利用籼稻RIL分析穗颈瘟与主要农艺性状相关性

谢 戎，林 宇，李永洪，何 珊



利用籼稻RIL分析穗颈瘟与主要农艺性状相关性

谢 戎1,2，林 宇3，李永洪1，何 珊1

（1. 四川省农业科学院 水稻高粱研究所/农业部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室，四川 德阳 618000；2. 农业部西南作物有害生物综合治理重点实验室，四川 成都 610066；3. 川种种业有限责任公司，四川 泸州 646000）

明确稻瘟病抗性与水稻主要农艺性状的相关性，对于抗源改良及新抗源的创制具有指导意义。以重组自交系C55为材料，连续2年在水尾病圃通过田间自然诱发稻瘟病考察C55各家系的颈瘟病情指数，在泸县考察C55各家系的主要农艺性状，分析颈瘟病指与主要农艺性状的相关性；选取田间最高颈瘟病指<23.0%的15个家系组成抗病组，选取单株粒重>34.0 g的15个家系组成感病组，通过检验比较2组间主要性状的差异显著性。结果表明：播始天数、单株穗数及株高与颈瘟病指的简单相关呈极显著负相关（<0.01），穗实粒数、穗着粒数、千粒重及单穗重与颈瘟病指的简单相关呈极显著正相关（<0.01）；播始天数、株高及结实率与颈瘟病指的偏相关呈极显著负相关（<0.01），单穗重与颈瘟病指的偏相关呈极显著正相关（<0.01）。抗、感2组间颈瘟病指、穗实粒数、穗着粒数、单穗重及单株粒重的差异达5%或1%显著水平。单株产量高的家系其抗瘟性相对弱，15个抗病组家系可作为抗源利用，并对抗源改良方式进行了讨论。

籼稻；重组自交系；颈瘟病情指数；农艺性状；产量；相关性

由真菌病原菌引起的稻瘟病是严重影响水稻产量的重要病害之一，在生产上使用抗稻瘟病品种是最有效且经济环保的防控措施。因此，我国国家级区试及各省级区试从2008年开始实行稻瘟病抗性的“一票否决”制，以此提升新审定品种的抗稻瘟病能力。不断筛选、创制新的抗源材料及不断发掘、利用新的抗病基因是提升品种抗瘟性的基础[1-2]。往往高抗稻瘟病的抗源材料农艺性状较差或产量配合力较差，很难作为杂交亲本在商业化育种中直接利用[3-7]，抗源改造就成为抗稻瘟病育种的重要环节[8-9]。明确抗瘟性与农艺性状间的相互关系，对抗源改造具有指导意义。多数文献表明，不论是常规稻、杂交稻还是超级稻，稻瘟病病级与产量呈正相关；但寒地早粳的稻瘟病病级与产量呈负相关。除此之外，稻瘟病抗性还与生育期、株高、穗长、穗数、着粒数、结实率及叶夹角等性状有密切关系[10-16]。但由于不同研究者使用的材料类型不同，所得的结论有一定差异。为此，利用具有1 000余个家系的籼稻重组自交系C55为材料，分别于2014年和2016年在四川叙永县水尾稻瘟病圃获得各家系的颈瘟数据，2017年在四川泸县获得各家系主要农艺性状数据，以此为基础分析颈瘟病情指数与主要农艺性状的相关性，以便为稻瘟病抗源改造提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

重组自交系（recombinant inbred line，RIL）C55共计1 126个家系，来自于杂交组合（92-548×三黄占2号），采用“一粒传”法（single seed descent）[17]在四川泸县及海南陵水县穿梭加代稳定，现为F12代。有1 009个颈瘟数据和农艺性状数据完整的家系参加数据分析。以丽江新团黑谷（LJH）作为感病对照。

1.2 稻瘟病鉴定

1.2.1 病圃自然诱发鉴定 试验分别于2014年和2016年在四川省叙永县水尾镇四川农科院水稻高粱所水尾稻瘟病圃进行。2年均采用随机区组设计，3次重复，田间种植方法同文献[18]，田间治虫不治病。各家系抽穗后20~25 d调查颈瘟发病状况。2年均分别重复记载各家系颈瘟发病情况并计算其颈瘟病情指数（neck blast disease index，NBDI）。

