稻瘟病綜合防控技術研究進展

劉明津，汪文娟，馮愛卿，楊健源，陳凱玲，陳 深，封金奇，陳 炳，蘇 菁

(廣東省農業科學院 植物保護研究所/廣東省植物保護新技術重點實驗室，廣州 510640)

由稻瘟菌(Magnaportheoryzae)引發的稻瘟病是最具毀滅性的水稻病害，位列真菌病害榜首，全球由稻瘟病造成水稻年平均減產約10%～30%，嚴重時減產達40%～50%，甚至顆粒無收。至今，生產上無法完全控制該病害[1]。隨著全球氣候變化，稻瘟病的爆發有越來越嚴重的趨勢，據全國農業技術推廣服務中心統計，2005年以前國內年發病面積在380萬hm2左右，2005年超過500萬hm2，2010年稻瘟病流行，發病面積高達600萬hm2，實際產量損失甚至超過145萬t(http://www.natesc.gov.cn/)。近年來，隨著科研院所對稻瘟病防控技術的不斷優化，植保部門預警防控指導能力的不斷加強，農民防控意識也日益提升，稻瘟病造成的損失明顯下降，產量年均損失降至45萬t左右。但遇到有利氣象條件、品種抗性波動等因素影響，稻瘟病依然在局部爆發流行。例如，2014年，長江中下游稻區稻瘟病的發生，是近20年發病最嚴重的一年[2]。遇到多雨區覆蓋大部稻區的年份，在雙季稻混栽、高水肥栽培措施以及晚季優質稻抗性水平較低等原因，稻瘟病局部偏重發生的幾率會明顯增加。因此，控制稻瘟病，對提高水稻產量、保障糧食生產安全仍然有著重要意義。利用品種抗性、開展抗性育種被認為是最經濟、有效和環境友好的防治途徑。但實踐證明，大部分抗病品種在大面積推廣應用2～3a后即開始感病。因此，提高稻瘟病綜合防控能力、加強技術研究是國家糧食安全生產的重要保障。

十八屆五中全會提出：“堅持綠色發展，必須堅持節約資源和保護環境的基本國策，堅持可持續發展，推進美麗中國建設，為全球生態安全作出新貢獻?！备鶕度珖r業可持續發展規劃(2015-2030年)》，農業部于2015年出臺《到2020年化肥/農藥使用量零增長行動方案》。圍繞創新、開放、共享的綠色發展理念，綠色生產成為未來農業發展趨勢。在糧食生產上提出“兩減(減少化肥、減少化學農藥)”發展戰略，在水稻病害的防控上，更以綠色防控為主?；诮?0a來國內外文獻，本文對稻瘟病的預測預報技術、藥物防治、生態控制技術、抗藥性監測等方面的研究進展進行綜述，結合水稻抗性品種利用、布局的綠色綜合防治技術，分析未來研究方向，以期為科學研究人員和技術推廣人員提供參考。

1 稻瘟病的預測預報及田間病情監測技術

穗瘟直接侵染為害穗部，對水稻的產量、品質危害最嚴重，顯癥之前難以察覺，因此，早期監測與預測預報，對防治稻瘟病至關重要。預測預報作為指導病害防治的先行者，其準確性及可操作性對病害的防治具有重要意義。稻瘟病作為一種氣流傳播的多循環病害，其流行受氣象因素影響尤為明顯。因此，篩選、建立預測精度高、簡單易行的預測預報模型對稻瘟病的早期防治具有事半功倍的作用，是稻瘟病綠色防控的基礎，亦是近年有關稻瘟病研究的熱點之一。

李曉菲等[3]采用3層BP神經網絡(back propagation neural network)的方法建立稻瘟病發病的預測預報模型，能很好地反映葉瘟、穗瘟的發生與相關氣象因子間的函數關系，對稻瘟病的預測精度高，明顯優于逐步回歸模型?；诘疚敛』疑到y受多種氣候因素影響的復雜非線性，建立蟻群灰色RBF神經網絡組合預測模型，該模型對稻瘟病的預測精度高達96.77%[4]。用最優相關和空間拓撲技術分析江蘇稻區稻瘟病指數影響因子，選出影響最顯著且穩定獨立的大尺度預報因子，建立基于大氣環流和海溫因子的稻瘟病氣象等級長期預測模型，經歷史擬合和試報檢驗，模型效果理想[5]。此外，結合對水稻稻瘟病成災氣象條件和田間空中孢子浮游量的監測，構建稻瘟病流行趨勢預測模型，可預測稻瘟病尤其是穗瘟的發生趨勢[6]。

