稻曲病發(fā)病規(guī)律、病菌功能基因組以及免疫反應(yīng)的遺傳機(jī)制

何旎清 程朝平 晉藝丹 黃鳳凰 李生平 楊德衛(wèi)*

（1 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，福州 350018；2 福建農(nóng)林大學(xué)農(nóng)學(xué)院，福州 350002；#共同第一作者；*通信作者:dewei-y@163.com）

由稻綠核菌（Ustilaginoidea virens）引起的稻曲?。≧ice false smut）是重要的水稻病害之一，近年來在亞洲、非洲、美洲、歐洲和大洋洲等地區(qū)均有發(fā)生。該病害不僅對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)有影響，而且其病原菌產(chǎn)生的毒素對人和動物均有危害，已引起世界植物保護(hù)學(xué)家和育種學(xué)家的高度重視[1-2]。近幾年，隨著雜交水稻面積的不斷推廣，尤其是甬優(yōu)系列秈粳交雜交稻的大面積種植與推廣，稻曲病發(fā)病越發(fā)嚴(yán)重，嚴(yán)重時可造成20%～30%的產(chǎn)量損失[3]。稻曲病已成為稻瘟病、紋枯病之后的又一大水稻病害。能否實現(xiàn)對稻曲病的有效防控事關(guān)我國糧食生產(chǎn)安全和食品安全。鑒于此，本文歸納形成了稻曲病菌觸發(fā)植物免疫反應(yīng)的模型，同時，探討了當(dāng)前稻曲病抗性鑒定方法、抗性基因挖掘、侵染機(jī)制、稻曲病菌與水稻互作以及病情監(jiān)測預(yù)報和防治等方面存在的問題，并對今后進(jìn)一步開展相關(guān)研究進(jìn)行了展望。

1 稻曲病的癥狀與發(fā)生概況

1.1 稻曲病的命名

《本草綱目》記載的“粳谷奴，谷穗媒者”實際上就是稻曲病。1878 年COOKE 在印度首次發(fā)現(xiàn)稻曲病病原菌并命名為Ustilago virens。1896 年TAKAHESHI 正式將其命名為Ustilaginoidea virens。2007 年許志剛將該病原菌的學(xué)名修訂為Ustilaginoidea virens（che），并寫入《拉漢-漢拉植物病原生物名稱》中[4]。

1.2 稻曲病菌產(chǎn)生癥狀

稻曲病菌在稻穗上會形成黑色、墨綠色和黃色稻曲球[5]。稻曲病發(fā)病初期，受害病粒菌絲在谷粒內(nèi)形成塊狀，并僅局限于水稻花序穎片內(nèi)。后逐漸擴(kuò)大，最后形成直徑達(dá)1 cm 以上，能將整個花序部分完全包裹的完整稻曲球。一般1 個病粒含有1 個菌核，有的含有2～4 個菌核。

研究者在田間還發(fā)現(xiàn)了與上述癥狀明顯不同的稻曲球病粒，即白色稻曲球。早在1978 年印度就報道了這種白色稻曲球，其癥狀與黑色、墨綠色和黃色的稻曲球外部形態(tài)明顯不同，1991 年日本HONKURA 等報道了這種白色稻曲球，1996 年我國王疏等也報道了白色稻曲球[6]。

1.3 稻曲病發(fā)生情況

稻曲病是一種世界性真菌病害，在亞洲、非洲、美洲、歐洲和大洋洲均有發(fā)生，在亞洲的中國、日本、印度和菲律賓等國家發(fā)病較為嚴(yán)重，在歐洲主要以英國、意大利和荷蘭等國家發(fā)病較為嚴(yán)重[7-8]。

我國在20 世紀(jì)30、40 年代已有稻曲病發(fā)生的報道；50 年代開始關(guān)注該??；70 年代以后，隨著雜交稻面積擴(kuò)大及栽培技術(shù)提高，該病逐年加重；80 年代開始，由于密穗型水稻品種的大面積推廣，該病越來越嚴(yán)重；80 年代末期，隨著雜交水稻和粳稻面積進(jìn)一步擴(kuò)大，該病已危及我國10 多個省的水稻生產(chǎn)；進(jìn)入90 年代，我國相當(dāng)部分水稻產(chǎn)區(qū)都發(fā)生該病，對水稻產(chǎn)量造成重大損失[5]。2015—2017 年，每年約有240 萬hm2的稻田受到該病的影響[9]。2022 年全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心組織各?。▍^(qū)、市）測報技術(shù)人員預(yù)測全國發(fā)生面積約240 萬hm2。

