湖南稻瘟病菌生理小种的组成及其致病性

赵正洪，周政，吴伟怀，周斌，吕艳梅，王玲

(1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125；3.华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642；4.中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海南 海口 571101)

湖南稻瘟病菌生理小种的组成及其致病性

赵正洪1,2，周政2，吴伟怀3,4，周斌2，吕艳梅2，王玲3*

(1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125；3.华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642；4.中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海南 海口 571101)

利用来自日本、国际水稻研究所(IRRI)和中国的10个稻瘟病菌单基因鉴别品种，将59个湖南稻瘟病菌株分别划分为20个生理小种，优势小种为H531.1、H511.1和H501.1，对抗性基因Pi–CO39、Pita、Pi3、Pi12、Pia具有致病性。各个稻区生理小种组成和优势小种存在差异，其中，湘东、湘中稻区稻瘟病菌生理小种多样性指数较高，优势小种的变化最为明显，说明这 2个稻区的抗源基因正逐渐变得匮乏，甚至丧失。鉴别品种C101LAC(Pi1)和C101A51(Pi2)对59个湖南稻瘟病菌菌株抗性频率均为100.0%，说明这些抗性品种(基因)可作为湖南稻区稻瘟病的抗源材料(基因)，Pi1、Pi2可直接作为分子标记辅助选择育种的供体抗源基因。品种关东51(Pik)、C105TTP–4L23(Pi4–b)和 C101PKT (Pita)在湖南各稻区的抗性水平表现存在差异，可以作为选择性抗源材料(基因)加以应用。

水稻；稻瘟病菌；生理小种；致病型多样性；抗性基因；湖南

世界水稻产区每年因稻瘟病而导致水稻减产11%～30%[1–3]。近年来，中国稻瘟病每年的平均发病面积约为4.0×106hm2，流行年份可达8.0×107hm2，造成20～100万t稻谷损失[4–5]。倪宝凤[6]报道，1992年稻瘟病流行时，仅在湖南早稻穗瘟发病面积就高达3.0×105hm2，造成1.57×105t稻谷的损失。实践证明，培育和种植抗病品种是防治稻瘟病最为经济有效的措施[3–5,7]。

稻瘟病菌生理小种(亦称致病型)有着丰富的多样性，在不同地区以及同一地区的不同年份，其构成及优势小种都存在明显的差别[8–10]。大部分水稻品种在推广种植3～5年之后抗性逐步丧失，因此，开展稻瘟病菌生理小种的鉴别研究，有针对性地筛选稻瘟病抗源，进而开展抗性育种对防治稻瘟病十分必要。目前，稻瘟病菌群体致病型的鉴别主要是通过构建一套鉴别品种加以区分，理想的鉴别品种是包含了所有抗病基因的单基因鉴别品种。各水稻生产国(地区)往往通过选育一套适合于本国(地区)的单基因鉴别品种开展致病型的研究。

近年来，湖南省种植推广的抗稻瘟病水稻品种的抗性普遍较差，在2001—2010年育成审定的28个优质稻品种(组合)中，除早稻早优 143及组合H37A/R207稻瘟病抗性稍强外，其余的26个品种(组合)均表现“感”或“高感”稻瘟病[11]。一方面，由于湖南省地形地貌复杂多样[12]，气候适宜，稻瘟病菌小种丰富多样，变异传播快；另一方面，湖南稻区大面积种植优质稻感病品种，使得携带的抗性基因较为单一，抗谱窄，易感染稻瘟病造成危害。笔者利用来自日本、国际水稻研究所(IRRI)和中国鉴别品种所组成的 10个单基因鉴别品种，对湖南稻区稻瘟病菌群体的生理小种进行鉴别，比较了不同生态区稻瘟病菌生理小种的组成特点和致病性，分析了鉴别品种及其所携带的抗性基因的抗性水平和特点，以期为湖南水稻抗瘟性育种和抗性品种的合理布局提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试稻瘟病菌菌株为 2007—2008年采集的湖南省洞庭湖平原(湘北)、长衡丘陵盆地(湘东)、郴祁邵丘陵盆地(湘中)和湘南丘陵山区(湘南)等 4个水稻种植区域的179个菌株。综合考虑各稻区水稻播种面积、发病状况和病菌寄主品种类型，从中选取59个代表型作为研究材料。