稻瘟病田間監測以人工識別為主，存在準確性和效率不高的技術瓶頸，亟需建立科學、準確便捷的檢測方法，以彌補人工識別的不足。趙開才等[7]通過試驗確定了稻瘟病識別支持向量機最佳模型參數，建立基于多分類支持向量機的水稻稻瘟病識別方法，能精準高效地識別稻瘟病病害圖像，彌補人工識別的缺陷和不足?；诟吖庾V成像技術和國際水稻所抗性分級標準建立的水稻葉瘟病害程度分級標準，對166個樣本測試的準確率達到96.39%，可為水稻葉瘟病的田間病害程度檢測提供研究依據[8]。采用葉綠素熒光光譜技術及主成份分析方法PCA，分別建立PCA-DA、PCA-MLRA、PCA-MLP3個稻瘟病預測模型，在實現稻瘟病的快速、無損檢測的同時，進一步完善稻瘟病的遙感探測技術[9]。

近年來，無人機、人工智能以及網絡技術的高速發展，田間監測站建設網點日趨密集，可實時收集和分析田間氣象因子、田間病害監測光譜數據，為稻瘟病的預警預測和實時監測提供了有力支撐，使稻瘟病的預測預報技術的發展更趨向于精準、實用。

2 藥物防治的研究進展

2.1 高效化學農藥的研發與合理利用

2.1.1 高效化學農藥的研發 化學防治具有高效、方便、迅速等優點，是稻瘟病應急防控的首選措施。

防治稻瘟病常用的化學單劑主要是三環唑(預防作用)和稻瘟靈(預防和治療作用)。近年來，人們開發出對稻瘟病兼具預防和治療作用的新成分吡唑醚菌酯、嘧菌酯、AzTop和主要起預防作用的新成分氟環唑。其中，已被商業化的高效劑型有9.5%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑、30%嘧菌酯懸浮劑、12.5%氟環唑懸浮劑。25%吡唑醚菌酯懸浮劑、9.5%吡唑醚菌酯微囊懸浮劑在田間對葉瘟、穗瘟的防效表現非常好[10-11]。室內和田間試驗證明30%嘧菌酯懸浮劑對稻瘟病具有較好的防治效果，可作為多菌靈和稻瘟凈的替代產品[12]。AzTop對稻瘟病有較理想的防效，且持效期長[13]。

稻瘟病病原菌生理分化明顯，易發生變異，長期使用一種單劑病原菌容易產生抗藥性，使藥效下降。因此，研發高效、安全的復配劑以及組合用藥技術至關重要。

目前，報道的防治稻瘟病較好的化學復配劑一般是具有預防和治療作用的單劑組合或兩種具有治療作用的化學單劑組合，如：75%肟菌·戊唑醇WG、75%嘧菌酯·戊唑醇WG、30%稻瘟酰胺·戊唑醇SC、30%富米樂(27%稻瘟靈+3%己唑醇)EC、23%醚菌酯·氟環唑SC、32.5%苯甲·嘧菌SC等，對稻瘟病的葉瘟、穗瘟有較好的防效，且對水稻有增產和保健作用[14-16]。研究表明，30%嘧菌酯·咪鮮胺SC是對水稻、河蟹都安全的復配劑，是生態種養田防治稻瘟病的新型殺菌劑。近年來，隨著鄉村振興、美麗農村計劃的不斷深入，稻-鴨、稻-蝦、稻-魚，乃至稻田旅游的興起，這種適于生態種養田的新型殺菌劑研究和發展前景廣闊[17]。