1.2.2 颈瘟调查标准 每个材料调查30穗左右，按下列标准记载每穗颈瘟级别，计算病情指数：

0级（免疫）：全穗无病；1级（高抗）：枝梗瘟，小于5%谷粒受枝梗瘟影响；3级（抗）：枝梗瘟，5%~10%左右谷粒受枝梗瘟影响；5级（中抗）：枝梗瘟，10%~25%谷粒受害；7级（感）：多个枝梗或主枝梗发病，25%~50%谷粒受害；9级（高感）：主枝梗或穗颈发病，超过50％谷粒受害（注：因苗、叶瘟造成死苗的材料也记为9级）。

因苗、叶瘟造成死苗的材料颈瘟病情指数记为100。

1.3 农艺性状考察

1.3.1 田间设计 2017年在四川农科院水稻高粱研究所泸县基地观察C55各家系的农艺性状表现，田间随机区组设计，3次重复，5行区，每行10窝，种植规格：26.4 cm×16.5 cm，单本植。前作为冬水田，3月20日播种，地膜湿润秧，秧龄35 d。施纯氮150 kg/hm2，全部作底肥。栽秧结束当天施45%百螺敌900 g/hm2防治福寿螺，水分管理同一般大田，根据泸县植保站预报防治二化螟。

1.3.2 考察主要项目 成熟期每小区取5株考察：株高、单株穗数、穗实粒数、穗着粒数、结实率、千粒重、单穗重及单株粒重，在田间分重复记载播始天数。5株平均值作为小区观察值，3次重复平均值作为家系观察值。

1.4 分析方法

用SPSS17.0对1 009个家系2年获得的颈瘟病情指数均值与主要农艺性状均值进行简单相关及偏相关分析，从1 009个家系中，选取田间最高颈瘟病指<23.0%的15个家系组成抗病组，选取单株粒重>34.0 g的15个家系组成感病组，用测验检验两组间各性状的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 RIL家系间各性状的总体差异

从图1可以看出，1 009个家系间的颈瘟病指差异很大，颈瘟病指≤10%的株系仅占2.3%，而颈瘟指数>30.1%的家系占78.7%，颈瘟病指的变异系数达45.2%。从农艺性状看（表1），C55各家系间农艺性状差异也很大，如生育期从早熟到迟熟、株高从矮杆到高杆、分蘖从寡蘖到强分蘖、从小穗型到大穗型等，各性状变异系数变幅为8.1%（播始天数）~19.5%（穗实粒数）。由此看出，C55群体内各家系的性状变异类型丰富，以该群体分析颈瘟与农艺性状的相关性，其结果更能充分反应它们之间的相互关系。

图1 RILs颈瘟病指分布

2.2 颈瘟病指与主要农艺性状的相关分析

表2中的相关系数均较小，这与分析所用样本数大有关。简单相关分析表明（表2），播始天数、单株穗数及株高与颈瘟病指呈极显著负相关（<0.01），穗实粒数、穗着粒数、千粒重及单穗重与颈瘟病指呈极显著正相关（<0.01），而结实率及单株粒重与颈瘟病指的相关未达显著水平（>0.05）。说明生育期长、分蘖力强、植株较高的家系颈瘟较轻，而大穗大粒的家系颈瘟较重。偏相关分析结果（表2），播始天数及株高与颈瘟病指仍呈极显著负相关（<0.01），结实率也与颈瘟病指呈极显著负相关（<0.01），单穗重与颈瘟病指呈极显著正相关（<0.01）。结实率及单穗重是二级性状，前者与穗粒数有关，后者由粒数和粒重构成，表明结实率高的小穗型比结实率低的大穗型抗稻瘟病的机率更大。综合相关分析结果可以看出，农艺性状表现为早熟、矮杆、大穗大粒类型的材料更易感稻瘟病。而迟熟、高杆、小穗小粒类型材料抗稻瘟病能力相对较强。

表1 RIL家系间颈瘟指数及主要农艺性状的差异

表2 颈瘟病情指数与主要农艺性状的相关系数

0.05,1007=0.052,0.01,1007=0.081。“**”表示差异达1%显著水平

表3 抗病组与感病组性状的t测验

2.3 抗感两组家系性状间比较

由表3可知，以2年6次重复中最高的颈瘟病指为指标，抗病组平均为16.7%，感病组为89.8%，两组颈瘟病指差异达1%显著水平。抗病组穗实粒数极显著低于感病组（<0.01），其穗着粒数显著低于感病组（<0.05）；抗病组的单穗重及单株粒重均值分别比感病组低24.1%及27.0%，差异均达1%显著水平；两组的播始天数、单株穗数、株高、结实率及千粒重等5个性状差异未达显著水平。显然，抗病组的穗子比感病组的小，单株产量比感病组低。抗病组15个家系的颈瘟病指及农艺性状见表4，可作为抗源利用。

