抗性頻率、聯合致病性系數和聯合抗病性系數在水稻品種抗瘟性評價中的應用

張亞玲　趙宏森　曹有鑫

摘要：用離體接種法檢測20個品種對55個菌株的稻瘟病抗性，通過抗性頻率、聯合致病性系數、聯合抗病性系數探討品種的抗稻瘟病性及品種的利用價值。結果表明：參試的水稻品種對稻瘟病菌菌株的抗性總體表現不高，且具有差異，平均抗性頻率為44.70%，范圍從24.09%～66.45%，差距達2.76倍；抗性表現最好的是松粳10號，其抗性頻率為66.45%。通過聯合致病性系數、聯合抗病性系數分析品種組合與稻瘟病菌群體間的互作，結果表明，其中20個品種組合間兩兩搭配的聯合致病性系數相對較高（最低0.40），聯合抗病性系數相對較低（最高0.45），說明抗性水平一般。最后對品種組合的利用價值進行了分析。

關鍵詞：稻瘟病；抗性頻率；聯合致病性系數；聯合抗病性系數

中圖分類號： S432.2+1；S435.111.4+1 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0158-03

稻瘟病是由稻瘟病菌（有性Magnaporthe oryzae，無性Pyricularia oryzae）引起的[1-2]，是世界水稻生產的重要病害。長期的生產實踐證明，合理利用抗病品種是防治稻瘟病最經濟有效的方法。傳統水稻品種的抗病性研究主要是利用“代表性菌株”接種某一品種來進行評價。首先要研究當地生理小種的組成，主要采用中國鑒別品種方法鑒定生理小種，這方面的研究已經有很多報道[3-6]，但使用該方法鑒定出的同一生理小種還存在不同的致病類型[7]，所以在進行品種抗性評價時，代表性菌株只能代表其本身，不能代表所屬小種的致病力[8]。另外，中國地域遼闊，南北氣候差異大，種質資源復雜，采用中國統一鑒別品種方法所鑒定的致病型菌株不能代表當地推廣的品種主要致病型菌株，因此利用全國統一鑒別寄主來確定田間病菌的致病性類群不能從生產實際出發，鑒定結果對生產的指導意義不大[9]。黑龍江省地處高緯地區，水稻開發研究起步于20世紀80年代，品種資源相對匱乏，品種間抗病基因親緣較近，使得一些抗性資源重復利用。因此，如何評價水稻品種的抗瘟性及合理地利用抗稻瘟病品種是當前生產上急需解決的問題。本研究從農業生產實際出發，通過黑龍江省水稻主產區的稻瘟病菌來接種黑龍江省水稻主栽品種的方法，利用寄主與病原間的生物關系（抗性頻率、聯合致病系數、聯合抗病系數[10]），分析黑龍江省水稻主栽品種的抗稻瘟病表現，為抗稻瘟病品種的合理利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試品種是在生產上應用面積在1萬hm2以上的品種：松粳6號、五優稻1號、墾鑒稻6號、墾稻10號、綏粳4號、富士光、松粳8號、松粳9號、沙沙尼、松粳3號、松粳7號、合江19、松粳10號、墾稻9號、五優稻C、普粘7號、東農424、空育131、墾鑒稻7號、龍選9707。

參試菌株共55個（表1），2012年采集自黑龍江省19個縣（市）的水稻穗頸瘟標樣，經單孢子分離后保存備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 育苗 育苗土為黑土，精選水稻種子置于網袋內，于200 μL/mL 25%咪鮮胺乳油浸種80 h，不須用水清洗直接播種于育苗缽內，覆土，澆足水，用薄膜保濕2 d，移去保濕膜，待長至2葉1心期，施尿素1次，每缽1 g，待幼苗長至5葉1心時，離體接種。

1.2.2 產孢培養及孢子懸浮液的制備 參試菌株在馬鈴薯培養基上活化，待長出菌落后移至米糠培養基（30 g米糠，3 g酵母粉，18 g瓊脂粉，1 000 mL水）上培養10 d，然后用無菌水洗去菌絲，于產孢培養箱內進行產孢培養2 d，再用無菌水洗下孢子，制成孢子懸浮液，將孢子懸浮液冰浴待用。

1.2.3 接種 接種方法參照林代福等的離體接種法[9-10]，略有改進。將浸過種的水稻種子種植在育秧缽內，每個育秧盤播20粒種子，播5缽。注意隔離，防止外來菌污染，待幼苗長至5葉1心時，離體接種。方法如下：選取嫩葉中部3 cm左右的葉片，用接種針刺破葉片表面，葉正面朝上擺在含 50 mg/kg 苯駢咪唑（保綠劑）+5 g/L瓊脂的培養皿內，葉段按順序擺好，4次重復，每皿4個葉段。用微量移液器取孢子懸浮液5 μL接種于針刺傷口處，置于26 ℃人工氣候箱內培養，7 d后按國際水稻所設定標準[11]進行調查。

1.3 品種抗瘟性評價

水稻品種的稻瘟病抗性利用價值用抗性頻率（resistance frequency，RF） 、聯合抗病性系數（resistance association coefficients，RAC）和聯合致病性系數（pathogenicity association coefficients，PAC）進行分析評價。相關公式如下：