2.1.2 化學農藥的抗藥性監測 目前，國內各稻區生產上廣泛應用的稻瘟病防治藥劑春雷霉素、稻瘟靈、三環唑，由于藥劑的長期和大量使用會促進田間野生敏感型病原菌的遺傳發生變異，抗藥性菌株出現，造成病原菌對藥劑的敏感性降低，藥效下降。因此，監測各地區稻瘟病菌對主要藥劑的抗藥性變化趨勢，對指導農藥的科學使用至關重要。

抗藥性測定表明，貴州省稻瘟病菌對稻瘟靈和春雷霉素的抗藥性仍然處于敏感或低抗水平，未產生交互抗藥性或多抗性，仍可繼續作為當地防治稻瘟病的主要藥劑[18]。在江西省和遼寧省，大部分稻瘟病菌株對稻瘟靈仍表現為低抗水平，但已有抗稻瘟靈菌株出現[19-20]。云南省部分地區出現低水平抗三環唑的菌群，繼續用三環唑防治稻瘟病具有一定風險[21]。稻瘟病菌對烯肟菌胺也存在低到中等抗性風險[22]。

由此可見，伴隨著稻瘟靈、春雷霉素等藥劑的長期使用，國內南北方稻區都存在抗藥性風險，迫切需求研發和儲備一批高效、安全的新型藥劑、增效劑或者用藥技術及防控策略?？茖W家們通過對病原菌致病機制、稻瘟病殺菌劑作用靶標等的研究，拓展了作用機制新穎的新型化合物研發，為靶向殺菌劑的研發奠定了基礎。

2.1.3 新型化合物研發及殺菌劑靶標的挖掘 人們在挖掘新型化合物及其靶標的研究中發現，新甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑-氟肟菌酯、丁香菌酯和氨基甲酸酯類殺菌劑Tolprocarb(試驗代號MTF-0301)以及含氟喹啉酰胺類化合物，明顯抑制稻瘟病菌菌絲生長，對稻瘟病有非常好的防治效果[23-24]。新型喹啉類殺菌劑ZJ5337(碳酸芐 酯-2,3,8-三甲基-6-七氟異丙基-4-喹啉酯)可顯著抑制稻瘟病菌附著孢的形成，田間對稻瘟病的防效可達66%～91%，且對水稻安全[25]。探究稻瘟病菌致病的分子機制，對于挖掘該病的殺菌劑靶標有著重要的理論和實踐意義。從稻瘟病菌中鑒定的亞甲基四氫葉酸還原酶編碼基因MoMet13，可通過參與甲硫氨酸的生物合成影響稻瘟病菌的生長和無性繁殖，對稻瘟病菌附著胞的侵入、侵染菌絲生長及致病性都有重要的調控作用，為研發以甲硫氨酸合成途徑關鍵基因做為靶標的新型殺菌劑，提供了重要參考價值[26]。MoPEX1是編碼過氧化物酶體的基因，為稻瘟病菌侵染相關形態發生和致病性所必需。其缺失突變體△Mopex1的菌絲生長變慢、產孢量顯著降低，其附著胞形成率降低、附著胞形態異常不能穿透寄主表皮，致病性喪失[27]。稻瘟病菌中，編碼GCK(germinal center kinase胚芽中心激酶)家族的Ste20蛋白激酶基因-MoSOK1，在附著胞分化關鍵期上調表達，參與稻瘟病菌生長發育和致病過程[28]。MoAp1及其調控網絡的幾個相關基因，在稻瘟病菌的生長、產孢、侵染以及致病過程起到關鍵作用。通過飼喂靶向MoAP1的asiRNA(即asiR1245，asiR1362和asiR1115)可引起MoAP1基因沉默，導致真菌生長受抑，產生異常孢子并降低的致病性。其中，asiR1115對稻瘟病真菌的抑制作用最強[29]。

2.2 植物源農藥的發掘

植物源農藥來源于有抑菌活性的植物代謝產物，一般不易產生抗藥性，具有經濟、安全、對環境污染小等優點，具有很好的應用前景。近年來，國內外學者從香辛作物、富含芳香脂的中藥材等天然抗病蟲侵害的作物粗提物入手，發現具有抑殺稻瘟病菌的植物資源，進而進行其有效成分的分離以及組方研究，為新型植物源殺菌劑的研發奠定基礎。