2 稻曲病菌的生物學(xué)特征

2.1 稻曲病菌的生物學(xué)特征

2.1.1 稻曲病菌的特征分類

1934 年SAKURAI 發(fā)現(xiàn)了該病原菌的有性孢子，該菌被歸于子囊菌的麥角菌屬，由于各種原因，該病原菌命名并沒有獲得學(xué)術(shù)上的認(rèn)可。直至2008 年TANAKA在系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，將該病原菌從Claviceps 屬獨(dú)立出來，將其有性態(tài)定名為Villosiclava virens[10]。稻曲病菌的繁殖體主要有厚垣孢子、子囊孢子和分生孢子3 種，稻曲病菌在田間主要以厚垣孢子和菌核2 種形態(tài)越冬，而且這2 種形態(tài)可以成為次年稻曲病的初次侵染源。研究顯示，稻曲病菌厚垣孢子（無性態(tài)）有黃色、淡墨綠色和黑色3 種顏色，除黑色外，其他2 種顏色的厚垣孢子均可萌發(fā)，萌發(fā)溫度為25 ℃～30 ℃[11]。

2.1.2 稻曲病菌的遺傳多樣性分析

稻曲病菌由于易受外界環(huán)境變化而變化，表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性[12-14]。最近基因組研究顯示，Uv-Gvt的基因庫與中國和日本報道的UV-8b和MAFF 236576具有相似性[15]。

2.2 稻曲病菌的功能基因研究

2.2.1 稻曲菌基因組學(xué)研究

FU 等[16]對稻曲菌核型進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，菌核中至少包含10 條大小不等的染色體，這些染色體分子量在0.6 kb～6 Mb 之間，推測其基因組大小為23 Mb左右。WANG 等[17]通過構(gòu)建人工染色體文庫，對稻曲菌菌株Uv-8b進(jìn)行測序，結(jié)果顯示，其基因組長度約為51.2 Mb。SUN 等[18]對2 個不同稻曲菌株的基因組進(jìn)行比較，結(jié)果表明，不同區(qū)域群體間遺傳多樣性存在顯著差異，且存在遺傳分化。ZHANG 等[19]利用Illumina 等平臺對稻曲菌Uv-8b的全基因組進(jìn)行了高通量測序，結(jié)果顯示，該菌基因組大小約為39.4 Mb，包含約8 426個編碼基因，平均基因長度為1 672 Mb，平均每個基因包含2.6 個外顯子和1.6 個內(nèi)含子。

最近研究者對稻曲病菌UV-FJ-1(38.48 Mb)進(jìn)行了全基因組測序。該基因組包含116 個contigs，N50 為0.65 Mb，最大長度為2.10 Mb，共鑒定出7 164 個蛋白質(zhì)編碼基因，其中5 818 個具有功能注釋，223 個編碼假定的效應(yīng)蛋白[19]。

2.2.2 稻曲菌相關(guān)功能基因的克隆及功能分析

CHEN 等[20]利用同源克隆技術(shù)，從稻曲病菌中鑒定出一個重要的轉(zhuǎn)錄因子UvCom1G，該基因可影響跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)富集基因的表達(dá)。CHEN 等[21]利用轉(zhuǎn)錄組分析鑒定了一個假定的酯環(huán)化酶UvEC1，UvEC1 突變體表現(xiàn)出降低的毒性。TANG 等[22]從稻曲病菌中鑒定到2 個CMGC（CDK/MAPK/GSK3/CLK）激酶基因UvPmk1和UvCDC2，研究顯示，UvPmk1和UvCDC2敲除突變體的感染菌絲生長缺陷和毒力顯著喪失。CHEN 等[23]利用轉(zhuǎn)錄組分析，鑒定出一個重要的轉(zhuǎn)錄因子UvCGBP1，并可以通過MAPK 途徑調(diào)控真菌毒力。XIE 等[24]對稻曲菌中UvBI-1基因進(jìn)行克隆和互補(bǔ)驗證，結(jié)果表明，UvBI-1在菌絲生長和產(chǎn)孢過程中起著負(fù)作用，并對其抗逆性、細(xì)胞壁完整性、次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生和致病性起著至關(guān)重要的作用。