1.2 方 法

1.2.1 鉴别品种

由来自日本、IRRI和中国的3套鉴别品种中的10个单基因品种[8,13–14]组成。包括来自日本鉴别品种的爱知旭(Pia)，IRRI鉴别品种的 CO39(Pi–CO39)、C101LAC(Pi1)、C101A51(Pi2)、C101PKT (Pita)、C104PKT(Pi3)、C105TTP–4L23(Pi4–b)和L754 (Pi12)和中国鉴别品种的关东 51(Pik)和丽江新团黑谷(未知)。利用这10个单基因鉴别品种对59个稻瘟病菌菌株进行小种鉴别和抗性分析。

1.2.2 稻瘟病菌接种鉴定与小种命名

鉴别品种采用育秧盘单粒播种，每个品种播种5粒。播种前，土壤用福尔马林、种子用多菌灵分别处理。播种后盖土置网室内保湿育秧。秧苗长至2.5叶时和接种前3 d各施1次氮肥(18 g/m2)，长至3.5～4.5叶时分别利用59个菌株培殖的孢子悬浮液喷雾接种(菌株孢子浓度为每 100倍视野呈现100～200个)，每个菌株至少重复接种2次。

接种后7 d，按照Pan等[15]描述的分级标准调查各品种的反应型，单基因鉴别品种鉴定的稻瘟病菌生理小种的命名参照Kiyosawa等[13]描述的方法，即H1、H2、H4、H10、H20、H40、H100、H200、H400、H.1等编码依次代表 CO39、C101LAC、C101A51、 C101PKT、C104PKT、C105TTP–4L23、L754、关东51、爱知旭和丽江新团黑谷，进行小种分类时，将在鉴别品种上表现为感病反应的编码数值相加，就是该生理小种的名称，数值之前加上“H”表示“湖南小种”。

1.3 数据分析

生理小种频率(race frequency) 指稻作区生理小种出现的频率，用以反映鉴别品种对稻作区稻瘟病菌的鉴别力；优势小种是指某一稻区中出现频率较高的生理小种(一般为出现频率前 3位的生理小种)；某一稻区生理小种的多样性用格里森指数HG和香农指数 HSH[16]来反映。鉴别品种的抗性频率(resistance frequency)用以反映品种及其所携带的抗性基因对稻瘟病菌菌株的抗谱宽窄。

2 结果与分析

2.1 湖南稻瘟病菌群体生理小种的组成及其分布

利用单基因鉴别品种将 59个湖南稻瘟病菌株划分为20个生理小种，生理小种频率为33.9%，其中，采自湘北、湘东、湘中和湘南的 11、17、26 和5个菌株分别被划分为6、12、11和4个生理小种。湖南稻区优势小种为H531.1、H511.1和501.1，出现频率分别为 13.6%、13.6%和 12.1%，致病型H531.1、H511.1是湘中稻区主要的优势小种，H501.1、H511.1分别是湘北和湘南稻区出现次数最多的生理小种，而湘东稻区出现频率较高的小种为H400.1、H000.1和H501.1(表1)。根据小种的命名特点可知，H000是在所有鉴别品种上都表现非致病性的一类菌株，在湖南稻瘟病菌群体中鉴定出1个该类生理小种。

表 1 湖南稻瘟病菌生理小种的组成及其在各稻作区的分布Table 1 Composition and distribution of physiological races of rice blast pathogen in different rice cropping regions of Hunan province

