云南粳稻品种(系)对稻瘟病的抗性鉴定与评价
2019-01-18董丽英李国生赵秀兰刘树芳李迅东钏兴宽康洪灿杨勤忠
董丽英,李国生,赵秀兰,刘树芳,李迅东,钏兴宽,康洪灿,杨勤忠*
(1. 云南省农业科学院农业环境资源研究所,云南 昆明 650205;2.保山市农业科学研究所,云南 保山 678000;3.沧源佤族自治县植保植检站,云南 临沧 677400)
【研究意义】水稻是世界上最重要的粮食作物之一,全球约有1/2的人口以稻米为主食[1-2]。在水稻生产中,由稻瘟病菌(MagnaportheoryzaeCouch & Kohn)[3]引起的稻瘟病是水稻生产区危害最为严重的病害之一,全球超过85个国家的水稻种植区均有稻瘟病的危害,其对世界的粮食安全构成严重威胁[4-7]。生产实践证明,利用抗病基因进行抗病品种的选育及合理地利用是水稻生产上控制该病害最经济、有效、环保的防治措施[5,8]。评价和筛选优异的抗源材料用于水稻的抗病育种以解决品种抗性持久性的问题具有重要的现实意义。【前人研究进展】采用田间自然诱发结合室内接种病原菌,开展水稻材料的稻瘟病抗性鉴定,已被广泛用于水稻资源的抗抗病性评价,以水稻材料的抗性水平,为抗病新品种的选育提供科学依据[9-11]。【本研究切入点】水稻是云南省的主要粮食作物,种植的面积约为68.36万hm2[12],从海拔76~2500 m均有水稻分布;由于其独特的立体气候,在云南籼稻和粳稻均有种植,其中粳稻占60 %左右,以常规粳稻为主,在云南省的水稻生产中具有重要的地位。稻瘟病是云南省水稻产区的主要病害,全省常年发生面积20万hm2左右,年损失稻谷2~3万t[13]。开展云南已育成的粳稻品种(系)的稻瘟病抗性评价,明确云南粳稻品种(系)的抗性水平,对于有效控制水稻生产上稻瘟病的危害起着至关重要的作用。【拟解决的关键问题】明确云南省自20世纪60年代以来引进及选育品种稻瘟病抗性水平,为云南水稻品种选育、布局以及利用抗病品种持续控制稻瘟病的发生提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
188个粳稻品种(系)包括云南省20世纪60年代引进的西南175、黎明及2013年以前育成的粳稻品种(品系)(表1)。用9个采自云南省不同稻区且致病性较强的单孢菌株,对在病圃表现抗病的材料进行接种分析(表2)。
1.2 田间病圃自然诱发鉴定
1.2.1 田间鉴定病圃选择 病圃位于保山市隆阳区(海拔1650 m)。188个粳稻品种(系)于2015年4月10日播种于鉴定圃秧田,并于5月20日移栽至大田,按株行距10 cm×20 cm 进行移栽,每品种(系)移栽2行,每行10苗。田块的四周移栽80 cm宽的蒙古稻作诱行,并于鉴定材料每行的两端分别移栽1丛感病的蒙古稻作诱发。
1.2.2 叶瘟分级及调查 调查于水稻分蘖盛期进行,分级标准按以下方法进行[11]:0级:无病;1级:针头褐点;2级:稍大褐色;3级:小圆至稍长的灰色斑,边缘褐色,病斑长1~2 mm;4级:典型纺锤状,病斑长2 mm以上,通常在二条叶脉间,危害面积不超过叶面2 %;5级:典型病斑,危害面积为2.1 %~10 %;6级:典型病斑,危害面积为10.1 %~25%;7级:典型病斑,危害面积为25.1 %~50 %;;8级:典型病斑,危害面积为50.1 %~75 %;9级:大部分叶枯死,占叶面积的75 %~90 %;10级:全部茎叶枯死,整株枯死。其中0~1级为高抗(HR);2~3级为抗(R);4级为中抗(MR);5级为中感(MS),6~7级为感病(S);8~10级别为高感(HS)。
表1 188个云南粳稻品种(系)田间叶、穗瘟抗性鉴定结果
续表1 Continued table 1
品种(品系)Cultivar(line)发病级别Disease scores叶瘟Leaf blast穗瘟Panicle blast品种名称Cultivar(line)发病级别Disease scores叶瘟Leaf blast穗瘟Panicle