稻瘟病综合防控技术研究进展

刘明津，汪文娟，冯爱卿，杨健源，陈凯玲，陈 深，封金奇，陈 炳，苏 菁

(广东省农业科学院 植物保护研究所/广东省植物保护新技术重点实验室，广州 510640)

由稻瘟菌(Magnaportheoryzae)引发的稻瘟病是最具毁灭性的水稻病害，位列真菌病害榜首，全球由稻瘟病造成水稻年平均减产约10%～30%，严重时减产达40%～50%，甚至颗粒无收。至今，生产上无法完全控制该病害[1]。随着全球气候变化，稻瘟病的爆发有越来越严重的趋势，据全国农业技术推广服务中心统计，2005年以前国内年发病面积在380万hm2左右，2005年超过500万hm2，2010年稻瘟病流行，发病面积高达600万hm2，实际产量损失甚至超过145万t(http://www.natesc.gov.cn/)。近年来，随着科研院所对稻瘟病防控技术的不断优化，植保部门预警防控指导能力的不断加强，农民防控意识也日益提升，稻瘟病造成的损失明显下降，产量年均损失降至45万t左右。但遇到有利气象条件、品种抗性波动等因素影响，稻瘟病依然在局部爆发流行。例如，2014年，长江中下游稻区稻瘟病的发生，是近20年发病最严重的一年[2]。遇到多雨区覆盖大部稻区的年份，在双季稻混栽、高水肥栽培措施以及晚季优质稻抗性水平较低等原因，稻瘟病局部偏重发生的几率会明显增加。因此，控制稻瘟病，对提高水稻产量、保障粮食生产安全仍然有着重要意义。利用品种抗性、开展抗性育种被认为是最经济、有效和环境友好的防治途径。但实践证明，大部分抗病品种在大面积推广应用2～3a后即开始感病。因此，提高稻瘟病综合防控能力、加强技术研究是国家粮食安全生产的重要保障。

十八届五中全会提出：“坚持绿色发展，必须坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚持可持续发展，推进美丽中国建设，为全球生态安全作出新贡献。”根据《全国农业可持续发展规划(2015-2030年)》，农业部于2015年出台《到2020年化肥/农药使用量零增长行动方案》。围绕创新、开放、共享的绿色发展理念，绿色生产成为未来农业发展趋势。在粮食生产上提出“两减(减少化肥、减少化学农药)”发展战略，在水稻病害的防控上，更以绿色防控为主。基于近10a来国内外文献，本文对稻瘟病的预测预报技术、药物防治、生态控制技术、抗药性监测等方面的研究进展进行综述，结合水稻抗性品种利用、布局的绿色综合防治技术，分析未来研究方向，以期为科学研究人员和技术推广人员提供参考。

1 稻瘟病的预测预报及田间病情监测技术

穗瘟直接侵染为害穗部，对水稻的产量、品质危害最严重，显症之前难以察觉，因此，早期监测与预测预报，对防治稻瘟病至关重要。预测预报作为指导病害防治的先行者，其准确性及可操作性对病害的防治具有重要意义。稻瘟病作为一种气流传播的多循环病害，其流行受气象因素影响尤为明显。因此，筛选、建立预测精度高、简单易行的预测预报模型对稻瘟病的早期防治具有事半功倍的作用，是稻瘟病绿色防控的基础，亦是近年有关稻瘟病研究的热点之一。

李晓菲等[3]采用3层BP神经网络(back propagation neural network)的方法建立稻瘟病发病的预测预报模型，能很好地反映叶瘟、穗瘟的发生与相关气象因子间的函数关系，对稻瘟病的预测精度高，明显优于逐步回归模型。基于稻瘟病灰色系统受多种气候因素影响的复杂非线性，建立蚁群灰色RBF神经网络组合预测模型，该模型对稻瘟病的预测精度高达96.77%[4]。用最优相关和空间拓扑技术分析江苏稻区稻瘟病指数影响因子，选出影响最显著且稳定独立的大尺度预报因子，建立基于大气环流和海温因子的稻瘟病气象等级长期预测模型，经历史拟合和试报检验，模型效果理想[5]。此外，结合对水稻稻瘟病成灾气象条件和田间空中孢子浮游量的监测，构建稻瘟病流行趋势预测模型，可预测稻瘟病尤其是穗瘟的发生趋势[6]。