首先，天然抗病蟲侵害的作物粗提物，如：木荷(Schimasuperba)葉、無患子(Sapindusmukorossi)果皮、廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)葉、油茶(Camelliaoleifera)葉、苦櫧(Castanopsissclerophylla)葉、雪松(Cedrus)葉等材料的醇組分，對稻瘟病菌的抑制活性較強[30]。香辛作物：大蒜(Alliumsativum)、洋蔥(Alliumcepa)、蔥(Alliumfistulosum)莖以及香榧(Torreyagrandis)假種皮的揮發物和提取液，對稻瘟菌等多種病原菌具有明顯的抑菌活性[31-32]。富含芳香脂的中藥材：藤黃可樂(Garciniakola)堅果、非洲黑椒(Piperguineense)種子及丁香羅勒(Eugeniaaromatica)的正己烷提取物，對稻瘟菌的生長和發育抑制作用可達到97%以上，處理水稻種子可減輕葉瘟發生程度[33]。從翠葉蘆薈(Aloevera)，大蒜，刺果番荔枝(Annonamuricata)，印度苦楝樹(Azadirachtaindica)，三葉鬼針草(Bidenspilosa)，野茶樹(Camelliasinensis)，紅花除蟲菊(Chrysanthemumcoccineum)，阿拉伯咖啡(Coffeearabica)，曼陀羅(Daturastramonium)，煙草(Nicotianatabacum)和姜厚樸(Zingiberofficinalis)中獲得水合提取物，通過體內和體外試驗證明，紅花除蟲菊、25%翠葉蘆薈以及25%阿拉伯咖啡的水提取物對稻瘟病菌的抑制效果分別可達到78.83%、79.45%和89.40%。此外，印度苦楝樹、蘆薈、大蒜、阿拉伯咖啡、曼陀羅、野茶樹、姜厚樸和煙草對水稻的種子萌發、株高、根長、干質量、幼苗生長以及幼苗活力指數都沒有植物毒性的影響，可安全使用[34]。植物源粗提物有效分離組分，植物源農藥0.1%異補骨脂查耳酮乳油對稻瘟病的防治效果好于40%稻瘟靈乳油；油茶副產物茶皂素對稻瘟病菌的活性明顯優于三環唑；木荷的2種醇提物，木荷皂甙單體均具有強抗稻瘟病菌活性[35-37]。

組方研究方面，無患子、廣玉蘭、油茶、木荷4種植物醇提物組方配比為(1∶4.6∶1∶2.4)時，對稻瘟病防治效果高于三環唑，且對蜜蜂、鯉魚毒性等屬于中等以下毒性農藥，使用安全性較高[30,38]。而植物瑞香狼毒(StellerachamaejasmaL.)根部提取物狼毒素B與三環唑則以有效成分比例 2∶1混配后對稻瘟病菌的室內毒力具有明顯的增效作用[39]。

盡管人們已發現上述具有殺菌作用的植物資源，且這些植物代謝產物，一般不易產生抗藥性，具有安全、對環境污染小等優點，但植物源農藥產品的藥效遠不及化學藥劑，其生產工藝及劑型的研究尚不成熟，未商品化。因此，植物源農藥的研發仍處于起步階段，其商業開發、利用和轉化依然任重道遠。