FANG 等[25]利用瞬時表達(dá)系統(tǒng)對稻曲病菌中119個效應(yīng)蛋白進(jìn)行篩選，并通過酵母系統(tǒng)驗證了其中11個具有分泌活性。ZHENG 等[26]克隆了稻曲病菌中鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Uvt3277，證明了該蛋白在稻曲病致病過程中具有重要的調(diào)控作用。YIN 等[27]從稻曲菌基因組中鑒定出28 個bZIP基因，并進(jìn)一步證明了17 個bZIP在病原菌致病過程中具有調(diào)控作用，8 個bZIP可能參與病原菌抗氧化壓力的調(diào)控。

2.3 稻曲病菌毒素研究

稻曲病菌一個非常重要的特點就是會對人畜產(chǎn)生嚴(yán)重的健康危害。NAKAMURA[28]研究顯示，稻曲菌的提取物對兔子有毒。20 世紀(jì)50 年代，中國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，稻曲病中含有有色毒素C9H6O7，對牛有毒。

研究發(fā)現(xiàn)，到目前為止稻曲病菌中含有3 類次生代謝產(chǎn)物：一類是稻綠核菌素(Ustilaginoidins) ，為萘并吡喃酮類化合物；二類是稻曲菌素（Ustiloxins) ，為環(huán)肽類化合物；三類是山梨素類（Sorbicillinoids），為六聚酮類脂溶性化合物[29-31]。稻曲菌素代謝物具有不同的生物學(xué)活性，主要表現(xiàn)動物毒性、植物毒性以及細(xì)胞毒性的特點，稻曲菌素主要成分是稻曲菌素A、稻曲菌素B 以及其他稻曲菌素。最近研究發(fā)現(xiàn)，稻曲菌素表現(xiàn)植物毒、動物毒及細(xì)胞毒活性，主要原因是稻曲菌素可以抑制微管蛋白的組裝，進(jìn)而阻礙細(xì)胞骨架的形成[29-31]。

3 稻曲病菌侵染水稻的特征

早在1962 年IKEGAMI[32]就對稻曲病菌在苗期侵染水稻的過程進(jìn)行了系統(tǒng)的組織學(xué)觀察，研究發(fā)現(xiàn)，稻曲病菌從侵染幼嫩胚芽鞘開始，沿著韌皮部篩管表面向外擴(kuò)展，一直到水稻分蘗中晚期，但是并沒有觀察到可以到達(dá)水稻莖尖部的穗原基。ASHIZAWA 等[33]研究表明，水稻幼穗形成期至孕穗中期最易受稻曲病菌侵染，而在破口期之后很難侵入。TEBEEST 等[34]研究顯示，稻曲病菌可以侵染水稻幼嫩的胚根，進(jìn)一步利用PCR 技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)，隨著水稻生長，病原菌可擴(kuò)展至整個植株，其中包括穗子和稻粒等不同組織。SONG 等[35]通過PCR 技術(shù)檢測顯示，稻曲病菌可以從芽鞘和苗期根部傷口侵入。TANG 等[36]研究結(jié)果顯示，稻曲病菌最先侵染水稻的雄蕊花絲，但雌蕊和漿片子房上沒有觀察到菌絲。HU 等[37]利用同樣的接種方法，接種1 d 后觀察顯示，菌絲最先侵染小穗的花絲，然后侵染花藥基部；在接種7 d 后，菌絲包圍整個花器官，最后形成稻曲球。

