華南稻區(qū)首次發(fā)現(xiàn)稻曲病菌的有性態(tài)①

張容博，許開南，鐘克財，張正淳，王忠文，張君成*

（1.廣西大學農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院 南寧市 530004；2.廣西大學農(nóng)學院 南寧市 530004）

水稻是我國主要糧食作物，由稻曲病菌（Ustilaginoideavirens）侵染引起的稻曲病在我國各水稻產(chǎn)地普遍發(fā)生，該病害在歷史上屬零星發(fā)生的次要病害，但隨著灌溉與用肥水平的提高以及高產(chǎn)型品種的普及推廣，該病害已經(jīng)發(fā)展成水稻的主要病害之一[1-2]。而且，稻曲病菌能產(chǎn)生真菌毒素，混雜于谷物中的稻曲病菌直接威脅人畜健康[3-4]。顯然，稻曲病的發(fā)生流行是我國水稻生產(chǎn)與稻米糧食安全的重要問題。

稻曲病菌侵染水稻導致稻穗發(fā)病，形成充滿菌組織和厚垣孢子的稻曲球。稻曲球可以產(chǎn)生菌核[5]，菌核屬于稻曲病菌有性生殖發(fā)育的菌組織，菌核的萌發(fā)生長可以產(chǎn)生子囊孢子[6-7]，因此，菌核的形成可以作為稻曲病菌有性態(tài)發(fā)生的標志。菌核產(chǎn)生的子囊孢子可成為稻曲病的初次侵染來源，在病害流行中發(fā)揮作用[2,8-10]。國外有報道，在北部高海拔地區(qū)的稻田，稻曲病菌能形成菌核，而南部平原地帶的稻曲病標樣不產(chǎn)生菌核[11]，似乎菌核的形成與地理高緯度及高海拔有關。上世紀80年代，國內(nèi)已在江蘇省、浙江省、江西省、遼寧省、河北省、云南省等稻區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)稻曲病菌能形成菌核[12-17]。而黎毓干等（1986）連續(xù)2 a定點觀察及調(diào)查了數(shù)千個稻曲病發(fā)病稻穗，在廣東省稻區(qū)未發(fā)現(xiàn)有菌核形成，認為菌核形成子囊孢子不能成為廣東省稻曲病的初次侵染來源[18]。廣西和廣東是我國的南部省份，兩地水稻種植區(qū)的地理生態(tài)幾乎一樣。自黎毓干等（1986）報道廣東未發(fā)現(xiàn)稻曲病菌能形成菌核之后的30多年，一直未見有廣東、廣西等南部省份發(fā)現(xiàn)稻曲病菌有性態(tài)的明確報道，人們似乎相信華南稻區(qū)的稻曲病菌不容易形成菌核[19-20]。顯然，至今對稻曲病的侵染循環(huán)及稻曲病菌生活史的認識仍然有限。筆者于2020年晚稻期調(diào)查南寧市郊優(yōu)質(zhì)稻稻曲病發(fā)生情況時，卻意外發(fā)現(xiàn)稻曲病標樣出現(xiàn)菌核，因而對當?shù)氐厩〉木诵纬汕闆r也進行了調(diào)查，目的是取得南寧市稻曲病菌生活史更詳盡的信息，以及進一步認識稻曲病菌菌核形成的地理生態(tài)，為稻曲病的防控決策提供參考?，F(xiàn)將南寧市郊稻曲病的發(fā)生情況與田間稻曲病菌核的形成情況報道如下。

1 材料與方法

1.1 稻曲病發(fā)病狀況調(diào)查

1.1.1 調(diào)查時間及地點

2020年11月1日，在南寧市青秀區(qū)劉圩鎮(zhèn)的2個村莊進行抽樣調(diào)查，具體地點為劉圩鎮(zhèn)那床村的那芒山與劉圩鎮(zhèn)那救村的鐘坡。調(diào)查未能取得當?shù)胤N植的品種名稱，但普遍都屬于細粒優(yōu)質(zhì)米類型的水稻。

1.1.2 調(diào)查方法

在2個村莊各選擇5個田塊，每田塊沿著長方向以一字排列方式選擇5個點，每點觀察20叢稻株，記錄發(fā)病叢數(shù)，并逐穗記錄發(fā)病稻穗上的病粒數(shù)。由此計算平均每穗病粒數(shù)、病叢率、病穗率、和病情指數(shù)。按如下標準進行病情分級及計算病情指數(shù)。

1級：單穗病粒數(shù)1～5粒。2級：單穗病粒數(shù)6～10粒。3級：單穗病粒數(shù)11～20粒。4級：單穗病粒數(shù)21～40粒。5級：單穗病粒數(shù)大于40粒。

病情指數(shù)=各級數(shù)與其相應發(fā)病穗數(shù)的乘積的總和/（5×調(diào)查總穗數(shù)）×100

1.2 稻曲病菌菌核形成情況調(diào)查

1.2.1 調(diào)查時間及地點

2020年11月5日，在南寧市青秀區(qū)劉圩鎮(zhèn)選擇3個村莊進行取樣調(diào)查，具體地點為那床村的那芒山（108°38′22″E，22°41′15″N，海拔高度55.0 m），大 里 村 的 那 稔 坡（108°40′23″E，22°40′56″N，112.6 m），那救村的鐘坡（108°38′22″E，22°43′36″N，80.7 m）。