2.2 湖南稻瘟病菌优势小种的致病性及生理小种的多样性

湖南稻区的优势小种是 H531.1、H511.1和H501.1，对10个单基因鉴别品种的反应类型分别是SRRSSRSRSS、SRRSRRSRSS和SRRRRRSRSS(S表感病，R表抗病)，由此说明，湖南的优势小种对CO39 (Pi–CO39)、C101PKT (Pita)、C104PKT (Pi3)、L754 (Pi12)、爱知旭(Pia)和丽江新团黑谷具有致病性，这些抗性基因在湖南稻区的抗性正逐步丧失。同理，根据致病性命名特点可知，湘北稻区稻瘟病菌的优势小种主要对抗性基因Pi–CO39、Pi3、Pi12、Pia，湘东的优势小种对 Pia、Pi12、Pi–CO39具有致病性，而湘中和湘南稻区稻瘟病菌优势小种的致病性跟湖南稻区较为一致。值得注意的是，尽管H400.1仅对弱效抗性基因Pia具有致病性，但其仍为湘东区优势小种，说明湘东稻区缺乏主要的抗瘟品种(基因)。

从表2中可以看出，湖南各稻作区稻瘟病菌小种多样性指数从高到低依次是湘东、湘中、湘北和湘南，这与鉴别品种在各稻区所鉴定到的小种数较为一致。湘东地区多样性指数最高，说明该区域稻瘟病菌生理小种变化快、传播迅速，且缺乏有效的抗源，使得仅对普感品种爱知旭和丽江新团黑谷具有致病性的小种H400.1成为该地区的优势小种。

表2 湖南各稻作区稻瘟病菌的致病型多样性Table 2 Pathotypic diversities of blast isolates in Hunan rice cropping regions

2.3 单基因鉴别品种的抗性

将采自湖南各个稻区的 59个稻瘟病菌菌株接种10个鉴别品种，其中，C101LAC和C101A51对所有的菌株都表现出抗病反应，抗谱性最广，抗性频率达到100.0%(表3)，这2个品种可以作为湖南稻区用以防治稻瘟病的抗源材料，单基因品种C101LAC、C101A51分别所携带的抗性基因Pi1、Pi2可用以开展分子标记辅助选择育种，导入湖南主栽品种。C105TTP–4L23、关东51对湖南稻瘟病菌群体的抗性频率较高，但其对湖南各稻作区稻瘟病菌群体的抗性水平存在差异，这些抗源可根据优势小种的变化动态作为选择性抗源加以应用。同样，C101PKT在湘北的抗性频率高达90.9%，而在湘中仅有23.1%，表明该抗源材料仅可应用于湘北稻区抗性育种。

表3 鉴别品种对湖南稻瘟病菌群体的抗性表现Table 3 Resistance frequencies of differential cultivars against rice blast isolates collected in Hunan province

3 讨 论

稻瘟病菌生理小种具有丰富的类型。不同鉴别品种在不同稻区鉴别能力存在差异，所鉴定的生理小种数、优势小种类型以及特异性生理小种数等组成也存在显著的差异[17–19]。黄红梅等[20]利用中国鉴别品种将采集于湖南的 303个单孢菌株划分为 41个生理小种。笔者利用10个单基因品种将59个湖南稻瘟病菌菌株划分为 20个生理小种，鉴别频率为33.9%，仅对采自湘东菌株EHL0321表现抗病反应，对其缺乏鉴别能力，说明该套鉴别品种并没有包含该菌株具有致病性的鉴别品种(抗性基因)。

湖南稻区的优势小种为 H531.1、H511.1和H501.1，对这些优势小种都具有抗性的单基因分别是Pi1、Pi2、Pi4–b和Pik，说明湖南的种植品种缺乏这些抗源基因，它们可直接作为湖南各个稻区稻瘟病的抗源基因加以应用。湘东稻区的优势小种为H400.1、H501.1和 H000.1，抗性基因 Pi1、Pi2、Pi4–b和Pik外的Pita、Pi3可作为该稻区的抗源基因。Pita可作为湘北稻区的抗源基因。

