水稻紋枯病育種研究進(jìn)展

欒春晶 李修平

(佳木斯大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

水稻(Oryza sativa L.)作為全世界最重要的糧食作物之一，我國60%以上的人口以水稻為食。2020年，我國的水稻播種面積為30080千hm2，種植面積位居世界排名的第2位，產(chǎn)量為21186萬t。水稻紋枯病(Rice sheath blight)作為1種發(fā)病范圍廣、頻率高、危害大的全球性病害，是我國水稻三大病害之一。近年來，由于研究人員對水稻品種的改良、各地水稻種植方式的改變、氮肥使用量逐漸升高、秋后秸稈不當(dāng)處理等因素，使得水稻紋枯病發(fā)病日益嚴(yán)重，水稻植株受影響嚴(yán)重，使其不能正常生長無法進(jìn)行營養(yǎng)的吸收，一般會導(dǎo)致產(chǎn)量下降10%～30%，嚴(yán)重時可達(dá)50%以上。長期以來，使用化學(xué)藥劑和栽培措施防治水稻紋枯病，但都沒有達(dá)到預(yù)期的效果，而且對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。因此，對高抗性品種的需求與日俱增，所以最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法就是培育抗病品種。

1 水稻紋枯病的發(fā)現(xiàn)與危害

1.1 水稻紋枯病的發(fā)現(xiàn)

日本研究人員于1905年首次發(fā)現(xiàn)了水稻紋枯病，1934年首次在國內(nèi)報導(dǎo)，近數(shù)十年來迅速蔓延到世界各地，是世界上最嚴(yán)重的三大水稻病害之一。隨著施肥量的增加和矮化育種的發(fā)展，水稻紋枯病的危害越來越嚴(yán)重，同時，隨著多蘗苗的培育和栽培技術(shù)的發(fā)展，紋枯病的發(fā)生和危害日益嚴(yán)重。目前，水稻紋枯病是我國發(fā)病率、產(chǎn)量損失最大的水稻病害，對世界水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)構(gòu)成了極大的危害。

1.2 水稻紋枯病的危害

水稻紋枯病是由強(qiáng)腐生性真菌“立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)”引起，在夏季高溫高濕環(huán)境下迸發(fā)，其菌核長年累積主要寄宿于土壤和周邊雜草中侵染水稻。溫濕度適宜其菌絲生長條件環(huán)境中，萌發(fā)菌絲侵染水稻，致使水稻葉片呈現(xiàn)出橢圓形或云紋狀灰綠或灰棕色的斑塊。病菌首先侵染水稻基部近水面的葉鞘，沿葉鞘縱橫傳播，隨后逐漸擴(kuò)散。病斑顏色隨濕度降低而變?yōu)闇\黃或灰白色。在高溫、高濕度的環(huán)境中，病害會在植株上快速蔓延，僅數(shù)日就會使受害植株的葉片邊緣干枯、死亡。若短期環(huán)境對病菌的生長不利，紋枯病菌就會在葉鞘和莖桿上形成一個白色的菌核來抵御外界環(huán)境帶來的影響，在條件合適時繼續(xù)侵染水稻。若長期環(huán)境不利菌核生長，白色菌核會逐漸失去水分，變得堅硬，顏色為暗棕色，易脫落，可存活數(shù)年。水稻從苗期至穗期均可感染紋枯病，感染最為嚴(yán)重階段為分蘗末期至孕穗期，導(dǎo)致水稻不能正常抽穗，產(chǎn)量降低，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

2 水稻紋枯病的抗性種質(zhì)資源

2.1 水稻紋枯病鑒定方法與評價體系

水稻紋枯病可以感染苗期到抽穗期，根據(jù)接種環(huán)境的不同，紋枯病病菌的接種方法可分為溫室接種和田間接種。

水稻紋枯病的田間接種通常采用撒播法、嵌入法。撒播法是將稻谷與稻殼按照1∶2的比例混合，經(jīng)過滅菌后，在大田中的水稻根部均勻撒播。嵌入法一般是將裁剪好的牙簽、火柴棒等材料插入水稻的倒三葉鞘中。此方法具有一定的操作難度，要在很短的時間內(nèi)進(jìn)行大量的鑒定，評估的準(zhǔn)確率降低，并且容易增大誤差。為了提高鑒定結(jié)果的可信度，并降低工作量，一些研究小組不斷改進(jìn)微室鑒定方法和離體鑒定方法[1]。總之，在控制接菌量、降低機(jī)械對水稻損害的前提下，又能確保接種環(huán)境有利于水稻紋枯病菌生長，是新的抗性鑒定技術(shù)的發(fā)展方向。為避免抽穗期的影響，眾多學(xué)者多采取分批播種法，或選用抽穗期相近的材料，在溫室內(nèi)于分蘗后期到孕穗期進(jìn)行抗性鑒定，能降低抽穗期與復(fù)雜的環(huán)境因子的影響。

大量的文獻(xiàn)資料中，對成株期紋枯病病情調(diào)查進(jìn)行了記載，Rush等所建立的“0～9”級病級評定準(zhǔn)則，主觀性強(qiáng)，其它指標(biāo)主觀性差。左示敏[2]在“葉鞘位”基礎(chǔ)上對“0～9”等級的判別結(jié)果進(jìn)行了改進(jìn)，其準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高，可用于田間和溫室的抗性鑒定。王子斌等[3]通過對不同類型的調(diào)查指標(biāo)的對比分析，得出以“葉鞘位”為依據(jù)的9級標(biāo)準(zhǔn)，其準(zhǔn)確度與相對病斑高度相近，可重復(fù)性好，評定效率明顯。整體而言，通過對各環(huán)節(jié)的不斷完善，使田間成株期的鑒定結(jié)果更具可信度和重復(fù)性，可以作為其它方法的參考。但由于田間鑒定的環(huán)境可控性差，因此目前已有研究人員建議采用成株期溫室接種鑒定方法，但該方法仍需進(jìn)一步改進(jìn)。王子斌等[4]認(rèn)為，現(xiàn)有的苗期鑒定技術(shù)更適合對種質(zhì)資源、選育材料進(jìn)行初步的抗性鑒定。