1.2.2 調(diào)查方法

選取稻曲病較多的田塊，隨機采摘發(fā)病稻穗樣本，發(fā)病多的田塊多采摘，發(fā)病少的田塊盡可能采摘。具體操作是：一只手捏住病稻穗的穗頸，另一只手拿剪刀在穗頸下方輕輕將病稻穗剪離稻稈，再將剪下的病稻穗放入塑料袋內(nèi)裝存，每個塑料袋存裝病稻穗約20穗，病稻穗采樣完畢及標記后全部置入收納袋內(nèi)帶回實驗室，在實驗室內(nèi)仔細檢查菌核形成情況。

檢查菌核的方法是，用手指捏搓稻曲球，將附在稻曲球表面或嵌埋在厚垣孢子層間的菌核捏揀出來，逐個病粒、逐個病穗記錄稻曲球上的菌核數(shù)量。有部分菌核在檢查時，已掉離稻曲球，散落在裝樣塑料袋內(nèi)，一并點數(shù)記錄。檢查記錄完畢后，可取得菌核總個數(shù)、調(diào)查穗數(shù)、有菌核穗數(shù)、病?？倲?shù)、掉離菌核數(shù)，計算取得如下參數(shù)。

穗均有菌核=菌核總個數(shù)/調(diào)查穗數(shù)

有菌核病粒百分比（%）=有菌核的病粒數(shù)/病?？倲?shù)×100

2 結果與分析

2.1 稻曲病發(fā)病狀況

在那床村的那芒山與那救村的鐘坡2個調(diào)查點的所有抽樣調(diào)查田，都存在稻曲病發(fā)病稻穗，表明當前普遍栽種的優(yōu)質(zhì)型水稻均可被稻曲病菌侵染致病。但不同田塊的病情輕重程度不一，發(fā)病較重田塊（鐘坡田2）的叢發(fā)病率為12.00%，穗發(fā)病率為5.29%，病情指數(shù)為3.17；而發(fā)病較輕田塊（鐘坡田5）的叢發(fā)病率為3.00%，穗發(fā)病率為0.30%，病情指數(shù)為0.10。單穗形成病粒數(shù)目差別較大，少的只有病粒1粒/穗，而多的（那芒山田5）可達到74粒/穗（表1）?？偤险{(diào)查區(qū)域內(nèi)的稻田，平均叢發(fā)病率為7.90%，穗發(fā)病率為1.37%，病情指數(shù)為0.72，總體病情較輕。

表1 南寧市青秀區(qū)劉圩鎮(zhèn)2個調(diào)查村莊點各田塊的稻曲病發(fā)生情況

表1（續(xù)）

2.2 菌核形成狀況

鑒于黎毓干等（1986）認為廣東稻區(qū)稻曲病菌不能形成菌核[18]，本調(diào)查之前筆者也相信包括廣西在內(nèi)的華南稻區(qū)的稻曲病菌不能形成菌核，因而在前面的發(fā)病狀況調(diào)查時，并未注意稻曲球上的菌核問題。直到調(diào)查結束后采摘部分病穗標樣回實驗室備用時，發(fā)現(xiàn)稻曲球上有菌核掉落出來（圖1），才意識到調(diào)查地存在菌核形成的現(xiàn)象。菌核與稻曲球的接觸著生面為鮮黃色（圖1-A），而朝向外界的暴露面呈墨綠色（圖1-B）。菌核與稻曲球在著生狀態(tài)下，一些較大的菌核通過仔細察看雖然能夠辨識（圖2-A），但大多數(shù)菌核通常小于稻曲球（圖2-C），它們往往相嵌或嵌埋于稻曲球外層厚垣孢子層當中，且外面的色澤與厚垣孢子層的色澤一致（圖2-B），因此到了發(fā)病后期，田間一般不容易識別出稻曲球上存在菌核。樣，有一個菌核（箭頭所指）從一粒稻曲球上掉離出來。菌核與稻曲球的著生面兩者均呈鮮黃色（A），菌核朝向外界的暴露面呈墨綠色（B）。

圖1 稻曲病菌菌核

圖2 調(diào)查地的菌核形態(tài)大小

本文通過捏搓稻曲球的方式，將3個調(diào)查村莊點的稻曲病標樣的菌核逐一捏揀出來（圖2-C）并記錄。結果發(fā)現(xiàn)，各個取樣田塊的發(fā)病稻穗上都發(fā)現(xiàn)有稻曲病菌菌核的形成。在總抽查的461個稻穗中，有49穗發(fā)現(xiàn)有菌核，有菌核稻穗占比為10.63%，平均每個稻穗有菌核0.62個，最多者1個稻穗可形成20個菌核。有2.60%的稻曲球能形成菌核，1個稻曲球上可見形成菌核1～3個（表2），表明南寧市近郊的地理生態(tài)適合稻曲病菌有性態(tài)的發(fā)生。具體考查各個田塊，發(fā)現(xiàn)各田塊間的菌核形成的頻率并不一樣，形成頻率高的田塊（大里村那稔坡調(diào)查田2），發(fā)病稻穗平均每穗有菌核2.12個，有9.79%的稻曲球產(chǎn)生菌核。而菌核形成頻率低的田塊（大里村那稔坡調(diào)查田1），發(fā)病稻穗平均每穗只有0.07個菌核，只有0.33%的稻曲球產(chǎn)生菌核，可見田塊間的菌核形成頻率差別較大。調(diào)查采樣樣本的攜帶、運輸及觀察等動作導致78個菌核掉離開稻曲球，掉離菌核的百分比為27.27%。