稻瘟病田间监测以人工识别为主，存在准确性和效率不高的技术瓶颈，亟需建立科学、准确便捷的检测方法，以弥补人工识别的不足。赵开才等[7]通过试验确定了稻瘟病识别支持向量机最佳模型参数，建立基于多分类支持向量机的水稻稻瘟病识别方法，能精准高效地识别稻瘟病病害图像，弥补人工识别的缺陷和不足。基于高光谱成像技术和国际水稻所抗性分级标准建立的水稻叶瘟病害程度分级标准，对166个样本测试的准确率达到96.39%，可为水稻叶瘟病的田间病害程度检测提供研究依据[8]。采用叶绿素荧光光谱技术及主成份分析方法PCA，分别建立PCA-DA、PCA-MLRA、PCA-MLP3个稻瘟病预测模型，在实现稻瘟病的快速、无损检測的同时，进一步完善稻瘟病的遥感探测技术[9]。

近年来，无人机、人工智能以及网络技术的高速发展，田间监测站建设网点日趋密集，可实时收集和分析田间气象因子、田间病害监测光谱数据，为稻瘟病的预警预测和实时监测提供了有力支撑，使稻瘟病的预测预报技术的发展更趋向于精准、实用。

2 药物防治的研究进展

2.1 高效化学农药的研发与合理利用

2.1.1 高效化学农药的研发 化学防治具有高效、方便、迅速等优点，是稻瘟病应急防控的首选措施。

防治稻瘟病常用的化学单剂主要是三环唑(预防作用)和稻瘟灵(预防和治疗作用)。近年来，人们开发出对稻瘟病兼具预防和治疗作用的新成分吡唑醚菌酯、嘧菌酯、AzTop和主要起预防作用的新成分氟环唑。其中，已被商业化的高效剂型有9.5%吡唑醚菌酯微囊悬浮剂、30%嘧菌酯悬浮剂、12.5%氟环唑悬浮剂。25%吡唑醚菌酯悬浮剂、9.5%吡唑醚菌酯微囊悬浮剂在田间对叶瘟、穗瘟的防效表现非常好[10-11]。室内和田间试验证明30%嘧菌酯悬浮剂对稻瘟病具有较好的防治效果，可作为多菌灵和稻瘟净的替代产品[12]。AzTop对稻瘟病有较理想的防效，且持效期长[13]。

稻瘟病病原菌生理分化明显，易发生变异，长期使用一种单剂病原菌容易产生抗药性，使药效下降。因此，研发高效、安全的复配剂以及组合用药技术至关重要。

目前，报道的防治稻瘟病较好的化学复配剂一般是具有预防和治疗作用的单剂组合或两种具有治疗作用的化学单剂组合，如：75%肟菌·戊唑醇WG、75%嘧菌酯·戊唑醇WG、30%稻瘟酰胺·戊唑醇SC、30%富米乐(27%稻瘟灵+3%己唑醇)EC、23%醚菌酯·氟环唑SC、32.5%苯甲·嘧菌SC等，对稻瘟病的叶瘟、穗瘟有较好的防效，且对水稻有增产和保健作用[14-16]。研究表明，30%嘧菌酯·咪鲜胺SC是对水稻、河蟹都安全的复配剂，是生态种养田防治稻瘟病的新型杀菌剂。近年来，随着乡村振兴、美丽农村计划的不断深入，稻-鸭、稻-虾、稻-鱼，乃至稻田旅游的兴起，这种适于生态种养田的新型杀菌剂研究和发展前景广阔[17]。