表4 15个抗病组家系的颈瘟及农艺性状

3 讨 论

3.1 稻瘟病抗性与产量的关系

根据表3结果，颈瘟病指与单株产量存在正相关关系。即抗病组颈瘟病指低，其单株产量水平也低；感病组颈瘟病指高，其单株产量水平也高。虽然表2中单株产量与颈瘟病指不论是简单相关还是偏相关均未达显著水平，但是，在诸多农艺性状中，产量属复合性状，受各农艺性状变化的影响，特别是穗数、着粒数、结实率及千粒重等性状与产量密切相关[19-21]，表2中单穗重与颈瘟病指不论是简单相关还是偏相关均达1%显著水平。综合表2表3结果可知，单株产量高的家系其颈瘟抗性较弱，这与金红梅等对我国超级稻抗瘟性研究及况浩池、曾宪平等对四川审定杂交稻新品种的抗瘟性研究结果一致[10-12]。

3.2 抗源改造的有效途径

3.2.1 通过有性杂交改良现有抗源 通过杂交、回交、聚合杂交等常规手段，将地方品种或老品种中的抗稻瘟病基因转移到目前生产上应用的骨干恢复系、保持系中，增强其抗瘟性，这是稻瘟病抗源改造及利用的基础环节。前文结果表明[8]，多数农艺性状如播始天数、穗数、粒数、结实率、千粒重及单株产量的遗传改进率较大，结合病圃筛选及鉴定，可以在保持抗源抗性的前提下，改进抗源的部分农艺性状。但这种方式工作量大，效率较低。

3.2.2 分子标记辅助育种技术应用 随着生物技术的发展，目前已定位显性及隐性抗稻瘟病主效基因86个，主效QTL位点360多个，并已克隆了20余个主效抗病基因[2,5-7,22-24]。通过分子标记辅助育种技术，将已知主效抗病基因转移到优良亲本中，不仅选择效率高，还可将多个主效抗病基因聚合在同一个亲本中，延长其使用寿命，这已成为提升亲本抗性的重要手段[25-27]。

3.2.3 广谱抗病基因利用 利用新发现的广谱抗病新基因，可克服抗瘟性与产量的矛盾。何祖华等[28]克隆的广谱持久抗病基因可以使选育的品种具有广谱抗病性同时又不影响水稻的产量；陈学伟等[29]在水稻品种地谷中发现位于第三染色体上的基因1在自然变异后对稻瘟病具有的持久抗性，在提高了稻瘟病抗性的同时，对水稻的产量和品质均没有明显的影响；陈学伟等[30]还成功克隆了一个对水稻稻瘟病和白叶枯病均具有广谱抗性的隐性基因1，水稻1中激活的免疫反应相对比较温和，对水稻的主要农艺性状没有明显影响，但又足够抵抗病原物的侵害。、1和1基因揭示了水稻不同的抗性机制，表明在育种中提高水稻的稻瘟病抗性与高产是可以取得平衡的。

4 结 论

通过1 009个C55重组自交系家系颈瘟病指与主要农艺性状的相关分析，发现播始天数、单株穗数及株高与颈瘟病指的简单相关呈极显著负相关（<0.01），穗实粒数、穗着粒数、千粒重及单穗重与颈瘟病指的简单相关呈极显著正相关（<0.01）；播始天数、株高及结实率与颈瘟病指的偏相关呈极显著负相关（<0.01），单穗重与颈瘟病指的偏相关呈极显著正相关（<0.01）。单株产量高的家系其抗瘟性相对弱。

[1] 孙国昌, 杜新法, 陶荣祥, 等. 水稻稻瘟病防治策略和21世纪研究展望[J]. 植物病理学报, 1998, 28(4): 289-292.

[2] 陈德西, 李仕贵, 马炳田, 等. 水稻稻瘟病育种研究进展[J]. 安徽农学通报, 2008, 14(17): 206-209.

