水稻抗紋枯病育種研究及展望

張國偉,王中源

(1.四川省廣元市農業科學研究院， 四川 廣元 628000；2.安徽荃銀高科種業股份有限公司，安徽 合肥 230000)

水稻(Oryza.sativa)是中國乃至全世界的最重要糧食作物之一，種植面積約占全國耕地面積的1/4，世界上半數人口以稻米為食。自20世紀90年代以來，中國水稻種植面積減少了567.2萬hm2，但產量卻增加了1129.0萬t，這主要得益于水稻新品種的選育和一些新栽培技術的實施。而平均每年因遭受病蟲害損失約10%，為了減少病蟲害，保證水稻的高產、穩產，人們一方面不斷加強新型農藥的研制，另一方面就是注重培育、選育抗病、抗蟲新品種。目前，在可持續發展生態農業的大趨勢要求下，培育抗病、抗蟲品種已經成為水稻育種的重要目標之一。

1　紋枯病的抗性遺傳

1.1　水稻紋枯病發現及癥狀

水稻紋枯病是僅次于稻瘟病的世界性水稻第二大真菌性病害[1]。20世紀70年代以來，隨著矮稈、多蘗及高產品種的推廣及高肥、高密植栽培技術的使用，導致紋枯病危害呈逐年加重的趨勢。據統計，我國自上世紀80年代以來，水稻因紋枯病而減產面積達到130萬hm2，損失產量約100萬t。90年代中期對南方稻區的調查表明，紋枯病在我國南方部分地區已經成為水稻的第一大病害[2]。

1910年，日本學者宮宅最早發現了水稻紋枯病[3]。之后，1918年萊因金和1926年帕洛在菲律賓，1932年帕克和伯塔斯在斯里蘭卡相繼報道了此病。在20世紀50年代之前的一段時期，水稻紋枯病曾一度被稱為“東方病害”。60年代之后，世界各地陸續報道了水稻紋枯病。在我國，該病最早發現于1934年[1]。

水稻紋枯病(Sheathblight)是由立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani Kühn)引起的真菌性病害[1]。它屬于半知菌亞門絲孢綱無孢目絲核菌屬真菌，寄主范圍很廣，可危害260多種植物，如：豆類、甘薯、花生、高粱、玉米、粟、甘蔗等水稻以外的其他主要農作物，正是由于紋枯病菌的強致病力和寬寄主范圍，至今尚未發現具有優良抗性的抗源品種[4]。

水稻紋枯病是一種土傳真菌病害，其主要危害水稻的葉鞘，但在條件適宜時，其菌絲蔓延到水稻的葉片和稻穗上，造成葉片和稻穗發病。因此，紋枯病的癥狀可以分為葉鞘癥狀、葉片癥狀和穗部癥狀。

1.1.1葉鞘癥狀水稻分蘗末期前后，是其第一個主要危害期，此時群體處于假封行期，田間高溫且濕度較大，有利于其發病。病害開始發生，病斑始見于水稻基部靠近水面的葉鞘，并于此處形成暗綠色的水漬狀的小斑點，而后逐步擴大形成橢圓形或云紋狀。病斑的中央呈灰綠或灰褐色，濕度低時中部變為淡黃或灰白色，中部組織破壞變為半透明狀，邊緣呈暗褐色。嚴重發病時，多個病斑可連成一片融合形成大病斑，形成不規則的云紋斑，導致葉片發黃枯死。

1.1.2葉片癥狀發病葉片的癥狀同葉鞘，也呈云紋狀，邊緣褪黃，發病快時病斑呈污綠色，葉片很快腐爛。

1.1.3穗部癥狀孕穗至抽穗后15d左右，水稻處于第2個主要受害期，此時群體處于封行期，病害最重的時期。若此期間遇陰雨天氣，病情發展非常迅速，可造成病原菌從劍葉鞘擴展至劍葉或穗部。病斑開始時為污綠色，而后變為灰褐色，致使不能抽穗。