2.1.2 化学农药的抗药性监测 目前，国内各稻区生产上广泛应用的稻瘟病防治药剂春雷霉素、稻瘟灵、三环唑，由于药剂的长期和大量使用会促进田间野生敏感型病原菌的遗传发生变异，抗药性菌株出现，造成病原菌对药剂的敏感性降低，药效下降。因此，监测各地区稻瘟病菌对主要药剂的抗药性变化趋势，对指导农药的科学使用至关重要。

抗药性测定表明，贵州省稻瘟病菌对稻瘟灵和春雷霉素的抗药性仍然处于敏感或低抗水平，未产生交互抗药性或多抗性，仍可继续作为当地防治稻瘟病的主要药剂[18]。在江西省和辽宁省，大部分稻瘟病菌株对稻瘟灵仍表现为低抗水平，但已有抗稻瘟灵菌株出现[19-20]。云南省部分地区出现低水平抗三环唑的菌群，继续用三环唑防治稻瘟病具有一定风险[21]。稻瘟病菌对烯肟菌胺也存在低到中等抗性风险[22]。

由此可见，伴随着稻瘟灵、春雷霉素等药剂的长期使用，国内南北方稻区都存在抗药性风险，迫切需求研发和储备一批高效、安全的新型药剂、增效剂或者用药技术及防控策略。科学家们通过对病原菌致病机制、稻瘟病杀菌剂作用靶标等的研究，拓展了作用机制新颖的新型化合物研发，为靶向杀菌剂的研发奠定了基础。

2.1.3 新型化合物研发及杀菌剂靶标的挖掘 人们在挖掘新型化合物及其靶标的研究中发现，新甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂-氟肟菌酯、丁香菌酯和氨基甲酸酯类杀菌剂Tolprocarb(试验代号MTF-0301)以及含氟喹啉酰胺类化合物，明显抑制稻瘟病菌菌丝生长，对稻瘟病有非常好的防治效果[23-24]。新型喹啉类杀菌剂ZJ5337(碳酸苄 酯-2,3,8-三甲基-6-七氟异丙基-4-喹啉酯)可显著抑制稻瘟病菌附着孢的形成，田间对稻瘟病的防效可达66%～91%，且对水稻安全[25]。探究稻瘟病菌致病的分子机制，对于挖掘该病的杀菌剂靶标有着重要的理论和实践意义。从稻瘟病菌中鉴定的亚甲基四氢叶酸还原酶编码基因MoMet13，可通过参与甲硫氨酸的生物合成影响稻瘟病菌的生长和无性繁殖，对稻瘟病菌附着胞的侵入、侵染菌丝生长及致病性都有重要的调控作用，为研发以甲硫氨酸合成途径关键基因做为靶标的新型杀菌剂，提供了重要参考价值[26]。MoPEX1是编码过氧化物酶体的基因，为稻瘟病菌侵染相关形态发生和致病性所必需。其缺失突变体△Mopex1的菌丝生长变慢、产孢量显著降低，其附着胞形成率降低、附着胞形态异常不能穿透寄主表皮，致病性丧失[27]。稻瘟病菌中，编码GCK(germinal center kinase胚芽中心激酶)家族的Ste20蛋白激酶基因-MoSOK1，在附着胞分化关键期上调表达，参与稻瘟病菌生长发育和致病过程[28]。MoAp1及其调控网络的几个相关基因，在稻瘟病菌的生长、产孢、侵染以及致病过程起到关键作用。通过饲喂靶向MoAP1的asiRNA(即asiR1245，asiR1362和asiR1115)可引起MoAP1基因沉默，导致真菌生长受抑，产生异常孢子并降低的致病性。其中，asiR1115对稻瘟病真菌的抑制作用最强[29]。

2.2 植物源农药的发掘

植物源农药来源于有抑菌活性的植物代谢产物，一般不易产生抗药性，具有经济、安全、对环境污染小等优点，具有很好的应用前景。近年来，国内外学者从香辛作物、富含芳香脂的中药材等天然抗病虫侵害的作物粗提物入手，发现具有抑杀稻瘟病菌的植物资源，进而进行其有效成分的分离以及组方研究，为新型植物源杀菌剂的研发奠定基础。