SONG 等[38]對稻曲病菌侵染水稻小穗過程進(jìn)行了系統(tǒng)觀察，結(jié)果顯示，在侵染第1 d，分生孢子在小穗外表面萌發(fā)并形成菌絲團(tuán)，但菌絲在小穗里面沒有觀察到；在侵染第2 d，菌絲大部分通過小穗外稃和內(nèi)稃之間的空隙，從頂端延伸至小穗內(nèi)部，有些菌絲在小穗外表面隨機(jī)擴(kuò)散，部分菌絲通過外稃和內(nèi)稃中部或基部的裂縫進(jìn)入小穗；在侵染第3 d，菌絲已進(jìn)入小穗并到達(dá)花表面器官，如花絲、花柱和垂葉；在侵染第4 d，花絲被真菌菌絲感染；在侵染第5 d，雄蕊的花藥上能看到菌絲；在侵染第6 d，柱頭及花柱雌蕊被真菌菌絲覆蓋，這時感染花絲開始塌陷；在侵染第7 d，可以看到大量菌絲進(jìn)一步感染并坍縮花絲，有些柱頭或花柱也被侵染，在熒光顯微鏡下可以清楚觀察到許多被稻曲病菌侵染的小穗；在接下來幾天，真菌菌絲迅速發(fā)育覆蓋了所有的花器官；在侵染第10 d，許多表皮細(xì)胞被感染；在侵染第15 d，大部分柱頭和花柱被感染，少量菌絲延伸至卵巢；在侵染第21 d，少數(shù)子房被真菌菌絲侵染。最近研究者利用水稻雌蕊異常突變體和雄蕊缺陷突變體研究發(fā)現(xiàn)，雄蕊對稻曲病菌侵染水稻花器形成稻曲球是不可或缺的[39]。

根據(jù)以上研究，推測稻曲菌侵染水稻的過程是：稻曲病菌通過小穗外稃和內(nèi)稃之間的空隙進(jìn)入，從頂端延伸至小穗內(nèi)部，病原菌先侵染水稻花絲，阻止了成熟花粉產(chǎn)生，從而阻礙水稻授粉，在接下來的幾天里，稻曲病菌侵入柱頭和花柱，接著繼續(xù)侵染并由子房、柱頭供給營養(yǎng)，很快向花藥及整個穎花內(nèi)擴(kuò)散蔓延，最后形成稻曲病球。

除了用普通PCR 進(jìn)行檢測外，SUN 等[40]提出了一種環(huán)介導(dǎo)等溫擴(kuò)增（LAMP）的方法用于稻曲病菌的特異性檢測，該方法具有快速、簡便、靈敏度高的特點。

4 稻曲病抗性的遺傳規(guī)律與基因鑒定

4.1 稻曲病抗性基因的遺傳方式

目前對于稻曲病抗性遺傳規(guī)律研究進(jìn)展緩慢。2008 年LI 等[41]研究結(jié)果顯示，稻曲病抗性遺傳有顯著主基因效應(yīng)，主要符合2 對主效基因+微效多基因混合遺傳模式。方先文等[42]研究顯示，稻曲病抗性遺傳與2對主基因+多基因遺傳模式相吻合。錢可峰[43]研究顯示，其抗性遺傳主要是受1～2 對主效基因控制。

4.2 抗稻曲病基因的鑒定

近年來，國內(nèi)外學(xué)者開展大量研究挖掘稻曲病抗性基因，鑒定了一些稻曲病抗性相關(guān)的QTLs（表1）。徐建龍等[44]利用創(chuàng)建的近等基因系，在水稻第10 和第12條染色體上分別鑒定了QFsr10和QFsr12等2 個稻曲病抗性相關(guān)QTLs。袁麗華等[45]以MR183-2 和08R2394為研究材料，鑒定了4 個稻曲病抗性相關(guān)QTL：qFsr2-1、qFsr2-2、qFsr3-1和qFsr8-1。LI 等[41]以抗病材料IR28作父本構(gòu)建157 個重組自交系為研究材料，鑒定了7 個稻曲病抗性相關(guān)QTLs 位點：qFsrl、qFsr2、qFsr4、qFsr8、qFsr10、qFsr11和qFsr12。ZHOU 等[46]以構(gòu)建的Lemont/特青的213 個入滲系為研究材料，鑒定了4 個稻曲病抗性相關(guān)QTLs：qFSR-6-7、qFSR-10-5、qFSR-10-2和qFSR-11-2。

