胡逸群，鄭求學(xué)，陳晴晴，沈文杰，張愛(ài)芳*

(1 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究所，合肥 230001；2 金寨縣天堂寨鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村管理服務(wù)中心，安徽金寨 237343)

稻曲病是由子囊菌[Ustilaginoidea virens(Cooke)Takahashi]侵染引起的穗部真菌性病害。稻曲病菌通常在孕穗期侵染水稻小花組織，而后突破內(nèi)外稃組織的機(jī)械屏障后定殖于雄蕊組織[1]，劫持子房的養(yǎng)分運(yùn)輸通道供給稻曲球的生長(zhǎng)[2-4]。稻曲病菌次生代謝階段產(chǎn)生黑粉菌素和稻曲毒素。稻曲毒素A、B 具有細(xì)胞毒性，可導(dǎo)致動(dòng)物器官病變和植物生長(zhǎng)異常，嚴(yán)重危害人和動(dòng)物的健康[5，6]。1878 年，稻曲病首次報(bào)道于印度水稻產(chǎn)區(qū)[7]，由于發(fā)生頻率較低并未受到廣泛關(guān)注。近年來(lái)，由于氣候變化、耕地肥力的提高和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種的推廣等因素，在全球多數(shù)水稻產(chǎn)區(qū)，稻曲病已上升為水稻主要病害，嚴(yán)重危害水稻產(chǎn)量和品質(zhì)[8，9]。因此，稻曲病的抗性品種選育和防治工作迫在眉睫。

病害防控策略主要有種植抗性品種、噴施化學(xué)農(nóng)藥兩種。化學(xué)防治成本較高，易造成環(huán)境污染，且防效易受氣候和施用時(shí)期的影響。因此選育和利用抗病品種可從源頭上有效控制病害發(fā)生，同時(shí)減少農(nóng)藥用量，進(jìn)而緩解環(huán)境、資源和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量等日益突出的問(wèn)題，也符合“兩減”政策。

國(guó)內(nèi)各水稻主產(chǎn)區(qū)都有對(duì)稻曲病抗性評(píng)價(jià)的報(bào)道[10-14]。自然誘發(fā)是評(píng)價(jià)品種對(duì)稻曲病抗性水平的傳統(tǒng)方法，通過(guò)多季自然誘發(fā)鑒定到一批具有稻曲病田間抗性的種質(zhì)資源，可用于抗病育種[11，15-17]。相較而言，在可控條件下，將稻曲菌絲體與分生孢子混合作為接種體的人工接種方法更高效、重復(fù)性更好[18-20]。但這種創(chuàng)傷式的接種方法，品種抗性水平偏低，因?yàn)槿斯ぷ⑸淦茐牧怂窘M織防御病原菌侵染的天然機(jī)械屏障。因此，開(kāi)發(fā)更穩(wěn)定、高效的無(wú)創(chuàng)傷式接種方法，如噴霧接種方法很有必要[21]。

盡管通過(guò)抗病鑒定已挖掘一批具有稻曲病抗性的水稻品種，但在分子育種層面尚未發(fā)現(xiàn)符合“基因?qū)颉奔僬f(shuō)的抗性類(lèi)型[15-17，22-24]。早期徐建龍等利用Lemont/特青近等基因?qū)胂?，在Lemont 中檢測(cè)并定位到2 個(gè)稻曲病抗性的數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTLs)qFsr10 和qFsr12[25]，隨后又有10 個(gè)影響病穗率和穗數(shù)的QTLs 被定位[24]。Li 等利用重組自交系群體，發(fā)現(xiàn)IR28 對(duì)稻曲病的抗性由2 個(gè)主效基因和多效基因控制，遺傳力達(dá)76.67%[23]；利用IR28與高感品種雜交將抗性QTL 定位到5 號(hào)染色體[26]。截止到目前，18 個(gè)稻曲病抗性相關(guān)QTL 已經(jīng)被定位到除第7、9 染色體以外染色體上[22，24]。

安徽省地處暖溫帶與亞熱帶過(guò)渡地區(qū)，氣候溫暖濕潤(rùn)，各種病害頻發(fā)，但近年來(lái)安徽省水稻品種對(duì)稻曲病的抗性評(píng)價(jià)還未見(jiàn)報(bào)道。本研究采用田間病圃自然誘發(fā)的方法，在2017—2020 年對(duì)659 份水稻區(qū)試品種(系)進(jìn)行稻曲病抗性鑒定和評(píng)價(jià)，初步分析安徽省水稻區(qū)試品種對(duì)稻曲病的整體抗性水平，淘汰高感品種，為稻曲病抗病品種的選育和推廣提供基礎(chǔ)材料和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的659 份水稻材料為安徽省水稻區(qū)域試驗(yàn)參試品種(系)，由安徽省種子管理總站提供。