首先，天然抗病虫侵害的作物粗提物，如：木荷(Schimasuperba)叶、无患子(Sapindusmukorossi)果皮、广玉兰(Magnoliagrandiflora)叶、油茶(Camelliaoleifera)叶、苦槠(Castanopsissclerophylla)叶、雪松(Cedrus)叶等材料的醇组分，对稻瘟病菌的抑制活性较强[30]。香辛作物：大蒜(Alliumsativum)、洋葱(Alliumcepa)、葱(Alliumfistulosum)茎以及香榧(Torreyagrandis)假种皮的挥发物和提取液，对稻瘟菌等多种病原菌具有明显的抑菌活性[31-32]。富含芳香脂的中药材：藤黄可乐(Garciniakola)坚果、非洲黑椒(Piperguineense)种子及丁香罗勒(Eugeniaaromatica)的正己烷提取物，对稻瘟菌的生长和发育抑制作用可达到97%以上，处理水稻种子可减轻叶瘟发生程度[33]。从翠叶芦荟(Aloevera)，大蒜，刺果番荔枝(Annonamuricata)，印度苦楝树(Azadirachtaindica)，三叶鬼针草(Bidenspilosa)，野茶树(Camelliasinensis)，红花除虫菊(Chrysanthemumcoccineum)，阿拉伯咖啡(Coffeearabica)，曼陀罗(Daturastramonium)，烟草(Nicotianatabacum)和姜厚朴(Zingiberofficinalis)中获得水合提取物，通过体内和体外试验证明，红花除虫菊、25%翠叶芦荟以及25%阿拉伯咖啡的水提取物对稻瘟病菌的抑制效果分别可达到78.83%、79.45%和89.40%。此外，印度苦楝树、芦荟、大蒜、阿拉伯咖啡、曼陀罗、野茶树、姜厚朴和烟草对水稻的种子萌发、株高、根长、干质量、幼苗生长以及幼苗活力指数都没有植物毒性的影响，可安全使用[34]。植物源粗提物有效分离组分，植物源农药0.1%异补骨脂查耳酮乳油对稻瘟病的防治效果好于40%稻瘟灵乳油；油茶副产物茶皂素对稻瘟病菌的活性明显优于三环唑；木荷的2种醇提物，木荷皂甙单体均具有强抗稻瘟病菌活性[35-37]。

组方研究方面，无患子、广玉兰、油茶、木荷4种植物醇提物组方配比为(1∶4.6∶1∶2.4)时，对稻瘟病防治效果高于三环唑，且对蜜蜂、鲤鱼毒性等属于中等以下毒性农药，使用安全性较高[30,38]。而植物瑞香狼毒(StellerachamaejasmaL.)根部提取物狼毒素B与三环唑则以有效成分比例 2∶1混配后对稻瘟病菌的室内毒力具有明显的增效作用[39]。

尽管人们已发现上述具有杀菌作用的植物资源，且这些植物代谢产物，一般不易产生抗药性，具有安全、对环境污染小等优点，但植物源农药产品的药效远不及化学药剂，其生产工艺及剂型的研究尚不成熟，未商品化。因此，植物源农药的研发仍处于起步阶段，其商业开发、利用和转化依然任重道远。