[3] 袁筱萍, 魏兴华, 余汉勇, 等. 部分中国栽培稻资源对稻瘟病的抗性分析[J].植物保护, 2005, 31(5): 27-31.

[4] 徐灵超, 刘二明, 黄金杯, 等. 湖南省103个水稻品种的抗瘟基因型鉴定[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2009, 35(1): 17-20.

[5] 李培富, 史晓亮, 王建飞, 等. 太湖流域粳稻地方品种黑壳子粳稻抗稻瘟病基因的分子定位[J]. 中国水稻科学, 2007, 21(6): 579-584.

[6] 陈葆棠, 彭仲明, 徐运启. 水稻品种矮梅早3号抗稻瘟病的遗传[J]. 遗传学报, 1993, 20(4): 354-361.

[7] 雷财林, 王玖林, 毛世宏, 等. 籼稻品种窄叶青8号抗瘟病基因分析[J]. 遗传学报, 1997, 24(1): 36-41.

[8] 张晋, 谢戎, 黄富, 等. 四川水稻抗稻瘟病种质资源农艺性状的遗传改良[J]. 西南农业学报, 2007, 20(5): 899-906.

[9] 郑艳, 谢戎, 刘成元, 等. 72份广东水稻种质资源的抗瘟性及农艺性状评价[J]. 四川农业大学学报, 2008, 26(2): 197-201.

[10] 况浩池, 曾正明, 罗俊涛, 等. “十一五”四川审定杂交稻组合产量和稻瘟病抗性分析[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(27): 16503-16506.

[11] 曾宪平, 何芳, 吕建群, 等. 四川省2001-2010年审定的杂交中稻迟熟品种的农艺性状分析[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2010, 37(4): 91-95.

[12] 金洪梅, 王欢. 对我国超级稻品种抗瘟性初步分析与评价[J]. 中国稻米, 2011, 17(5): 35-37.

[13] Khan M A, Bhuiyan M R, Hossain M S, et al. Neck blast disease influences grain yield and quality traits of aromatic rice[J]. C R Biol, 2014, 337(11): 635-641.

[14] 潘国君, 陈书强, 宋成艳, 等. 寒地早粳品种稻瘟病抗性与产量性状的关系[J]. 中国农学通报, 2009, 25(19): 236-238.

[15] 袁筱萍, 徐群, 余汉勇, 等. 国际稻瘟病圃种质稻瘟病抗性的鉴定与评价[J]. 中国稻米, 2011, 17(2): 11-13.

[16] 林宏博. 水稻稻瘟病田间抗性与部分农艺性状的关系[J]. 作物杂志, 1988(2): 33-34.

[17] 欧巧明. 单粒传法建立重组自交系之方法[EB/OL].http: //blog.sciencenet.cn/home.php?do=blog&id=402036&mod=space& uid=434603, 2011.

[18] 谢戎, 刘成元, 李永洪, 等. 转GO基因水稻杂交后代对稻瘟病及纹枯病的田间评价[J]. 西南农业学报, 2018, 31(5): 965-972.

[19] 郭龙彪, 罗利军, 钟代斌, 等. 籼粳交重组自交系群体主要农艺性状分析[J]. 中国水稻科学, 2001, 15(3): 221-224.

[20] 杨惠杰, 杨仁崔, 李义珍, 等. 水稻超高产品种的产量潜力及产量构成因素分析[J]. 福建农业学报, 2000, 15(3): 1-8.

[21] 谭酬志, 邹小云, 熊春梅, 等. 籼型三系杂交水稻产量性状的相关及通径分析[J]. 安徽农业科学, 2008, 36(29): 12629-12631.

[22] 何秀英, 王玲, 吴伟怀, 等. 水稻稻瘟病抗性基因的定位、克隆及育种应用研究进展[J]. 中国农学通报, 2014, 30(6): 1-12.

[23] Hittalmani S, Parco A, Mew T V, et al. Fine mapping and DNA marker-assisted pyramiding of the three major genes for blast resistance in rice[J]. Theor Appl Genet, 2000,100: 1121-1128.

[24] Narayanan N N, Baisakh N, Vera Cruz C M, et al. Molecular breeding for the development of blast and bacterial blight resistance in rice cv IR50[J]. Crop Sci, 2002, 42: 2072-2079.

[25] 田大刚, 苏军, 陈建民, 等. 1092份水稻材料稻瘟病抗性鉴定及抗性标记分析[J]. 分子植物育种, 2012, 10(2): 214-221.