抗性頻率（RF）=（R菌株數/供試菌株總數）×100%；

聯合致病性系數1.2（PAC1.2）=[（R1，R2） 菌株數+（S1，S2）菌株數]/總菌株數；

聯合抗病性系數1.2（RAC1.2）=（R1，R2）菌株數/總菌株數。

按照公式計算任何2組的PAC、RAC，具體參考何月秋等的方法[8]。強、弱指菌株的致病力，1、2指品種1、品種2，（R1，R2）指對品種1、品種2致病性均弱的菌株數量，（S1，S2）指對品種1、品種2致病性均強的菌株數量。

2 結果與分析

2.1 參試品種對黑龍江省稻瘟病菌菌株的抗性頻率

黑龍江省19個縣（市）的55個菌株分別接種20個黑龍江省水稻主栽品種，分析品種的抗性頻率。表2表明，參試的20個品種抗性頻率（24.09%～66.45%）差異較大，差距達2.76倍，平均抗性頻率為44.70%。從本研究結果看，參試品種的抗性總體表現為中等（50%）偏下，抗性頻率超過50%僅有6個品種，占參試品種的30%，說明參試水稻品種的抗瘟性大部分偏低。在20個參試品種中沒有對55個菌完全表現為抗性的品種，抗性表現最好的是松粳10號，其抗性頻率為66.45%；其次是東農424、空育131、墾鑒稻6號，分別為6506%、63.30%、62.23%；相對較低的是沙沙尼、龍選9707號，分別為27.77%、24.09%，基本上失去抗性，應用這2個品種應慎重，如果大量種植，在氣候條件允許的情況下很有可能會造成稻瘟病的大發生。

2.2 水稻品種聯合使用抗瘟性可利用價值評價

稻瘟病的防治最經濟有效的方法是合理利用抗病品種，做好品種的合理布局。為了明確品種聯合種植后的抗性表現，本研究利用聯合致病性系數（PAC）、聯合抗病性系數（RAC）來評價品種組合的利用價值，詳見表3。PAC越大，表示2個品種抗感性遺傳背景相似的可能性越大，搭配種植后可能會加重稻瘟病暴發的可能性。RAC越大，說明2個品種搭配抗性越強，應用價值也越大。在致病性測試中，綏粳4號、富士光組合的PAC（0.74）比綏粳4號、空育131組合的PAC（0.40）值高，說明綏粳4號與空育131搭配種植更有利于控制病害。同樣，松粳10號與沙沙尼組合的PAC（0.74）比松粳10號與五優稻1號組合的PAC（0.43）高，說明松粳10號與五優稻組合更有利于控制病害。從表3還可以看出，綏粳4號和墾鑒稻6號、綏粳4號和東農424、松粳8號和松粳9號、松粳8號和沙沙尼、富士光和松粳8號幾對組合的PAC為0.72，相對其他組合較高，說明這些品種在田間聯合種植也有加大稻瘟病發生的風險。RAC值越大，說明2個品種搭配種植應用價值越大，在本次檢測中RAC值最高為045，最低為0.09，雖然不高，但也能反映品種組合的應用價值，如東農424與龍選9707、綏粳4號搭配種植抗性表現較好，RAC值都是0.45，而東農424與松粳10號搭配種植其RAC值僅為0.18，說明東農424與龍選9707、綏粳4號搭配種植更有利于控制稻瘟病的大發生；松粳10號與其他品種組合時聯合抗性系數均相對較低，與墾稻10組合RAC值最高，為0.20，與松粳9、松粳3、松粳7互作的RAC值僅為0.09。

3 結論與討論

通過采集當地大量菌株接種當地的品種或是品種組合來進行抗瘟性分析，該方法能真實反映品種或品種組合對當時田間流行的稻瘟病菌群體的抗性，這比傳統的用“代表性菌株”的接種方法更能結合農業生產實際。本研究采用離體接種法檢測20個品種對55個菌株的稻瘟病抗性，研究結果表明：參試的水稻品種對稻瘟病菌菌株的抗性總體表現不高，且有差異，平均RF為44.70%（24.09%～66.45%），差距達 2.76 倍。抗性表現最好的是松粳10號，其抗性頻率為 66.45%。通過聯合致病性系數和聯合抗病性系數分析品種組合與稻瘟病菌群體間的互作，結果表明，20個品種組合間的兩兩搭配的聯合致病性系數相對較高（最低0.40）、聯合抗病性系數相對較低（最高0.45），說明抗性水平一般。從本研究結果還可知，通過RAC、PAC進行分析可以提供品種與病原菌群體互作的較全面的資料，特別是在抗性親本的選擇和分析品種的抗性遺傳背景相似性方面具有實際應用價值和理論意義。

