品種具有很好的經(jīng)濟(jì)及社會效益。

水稻種質(zhì)是水稻育種的材料來源,優(yōu)質(zhì)高抗的水稻種質(zhì)是優(yōu)質(zhì)米品種選育成功的基礎(chǔ)。為了評估一批新的優(yōu)質(zhì)水稻種質(zhì)在水稻育種上的應(yīng)用潛力,我們首先鑒定了江西省主要稻瘟病生理小種的致病力,同時(shí)對收集整理的26份水稻優(yōu)質(zhì)稻種質(zhì)進(jìn)行了稻瘟病的抗性鑒定,并對該組種質(zhì)的品質(zhì)表現(xiàn)進(jìn)行了評估,以期更好地利用于優(yōu)質(zhì)稻品種選育。

1　試驗(yàn)材料

1.1　稻瘟病菌

供試稻瘟病菌為2014年從江西稻瘟病標(biāo)本中分離到的126個(gè)有效稻瘟病菌單孢菌株。

1.2　水稻種質(zhì)資源

供試水稻種質(zhì)資源為收集整理的26份優(yōu)質(zhì)水稻資源,其中包括從國外引進(jìn)篩選并已在生產(chǎn)中使用的優(yōu)質(zhì)稻品種如外引7號;已經(jīng)審定的優(yōu)質(zhì)稻常規(guī)品種如贛923、贛926、贛929等;另外的優(yōu)質(zhì)稻材料來自項(xiàng)目參與相關(guān)單位的穩(wěn)定株系,如來自江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻所的T85、T89、T91、T92、晚8098等，來自南昌市農(nóng)科院糧油作物所的繁1405、繁1408、繁1409、洪晚秈924等，來自恒湖農(nóng)場的豐圓香稻，來自鷹潭市農(nóng)科所的鷹優(yōu)香占、豐華占選等。

2　試驗(yàn)方法

2.1　稻瘟病菌致病力的測定

為了明確不同稻瘟病生理小種的分布及致病力情況,利用7個(gè)中國傳統(tǒng)鑒別品種和30個(gè)單基因鑒別品系分別接種供試的126個(gè)有效稻瘟病菌單孢菌株，測定它們的致病力。

2.2　水稻稻瘟病抗性鑒定

利用田間接種與稻瘟病鑒定基地自然誘發(fā)相結(jié)合的方法,綜合評定各試驗(yàn)材料對稻瘟病的抗性表現(xiàn)。

稻瘟病的分級標(biāo)準(zhǔn)參照國際水稻所稻瘟病抗性評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)。其中葉瘟的分級標(biāo)準(zhǔn)為:0級,無病;1級,僅有小的針尖大小的褐點(diǎn);2級,有較大褐點(diǎn);3級,有小而圓以至稍長的褐色壞死的灰斑,直徑1～2 mm;4級,有典型或橢圓形的稻瘟病斑,長1～2 cm,常限于兩條葉脈間,病斑面積不足葉面積的2%;5級,有典型的稻瘟病斑,受害面積小于10%;6級,有典型的稻瘟病斑,受害面積為10%～25%;7級,有典型的稻瘟病斑,受害面積為26%～50%;8級,有典型的稻瘟病斑,受害面積為51%～75%;9級,全部葉片死亡。稻瘟和節(jié)瘟的分級標(biāo)準(zhǔn)為:0級,無病;1級,發(fā)病率低于1%;3級,發(fā)病率為1%～5%;5級,發(fā)病率為6%～25%;7級,發(fā)病率為26%～50%;9級,發(fā)病率為51%～100%。

感病指數(shù)的計(jì)算公式如下：感病指數(shù)=∑(某病級的株數(shù)×該病級的代表值)/(各病級的總株數(shù)×發(fā)病最重級別的代表值)×100。

2.3　稻米品質(zhì)的鑒定

首先對各品種進(jìn)行稻米外觀品質(zhì)鑒定,再將外觀品質(zhì)好的稻米樣品送交中國水稻所農(nóng)業(yè)部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心進(jìn)行米質(zhì)綜合分析評價(jià)。

3　結(jié)果與分析

3.1　稻瘟病菌致病力測定結(jié)果

測定結(jié)果(表1)顯示,從126個(gè)稻瘟病單孢菌中共測得ZA、ZB、ZC、ZD、ZF、ZG共6群25個(gè)生理小種類型,其中ZB群的出現(xiàn)頻率最高，達(dá)57.94%；ZC群次之，出現(xiàn)頻率為21.43%；ZA群居第3位，出現(xiàn)頻率為14.29%。出現(xiàn)頻率居前5位的生理小種類型為ZB13(27.78%)、ZB15(21.43%)、ZC15(11.11%)、ZC13(9.52%)、ZA13(5.56%)。