1.2 田間設(shè)計(jì)與管理

分別在安徽省潛山縣和金寨縣設(shè)立自然誘發(fā)鑒定圃對(duì)659 份水稻材料進(jìn)行稻曲病抗性鑒定。播種日期為每年5 月15 日前后，種植方式采用育秧移栽法，每個(gè)品種種植1 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)栽種5 行，每行6 穴，每穴2～4 株基本苗，株行距20 cm×25 cm。參試品種按順序排列，四周種植誘發(fā)品種豐兩優(yōu)4號(hào)。田間灌溉與常規(guī)生產(chǎn)一致，基肥、追肥比常規(guī)生產(chǎn)增加10%的氮肥，且分蘗期追施1 次氮肥，整個(gè)生育期防蟲(chóng)不防病。

1.3 病情調(diào)查與抗性評(píng)價(jià)

水稻黃熟期(9 月中旬)調(diào)查病情，以病穗率作為抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。高抗(high-resistance，HR)、抗(resistance，R)、中抗(mid-resistance，MR)、中感(mid-sensitive，MS)、感病(sensitive，S)、高感(highsensitive，HS) 的病穗率分別為0、0.1%～ 2.5%、2.6%～ 5.0%、5.1%～ 12.5%、12.6%～ 25.0%、25.1%～100%。同一水稻品種的最終抗性以?xún)牲c(diǎn)鑒定結(jié)果中抗性最差的級(jí)別為準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻曲病總體抗性水平

從2017 至2020 年，誘發(fā)品種豐兩優(yōu)4 號(hào)發(fā)病程度均達(dá)7 級(jí)(感病)或以上，鑒定結(jié)果有效。659個(gè)參試品種(系)對(duì)稻曲病的抗性鑒定結(jié)果如表1所示。各年份品種的抗性水平有所差異，2017—2020 年抗病率分別為5.81%、27.56%、18.45%、22.09%，其中2017 年參試品種的稻曲病整體發(fā)病程度最重，抗性水平主要是中感和感病水平。相較而言，2018 年稻曲病抗性水平略高于其余年份，高抗品種(系)數(shù)也是幾年中最多的。2019 和2020 年不同抗性水平的品種(系)數(shù)占比差異不大。

表1 2017-2020 年水稻區(qū)試品種的稻曲病抗性水平統(tǒng)計(jì)Table 1 General resistance to false smut rice of 659 rice varieties from 2017 to 2020

2.2 秈稻、粳稻對(duì)稻曲病的抗性評(píng)價(jià)比較

區(qū)分秈稻、粳稻的情況下，659 個(gè)參試品種(系)不同年份的抗病率水平與品種沒(méi)有必然聯(lián)系。如表2 所示，2017 年秈稻抗病率為9.52%，粳稻抗病率為0；2018 年秈稻抗病率為30.34%，粳稻抗病率為23.89%，因此這兩年的秈稻抗病率明顯高于粳稻。而2019 年秈稻抗病率為7.53%，粳稻抗病率為32.00%，秈稻抗病率顯著低于粳稻抗病率。因此秈稻和粳稻兩個(gè)品種類(lèi)型與稻曲病抗性間并無(wú)明顯聯(lián)系。值得注意的是，在粳稻材料中，4 年抗性試驗(yàn)未篩選到高抗品種，但秈稻材料中每年都有高抗品種，其中2018 年秈稻高抗品種比例高達(dá)10.11%。

表2 2017-2020 年秈稻和粳稻品種的稻曲病抗性水平統(tǒng)計(jì)Table 2 General resistance to false smut rice of indica and japonica rice varieties from 2017 to 2020

2.3 兩鑒定圃的稻曲病抗性評(píng)價(jià)比較

以上鑒定結(jié)果是選取兩鑒定圃誘發(fā)結(jié)果中發(fā)病較重的為最終結(jié)果，兩鑒定圃鑒定結(jié)果見(jiàn)表3。2017 和2020 年，潛山點(diǎn)表現(xiàn)為感病和高感的材料數(shù)量顯著高于金寨點(diǎn)，表現(xiàn)為抗病和高抗的品種數(shù)量顯著低于金寨點(diǎn)，另外兩年則反之。由此可見(jiàn)，兩個(gè)點(diǎn)鑒定結(jié)果差異較大。

