浙江省稻瘟病研究進展

楊海龍 王蕾 李白 蔡金洋

（浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學研究院，浙江 嘉興 314016；第一作者：774795537@qq.com；*通訊作者：cjyjiaxing@163.com）

由子囊真菌侵染水稻引起的稻瘟病是水稻主要病害之一[1]。全球水稻產(chǎn)量每年因稻瘟病影響會減產(chǎn)10%～30%[2]。我國稻瘟病發(fā)病面積約500 萬hm2，受其影響水稻產(chǎn)量減少10%～20%，嚴重地區(qū)可達到50%，甚至絕收[3-4]。浙江省作為長江中下游地區(qū)主要糧食生產(chǎn)地，稻瘟病常年發(fā)生，給當?shù)丶Z食生產(chǎn)帶來了巨大經(jīng)濟損失，如2014 年浙江省杭嘉湖、寧紹平原突發(fā)流行稻瘟病，發(fā)生面積達2.33 萬hm2，損失超過350 kg/hm2，秀水321、嘉粳88 和秀水134 等主推品種均不同程度發(fā)病[5-6]。推廣抗病品種是目前防治稻瘟病最有效、綠色和經(jīng)濟的方法，抗稻瘟病基因的挖掘、分析和利用是選育抗病品種的重要措施[7-8]。由于稻瘟病病菌小種的不斷變異，致病性不斷進化，現(xiàn)在有必要通過基因定位來評估抗性基因?qū)Φ疚敛〉挚剐Ч膹姸?。文章綜述了浙江省稻瘟病優(yōu)勢種群、主栽品種抗性情況和抗性基因利用情況，以期為浙江省稻瘟病抗性研究和有效防治提供建議和參考。

1 浙江省稻瘟病的優(yōu)勢種群

長江中下游地區(qū)種植的水稻品種豐富多樣，秈稻、粳稻和秈粳雜交稻均有，稻瘟病菌的致病性也容易發(fā)生變異，不同生理小種的組成和結(jié)構(gòu)也非常復雜[9]。我國基于本土的稻瘟病生理小種鑒別寄主（Tetep、珍龍13、四豐43、東農(nóng)363、關(guān)東51、合江18 和麗江新團黑谷）將稻瘟病生理小種劃分為ZA（秈型）、ZB（秈型）、ZC（秈型）、ZD（粳型）、ZE（粳型）、ZF（粳型）和ZG（粳型）[9]。浙江省稻瘟病菌優(yōu)勢小種隨著時間和地域變化而變化[6,10-11]。柴榮耀等[10]于20 世紀90 年代對浙江省太湖流域488 個稻瘟病菌種群進行鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ZD、ZA和ZE 屬于優(yōu)勢種群，優(yōu)勢生理小種為ZD3、ZE3、ZA49和ZD1。肖丹鳳[11]在2013 年對浙江省89 個稻瘟病菌株進行鑒定，發(fā)現(xiàn)ZB 為浙江省的優(yōu)勢種群，出現(xiàn)頻率63.04%，其中優(yōu)勢生理小種為ZB15、ZB9、ZA1和ZB13。王曄青等[6]在2014—2015 年對嘉興市南湖區(qū)、秀洲區(qū)和桐鄉(xiāng)市稻瘟病發(fā)生情況進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)生理小種ZD1、ZE1和ZD3對粳稻的致病性強。HAO 等[12]于2021 年收集了浙江省近4 年46 個稻瘟病菌分離物（秈型分離物23 個，粳型分離物23 個），對1 252 個水稻品種進行接種，結(jié)果發(fā)現(xiàn)23 個秈型分離物大部分屬于秈型小種，23 個粳型分離物中半數(shù)為秈稻種、半數(shù)為粳稻種。大多數(shù)秈稻品種感染秈型分離物后，其發(fā)病程度比感染粳型分離物的嚴重，分離菌株的種族與采集的水稻品種種類關(guān)系不大，而與樣品采集年份有關(guān)。

2 浙江省水稻品種的稻瘟病抗性狀況

水稻是浙江第一大糧食作物，據(jù)統(tǒng)計，全省常年播種面積在80.0 萬hm2左右[13]。2021 年浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳發(fā)布的水稻主導品種有22 個，其中早秈稻有甬秈15、中早39 和中嘉早17 等，粳稻有浙粳99、秀水14 和秀水121 等，秈粳雜交稻有甬優(yōu)1540、甬優(yōu)15 和甬優(yōu)538 等。在稻瘟病高發(fā)地區(qū)，上述有些材料會不同程度發(fā)病[6，14]。鄂志國等[15]分析了浙江省近20 年來水稻品種的抗性變化，發(fā)現(xiàn)浙江最近數(shù)年審定品種的稻瘟病綜合指數(shù)從2012 年的平均“中抗”水平下降至2018 年“中抗-中感”水平，但2003—2012 年稻瘟病抗性平均水平一直高于“中抗”。研究還發(fā)現(xiàn)盡管近年來浙江省稻瘟病抗性水平有所下降，但還是高于同稻區(qū)全國其他品種的平均水平。施俊生等[13]分析了2007—2018 年浙江省審定品種的抗性表現(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)審定的262 個品種中有201 個的稻瘟病抗性水平達到中抗及以上。筆者基于中國水稻品種及其系譜數(shù)據(jù)庫（http://www.ricedata.cn/），篩選出2012—2021 年浙江省審定的203個品種，分析其稻瘟病抗性綜合指數(shù)，結(jié)果表明，2012—2021 年浙江省稻瘟病抗性水平大體呈下降趨勢，從2019 年開始又有所提高（圖1）。