表2 南寧市青秀區(qū)劉圩鎮(zhèn)3個調(diào)查村莊點的稻曲病菌菌核形成情況

3 討論

調(diào)查發(fā)現(xiàn)南寧周邊郊區(qū)當前普遍種植的優(yōu)質(zhì)型水稻均可被稻曲病菌侵染致病。已有報道，水稻不同品種之間對稻曲病的抗病性差異很大[21]，不同的用肥量也能顯著改變稻曲病的發(fā)生程度[22]。本次調(diào)查各田塊間的病情差別較大的原因，可能與各農(nóng)戶種植不同品種有關，也可能是不同的用肥水平所造成。2020年下半年南寧市及周邊地區(qū)總體上為干旱少雨天氣，不是稻曲病發(fā)生流行的適宜天氣，本次調(diào)查總體病情偏輕，可能與此天氣情況有關。不過，在總體偏輕的流行狀態(tài)中，也存在單穗形成較多發(fā)病稻粒的情況，可以多達每穗74粒病粒，這些表現(xiàn)反映出稻曲病發(fā)生機制復雜。

在稻曲病發(fā)生流行偏輕的情況下，南寧市郊稻田都普遍發(fā)現(xiàn)有稻曲病菌菌核形成，這是在華南水稻產(chǎn)區(qū)首次發(fā)現(xiàn)稻曲病菌的生活史存在有性生殖發(fā)育。南寧市在當前發(fā)現(xiàn)稻曲病菌有性態(tài)形成發(fā)育的地區(qū)中屬于國內(nèi)最南部的地域（22°40′56″N），部分調(diào)查地的海拔高度只有55 m，這樣的地理參數(shù)表明，低緯度和低海拔并不是稻曲病菌菌核形成的重要限制因素。依據(jù)本調(diào)查總體計算結果，單穗平均形成菌核為0.62個，但也出現(xiàn)單個稻穗可形成20個菌核的情況；大多數(shù)稻曲球上形成1個菌核，但也存在單個稻曲球上可以形成3個菌核的情況（表2），這些數(shù)量特征表明稻曲病菌菌核形成的機理復雜。

有報道，稻曲病菌菌核的形成需要低溫誘導[19-20]。南寧稻區(qū)的稻曲病菌能正常形成菌核，說明當?shù)氐臏囟壬鷳B(tài)可以滿足菌核形成的需要。2020年秋季，南寧地區(qū)的天氣屬常規(guī)狀況，沒有明顯的異常于往年的寒冷低溫天氣，因此，很可能往年也有菌核形成，以及華南其他地方的稻田也能形成菌核。

調(diào)查區(qū)域的菌核形成頻率在0.33%～9.79%，平均形成頻率為2.53%，與國內(nèi)菌核常發(fā)地的菌核形成頻率（2.1%～15%）相比[6]，菌核形成頻率似有偏低。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)稻曲病菌的有性生殖屬異宗配合的類型[23-24]，而異宗配合的真菌只有性親和的異性菌株接觸生長才有機會完成質(zhì)配和核配。病菌群體異性菌株的比例不同，會導致兩性菌株的接觸機率不同。南寧稻區(qū)調(diào)查區(qū)域總體菌核形成頻率較低，可能是兩個交配型中，有一性別交配型菌株的比例偏低。不同田塊間菌核形成頻率差別較大，也可能是不同田塊中的兩性菌株的比例差別較大所致。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，僅有少部分（27.27%）的菌核掉離稻曲球，大部分菌核仍留在稻曲球上。本次菌核調(diào)查的動作過程包括：田間采摘病穗及手拎樣本袋在田間走動、樣本隨交通車輛顛動、觀察時的樣本拿取動作等，似乎與田間收割動作等效，也就等同于田間形成的菌核大部分可被收割帶走。有報道稻田形成菌核數(shù)目可高達225萬個/ha[6]，但實際掉落在田間的菌核可能沒有想象的多，意味著田間形成的菌核只有少部分能進入稻曲病的侵染循環(huán)。

有性繁殖過程的基因交換與重組能給稻曲病菌提供廣泛的遺傳變異，增加病菌群體致病性的復雜性，進而增加稻曲病菌克服品種抗病性的潛力，直接造成病害防控難度的增加。因此，需要重視稻曲病菌的有性態(tài)研究，也需要重視監(jiān)測稻曲病菌群體致病性的組成及變化。