表3 2017-2020 年稻曲病抗性評(píng)價(jià)的兩點(diǎn)鑒定結(jié)果Table 3 General resistance to false smut rice of rice varieties in two disease nursery from 2017 to 2020

3 討論

根據(jù)4 年稻曲病抗性鑒定結(jié)果，共鑒定高感品種40 份，占總品種比例6.07%，依據(jù)安徽省品種審定標(biāo)準(zhǔn)，這些高感品種被直接淘汰。值得注意的是，659 份材料中的感病品種高達(dá)255 份，占比38.69%。由于稻曲病自然誘發(fā)鑒定結(jié)果存在偶然性，感病品種在適宜發(fā)病的條件下，極有可能表現(xiàn)為高感，因此，在后續(xù)篩選過(guò)程中需引起重視，應(yīng)結(jié)合后續(xù)多年多點(diǎn)鑒定結(jié)果進(jìn)一步評(píng)價(jià)。本研究明確了安徽省水稻品種對(duì)稻曲病的整體抗性水平，可為品種審定、抗病品種選育、品種合理布局提供科學(xué)依據(jù)。

規(guī)范科學(xué)的鑒定方法和結(jié)果直接影響評(píng)價(jià)材料審定程序，從這一角度來(lái)說(shuō)，針對(duì)不同病原菌，選擇合適的接種方法是抗性鑒定準(zhǔn)確的關(guān)鍵。稻曲病抗性鑒定的接種方法有自然誘發(fā)和人工接種，或?qū)⑦@兩種方法相結(jié)合[27]。但從品種審定的層面，由于稻曲病的人工接種體系尚不完善，自然誘發(fā)的接種方法仍是主流。

分析發(fā)現(xiàn)，本研究中兩個(gè)自然誘發(fā)鑒定圃的抗性鑒定結(jié)果存在差異，說(shuō)明自然誘發(fā)鑒定評(píng)價(jià)品種抗性存在偶然性。自然誘發(fā)受氣候條件、菌源、品種生育期及品種抗性等因素影響，同一品種(系)在不同年份和地區(qū)對(duì)稻曲病的抗性結(jié)果不穩(wěn)定，差異較大，很難科學(xué)、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)品種的抗性水平[28]。為解決這一問(wèn)題，抗性鑒定應(yīng)根據(jù)多年多點(diǎn)鑒定結(jié)果進(jìn)行綜合分析，或是采取人工接種與自然誘發(fā)相結(jié)合的鑒定方法[29]。然而，由于稻曲病特殊的侵染致病機(jī)制，人工接種是直接突破穗苞導(dǎo)致病情偏重，并不能真實(shí)反映水稻抗性，鑒定結(jié)果也存在偏差。因此建立完善人工接種和抗性評(píng)價(jià)體系是科學(xué)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，也是推進(jìn)稻曲病抗性育種發(fā)展的必備條件。

通過(guò)分析秈稻和粳稻品種對(duì)稻曲病的抗性鑒定結(jié)果，雖然在抗病率方面秈稻與粳稻無(wú)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但從高抗品種數(shù)量的角度分析，秈稻的整體抗性水平優(yōu)于粳稻。本研究稻曲病抗性鑒定采用自然誘發(fā)的接種方式，因此環(huán)境中的稻曲菌源成功定殖于水稻組織表面是實(shí)現(xiàn)侵染并引發(fā)病害的先決條件。從形態(tài)來(lái)看，秈稻劍葉開(kāi)度小且葉毛較多，而粳稻劍葉開(kāi)度大，葉毛較少或沒(méi)有葉毛，病原菌孢子更容易落在粳稻葉片表面，稀疏的葉毛組織也使得病菌更容易突破組織表層的機(jī)械屏障，因此病原菌在粳稻葉片表面實(shí)現(xiàn)成功定殖更容易。

4 結(jié)論

綜合分析659 份材料的抗性鑒定結(jié)果，表現(xiàn)為抗性的品種有42 份，占比6.37%，但由于自然誘發(fā)的不穩(wěn)定因素，真正表現(xiàn)抗性的材料還需多年多點(diǎn)的鑒定，或是結(jié)合人工接種方式才能最終確定。重要的是，關(guān)于稻曲病菌致病類(lèi)型，此前雖有少量相關(guān)報(bào)道，但稻曲病菌是否存在明顯的致病力小種分化現(xiàn)象，尚未有統(tǒng)一定論[30-32]。侵染機(jī)制的研究和人工接種體系的建立是稻曲病領(lǐng)域亟待解決的兩個(gè)關(guān)鍵，需要眾多科研工作者的長(zhǎng)期探索。