2.3 生防菌源農藥

2.3.1 抑制稻瘟菌生長的生防菌挖掘 應用拮抗細菌(生防菌)防治稻瘟病，是一種安全、環境友好型的防病措施，對綠色稻米標準化生產具有重要意義。近年，國內外報道應用拮抗細菌防治稻瘟病的研究日益增多。劉詩胤等[40]從水稻根際土壤中分離純化的486株細菌中，發現12個菌株對稻瘟菌有抑制作用。其中7個枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)菌株和3個短小芽孢桿菌(Bacilluspumilus)菌株對稻瘟菌的菌絲生長和孢子萌發的抑制率分別達到100%和80%以上。水稻內生拮抗細菌B10的發酵上清液對稻瘟病菌有較強的抑制作用。其100倍稀釋液對稻瘟病菌的菌絲生長和孢子萌發的抑制率分別達到 79.37%和63.42%，田間防病的效果達70.2%以上[41]。田間藥效試驗證明，1000億活芽孢/g枯草芽孢桿菌可濕性粉劑對葉瘟和穗瘟的防治效果均在90%以上[42-43]。從斯里蘭卡傳統稻種‘Suwandel’和‘Kaluheenati’中分離到的高頻發生內生真菌犁頭霉(Absidia)和枝頂孢霉(Acremonium)，可100%有效抑制稻瘟病的擴展[44]。施用野生稻內生真菌稻鐮狀瓶霉(Falciphoraoryzae)菌劑拌種或播后撒施1次即可有效防治稻瘟病，對葉瘟和穗頸瘟的防效均達到70%以上，可用于直播稻稻瘟病防治[45]。從印度苦楝葉片分離的內生放線菌婁徹氏鏈霉菌(Streptomycesrochei)YL-2的粗提物，對稻瘟病抑菌抑制率達82.65%，其防效顯著高于25 mg/L春雷霉素可濕性粉劑，高達85.41%。樺褐孔菌(Inonotusobliquus)的醇提物對稻瘟病菌孢子萌發抑制率可達100%，可致稻瘟菌菌絲畸形，細胞壁加厚[46-47]。

2.3.2 生防菌源農藥及組方的研發 在發現生防菌的基礎上，人們開展生防菌源的農藥組分及組方的研發。從枯草芽孢桿菌B-332分離到5種有抗稻瘟病菌作用的組分，其中3種組分與B-332原菌對稻瘟病菌附著胞有致畸作用，并推測這些組分為抗真菌素Bacillomycin D(桿菌霉素D)類小分子環脂肽類化合物。從鏈霉菌(Streptomyces)JXAU4324分離的代謝物—農抗702，對稻瘟菌分生孢子的萌發和菌絲生長有強烈抑制作用，0.3%農抗702水劑即能達到市售農藥井岡霉素、春雷霉素的效果[48-49]。體外和體內實驗證明，單端孢菌素(trichothecin, TCN)、灰黃霉素(griseofulvin)以及抗菌肽MSI-99可有效抑制稻瘟病菌的擴展，對稻瘟病菌有較好的防效[50-52]。田間試驗表明，生物源殺菌劑 3.5%多抗霉素水劑、4%～6%春雷霉素水劑以及一滴靈水劑(放線菌發酵液為主體的生物肥料)，對稻瘟病的防效可達到與常規藥劑相當的防效，適合大面積推廣應用。而2%井岡·8億芽孢/g蠟芽菌懸浮劑對水稻葉瘟、穗頸瘟的防治效果及保產作用均顯著高于20%三環唑可濕性粉劑[53-55]。此外，優化的枯草桿菌T429配方以及干燥噴灑防治稻瘟病的生物防治方法，更簡化了施藥方法[56]。

同樣，盡管利用生防菌屬于安全、環境友好型的防治措施，對于綠色稻米的標準化生產具有重要意義，但受到其培養條件嚴苛和分離成本高、儲運條件嚴格、儲備時間有限以及釋放方法復雜等的制約，現有的生防菌源農藥商品仍難以大面積推廣應用。

2.4 誘抗劑的研究利用

誘導植物產生抗病性是植保減災、防災的新技術和新途徑，人們正致力于將誘導因子作為一種農藥的替代品應用于植物病害控制上。近年報道的可誘導水稻產生稻瘟病抗性的植物源誘抗劑主要有納米SiO2、烯丙苯噻唑、β-氨基丁酸、水楊酸等。研究表明，納米SiO2能增強水稻的抗瘟性，施納米SiO2可顯著提高葉片葉綠素含量，增加新生根系的生長，使減小水稻葉傾角，減少真菌附著，利于水稻正常生長[57]。根部施用8%烯丙苯噻唑顆粒劑顯著提高水稻防御酶PAL、POD、PPO的活性及其高活性的維持時間，激發植物的免疫反應。在田間對葉瘟和穗瘟的防效優異，是新型保護治療型殺菌劑[58-59]。