blast楚粳26号17合系6号59楚粳27号00合系7号49楚粳28号37合系8号49楚粳29号47合系9号49楚粳30号33合系10号59楚粳31号00合系11号35昌粳8号50合系12号59昌粳9号70合系13号59昌粳10号00合系14号89昌粳11号70合系15号09昌粳12号00合系16号45凤稻9号79合系17号49凤稻10号79合系18号49凤稻11号59合系19号69凤稻12号79合系20号33合系21号35靖粳14号15合系22号79靖粳16号39合系23号69靖粳17号05合系24号39靖粳18号03合系25号49靖粳优1号69合系26号79靖粳优2号49合系27号09靖粳优3号49合系28号59丽粳2号89合系29号59丽粳3号79合系30号39丽粳4号50合系31号49丽粳5号69合系32号49丽粳6号69合系33号49丽粳8号37合系34号55丽粳9号39合系35号69丽粳10号49合系36号45丽粳11号39合系37号79丽粳314号39合系38号49岫03-8号00合系39号69岫粳19号00合系40号35岫07-33号30合系41号49岫粳11号00合系42号39岫136-16号00滇粳优2号39岫糯3号31滇粳优2号39岫191-10号00滇系1号19岫191-23号00
续表1 Continued table 1
品种(品系)Cultivar(line)发病级别Disease scores叶瘟Leaf blast穗瘟Panicle blast品种名称Cultivar(line)发病级别Disease scores叶瘟Leaf blast穗瘟Panicle blast滇系4号49岫191-7号00滇系6号79岫5-15号25剑粳3号47岫87-15号00剑粳6号39岫87-22号00剑粳7号39岫粳5号15靖粳7号89岫粳12号00靖粳8号10岫粳13号09靖粳9号30岫粳14号00靖粳9B号30岫粳15号00靖粳10号00云粳1号49靖粳11号09云粳2号39靖粳12号15云粳3号49靖粳13号37云粳4号67云粳5号29云粳30号47云粳6号49云粳31号39云粳7号47云粳32号29云粳8号49云粳33号39云粳9号85云粳优1号59云粳10号39云粳优3号19云粳12号17云粳优5号59云粳135-2号39轰杂135号23云粳136号37粘粳7号79云粳14号19沾粳9号89云粳15号07银光39云粳16号49玉粳13号00云粳17号29玉粳14号00云粳18号05云稻1号35云粳19号59云稻2号11云粳20号49昆粳4号59云粳21号59晋宁78-10239云粳219号39合靖9号39云粳22号17楚恢8号05云粳23号33滇靖8号25云粳24号37鹤16号27云粳25号37轰早生89云粳26号49西南17589云粳27号69滇榆一号89云粳29号45黎明89
1.2.3 穗瘟分级及调查 穗瘟的调查于鉴定圃中水稻蜡熟后进行调查,按如下标准进行(GB/T 15790-2009):0级:无病;1级:个别枝梗发病,损失在5 %以下;3级:枝梗或主轴发病,损失在6 %~20 %;5级:主轴或穗颈发病,造成谷粒半瘪,损失在21 %~50 %;7级:穗颈发病,大部分空瘪,损失在51 %~70 %;9级:穗颈大部分发病,造成白穗,损失在71 %~100 %;其中0级为高抗(HR);1级为抗(R);3级为中抗(MR);5级为感病(S);7~9级为高感(HS)。
1.3 苗期室内人工接种鉴定
1.3.1 水稻育苗、病原菌培养与接种 田间鉴定表现抗病水稻品种(系)在浸种催芽后,播于装有秧田土的塑料育苗盒(12 cm×18 cm×5 cm)内,每个品种(系)播种5粒,设3次重复。在温室内育苗,2叶期开始追施尿素0.5 g/盒,共施2次。将实验室保存于-20 ℃滤纸片上的单孢菌株转移到PDA斜面培养基上进行活化,并将活化后的病原菌转接到燕麦片培养基上,于25 ℃下培养7 d,待菌丝长满培养基后,用灭菌水洗去气生菌丝,并在30W的日光灯连续照射下培养3 d进行产孢。用蒸馏水洗下分生孢子并加入0.02 %的Tween-20制成孢子悬浮液用于喷雾接种,孢子浓度为20~50个/150倍视野(2×105~5×105孢子/mL)。当水稻苗长到3.5叶期时进行喷雾接种,接种后的苗置于保湿培养箱(日本池田理化产)内25 ℃暗培养24 h。然后从保湿培养箱中取出放在温室(温度25~30 ℃)内,每天进行定时清水喷雾以保持温室的湿度,创造有利发病的条件。
1.3.2 分级调查 接种7 d后按照下列标准调查发病情况[14]。0级:无任何病斑;1级:褐点型病斑,直径≤ 1 mm,不具产孢能力;2级:椭圆形病斑,1<直径≤ 2 mm,病斑周围具褐色边缘,中央灰白色,具产孢能力;3级:椭圆形病斑,直径为2<直径≤ 3 mm,病斑周围具褐色边缘,中央灰白色,具产孢能力;4级:典型梭形或纺锤形病斑,病斑无融合或略微融合;5级:病斑类型与4级相同,但由于病斑间融合,叶片上半部出现枯萎。其中0~2级为抗病反应(R),3~5级为感病反应(S)。