圖1 2012—2021 年浙江省審定品種的稻瘟病抗性情況

3 浙江省稻瘟病抗性基因利用情況

前人于2003 年提出基因功能標記的概念，即1 個分子標記位點代替1 個特定的等位基因，可以基于分子標記的篩選來對特定性狀進行篩選[16]。目前已經(jīng)通過分子標記技術(shù)發(fā)現(xiàn)至少69 個抗病位點100 多個稻瘟病抗性主效基因，已經(jīng)有36 個抗病基因被克隆，分別 是Pi1[17]、Pi2[18]、Pi5[19]、Pi9[20]、Pi25[21]、Pi33[22]、Pi35[18]、Pi36[23]、Pi37[24]、Pi50[20]、Pi56[25]、Pi63[26]、Piz-t[20]、Pit[27]、Pit-a[18]、Pia[28]、Pib[29]、Pish[30]、Pib1[18]、Pik[31]、Pik-m[18]、Pik-p[18]、Pid3[21]、Pi-d2[32]、pi21[33]、Ptr[18]、Pi-CO39[19]、Pigm[20]、Pii[20]、Pi54[33]、Pi42[18]、Pid3-A4[18]、Pi54rh[31]、Pi54of[34]、Pike[35]和Pikh[36]。絕大多數(shù)抗性基因定位于第6 和第11 染色體上，少部分定位于第1、第9 和第12 染色體上，在第2、第4 和第8 染色體上也發(fā)現(xiàn)各有1 個抗性基因[18]。不同類型的基因在抵抗稻瘟病的效果上有著不同的作用。例如6 號染色體克隆的稻瘟病抗性基因Pi2、Pi9、Pi25、Pi50、Piz-t、Pid3、Pid2、Pigm 和Pid3-A4 中，Pi2 對我國13 個稻區(qū)的792 個菌株表現(xiàn)為抗[18]；Pi25 對稻瘟菌菌系92-183（小種ZC15）有較強的葉瘟和穗瘟抗性。11 號染色體克隆的稻瘟病抗性基因Pi1、Pi35、Pia、Pik、Pi-CO3 和Pi54 中，來自西非的Pi1 對我國8 個稻區(qū)的稻瘟病菌株表現(xiàn)為抗[18]；Pi35 和Pia 有較好的抗葉瘟能力；Pik 對我國許多稻瘟病小種有穩(wěn)定的抗性[19]。研究還發(fā)現(xiàn)，定位于第4 染色體上的pi21 是第1 個被定位的隱性抗瘟性基因位點，研究發(fā)現(xiàn)，攜帶隱性pi21 等位基因的近等基因系A(chǔ)A-pi21 對10 種稻瘟病病菌具有抗性，但抗性沒有專一抗病性的R 基因強[33]。

浙江省的育種工作者將分子標記輔助技術(shù)結(jié)合到傳統(tǒng)育種中，培育出一批對稻瘟病抗性強和抗譜廣的水稻品種。何海燕等[36-37]在2019 年分析了浙江省40 個水稻栽培品種10 個稻瘟病抗性基因的分布情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Pib、Pia 和Pit-a 抗性基因的分布頻率最高，分別為63.04%、58.70%和47.83%，但浙江省主要栽培品種中沒有發(fā)現(xiàn)Pi1 的分布。沈浙南等[38]利用Pi1、Pi5、Pi2、Pi9、Pia、Piz-t、Pigm、Pib、Pik 和Pikh 等10 個抗稻瘟病基因的分子標記對63 個浙江省主栽品種（24 個常規(guī)秈稻、30 個常規(guī)粳稻和9 個秈粳雜交稻）的抗病基因進行鑒定，發(fā)現(xiàn)Pikh、Pia、Piz-t、Pib、Pi1 和Pik 等抗病基因利用頻率較高，而Pigm 和Pi9 的利用頻率較低。翟榮榮等[34]對浙江省12 個常規(guī)晚粳稻品種10 個稻瘟病抗性基因進行了分子檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，12 個供試水稻品種中都攜帶Pib、Pi25、Pi40 和Pi41 抗性基因，Pi2和Pikm 的分布頻率為58.33%，Pit-a 的分布頻率為50.00%，Pi5 的分布頻率為33.33%，Pi9 的分布頻率為25.00%，沒有發(fā)現(xiàn)Pigm 的分布。稻瘟病菌的快速進化和優(yōu)勢生理小種的頻繁更替，僅含單個抗病基因的抗病品種在連續(xù)種植幾年后很容易喪失抗性，因此，抗病育種中需聚合多個抗稻瘟病基因。但在聚合多個抗病基因時也需要考慮所聚合基因的主效性、正向性和負向性[39]。例如Pigm 與Pib、Pi2 與Pi1、Pib、Pi1 與Pik、Pib以及Pikh 與Pib 之間是正向顯著相關(guān)，而Pizt 與Pi2、Pi1 是負向極顯著相關(guān)[37]。