2.3 生防菌源农药

2.3.1 抑制稻瘟菌生长的生防菌挖掘 应用拮抗细菌(生防菌)防治稻瘟病，是一种安全、环境友好型的防病措施，对绿色稻米标准化生产具有重要意义。近年，国内外报道应用拮抗细菌防治稻瘟病的研究日益增多。刘诗胤等[40]从水稻根际土壤中分离纯化的486株细菌中，发现12个菌株对稻瘟菌有抑制作用。其中7个枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)菌株和3个短小芽孢杆菌(Bacilluspumilus)菌株对稻瘟菌的菌丝生长和孢子萌发的抑制率分别达到100%和80%以上。水稻内生拮抗细菌B10的发酵上清液对稻瘟病菌有较强的抑制作用。其100倍稀释液对稻瘟病菌的菌丝生长和孢子萌发的抑制率分别达到 79.37%和63.42%，田间防病的效果达70.2%以上[41]。田间药效试验证明，1000亿活芽孢/g枯草芽孢杆菌可湿性粉剂对叶瘟和穗瘟的防治效果均在90%以上[42-43]。从斯里兰卡传统稻种‘Suwandel’和‘Kaluheenati’中分离到的高频发生内生真菌犁头霉(Absidia)和枝顶孢霉(Acremonium)，可100%有效抑制稻瘟病的扩展[44]。施用野生稻内生真菌稻镰状瓶霉(Falciphoraoryzae)菌剂拌种或播后撒施1次即可有效防治稻瘟病，对叶瘟和穗颈瘟的防效均达到70%以上，可用于直播稻稻瘟病防治[45]。从印度苦楝叶片分离的内生放线菌娄彻氏链霉菌(Streptomycesrochei)YL-2的粗提物，对稻瘟病抑菌抑制率达82.65%，其防效显著高于25 mg/L春雷霉素可湿性粉剂，高达85.41%。桦褐孔菌(Inonotusobliquus)的醇提物对稻瘟病菌孢子萌发抑制率可达100%，可致稻瘟菌菌丝畸形，细胞壁加厚[46-47]。

2.3.2 生防菌源农药及组方的研发 在发现生防菌的基础上，人们开展生防菌源的农药组分及组方的研发。从枯草芽孢杆菌B-332分离到5种有抗稻瘟病菌作用的组分，其中3种组分与B-332原菌对稻瘟病菌附着胞有致畸作用，并推测这些组分为抗真菌素Bacillomycin D(杆菌霉素D)类小分子环脂肽类化合物。从链霉菌(Streptomyces)JXAU4324分离的代谢物—农抗702，对稻瘟菌分生孢子的萌发和菌丝生长有强烈抑制作用，0.3%农抗702水剂即能达到市售农药井冈霉素、春雷霉素的效果[48-49]。体外和体内实验证明，单端孢菌素(trichothecin, TCN)、灰黄霉素(griseofulvin)以及抗菌肽MSI-99可有效抑制稻瘟病菌的扩展，对稻瘟病菌有较好的防效[50-52]。田间试验表明，生物源杀菌剂 3.5%多抗霉素水剂、4%～6%春雷霉素水剂以及一滴灵水剂(放线菌发酵液为主体的生物肥料)，对稻瘟病的防效可达到与常规药剂相当的防效，适合大面积推广应用。而2%井冈·8亿芽孢/g蜡芽菌悬浮剂对水稻叶瘟、穗颈瘟的防治效果及保产作用均显著高于20%三环唑可湿性粉剂[53-55]。此外，优化的枯草杆菌T429配方以及干燥喷洒防治稻瘟病的生物防治方法，更简化了施药方法[56]。

同样，尽管利用生防菌属于安全、环境友好型的防治措施，对于绿色稻米的标准化生产具有重要意义，但受到其培养条件严苛和分离成本高、储运条件严格、储备时间有限以及释放方法复杂等的制约，现有的生防菌源农药商品仍难以大面积推广应用。

2.4 诱抗剂的研究利用

诱导植物产生抗病性是植保减灾、防灾的新技术和新途径，人们正致力于将诱导因子作为一种农药的替代品应用于植物病害控制上。近年报道的可诱导水稻产生稻瘟病抗性的植物源诱抗剂主要有纳米SiO2、烯丙苯噻唑、β-氨基丁酸、水杨酸等。研究表明，纳米SiO2能增强水稻的抗瘟性，施纳米SiO2可显著提高叶片叶绿素含量，增加新生根系的生长，使减小水稻叶倾角，减少真菌附着，利于水稻正常生长[57]。根部施用8%烯丙苯噻唑颗粒剂显著提高水稻防御酶PAL、POD、PPO的活性及其高活性的维持时间，激发植物的免疫反应。在田间对叶瘟和穗瘟的防效优异，是新型保护治疗型杀菌剂[58-59]。