1.2　病原菌分類及生物學特點

在紋枯病病原菌的分類學研究上，曾出現一度的混亂[5]。1932年，最終由Park和Bertus確定其無性階段，屬半知菌亞門，無孢目，稱立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani Kühn)。其有性階段，多年來一直應用1955年S.Ito所命名的Pelliucularia sasakii (Shirai) S.Ito；在20世紀90年代后，被認定為Thanatephorus cucumeris (Trank) Donk，屬擔子菌亞門，膠膜菌目，稱瓜亡革菌。紋枯病菌主要是在無性世代對作物造成危害，菌絲生長的溫度范圍一般在10～36℃之間，最適易生長的溫度為28～32℃。在相對濕度為96%以上時菌核萌發，低于85%萌發受抑制。

水稻紋枯病致病菌是一種寬寄主的半腐生性真菌，很難發現其有性態，侵染危害主要以無性態菌絲為主，無性階段于1932年被確定為立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani Kühn)[6,7]。 菌絲幼嫩時無色，老熟時淡黃色，較粗壯，直徑8～12μm。一般情況下，菌絲先在葉鞘內表面侵染，當溫、濕度適宜時可侵染植株大部分，并造成嚴重的病害。

2　紋枯病的抗病種質資源

2.1　野生稻抗紋枯病基因資源的挖掘

野生稻生長于惡劣的自然環境條件，易形成相對于常規稻較高抗病能力。因此，與栽培稻相比，在野生稻中存在較多的抗紋枯病基因。我國在“八五”期間對2000多份野生稻種質資源進行了抗性鑒定，發現中抗紋枯病的有S1001、S1031、S1034 、S3192和S8153等[8]。Prasead和Eizenaga在印度野生稻(Oryzanivara)、巴蒂野生稻(Oryzabarthii)、南方野生稻(Oryzameridionalis)、藥用野生稻(Oryzaofficinalis)等材料中均發現中抗紋枯病的材料[9]。

目前已定位出的抗紋枯病QTL均是局限于推廣應用的栽培稻，對存在于野生稻中的抗紋枯病基因并沒有相關的研究報道。發掘并鑒定野生稻中存在的抗紋枯病基因，運用遠緣雜交或其他手段將其導入到栽培稻中是獲得優異抗病材料途徑之一。

2.2　水稻抗紋枯病種質資源的發掘和創制

水稻抗紋枯病資源的篩選鑒定工作起始于上世紀30年代。橋岡良夫(1951)認為，中國大陸、臺灣省和印尼等地的地方品種中有比較多的水稻抗紋枯病資源，日本品種中抗性資源較少[10]。國際水稻所(IRRI)于上世紀70年代初，每年收集和鑒定全球數千份水稻抗病種質資源材料對紋枯病的抗性；80年代，又通過在不同國家和地區建立國際水稻紋枯病鑒定圃，利用72208份水稻品種或品系進行了抗紋枯病的鑒定。結果表明，95%以上的材料表現中感或高感反應，少數為中抗反應，沒有高抗和免疫材料(過崇儉，1985)[5]。據WuKs(1984)報道，印度于60年代末也進行了水稻抗紋枯病種質資源的篩選鑒定工作，結果發現大部分的材料為中抗以下水平，極少數的表現抗病或者高抗。但是這些材料的紋枯病鑒定工作受環境的影響較大，在不同的地方抗性水平有所差異[11]。美國對水稻紋枯病的遺傳育種研究工作一直比較重視，近年來對其研究資金的投入力度越來越大。典型的研究有Lee and Rush(1983) 研究發現的美國的長粒型栽培品種對紋枯病的抗性水平較低，未發現達中抗或以上的抗性材料;而中短粒品種中發現有抗性品種存在。在這些研究中還鑒定出了一批較抗的水稻紋枯病種質資源，如Jasmine85、Guichao2、Teqing Tetep、Laducan、H4/CODF、Riee/Grass、RXCL等[1]。Mckenzie等(1986)對高稈抗病品種Tetep進行CO60輻射誘變處理，從其后代中選育出矮稈早熟抗源P150071和P150072[12]。來自美國長粒型粳稻品種Lemont是國際公認的感病品種，在目前水稻紋枯病的遺傳研究中有較多的應用。Groth等(1989) 通過回交的手段，將Tetep品種的抗性轉移到了Lemont背景中，從而獲得具有Lemont株型并對紋枯病具有抗性的改良抗源Pr655s[13]。Xie等(1992) 通過體細胞原生質體培養的方法，鑒定獲得兩個抗病變異系LSBR-5和LSBR-33，這兩個抗病變異系全部來自感病品種Labelfe[14]。這些材料的選擇和創建對紋枯病遺傳育種研究都起到了很大的作用。

