稻曲病早期症状鉴别及水稻雄性不育系的抗病性鉴定

张爱芳， 陈 雨， 杨 雪， 高同春， 王文相

(安徽省农业科学院植物保护与农产品质量安全研究所，安徽合肥 230031)

稻曲病早期症状鉴别及水稻雄性不育系的抗病性鉴定

张爱芳， 陈 雨， 杨 雪， 高同春*， 王文相*

(安徽省农业科学院植物保护与农产品质量安全研究所，安徽合肥 230031)

[目的]了解在自然发病情况下稻曲病菌[Ustilaginoideavirens(cooke)Tak]的侵入时期和侵入部位，为进一步研究该病的侵入机制提供参考。[方法]用光学显微镜观察水稻孕穗期的幼穗花器，研究稻曲病菌的侵染过程，并对水稻雄性不育系的抗病性进行了鉴定。[结果]该菌是在抽穗前8 d 左右从上下颖壳间的缝隙中侵入的。该菌随机到达各种花器上，但到达花药的几率最大。然后菌丝上下扩展，当到达花丝的上部或/和柱头上时就会生长得更快，因为那里营养更多。该菌不侵入子房，是因为子房的细胞小而排列紧密，病菌无法穿透。该菌是授粉前侵入花器的，说明水稻雄性不育系也可发病，可以进行抗病性鉴定。[结论]试验结果为水稻生产上有效防治该病提供了理论依据。

水稻稻曲病；侵入过程；雄性不育系；抗病性鉴定

稻曲病是由稻绿核菌[Ustilaginoideavirens(cooke)Tak]侵染引起的水稻穗部病害。近20年来，由于我国高产水稻品种的大面积推广及农田肥力水平的提高，稻曲病在我国各水稻产区的发生呈现不断加重的趋势，已经由次要病害上升为主要病害[1-2]。该菌除直接造成产量损失外，还产生毒素，对人和其他动植物产生有害影响[3-4]。

自1874年Cooke在印度首次发现稻曲病以来，国内外许多学者对其发生和流行进行了大量研究，取得很多成果。近年来，在稻曲病侵染机制方面又取得了一些突破性进展。但由于历史上稻曲病在我国和世界各地的发生都比较轻微，因此对该病害研究的深度和广度一直非常有限。加之该病害所具有的许多独特的生物学特性致使研究的难度相对较大。到目前为止，对稻曲病菌的生活史、侵染机制、病原菌-植物互作特性等重大基础性理论问题尚不明确。已有许多学者对该病的侵入机制进行了研究，取得了较好的成果。王国良[5]通过人工接种后病粒解剖认为稻曲病菌是厚垣孢子在水稻孕穗末期至破口期从水稻柱头侵入。代光辉等[6]通过人工接种观察到稻曲病的分生孢子可以在颖壳表面形成菌丝并伸展到颖壳内部，为分生孢子直接侵染水稻谷粒提供了证据。胡东维等[4]通过人工接种和病粒解剖认为稻曲病分生孢子从花丝上部侵入，不侵染子房。张震等[7]对稻曲病病粒进行解剖分析，认为稻曲病菌在水稻开花之前侵染雌蕊，雄性不育系也可形成典型曲球。上述结果多数是在人工接种的情况下取得的，至于在自然情况下结果目前尚未见报道。鉴于此，笔者通过观察自然发病情况下水稻孕穗后期至抽穗初期的幼穗花器，研究了稻曲病菌在颖花内早期症状进程变化，初步分析了稻曲病菌侵入时期和侵入部位，并对水稻雄性不育系的抗病性进行了鉴定，旨在为进一步研究该病的侵入机制及水稻生产上有效防治该病提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1供试品种。水稻品种“两优培九”：感病品种，市售。

1.1.2供试不育系。三系不育系ShDS1A～ShDS10A，两系不育系ShDS1S～ShDS8S、7001S、2314S，均由安徽省农业科学院水稻研究所提供。

1.2 方法

1.2.1稻曲病症状发展过程观察。

1.2.1.1 种植方法。试验田设在安徽省潜山县逆水镇，该地是稻曲病常年高发区，“两优培九”近几年在该地的穗发病率均达70%以上。供试品种常规种植，适时防治螟虫和飞虱等主要害虫，不防病害。采用高肥水平，于孕穗中期重施1次氮肥，尿素施加量225～300 kg/hm2，以利发病。