对湖南4个稻作区稻瘟病菌群体的小种多样性指数进行分析，湘东、湘中稻区的小种多样性指数最高，湘东稻区中仅对普感品种爱知旭和丽江新团黑谷具有致病性的优势小种H400.1是该地区的优势小种，这可能与该地区近年大面积种植感病的优质稻品种[10]有关，因此，在防控这2个稻区稻瘟病时，要注重利用抗性较强、抗谱较广的资源(基因)，同时避免大面积种植单一品种，尤其是优质稻感病品种。

利用稻瘟病菌接种分析品种材料的抗性，是发掘抗源品种最为直接有效的方式[21–23]。本研究结果表明，C101LAC和C101A51对湖南稻瘟病菌群体的抗性水平最高，抗性频率均为 100.0%，这些品种可作为湖南的抗源材料，进一步证实单基因品种携带的抗性基因Pi1和Pi2可直接作为供体基因应用于湖南当地品种分子标记辅助选择育种中。在湖南不同的稻区抗性水平存在差异的鉴别品种，可以作为选择性抗源(基因)加以应用[14–15,24]，如Pita可作为湘北、湘东的抗源基因，Pi3仅可作为湘东的抗源。

华南农业大学杨先锋同学在稻瘟病菌单孢分离和孢子培养等方面给予了极大的帮助，谨此谢忱。

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责任编辑：罗慧敏

英文编辑：罗 维

Composition of physiological races of rice blast fungus and their virulence to rice cultivars

ZHAO Zheng-hong1, 2, ZHOU Zheng2, WU Wei-huai3, 4, ZHOU Bin2, Lü Yan-mei2,WANG Ling3*
(1. College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Hunan Rice Research Institute, Hunan Academy of Agriculture Sciences, Changsha 410125,China; 3.Laboratory of Plant Resistance and Genetics, College of Natural Resource and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China; 4.Environment and Plant Protection Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101,China)

Fifty-nine isolates of Magnaporthe oryzae that collected in Hunan province were divided into 20 races based on the reactions to 10 monogenic differential cultivars from Japanese, IRRI and Chinese differential cultivars. Dominant races in the fungal population were H531.1, H511.1 and H501.1, which were virulent to rice cultivar with blast resistance genes Pi−CO39, Pita, Pi3, Pi12 and Pia. The composition of races and dominant races of blast pathogen in different rice cropping regions of Hunan were different. High pathotypic diversities of physiological races of rice blast pathogen were observed and the dominant races were changed most frequently in rice cropping region of east and middle Hunan, indicating the resistance rice varieties (genes) against blast were becoming poor, even lost in such regions. Differential cultivars C101LAC (Pi1) and C101A51 (Pi2) expressed 100% resistance frequencies against 59 isolates, meaning the two varieties (genes) can be used as resistance gene source for Hunan rice cropping region, and the resistance genes Pi1, Pi2 can be used as donor genes for molecular marker-assisted selection breeding. Differential cultivars Kanto 51(Pik), C105TTP−4L23 (Pi4−b) and C101PKT (Pita), showed different resistance to blast fungal population, indicating that these resistance varieties (genes) can be used as selective resistance resources in different regions of Hunan.

Oryza sativa; Magnaporthe oryzae; pathotypic diversity; differential cultivars; resistance genes; Hunan

S435.111.4+1

A

1007−1032(2014)02−0173−05

10.13331/j.cnki.jhau.2014.02.013

投稿网址：http://www.hunau.net/qks

2013–10–23

湖南省科学技术厅重大专项(2013FJ1008)

赵正洪(1964—)，男，湖南株洲人，博士，研究员，主要从事水稻育种研究，1154885640@qq.com；*通信作者，wangl@scau.edu.cn