在評價品種抗性方面，本研究首先用抗性頻率來評價。研究結果表明，參試的20個品種抗性頻率差異較大，說明稻瘟病菌群體組成較復雜，這與馬剛輝等研究的結果[12]類似。本研究是在室內離體接種下品種表現出來的抗性，如果可能的話還需要在田間做實際自然條件下人工接種來評價品種的抗性，但是在自然條件下稻瘟病的發病受環境影響較大，只有在有利于稻瘟病發生的條件下品種的抗性才能真實地表現出來。接種試驗和田間試驗相結合會更明確品種的真實抗性，當自然條件下不發病時人工接種的結果也可用來指導農業生產。另外，黑龍江省水稻種植面積較大，地形較復雜，形成不同的種植帶，如果可能的話還可以增加不同地區的代表菌株量，使研究結果更具代表性。

水稻品種的抗性表現和病原物的致病性是由基因決定的一種遺傳特性，寄主的抗性表現只有在特定環境條件下和病原物相結合才能表現出來，因此在研究水稻品種的抗稻瘟病性、水稻品種的抗瘟利用價值時，還需要病原物與寄主間、寄主與寄主間的生物關系來進行研究，利用生物間遺傳學關系聯合抗病性系數（RAC）、聯合致病性系數（PAC）進行分析。PAC表示2個品種相似程度的標準，也就是說PAC越大，2個品種抗感性遺傳背景相似的可能性越大，既親緣關系越近，如2個品種共同種植時其同時感病的可能性越大，當稻瘟病菌的致病型改變時2個品種的抗病性或是感病性會同時喪失或同時出現。相反，如果PAC值低，則說明2個品種的抗感性遺傳背景相似程度低，遺傳信息的異質性高，一般很少會出現2個品種共同種植病害大發生的現象。在數據統計中存在3種情況，第1種情況，2個品種搭配種植PAC和RAC值均高則表明2個品種的親緣關系近，在某一年內聯合種植可能會表現較好抗性，但在種植過程中有稻瘟病菌的致病型發生改變時就可能會病害大發生，這種種植結構會被剔除，如富士光、合江19，PAC為0.83，RAC為0.30，在本次研究中其值相對較高；第2種情況，PAC相對較高，RAC相對較低，則說明2個品種的遺傳背景相似程度高，其感病程度高，這種類型的種植搭配有感病風險，如墾稻10號、沙沙尼，PAC為0.72，RAC為 0.25；第3種情況，PAC相對較低，RAC相對較高，說明這2個品種親緣關系遠，感病性遺傳基礎同質性低，而它們的抗性遺傳基礎互補性高，可以互補抵抗病原菌的侵染，從穩定化選擇方面考慮，這種搭配類型在實際生產上具有較好的應用前景，如綏粳4號、空育131，PAC為0.40，RAC為0.33。本研究試圖使試驗結果指導生產，使用RAC來表示某2個品種共同抗病的可能性，RAC越大，2個品種同時表現抗病的可能性越大。在農業生產實際中要充分發揮抗病品種的抗性而使病原物的組成趨于穩定，可采用測定抗性頻率與田間自然誘發檢測相結合的方法，及時培育與引入廣譜抗病性的新品種，以及實施品種合理布局等措施來更好地防治稻瘟病。

參考文獻：

[1]Ou S H. Pathogen variability and host resistance in rice blast disease[J]. Annual Review of Phytopathology，1980，18：167-187.

[2]Couch B C，Kohn L M. A multilocus gene genealogy concordant with host preference indicates segregation of a new species，Magnaporthe oryzae，from M. grisea[J]. Mycologia，2010，94（4）：683-693.

[3]張亞玲，靳學慧. 2002年黑龍江省部分稻區稻瘟病菌生理小種鑒定[J]. 植物保護，2006，32（2）：31-34.

[4]呂 軍，靳學慧，張亞玲. 2004年黑龍江省部分稻區稻瘟病菌生理小種的測定[J]. 黑龍江八一農墾大學學報，2007，19（1）：14-17.

[5]全國稻瘟病菌生理小種聯合試驗組資料.我國稻瘟病菌生理小種研究[J]. 植物病理學報，1980，10（2）：71-82.

[6]雷財林，凌忠專，王久林，等 .北方稻區稻瘟病菌生理小種變化與抗病育種策略[J]. 作物雜志，2000（3）：14-16.

[7]潘汝謙，康必鑒，黃建民，等. 水稻稻瘟病菌致病性分化研究[J]. 華南農業大學學報，1999，20（3）：15-18.

[8]何月秋，黃瑞榮，彭志平，等. 生物間遺傳學在水稻品種與稻瘟病菌相互作用研究中的應用[J]. 植物病理學報，1988，15（1）：51-55.

[9]林代福. 應用離體接種技術鑒定稻瘟病菌生理小種[J]. 植物保護，1998，20（4）：29-30.

[10]周益軍，范永堅，吳淑華，等. 稻瘟病菌生理小種離體接種鑒定和致病性人工誘變研究[J]. 江蘇農業研究，1999，20（1）：34-38.

[11]馬輝剛，曹九龍，胡水秀，等. 水稻品種對稻瘟病的抗性分析及利用評價[J]. 江西農業大學學報，2006，28（2）：213-216.

[12]Hayashi N，Kobayashi N，Cruz C M V，et al. Protocols for the sampling of the diseases specimens and evaluation of blast disease in rice[C]. JIRCAS Working Report，2009（63）：17-33.