對126個(gè)稻瘟病單孢菌進(jìn)行致病力測定,測定結(jié)果顯示：126個(gè)單孢菌株對30個(gè)單基因抗病品種的毒性頻率范圍為16.67%～90.00%,平均毒性頻率為58.49%；對30個(gè)單基因抗病品種的毒性頻率達(dá)0～20%、21%～40%、41%～60%、61%～80%和81%～100%的單孢菌株占所有菌株的比例分別為2.38%、8.73%、46.03%、38.89%和3.97%(圖1),說明所測江西省稻瘟病菌群體以中等致病力菌株為主。

本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，7個(gè)水稻抗瘟基因Pi-k(C)、Pi-k、Pi-9(t)、Pi-z5、Pi-1(1)、Pi-kp(C)和Pi-kp均具有較高的抗性頻率,其值分別為83.53%、82.95%、81.09%、78.69%、71.12%、63.95%和62.61%(表2)。上述7個(gè)抗病基因?qū)鞯疚敛【目剐灶l率均超過60%,可以作為該省水稻抗病育種的備選基因加以利用。

表1　江西省稻瘟病菌生理小種測定結(jié)果

表2　江西省稻瘟病菌株對不同來源抗稻瘟病基因品種的抗性頻率

注:具有相同名稱的基因后面加“(C)”、“(1)”和“(2)”表示基因來源不同,其中來源于中國的基因后面加“(C)”。

圖1　2014年江西省稻瘟病菌致病力測定結(jié)果

3.2　稻瘟病抗性鑒定結(jié)果

所有參試的26份材料均表現(xiàn)出較好的葉瘟抗性,葉瘟病級都在6級以下,其中云南優(yōu)質(zhì)稻、云南優(yōu)質(zhì)稻選、鷹優(yōu)香占、外引7號、130737、贛929、洪晚秈924、繁1408、繁1409、T89、T91、晚8098等12個(gè)種質(zhì)的病級在3以下(表3)。所有參試品種都表現(xiàn)出對穗頸瘟感病,只有云恢290、外引7號、洪晚秈924、繁1408、繁1409等5個(gè)種質(zhì)表現(xiàn)為中感,洪晚秈922、贛923、贛926、SG13728、繁1405、T85等6個(gè)種質(zhì)表現(xiàn)為高感(表3)。

結(jié)果顯示,不同品種對稻瘟病的抗性存在顯著差異,且同一品種對葉瘟的抗性和對穗頸瘟的抗性并不存在關(guān)聯(lián)，如外引7號、洪晚秈924、繁1408、繁1409這4個(gè)品種的葉瘟抗性級別低于3,而它們對穗頸瘟的抗性級別均為5;130747是參試品種中唯一葉瘟抗性為1級的品種,而其穗頸瘟的抗性級別為7,顯示為感病品種;云恢290的葉瘟病級為6,而其穗頸瘟的抗性級別為5,表現(xiàn)為中感。

葉瘟的發(fā)生能不同程度地?fù)p害和降低稻株的光合利用,從而影響最后的產(chǎn)量形成。然而前期受葉瘟損害的葉片可以通過不同的栽培和防控措施進(jìn)行適當(dāng)彌補(bǔ),故葉瘟對水稻產(chǎn)量的影響程度不如穗頸瘟。通常在水稻生產(chǎn)中,都以穗頸瘟的發(fā)病程度判斷不同品種對稻瘟病的抗性。

表3　水稻新種質(zhì)對稻瘟病的抗性鑒定結(jié)果

3.3　米質(zhì)鑒定分析結(jié)果

通過晚作栽培,篩選了云南優(yōu)質(zhì)稻、豐華占選、豐香8號、鷹優(yōu)香占、贛929、T89、T91、T92、晚8098、洪晚秈924、繁1405、繁1408、繁1409等13個(gè)產(chǎn)量及外觀品質(zhì)較為理想的品種進(jìn)行了米質(zhì)的綜合分析。