1.2.1.2取样与观察。根据剑叶叶枕距(剑叶叶枕与倒2叶叶枕距离)取样，分别在叶枕距为0～2、 2～4、4～7、>7 cm时取样。每样随机取50株，剥取幼穗，在超净工作台内小心剥开内、外颖壳，对颖壳及内部花器(花药、花丝、柱头、子房及鳞片)进行光学显微观察和光学显微摄影。叶枕距大于7 cm以后，将剥取的幼穗对光观察，正常颖花内花药平齐，如颖壳内阴影较大且不规则者视为病粒挑取，待镜检。

1.2.2水稻雄性不育系对稻曲病的抗病性鉴定。

1.2.2.1种植方法。同“1.2.1.1”。

1.2.2.2 病情调查。于稻谷黄熟期(9月下旬)调查，平行跳跃法调查100穗，记录发病率和严重度。严重度分级标准参照唐春生等[8]报道的方法，采用常规公式计算病指。

2 结果与分析

2.1 稻曲病早期症状水稻剑叶叶枕距为0～2 cm，破口前10 d左右，此时颖花内花药伸长约为颖壳的1/4，光学显微观察颖花内花器均未见明显的稻曲病菌菌丝生长(图1)。

水稻剑叶叶枕距为2～4 cm，破口前8 d左右，花药伸长约为颖壳的1/3，光学显微观察，发现有菌丝一头连着颖壳边缘，另一头连着花药，推测菌丝是从颖壳的缝隙中侵入(图2)。

水稻剑叶叶枕距为4～7 cm，破口前5 d左右，花药伸长约为颖壳的1/2，光学显微观察，发现花药和柱头上有少量菌丝生长(图3A),少数有大量菌丝生长(图3B、C、D)。

水稻剑叶叶枕距大于7 cm，破口前2 d左右，花药伸长约为颖壳的3/4。光学显微观察，可见白色的菌丝团将花药的下部和柱头紧紧包裹(图4A)。浓密的菌丝团表明：侵染应该发生在几天前，这与上述观察到破口前8 d开始侵入是吻合的。此时，肉眼对光观察颖花，可以鉴别出病粒：健康颖花的花药平齐，花药与花丝分界明显；病颖内阴影较大，花药、花丝界限不清(图4B)。

刚开过花的稻穗，更容易观察到病粒。水稻开花时，花丝伸长外露，花药裂开散粉后下垂，残留在闭合的颖壳外，颖花为空。此时观察稻穗，如颖花内部有阴影，即为稻曲病的病粒(图4C)。此后，病粒中的菌丝不断增殖扩展形成菌丝块，逐渐充满整个颖壳。开花后7 d左右，田间就能看见撑开颖壳的白色幼嫩小曲球。剥开曲球，可以分离出完整的绿色子房(图5)。

上述观察结果充分说明，该菌是开花前侵入的，因此推测雄性不育系可以进行抗病性鉴定。这对该病的防治有很大意义，因为一个不育系可以配成成百成千的组合在市场上流通。感病不育系配成的组合一般都感病，如培矮64S配成的“两优培九”、“培优两特青”、“培两优288”等[9]。如不育系是抗病的，配成的组合就可能抗病，因为该病的抗性基因多为显性的[10-11]，从而减轻该病的危害，这是防治该病最经济的手段。

2.2 雄性不育系对稻曲病的抗性鉴定为了证实上述推论，对水稻雄性不育系进行了抗病性鉴定。由表1可知，不育系不但可以发病，而且不育系之间的抗病性存在很大差异。两系不育系发病极显著重于三系不育系，两系不育系穗发病率为27.6%，病指为14.4；而三系不育系穗发病率为8.6%，病指为3.6。

在三系不育系中，穗发病率存在极显著差异。ShDS10A发病最重，穗发病率为19.7%，病指为9.8，ShDS1A穗发病率最低，为4.3%，而ShDS3A病指最小，为0.8。两系不育系发病也存在极显著差异。发病最重的为2314S，发病率为73.0%，病指达45.3。发病轻的也较多，病指在5.0以下的就有4个，分别是ShDS1S、ShDS3S、ShDS5S和ShDS6S。