2 结果与分析
2.1 粳稻品种(系)叶瘟的抗性鉴定
在保山稻瘟病鉴定圃,共计鉴定了188个粳稻品种(系),各材料的叶瘟发病情况见表1所示。在这些品种(系)中,高抗叶瘟的品种(系)(0~1级)占鉴定品种(系)的29.26 %;表现抗叶瘟的品种(系)(2~3级)占鉴定品种(系)的28.72 %;中抗叶瘟的品种(系)占15.96 %;中感叶瘟的品种(系)(5级)占鉴定品种(系)的10.11 %;感病叶瘟的品种(系)(6~7级)占鉴定品种(系)的10.64 %;高感叶瘟的品种(系)(8级别)占鉴定品种(系)的5.32 %;未发现叶瘟发病为9~10级的品种,各级别品种(系)的数量见图1。
2.2 粳稻品种(系)穗瘟的抗性鉴定
188个品种(系)穗瘟鉴定的结果见表1。其中对穗瘟表现高抗(0级)占全部鉴定品种(系)的17.02 %;对穗瘟表现抗病(1级)的品种(系)占全部鉴定品种(系)的1.60 %;对穗瘟表现中抗(3级)的品种(系)占全部鉴定品种(系)的3.72 %;表现感(5级)穗瘟的品种(系)占全部鉴定品种(系)的11.70 %;表现高感穗瘟(7~9级)的品种(系)占全部鉴定品种(系)的65.96 %;各级别的品种(系)数量见图1。
2.3 水稻品种(系)的室内抗性鉴定评价及抗源筛选
在叶瘟和穗瘟评价中,38个品种(系)在田间对叶、穗瘟表现出较好的抗性(0~3级),为进一步评价这些品种(系)的抗性水平(表2),利用收集自不同稻区且致病性较强的9个稻瘟病菌单孢菌株对32份材料作了进一步的室内评价鉴定,结果见表2。实验结果表明,楚粳13号、凤稻16号和岫03-8号等13个品种(系)对所用的菌株均表现抗病;楚粳19号、楚粳31号和凤稻19号等6个品种(系)均表现出了较好的抗性;凤稻17号、靖粳9号B和轰杂35等3个品种(系)对9个菌株中的5个表现感病,而靖粳9号对8个菌株感病,表现出对所使用菌株极高的感病频率,表明虽然在保山病圃表现出好的抗性,但在生产上使用时存在易感病的风险。室内和室外对品种(系)抗性评价的结果分析表明,楚粳13号、凤稻16号和岫03-8号等13个表现高抗和抗的品种(系)可作为抗病育种中重要的抗源材料加以利用。
图1 188份云南粳稻品种在保山病圃叶瘟和穗瘟的级别分布Fig.1 Distribution of 188 japonica cultivars(lines) to leaf blast and panicle blast
品种(品系)Cultivar(line)发病级别Disease grades稻瘟病菌株M. oryzae strains叶瘟Leaf blast穗瘟Panicle blast30620007-11-2C-136309-1-72aY88-27809-3-23A09-6-5D09-10-5A楚粳13号00RRRRRRRRR楚粳14号00RRRRRRRRR楚粳19号00RRRRSRRRR楚粳27号00RRRRRRRRR楚粳31号00RRRRSRRRR昌粳10号00---------昌粳12号00---------凤稻16号00RRRRRRRRR凤稻17号00RRRRSSSSS靖粳10号00RRRRSRRR-岫03-8号 00RRRRRRRRR岫粳19号00RRRSRRRRR岫粳11号 00RRRRRRR-R岫136-16号00RSRRRRRRR岫191-10号00RRRRRRRRR岫191-23号00RRRRRRRRR岫191-7号00RRRRRRRRR岫87-15号00RRRRRRRRR岫87-22号00RRRSRRRR-岫粳12号00RR-RRRRRR岫粳14号00---------岫粳15号00---------玉粳13号00R--------玉粳14号00R--------靖粳8号10RRSRSRRRR靖粳9号30SRSSSSSSS靖粳9B号30SRRRSRSSS岫07-33号30RRRRSRSRS楚粳22号11RRRRRRRRR云稻2号11RRRRSRRRR岫糯3号31RRRRRRRRR凤稻19号03RRSRSRRRR靖粳18号03RRSRSRRRR楚粳21号13RRRRRRRRR轰杂13523SRSRRRSSS楚粳30号33SRRRSRRRS合系20号33RRRRRRRRR云粳23号33SRRRRRRRR
注:“R”表示抗病;“S”表示感病;“-”表示未测定。
Notes: ‘R’ referred to resistant; ‘S’ referred to susceptible; ‘-’ referred to non-determined.