從交鏈孢菌中分離的新型真菌源應激蛋白，可通過刺激水稻體內的活性氧代謝而誘導水稻產生對稻瘟病和白葉枯病的抗性[60]。黃綠木霉菌(Trichodemaaureoviride)幾丁質發酵濾液、野生蘆葦根系內生真菌腐皮鐮刀菌(Fusariumsolani)的醇提取物WS，可提高水稻PPO、PAL、SOD和幾丁質酶等防御酶的活性，誘發水稻抵御稻瘟病菌的入侵和擴展[61-62]。稻瘟病發生初期，將春雷霉素(500 μg/mL)、植物化學誘導劑β-氨基丁酸BABA(250 μg/mL)、硅酸鈉(250 μg/mL)3種藥劑混合噴施水稻，對稻瘟病起到較好的防治效果[63]。

3 多生態因子的生態控制技術

多生態因子控制技術就是從預警預防出發、從栽培和用藥監測入手、結合各種藥劑的合理化施用，多途徑地控制稻瘟病的發生為害。利用水稻品種多樣性、配合高效的栽培技術以提高水稻抗性是目前稻瘟病田間防治應用較多的生態防控措施。摸清現有水稻品種自身的抗性進行合理布局，是最為綠色、生態的防控措施，逐漸受到水稻科技工作者普遍關注。馬軍韜等[64]利用24個抗稻瘟病單基因系和22個稻瘟病菌鑒別菌株作為參照，以120個從哈爾濱市各區縣采集和分離的稻瘟病菌單孢菌株為選擇壓，以12個水稻品種為靶標，開展基于稻瘟病抗性基因分析的稻種抗性布局研究，明確稻瘟病抗性基因在當地的利用價值，分析各品種稻瘟病抗性基因類型，初步制定單一品種和多品種抗稻瘟病布局方案。實踐表明，旱育稀植、淺濕間灌以及科學施肥、增施硅肥等栽培措施，對水稻葉綠素、總酚、類黃酮、粗纖維含量和產量、硅細胞結構等的平衡，可提高對稻瘟病的抗性[65-66]。水稻品種混合間栽、合適規格的雜糯稻間栽，降低寄主遺傳背景單一對稻瘟病菌的定向選擇風險，也可在一定程度上控制稻瘟病并達到增產。例如，‘岡優188’與‘珍珠糯’以6∶1間作栽培對稻瘟病的防控作用及復合產量等的綜合效益明顯[67-69]。

4 存在的問題與展望

目前，對稻瘟病的防控依然以藥劑防治為主，但藥劑價格偏高、治療型藥劑缺乏、噴灑方式不科學等弊端長期存在，且存在農藥殘留的安全隱患。配合“十三五”在糧食生產上提出的“兩減”戰略，在水稻稻瘟病的防控上，更應以綠色環保為主。開發和利用安全、環境友好型、經濟高效、的生物源農藥，采取生態控制、生物防治、物理防治等環境友好型措施來控制有害生物的行為，是綜合治理該病的重要發展方向。盡管近年來，國內外都在積極研發生物源農藥，但依然存在很大的研究空間，對生物源藥物的關鍵成份和作用機理尚屬空白。中國地域遼闊，生物、環境資源極為豐富，對中草藥的研究背景博大精深，在資源利用上還有很大的潛力可以挖掘。但植物源和菌源農藥產品的研發仍處于起步階段，其藥效也未表現出明顯優勢。加快這些資源的開發利用轉化，更好地為稻瘟病防控服務的研究前景可觀。開發多生態因子的生態控制技術更可以全方位地控制稻瘟病的發生、發展，對綠色稻米標準化生產具有重要 意義。

隨著分子生物技術的迅猛發展，分子靶標、小干擾RNA(siRNA)和宿主誘導的基因沉默(HIGS)技術已被證明是控制真菌疾病的新策略[29]，利用 CRISPR/Cas9技術定向改良水稻稻瘟病抗性也有成功案例[70]。這些靶標基因和新技術的深入研究，為開發綠色精準的稻瘟病防治策略和技術奠定基礎，也為水稻的綠色安全生產開辟了新路徑。