[26] 曹立勇, 占小登, 庄士杰, 等. 利用分子标记辅助育种技术育成优质高产抗病杂交稻国稻1号[J]. 杂交水稻, 2005, 20(3): 16-18.

[27] 安正帅, 刘国兰, 梅捍卫, 等. 标记辅助改良节水抗旱杂交稻亲本材料的稻瘟病抗性[J]. 分子植物育种, 2010, 8(6): 1172-1176.

[28] Deng Y, Zhai K, Xie Z, et al. Epigenetic regulation of antagonistic receptors confers rice blast resistance with yield balance[J]. Science, 2017(355): 962-965.

[29] Li W, Zhu Z, Chern M, et al. A natural allele of a transcription factor in rice confers broad-spectrum blast resistance[J]. Cell, 2017, 170(1): 114-126.

[30] Zhou X G, Liao H C, Chern M, et al. Loss of function of a rice TPR-domain RNA-binding protein confers broad-spectrum disease resistance[J]. PNAS, 2018, 115(12): 3174-3179.

Correlation between Neck Blast and Major Agronomic Traits by RILs Population in Indica Rice

XIE Rong1,2, LIN Yu3, LI Yong-hong1, HE Shan1

(1. Rice and Sorghum Institute /Key Laboratory of Rice Biology, Genetics and Breeding in Southwest, Ministry of Agriculture, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Deyang, Sichuan 618000, China;2. Key Laboratory of Integrated Pest Management on Crops in Southwest, Ministry of Agriculture, Chengdu 610066, China; 3. Chuan Varios Industry Co., Ltd, Luzhou, Sichuan 646000, China)

Rice blast was one of the most important diseases affecting rice yield. Using varieties resistant to rice blast in production was the most effective, economic and environmental protection measures to prevent and control rice blast. The transformation of resistance sources had become an important link in rice blast resistance breeding. The relationship between rice blast resistance and main agronomic traits was significant for the creation and improvement of new resistance sources. Using the recombinant inbred line C55 as the material, the neck blast disease index of C55 families was investigated by natural induction in Shuiwei disease nursery for 2 years. The main agronomic characters of C55 families were investigated in Luxian County, and the correlation between neck blast disease index and main agronomic characters was analyzed. Fifteen families with highest blast disease index <23.0% in the fields and 15 families with grain weight >34.0 g per plant were divided into disease-resistant and susceptible groups. T test was used to compare the differences of main characters between the two groups. The results showed that: by simple correlation analysis, the days from sowing to beginning ear, panicle number per plant and the plant height were significantly negatively correlated with neck blast disease index (<0.01). There were a significant positive correlation between the grains per panicle, filled grains per panicle, 1000-grain weight and the weight of single panicle with neck blast disease index (<0.01). Partial correlation analysis showed that: the days from sowing to beginning ear, plant height and seed setting rates were negatively correlated with neck blast disease index (<0.01), There was a significant positive correlation between the weight of single panicle with neck blast disease index (<0.01). The results of comprehensive correlation analysis showed that the agronomic characters were precocious, short stem, and large panicle, and large grain type materials were more susceptible to rice blast. Late maturing, high stem, spikelet and small grain type materials had relatively strong resistance to rice blast. The neck blast disease index, grains per panicle, filled grains per panicle, the weight of single spike and grain weight per plant were 5% or 1% significant difference between the two groups. The spike of resistant group was smaller than that of susceptible group, and the yield per plant was lower than that of susceptible group. The families with high yield per plant had relatively weak resistance to blast. Fifteen families with high resistance to rice blast were identified for 2 years, which can be used as a new source of resistance in rice blast breeding. Resistant material improvement were also discussed in the paper.

indica rice; recombinant inbred line; neck blast disease index; agronomic characters; yield; correlation analysis

S435.111.4+1

A

2095-3704（2019）01-019-07

10.3969/j.issn.2095-3704.2019.01.04

2019-02-20

“十三五”四川省育种攻关项目（2016NYZ0053-3）

谢戎（1962—），男，副研究员，主要从事水稻抗病、虫育种研究，xr20005@aliyun.com。

谢戎, 林宇, 李永洪, 等. 利用籼稻RIL分析穗颈瘟与主要农艺性状相关性[J]. 生物灾害科学, 2019, 42(1): 19-25.