表1 水稻雄性不育系对稻曲病的抗性

注：同类型不育系内同列数据后不同字母表示在0.01水平差异显著。

上述结果表明，水稻雄性不育系可以进行抗病性鉴定，以达到淘汰感病不育系的目的。

3 讨论

稻曲病菌是开花前从颖壳的缝隙处侵入的，具体时间为水稻破口前8 d，花药长到1/3颖壳之后。因此,在抽穗前10 d(叶枕平)时药剂防治效果最好，在孕穗前和破口后喷药防效下降很多。

病菌侵入颖壳后随机侵染花器的某个部位，菌丝扩展到营养更丰富的花丝、柱头后，在此处生长更快，形成肉眼可见的菌丝团，最后都发展成曲球。

病菌的侵入不需要雌蕊的受精，因此水稻雄性不育系是可以进行抗病性鉴定的，而且是防治该病最经济有效的手段。两系不育系可以在冷凉山区转化成可育后鉴定，三系不育系可以在适温情况下用灌苞的方法人工接种鉴定。

[1] 李小娟，刘二明，肖启明，等.稻曲病研究进展[J]. 农药研究与应用，2006,10(3)：9-12.

[2] 邹克琴，胡东维，王为民，等.水稻稻曲病的研究进展[J].浙江农业科学，2012(5)：704-706.

[3] 李燕，刘永峰，张荣胜，等.江苏省稻曲病菌的群体遗传结构[J].江苏农业学报，2012,28(2)：296-301.

[4] 胡东维，王疏.稻曲病菌侵染机制研究现状与展望[J].中国农业科学，2012,45(22)：4604-4611.

[5] 王国良.稻曲病菌厚垣孢子侵染时期和侵染途径的研究[J].植物保护学报，1992，19(2)：97-100.

[6] 代光辉，赵杰，何润梅，等.稻曲病不同抗性水稻品种的组织化学及分生孢子侵染途径的初步观察[J].植物病理学报，2005，35(1)：37-42.

[7] 张震，叶胜海，柴荣耀，等.基于稻曲球结构分析稻曲菌的侵染部位和侵染时期[J].浙江农业学报，2010，22(2)：207-210.

[8] 唐春生，高家樟，曹国平，等.稻曲病病情分级标准的研究和应用[J].植物保护, 2001，27(1)：18-21.

[9] 谭桂凤.两优培九易感稻曲病的原因及其防治对策[J].广西农学报，2006，22(2):20-23.

[10] 方先文，汤陵华，王艳平.水稻稻曲病抗性遗传机制[J].江苏农业学报，2008，24(6)：762-765.

[11] 李余生，朱镇，张亚东，等.水稻稻曲病抗性的主基因+多基因混合遗传模型分析[J].作物学报，2008, 34(10): 1728-1733.

Observation of Invading Process of Rice False Smut and Its Resistant Identification of Rice Male Sterile Lines

ZHANG Ai-fang，CHEN Yu, YANG Xue, GAO Tong-chun*，WANG Wen-xiang*

(Institute of Plant Protection and Agro-product Quality Safety，Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei, Anhui 230031)

[Objective] Invading period and site ofUstilaginoideavirens(cooke)Tak under natural infection conditions were understood to provide reference for further study the invasion mechanism. [Method] In booting stage the floret organs of rice young panicle were observed by optical microscope to demonstrate the invading process ofUstilaginoideavirens(cooke)Tak. The resistance of rice male sterile lines was identified. [Result] The fungus invaded the floret through the crack between up and lower lemmas before about 8 days of heading. The hyphae reached the organs of floret by chance and got great chance to reach the anthers. Then the hyphae extended up and down and grew much faster when they reached stamen filaments and/or stigmas because at there they could get much nutrition transported to the anthers by stamen filaments and from ovary. The fungus could not invade ovary because that cells of ovary are tiny and tightly jointed so that the hyphae could not penetrate ovary. The fungus invaded floret before pollination and that the fungus could invade rice male sterile lines. It was suggested and demonstrated that the resistance of male sterile lines to false smut could be evaluated. [Conclusion] The results provide theoretical basis for the control of rice false smut in production.

Rice false smut；Invading process；Male sterile lines；Resistant identification

“十二·五”科技支撑重大项目(2011BAD16B06，2012 BAD04B09)；公益性行业(农业)科研专项(200903039)。

张爱芳(1968- )，女，安徽庐江人，副研究员，从事水稻病害研究。*共同通讯作者：高同春，研究员，博士，从事植物保护研究；王文相，研究员，从事水稻病害研究。

2015-03-20

S 435.111.4

A

0517-6611(2015)12-117-03