2.2 水稻抗紋枯病種質(zhì)資源的篩選

世界上有非常豐富的水稻種植資源種質(zhì)，其遺傳基因非常豐富?？剐苑N質(zhì)資源是抗性育種的研究基礎(chǔ)，而抗病品種的選育是抗性育種的關(guān)鍵。

20世紀(jì)70年代初，國內(nèi)對水稻紋枯病的抗性鑒定進(jìn)行了研究[5]。過崇儉等[6]對72208個品種或品系進(jìn)行了抗性鑒定。實驗結(jié)果顯示，表現(xiàn)出中感或高感的材料占比95%以上，少量為中抗材料，無高抗性及免疫材料。Mckenzie等[7]利用Co60基因突變技術(shù)，在Tetep的后代中篩選到矮稈早熟抗源P150071和P150072。Groth等[8]利用回交技術(shù)將Tetep品種的抗性轉(zhuǎn)移到Lemont上，得到了對紋枯病具有抗性的改良抗源Pr655s。湖南從20世紀(jì)70年代中期開始，對全球24000種培育水稻和野生稻米進(jìn)行了8a的研究，沒有發(fā)現(xiàn)任何有效的抗性材料，僅發(fā)現(xiàn)少量的中抗材料[9]。Xie等[10]利用體細(xì)胞原生質(zhì)體培養(yǎng)的方法，從感病品種Labelfe中分離得到了2株LSBR-5和LSBR-33。陸崗等[11]對深水稻種的抗性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，僅有“赤禾”和“Azaldigh” 2種材料具有很高的抗性。Taguchi-Shiobara Fumio等[12]對33個不同區(qū)域的水稻品種進(jìn)行了多點重復(fù)分析，結(jié)果顯示，喜馬拉雅山的3個稻種對紋枯病的抗性比較好，說明當(dāng)?shù)氐牡久灼贩N中可能存在著更高的抗性品種。左示敏等[13]對299個不同區(qū)域的水稻品種以帶菌木火柴棒為接種物進(jìn)行了抗性鑒定，結(jié)果表明，64.5%的材料呈現(xiàn)出中感至高感，無免疫和高抗品種。左示敏[14]利用秈粳雜交技術(shù)，在其子代中獲得了YSBR1高抗性種質(zhì)。Prasad等[15]利用3種不同的方法，對73份水稻種質(zhì)資源進(jìn)行了鑒定，發(fā)現(xiàn)7份材料具有中等抗性。國際水稻研究所對233份水稻種質(zhì)資源進(jìn)行了抗性研究，結(jié)果表明，在抗病方面沒有材料表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗性，而中等抗性材料所占比例不到10%[16]。Persaud等[17]在2個不同地點的5個環(huán)境中，對101個不同的水稻品種進(jìn)行了抗性鑒定分析，獲得了4份具有一定抗性的品種“G98-135”、“FG07-35”、“GRDB-12”、“BR-444”。

2.3 水稻抗紋枯病品種的選育

在過去的幾十年中，已有許多國內(nèi)外科研隊伍對全球水稻資源材料進(jìn)行了大量的篩選。只篩選到“Jasmine85”、“特青”、“LSBR-5”、“LSBR-33”、“YSBIR”、“揚稻4號”、“窄葉青8號”、“華粳3號”、“武粳15”、“揚輻粳7號”等少量中抗水平的材料[18]，但至今沒有發(fā)現(xiàn)免疫資源材料。但由于環(huán)境因素的影響，其抗性在不同地區(qū)也有很大差別。因此，尋找新的紋枯病抗性種質(zhì)資源，是許多學(xué)者一致的共識。隨著科技和基因工程的發(fā)展，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)進(jìn)行植物抗病育種已經(jīng)成為普遍的手段。通過生物技術(shù)改善水稻紋枯病的抗性，是1個重要的研究方向。若將誘變技術(shù)與組織層次的鑒定技術(shù)相結(jié)合，將可能有較好的選擇效果[19]。

3 展望

傳統(tǒng)的育種技術(shù)是根據(jù)作物的田間表現(xiàn)來進(jìn)行篩選，也就是通過表型間接篩選出基因型，需要豐富的經(jīng)驗以及漫長的周期。因此，在育種過程中，如何有效提高選育的效果，降低其盲目程度，已成為擴(kuò)展品種產(chǎn)量的核心要素。利用分子輔助標(biāo)記進(jìn)行選育，可以在較早的幾代中進(jìn)行篩選，縮短了育種時間，避免了環(huán)境對其的干擾，提高了選育的準(zhǔn)確性，使選育的結(jié)果更加可信。

近年來，隨著分子標(biāo)記技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多學(xué)者已經(jīng)開始將其運用于育種，并在此基礎(chǔ)上提出了一些有意義的研究方法。目前，利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)進(jìn)行品質(zhì)性狀的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但關(guān)于數(shù)量基因輔助選擇的研究卻很少。然而，許多育種實踐中的性狀都屬于數(shù)量性狀，因此，要實現(xiàn)真正意義上的標(biāo)記輔助育種，則需在實際育種中運用QTL技術(shù)。