13個(gè)品種的米質(zhì)分析結(jié)果見表4。根據(jù)檢測結(jié)果,繁1405及繁1409這兩個(gè)品種的綜合評價(jià)為一級,其稻米長寬比、膠稠度、堿消值適中,透明度好,堊白度低,具有較低的直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量。綜合評價(jià)為二級的品種有6個(gè),分別為豐華占選、豐香8號、T92、晚8098、洪晚秈924、繁1408。云南優(yōu)質(zhì)稻、鷹優(yōu)香占、贛929、T89、T91等5個(gè)品種的綜合評價(jià)為普通，其中贛929、鷹優(yōu)香占、T91的直鏈淀粉含量及堊白粒率都偏高,云南優(yōu)質(zhì)稻的直鏈淀粉含量雖然低,然而其堿消值偏低，而T89的直鏈淀粉含量偏高,膠稠度偏低。

因此,在進(jìn)行優(yōu)質(zhì)稻品種的選育時(shí),應(yīng)當(dāng)注意對品種食味品質(zhì)決定因素的綜合評價(jià)和選擇,嚴(yán)格對堊白度和透明度的篩選,選擇透明度好、堊白度低的株系,直鏈淀粉含量不能太高，建議控制在15%以下,堿消值宜在6.5～7.0之間,膠稠度宜在70～80之間。

綜合26個(gè)優(yōu)質(zhì)種質(zhì)的稻瘟病抗性及米質(zhì)表現(xiàn),繁1409具有較好的稻瘟病抗性及米質(zhì)分析結(jié)果,可以直接用來進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)試驗(yàn)；其余的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)則需要進(jìn)行抗性改良,例如繁1405,或者作為米質(zhì)改良的親本材料,如云南優(yōu)質(zhì)稻等。

4　問題與討論

水稻稻瘟病是水稻主要病害之一,廣泛發(fā)生于我國水稻栽培地區(qū),節(jié)瘟及穗頸瘟的嚴(yán)重發(fā)生會導(dǎo)致白穗,造成水稻減產(chǎn)甚至絕收。在水稻種質(zhì)中蘊(yùn)含的稻瘟病抗性基因可以用來進(jìn)行抗性育種。本次實(shí)驗(yàn)共測定了30個(gè)單基因抗瘟品種對江西省主要稻區(qū)的126個(gè)稻瘟病單孢菌株的抗病性,結(jié)果顯示7個(gè)水稻抗瘟基因Pi-k(C)、Pi-k、Pi-9(t)、Pi-z5、Pi-1(1)、Pi-kp(C)和Pi-kp具有較高的抗性頻率,其值分別為83.53%、82.95%、81.09%、78.69%、71.12%、63.95%和62.61%，可以作為江西省水稻抗病育種的備選基因加以利用。

表4　水稻新種質(zhì)米質(zhì)鑒定結(jié)果

就本試驗(yàn)中的26份優(yōu)質(zhì)種質(zhì)來說,對水稻葉瘟及穗頸瘟的抗性存在差異,但是普遍較弱,而且對穗頸瘟都表現(xiàn)為不同程度的感病。因此,有必要利用外源抗病基因?qū)r(nóng)藝性狀及米質(zhì)優(yōu)良的品種進(jìn)行抗性改良。在此基礎(chǔ)上,利用分子標(biāo)記輔助選擇,可以將抗稻瘟病基因?qū)肽繕?biāo)品種中,提高品種對稻瘟病的抗病能力[3]。

稻米的品質(zhì)特性主要受遺傳因素的控制,同時(shí)又受到環(huán)境因素的影響,稻米各品質(zhì)指標(biāo)間存在錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系[4],充分了解水稻種質(zhì)的品質(zhì)現(xiàn)狀,挖掘優(yōu)良種質(zhì)資源,是進(jìn)行水稻米質(zhì)改良的關(guān)鍵步驟。香味是影響稻米食用品質(zhì)的重要性狀之一,透明度與米質(zhì)呈顯著相關(guān),透明度好的品種口感也佳。在26個(gè)參試優(yōu)質(zhì)種質(zhì)中,僅有兩個(gè)品種達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn),然而有趣的是,在米質(zhì)品嘗比較中,鷹優(yōu)香占和贛929表現(xiàn)為米飯外觀及口感都上佳,可能與這兩個(gè)品種具有香味有關(guān)。因此在今后的優(yōu)質(zhì)稻選育中,在確保抗病性的基礎(chǔ)上,既要注意稻米的外觀品質(zhì),也要注意米質(zhì)相關(guān)因素如直鏈淀粉含量、膠稠度、堿消值等的檢測,并可以適當(dāng)導(dǎo)入香味基因,以全面提升稻米的口感。

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