表1 鑒定的稻曲病相關(guān)QTLs

最近QIU 等[47]以南京11 號為研究材料，通過圖位克隆技術(shù)，將稻曲病抗性基因FSR1定位于水稻第1 染色體220 kb 的區(qū)域內(nèi)，并初步推斷LOC_Os01g42630為其候選基因。LONG 等[48]通過全基因組關(guān)聯(lián)分析方法，確定了第1 號染色體（12.3 kb）上的基因LOC_Os01g15580為稻曲病抗性的候選基因。NEELAM 等[49]以RYT2668為研究材料，定位了7 個與稻曲病抗性相關(guān)的QTLs：qRFSr5.3、qRFSr7.1a、qRFsr9.1、qRFSr2.2、qRFSr4.3、qRFSr5.4和qRFSr7.1b。此外，HUANG 等[50]在粳稻品種XS47 和XS664 中鑒定了3 個與RFS 抗性相關(guān)的QTLs（qFSR10、qFSR2和qFSR9），分別位于第2、第10 和第11 號染色體上，并對其中的qFSR2進(jìn)行了精細(xì)定位。然而，迄今為止，尚未有抗稻曲病QTL 被克隆的報道。

5 稻曲病免疫反應(yīng)遺傳機(jī)制研究

植物與病原菌互作過程中，植物本身會進(jìn)化出一套有效的先天免疫系統(tǒng)來抵御病原菌的侵染，主要包括PTI（PAMP-triggered immunity）和ETI（Effector-triggered immunity）免疫系統(tǒng)[51]。病原菌為了成功侵染植物會分泌大量效應(yīng)蛋白來抑制植物的免疫反應(yīng)，發(fā)揮毒性功能。

在稻曲病菌與植物形成的免疫反應(yīng)中，眾多研究者通過開展系列相關(guān)研究初步形成了稻曲病菌觸發(fā)宿主免疫反應(yīng)機(jī)制，作者歸納如圖1。SONG 等[52]從稻曲菌分泌液中鑒定到一個在真菌中保守的微生物相關(guān)分子模式SGP1，SGP1 作用于植物細(xì)胞的質(zhì)外體，并且依賴于植物免疫核心受體BAK1 識別。SGP1 編碼一個絲氨酸、蘇氨酸糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白。ZHENG 等[53]研究發(fā)現(xiàn)，該類蛋白在真菌中普遍存在，植物特異性識別SGP1 中保守的22 個氨基酸，該22 個氨基酸的肽段（SNP22）足以誘導(dǎo)植物的細(xì)胞死亡和抗病性反應(yīng)。最近研究顯示，稻曲病菌中磷酸酶效應(yīng)因子SCRE6，在侵染期間分泌并轉(zhuǎn)移到水稻細(xì)胞中，與絲裂原活化蛋白激酶6（OsMPK6）相互作用并使其去磷酸化，負(fù)調(diào)控水稻免疫反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，OsMPK6 去磷酸化增強(qiáng)其穩(wěn)定性，從而抑制水稻免疫力。CHEN 等[54]研究顯示，稻曲菌中毒性效應(yīng)蛋白UvSec117 進(jìn)入寄主細(xì)胞中，與水稻組蛋白去乙?；窸sHDA701 靶向互作，通過UvSec117 的核定位信號將大量的OsHDA701 招募到細(xì)胞核，同時UvSec117 與OsHDA701 互作過程中可增強(qiáng)OsHDA701 去乙?；钚?，從兩方面降低水稻組蛋白的乙酰化水平，進(jìn)而干擾防御基因的激活和寄主免疫。

圖1 稻曲病菌PAMP 觸發(fā)宿主免疫反應(yīng)的模型

6 稻曲病抗性鑒定技術(shù)

6.1 稻曲病抗性鑒定方法

稻曲病抗性鑒定方法主要有3 種，分別為人工接種法、田間自然誘發(fā)法以及兩種方法相結(jié)合的方法。在注射、噴霧和直接撒稻曲球等人工接種方法中，注射接種的方法發(fā)病率相對較好，較為穩(wěn)定，同時注射接種一般選擇在水稻破口前6～9 d，尤其在傍晚接種更有利于水稻發(fā)病，同時在充分利用自然條件的情況下，采用自然誘發(fā)法鑒定稻曲病也是可行的[55-56]。大部分研究顯示，田間自然鑒定由于影響因素較多，重復(fù)性效果不理想，而人工接種方法穩(wěn)定性較好[57-58]。