4 浙江省稻瘟病無毒基因研究進展

水稻與稻瘟病菌之間的特異互作關(guān)系符合基因?qū)驅(qū)W說[40]。無毒基因（AVR）是一類能夠誘發(fā)水稻產(chǎn)生抗病性的病原物遺傳因子，在水稻稻瘟病菌與水稻互作中，無毒基因的作用是轉(zhuǎn)錄翻譯成無毒蛋白質(zhì)，然后被水稻細胞內(nèi)的抗性基因識別，從而對稻瘟病產(chǎn)生抗性[41]。目前已經(jīng)鑒定到與稻瘟病抗性基因?qū)臒o毒基因有12 個被克?。ˋVR-Pita、ACE1、AVR-Pizt、AVR-Pii、AVR-Pi9、AVR-Pib、AVR-Pia、AVR-Pi54、AVR-Pik/km/kp 和AVR1-CO39 等）[41-42]。浙江省關(guān)于水稻稻瘟病菌無毒基因的研究較少。穆慧敏[43]利用無毒基因研究了浙江省稻瘟病菌群體的遺傳多樣性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，浙江省麗水市稻瘟病菌的遺傳多樣性最高、舟山市最低，浙江各地的無毒基因的變異類型主要為缺失和插入，大多數(shù)菌種含有基因ACE1 和AVR-Pizt，少部分含有AVR-Pia、AVR-Pii 和PWL4，未含有AVR1-CO39 和PWL1。生產(chǎn)上水稻品種的抗病性往往因為稻瘟病小種的變異而過早的喪失抗性，對于水稻育種家來說，了解無毒基因的變異機制，能夠更加深刻認識到無毒基因的位點變異、理解病原物喪失無毒功能的機制和小種產(chǎn)生的規(guī)律，從病原物著手，揭示其遺傳變異的本質(zhì)，為稻瘟病防治提供理論基礎(chǔ)。

表1 已克隆水稻抗稻瘟病基因相關(guān)信息

5 展望

浙江省是我國長江中下游主要的糧食生產(chǎn)基地，長期以來稻瘟病嚴重影響著水稻生產(chǎn)[5-6]。稻瘟病菌耐藥性的增強、病原菌生理小種的進化、致病性的變異、水稻品種抗性的失效和大規(guī)模單一化種植是導致近年水稻稻瘟病日益加重的主要原因[10,44]。因此，挖掘和利用新的稻瘟病抗性基因?qū)Ψ乐蔚疚敛【哂兄匾饬x。2021 年“中央一號文件”指出要推進綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展、持續(xù)推進化肥農(nóng)藥減量增效、推廣農(nóng)作物病蟲害綠色防控產(chǎn)品和技術(shù)，因此在水稻稻瘟病的治理上更應以環(huán)保為主。為進一步控制好稻瘟病對浙江水稻生產(chǎn)的影響，更加綠色、健康和高效防治稻瘟病，需開展以下三方面研究：第一，更新水稻栽培管理模式。根據(jù)浙江省不同地域土壤的養(yǎng)分情況和基肥施用情況，決定氮肥的施用量，切忌氮肥用量過大，造成水稻貪青晚熟，同時增加鉀肥的使用，以提高水稻的抗病性。水分管理上采用淺濕灌溉，該淺則淺、該曬則曬、該深則深，可適當晾田壯根，提高水稻的抗病能力。第二，利用分子標記聚合多個抗稻瘟病基因。但抗病基因聚合不是簡單的基因疊加效應，抗性基因的不同組合可能直接導致不同的抗性水平，育種家在育種過程中，可以考慮靶基因的優(yōu)良等位基因[45]。第三，了解稻瘟病基因與其對應的無毒基因在田間水稻稻瘟病菌的毒力組成是認識ETI免疫機制的關(guān)鍵，目前育種家已對AVR-Pita、ACE1、AVR-Pizt、AVR-Pii、AVR-Pi9 等12 個無毒基因進行分析、檢測、標記及克隆，分析浙江省地區(qū)無毒基因的組成及分布特點，可為下一步預測稻瘟病菌的群體變化趨勢，為能準確、有效和快速的預測田間潛在流行致病菌系奠定基礎(chǔ)[43]。