从交链孢菌中分离的新型真菌源应激蛋白，可通过刺激水稻体内的活性氧代谢而诱导水稻产生对稻瘟病和白叶枯病的抗性[60]。黄绿木霉菌(Trichodemaaureoviride)几丁质发酵滤液、野生芦苇根系内生真菌腐皮镰刀菌(Fusariumsolani)的醇提取物WS，可提高水稻PPO、PAL、SOD和几丁质酶等防御酶的活性，诱发水稻抵御稻瘟病菌的入侵和扩展[61-62]。稻瘟病发生初期，将春雷霉素(500 μg/mL)、植物化学诱导剂β-氨基丁酸BABA(250 μg/mL)、硅酸钠(250 μg/mL)3种药剂混合喷施水稻，对稻瘟病起到较好的防治效果[63]。

3 多生态因子的生态控制技术

多生态因子控制技术就是从预警预防出发、从栽培和用药监测入手、结合各种药剂的合理化施用，多途径地控制稻瘟病的发生为害。利用水稻品种多样性、配合高效的栽培技术以提高水稻抗性是目前稻瘟病田间防治应用较多的生态防控措施。摸清现有水稻品种自身的抗性进行合理布局，是最为绿色、生态的防控措施，逐渐受到水稻科技工作者普遍关注。马军韬等[64]利用24个抗稻瘟病单基因系和22个稻瘟病菌鉴别菌株作为参照，以120个从哈尔滨市各区县采集和分离的稻瘟病菌单孢菌株为选择压，以12个水稻品种为靶标，开展基于稻瘟病抗性基因分析的稻种抗性布局研究，明确稻瘟病抗性基因在当地的利用价值，分析各品种稻瘟病抗性基因类型，初步制定单一品种和多品种抗稻瘟病布局方案。实践表明，旱育稀植、浅湿间灌以及科学施肥、增施硅肥等栽培措施，对水稻叶绿素、总酚、类黄酮、粗纤维含量和产量、硅细胞结构等的平衡，可提高对稻瘟病的抗性[65-66]。水稻品种混合间栽、合适规格的杂糯稻间栽，降低寄主遗传背景单一对稻瘟病菌的定向选择风险，也可在一定程度上控制稻瘟病并达到增产。例如，‘冈优188’与‘珍珠糯’以6∶1间作栽培对稻瘟病的防控作用及复合产量等的综合效益明显[67-69]。

4 存在的问题与展望

目前，对稻瘟病的防控依然以药剂防治为主，但药剂价格偏高、治疗型药剂缺乏、喷洒方式不科学等弊端长期存在，且存在农药残留的安全隐患。配合“十三五”在粮食生产上提出的“两减”战略，在水稻稻瘟病的防控上，更应以绿色环保为主。开发和利用安全、环境友好型、经济高效、的生物源农药，采取生态控制、生物防治、物理防治等环境友好型措施来控制有害生物的行为，是综合治理该病的重要发展方向。尽管近年来，国内外都在积极研发生物源农药，但依然存在很大的研究空间，对生物源药物的关键成份和作用机理尚属空白。中国地域辽阔，生物、环境资源极为丰富，对中草药的研究背景博大精深，在资源利用上还有很大的潜力可以挖掘。但植物源和菌源农药产品的研发仍处于起步阶段，其药效也未表现出明显优势。加快这些资源的开发利用转化，更好地为稻瘟病防控服务的研究前景可观。开发多生态因子的生态控制技术更可以全方位地控制稻瘟病的发生、发展，对绿色稻米标准化生产具有重要 意义。

随着分子生物技术的迅猛发展，分子靶标、小干扰RNA(siRNA)和宿主诱导的基因沉默(HIGS)技术已被证明是控制真菌疾病的新策略[29]，利用 CRISPR/Cas9技术定向改良水稻稻瘟病抗性也有成功案例[70]。这些靶标基因和新技术的深入研究，为开发绿色精准的稻瘟病防治策略和技术奠定基础，也为水稻的绿色安全生产开辟了新路径。