我國在20世紀70年代初就開始對水稻抗紋枯病進行篩選，雖然鑒定出一些抗病材料，但也沒有發現高抗品種。國內學者楊家珍的研究認為，秈稻、粳稻中都存在抗源，早稻抗病品種較少，晚稻抗病品種較多，抗性水平達中抗，未發現有免疫的材料[15]。湖南從上世紀70年代中期開始，連續8年鑒定了不同國家和地區的24000份栽培稻和野生稻, 未發現對紋枯病理想的抗源，僅有少數中抗材料(彭紹裘，1986)[16]。近年來，水稻光敏核不育資源的發現和鑒定，為常用的輪回選擇的育種方法提供了方便材料。朱立宏等(1990)[17]用核不育材料為受體親本，與若干優良中抗水平的品種(系) 初步建立了輪回選擇體系，以積累不同材料中的微效基因，已得到一些抗性明顯優于親本、農藝性狀得到改良的中間材料。關于水稻對紋枯病的耐病特性，陳志誼(1992)[18]報道，同樣表現中抗的品種(病害嚴重度30. 0左右)，其產量損失差異也很大。有些品種的損失率達12%，而有些則僅為2%～3%。有些品種如汕優3號、揚州稻2號等，病斑雖然擴展到上2葉、甚至劍葉，但最后產量損失很小。利用這些耐病品種來對付水稻紋枯病，有一定實際意義。

利用生物技術手段來提高水稻抗紋枯病水平, 是另一條值得重視的途徑。據Xie( 1987) 報道, 通過組織培養產生的無性變異體中, 獲得了抗性明顯優于抗病親本Tetep和Taducan 的材料。今后如果結合誘變技術和組織水平的抗性鑒定技術，選擇效果可能會更好。

2.3　抗病品種的選育

對于水稻的抗性品種的選育始于上世紀70年代，迄今，世界各國的研究者已對近十萬分的水稻種質資源進行了抗性鑒定，雖然肯定了一批抗性穩定的優良品源，如Tetep、Jasmine85、特青等，但還未發現對該病高抗或免疫的品種。即使在已獲得的這些具有部分抗性的抗源中，大部分的品種品質較差，并且綜合性狀不良，難以在生產上直接利用。陳宗祥等[19]對“十五”期間江蘇主要栽培的粳稻品種進行抗性鑒定，結果表明，供試的67個品種平均病級為5.5級左右(0～9級評價標準)，即所有供試品種表現中感。傳統的抗病遺傳育種方法未能解決水稻對紋枯病的抗性問題，有些學者把目光聚集到了轉基因育種，即將內，外源廣譜的抗真菌基因，如幾丁質酶基因、葡聚糖酶基因以及來自拮抗微生物的基因轉入水稻中，以提高其抗病性。

3　展望

傳統的育種方法主要是依據作物在田間的表現進行評價和選擇，即通過表型間接對基因型進行選擇[20]，要求有大量的育種經驗和很長的育種時間。因此，如何提高育種過程中的選擇效率，減少其盲目性成為拓展品種生產力的關鍵[21]。借助分子標記輔助選擇可以在作物的早期世代進行選擇，從而縮短育種進程，不受環境干擾，不受等位基因顯隱性關系影響，而且可以提高選擇的精確度，選擇結果真實可靠。

隨著分子標記及相關技術的日趨高通量化，以及各種作物上發現的有效主基因和主效數量基因的大量增加，很多研究者已嘗試將這些基因應用于育種實踐，且提出了很多有價值的研究思路和運用策略。盡管對質量性狀基因的標記輔助選擇已有不少成功的事例，然而，在數量基因的輔助選擇研究上則少有報道。但是很多育種實踐的性狀屬于數量性狀，只有將QTL應用于育種實踐，才能達到真正的標記輔助育種。

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