6.2 稻曲病抗性分級標(biāo)準(zhǔn)

6.2.1 以每穗受害小花數(shù)進(jìn)行分級

IRRI[59]根據(jù)每穗受害水稻小花數(shù)百分率作為考察指數(shù)，將稻曲病進(jìn)行了分級。具體為：未發(fā)生，表現(xiàn)高抗（HR），定為0 級；小花發(fā)病率低于1%，表現(xiàn)抗?。≧），定為1 級；小花發(fā)病率1%～5%，表現(xiàn)中抗（MR），定為3級；小花發(fā)病率6%～25%，表現(xiàn)中感（MS），定為5 級；小花發(fā)病率26%～50%，表現(xiàn)感病（S），定為7 級；小花發(fā)病率51%～100%，表現(xiàn)高感（HS），定為9 級。

6.2.2 以病株率或病穗率分級

陳嘉孚等[60]依據(jù)稻曲病病株率對稻曲病進(jìn)行了分級：病株率為0，完全抗?。℉R）；病株率＜5%，抗?。≧）；病株率5.1%～10.0%，中抗（MR）；病株率10.1%～25.0%，中感（MS）；病株率25.1%～50.0%，感?。⊿）；病株率為＞50.1%，高感（HS）。

何會流等[61]根據(jù)病穗率，將稻曲病等級劃分為0級、1 級、3 級、5 級、7 級和9 級等級別。

6.2.3 以單穗稻曲球數(shù)量分級

唐春生等[62]利用聚類分析方法，并根據(jù)單穗稻曲球數(shù)量的多少，將稻曲病劃分為5 個等級：未發(fā)病為0級，有1 粒稻曲球為1 級，有2～3 粒稻曲球為2 級，有4～5 粒稻曲球為3 級，有6～9 粒稻曲球為4 級，有10粒以上稻曲球為5 級。

6.2.4 按穗重?fù)p失率分級

施辰子等[63]根據(jù)穗重?fù)p失率將稻曲病進(jìn)行分級：穗重?fù)p失率為0，0 級；穗重?fù)p失率5%以下，1 級；穗重?fù)p失率10%以下，2 級；穗重?fù)p失率20%以下，3 級；穗重?fù)p失率50%以下，4 級；穗重?fù)p失率50%以上，5 級。

6.2.5 以單穗稻曲球數(shù)量和產(chǎn)量損失率分級

李小娟等[64]結(jié)合每穗病粒數(shù)和產(chǎn)量損失率相關(guān)指數(shù)，將稻曲病劃分為0～9 個級別。

7 影響稻曲病發(fā)病因子

7.1 水稻品種的抗性水平

不同類型的水稻品種抗性不同，稻曲病發(fā)病程度差異很大。這些差異與水稻的株型特征、品種類型、生育期長短等都有密切關(guān)系[65]。水稻孕穗末期即稻曲病最高感病期，當(dāng)時如與低溫、高濕、陰雨氣候條件相結(jié)合，易導(dǎo)致稻曲病發(fā)生[66]。

7.2 水稻品種穗部特征

研究顯示，大穗、多粒的品種，直立密穗類型的品種，穎殼表面粗糙的品種都易發(fā)稻曲病[67]。

7.3 外界氣象因素

稻曲病的發(fā)生還受溫度、濕度、降雨量以及日照等氣象因素的影響。研究顯示，在水稻生殖生長階段，平均溫度不超過32 ℃，降水量多，且持續(xù)時間長，有利于稻曲病流行發(fā)生[67]。在水稻破口前3 d 至齊穗期，日平均溫度在30 ℃左右時稻曲病容易發(fā)生；平均溫度高于34 ℃或低于26 ℃時，則稻曲病不易發(fā)生[68]。