3 讨 论
采用田间自然诱发对水稻材料进行抗性鉴定是有效开展抗病育种、新育成品种的抗性评价及重要抗源发掘的重要手段[9-10]。本研究对云南近40年育成的188个粳稻品种(系)对稻瘟病叶、穗瘟的抗性进行鉴定,其中有147个品种(系)感或高感穗瘟,占全部鉴定品种(系)的77.78 %。通过田间病圃鉴定,筛选出38份叶瘟和穗瘟均表现抗病的品种;并进一步结合室内接种分析,从188个材料中筛选出了楚粳13号、凤稻16号和岫03-8号等13个抗性表现好的抗源材料可供抗病育种利用。但值得注意的是,近年来新育成的品种如凤稻23号、靖粳16号、云粳20号和丽粳11号等品种在抗性鉴定圃中均高感稻瘟病,表明这些品种在推广种植时存在大面积感病的风险。这也反映出在当前的抗病育种中存在抗性资源利用少、稻种抗性遗传基础狭窄的问题。利用地方品种资源和野生稻拓宽栽培稻遗传基础是解决水稻品种遗传基础狭窄、抗逆性弱的有效途径[15-17]。进一步充分挖掘有效抗源并合理地应用于水稻抗病育种,可更好解决现有品种遗传基础狭窄、抗性弱的瓶颈问题,促进水稻产业的可持续发展[10]。
由于气候类型、水稻品种布局的差异,不同稻区间存在稻瘟病菌致病种群结构的差异以及稻瘟病菌的易变性[1, 4, 7],在一个病圃中表现抗病的品种(系)并不代表其能在生产上所有的区域进行大面积的推广。凤稻17号在保山病圃中对叶瘟、穗瘟均表现出了很好的抗性,但室内接种表明该品种对5个菌株表现感病,在生产上应用存在感病的风险。该品种近年在云南的东川、罗平等地种植后的感病现象就说明了这个问题。因此,要更加准确地进行育成品种(系)的抗性评价,一方面可采用多点设圃进行鉴定,另一方面可同时结合室内不同稻区稻瘟病菌的接种分析,明确品种(系)的抗性,为新品种的合理布局和推广提供科学依据。同时,多稻区表现抗病的材料或对稻瘟病群体表现广谱抗性的基因用于抗病育种或品种抗性的改良,将大大降低育成品种在生产上快速感病的风险[9-10, 14]。
开展水稻品种的稻瘟病抗性评价分析,品种的叶瘟和穗瘟之间存在一定的相关性,但也有部分品种例外,出现叶穗瘟表现抗感相反的结果[9-10,18-20]。本研究对188份材料的稻瘟病抗性进行鉴定,有15个品种(系)的叶瘟抗性和穗瘟抗性表现有差异,其中楚粳23号、楚粳25号和凤稻21号等11个品种(系)抗叶瘟但感染穗瘟;而昌粳8号、昌粳9号、昌粳11号和丽粳04号则中感或感叶瘟但抗穗瘟。这与否是由于田间苗期和抽穗期稻瘟病菌致病种群存在差异,还是预示着这些品种(系)在叶瘟和穗瘟的抗性上存在不同的抗性基因,如持有穗瘟抗性基因Pb1的水稻品种在苗期表现感病但却抗穗稻瘟[21];或者在这些品种(系)中抗叶瘟的基因不一定抗穗瘟等问题,尚有待于进一步的研究。
4 结 论
本研究采用田间自然发病结合室内人工接种稻瘟病菌单孢菌株的方法,对云南的188份水稻品种(系)进行稻瘟病抗性评价分析,明确了这些品种的稻瘟病抗性水平;筛选获得的12份在田间和室内接种均表现抗病的品种(系)可作为有效的抗源用于抗病育种。