7.4 栽培條件

稻曲病發(fā)生與施肥有關(guān)。施氮量的增加有利于稻曲病的發(fā)生，而磷、鉀肥的施用對稻曲病發(fā)病程度影響不顯著[69]。另外，稻曲病發(fā)生還與種植方式和灌溉方式等因素有關(guān)。WANG 等[70]研究發(fā)現(xiàn)，水稻田間種植密度過大、栽植株距過小、灌溉過于頻繁和排水不良導(dǎo)致田間相對濕度較高等，均有利于稻曲病的發(fā)生。

8 展望

8.1 稻曲病抗性鑒定方法

人工接種技術(shù)是鑒定不同水稻品種稻曲病抗性有效方法之一，主要分為注射接種、噴霧和直接撒稻曲球3 種方法。然而，人工注射接種耗時費(fèi)工，效率低。而以噴霧接種并結(jié)合自然鑒定方法，有利于提高稻曲病發(fā)病率和鑒定工作效率。國內(nèi)外研究者對稻曲病抗性分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大量研究，但目前還沒有統(tǒng)一的分級標(biāo)準(zhǔn)。IRRI 的分級標(biāo)準(zhǔn)既能較好反映發(fā)病程度，也方便于田間操作，但在生產(chǎn)實際中還有一定局限性。例如，同一個水稻品種或者品系，不同大小的穗子，根據(jù)IRRI 分級標(biāo)準(zhǔn)，評價結(jié)果是不一樣的，筆者對中花11 進(jìn)行稻曲病接種發(fā)現(xiàn)，大的穗子有5～9 個發(fā)病粒，而小的穗子只有3～5 個發(fā)病粒。另外，一般常規(guī)秈稻和粳稻的每穗粒數(shù)在200 粒左右，而一些超級稻品種，每穗粒數(shù)在300 粒以上，有的甚至350 粒以上。如果按每穗病粒數(shù)計算發(fā)病等級，在同樣病粒數(shù)的情況下（即發(fā)病等級相同），每穗粒數(shù)多的品種其病粒率就很低，而每穗粒數(shù)少的品種其病粒率很高；如果按照發(fā)病穗率進(jìn)行等級劃分，則結(jié)果又明顯不一樣[71]。

因此，只有建立統(tǒng)一的稻曲病抗性分級標(biāo)準(zhǔn)，才能為水稻品種稻曲病抗性評價和抗病育種奠定良好的基礎(chǔ)。

8.2 稻曲病抗性鑒定與抗性基因挖掘

研究者利用不同的遺傳群體，鑒定了一些與稻曲病抗性相關(guān)的QTLs，這些QTLs 主要是數(shù)量性狀位點控制，而目前還沒有克隆到稻曲病抗性的主效基因。其次，水稻中是否存在抗稻曲病的基因以及水稻穗部性狀差異（如水稻直立穗、散穗、密穗、大穗、長穗等性狀）是否對稻曲病的抗性產(chǎn)生影響還有待研究。

因此，需要建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的稻曲病抗性鑒定技術(shù)，篩選廣譜抗稻曲病水稻種質(zhì)資源，并利用這些抗源，克隆稻曲病抗性相關(guān)基因。再通過開發(fā)這些基因功能標(biāo)記，利用分子標(biāo)記技術(shù)，將這些抗性基因轉(zhuǎn)入到優(yōu)良水稻品種中，進(jìn)而培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病的水稻新品種。

8.3 稻曲病侵染機(jī)制

國內(nèi)外研究者對稻曲病菌侵染方式、侵染過程以及侵染機(jī)制等方面研究較多，然而有一些問題還需深入研究。例如，多數(shù)研究認(rèn)為，稻曲病侵染時間主要集中在水稻孕穗期至破口期，推測這段時期病原菌較容易侵入并引起發(fā)病，但這種推測還缺乏嚴(yán)格實驗數(shù)據(jù)和可靠證據(jù)[57-63]。一方面，稻曲病菌是通過局部侵染還是通過系統(tǒng)侵染還沒有確鑿的證據(jù)；大多數(shù)研究者根據(jù)發(fā)病癥狀和條件，推測稻曲病菌的侵染時期為水稻幼穗形成期至揚(yáng)花期的局部侵染。其次，有研究者認(rèn)為，病原菌通過種子、苗根、芽鞘和苗葉侵入并引起發(fā)病，但是這種推測沒有詳細(xì)證據(jù)，還需要深入的病理學(xué)研究。再次，稻曲病菌的寄主范圍是什么？稻曲病菌在田間越冬途徑是什么？稻曲病菌在侵染過程中如何坍縮花絲，使水稻無法完成授精，并進(jìn)而阻斷水稻的營養(yǎng)供應(yīng)的？最后，稻曲球是如何形成的？稻曲球發(fā)育相關(guān)基因以及形成的機(jī)制是什么？這些均缺乏系統(tǒng)研究。

8.4 稻曲病菌與水稻互作機(jī)制

在擬南芥中，病原菌與寄主之間互作研究方面已基本形成，包括抗病R 蛋白與效應(yīng)蛋白之間互作機(jī)制也取得一定進(jìn)展。而稻曲病菌與水稻之間互作模式，抗病R 蛋白與效應(yīng)蛋白之間識別關(guān)系，抗病蛋白識別和信號傳導(dǎo)以及免疫反應(yīng)遺傳機(jī)制還不明確。例如，稻曲病菌與寄主之間的互作模式是不是存在獨(dú)特性？病原菌效應(yīng)蛋白和感病蛋白在稻曲病菌侵染過程中的具體功能是什么？水稻被稻曲病菌侵染誘導(dǎo)后，植物體內(nèi)的活性氧相關(guān)基因的表達(dá)為什么上調(diào)？

因此，為了解決這些問題，研究者需要克隆稻曲病抗性相關(guān)蛋白，尋找對應(yīng)的效應(yīng)蛋白，通過進(jìn)一步研究它們之間互作關(guān)系來揭示稻曲病抗病遺傳機(jī)制；并利用病原菌基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)庫，來篩選鑒定病原菌中相關(guān)基因及蛋白的功能，并闡明稻曲病菌致病的遺傳機(jī)理。

8.5 稻曲病監(jiān)測預(yù)報和發(fā)病規(guī)律研究方面

由于稻曲病侵染期特殊性，不易被發(fā)現(xiàn)，等到可以觀察到的時候，往往在水稻生產(chǎn)后期，這時候再去進(jìn)行防治已經(jīng)來不及，而且沒有明顯效果，所以對病害發(fā)生預(yù)測預(yù)報技術(shù)的開發(fā)迫在眉睫。例如，有研究者在稻曲菌侵染前期，通過快速檢測方法來評估菌源數(shù)量，并快速采取應(yīng)對措施，可以有效減少病害造成的損失。有研究者通過連續(xù)7、8 年監(jiān)測不同區(qū)域、不同品種的稻曲病發(fā)生情況，結(jié)果顯示其發(fā)生危害差異很大[72]。然而還有一些問題需要深入研究。例如，在不同氣候情況條件下，空氣中病原菌的孢子數(shù)量有沒有變化，他們之間是否具有相關(guān)性？能否通過快速檢測技術(shù)或測定技術(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測稻曲病的發(fā)病情況？

實際上，任何病害的發(fā)生都應(yīng)有其規(guī)律可循，相當(dāng)一部分研究表明，稻曲病發(fā)生與水稻破口到抽穗前后的天氣條件極為相關(guān)。但張俊喜等[73]研究發(fā)現(xiàn)，2014 年江蘇部分地區(qū)在水稻破口到抽穗前后天氣非常適合稻曲病發(fā)病，但當(dāng)年江蘇省稻曲病發(fā)病很輕，甚至感病的品種當(dāng)年也沒有發(fā)病。

因此，全國各個單位和部門要聯(lián)合協(xié)作攻關(guān)，加強(qiáng)稻曲病發(fā)生規(guī)律的研究，進(jìn)行全面系統(tǒng)的調(diào)查，為稻曲病預(yù)測預(yù)報提供理論依據(jù)。同時要充分發(fā)揮中國疆土遼闊的優(yōu)勢，研究不同區(qū)域、不同品種以及不同氣候條件稻曲病發(fā)生危害規(guī)律，從而為水稻新品種推廣與稻曲病防治提供參考依據(jù)。