黑龙江省不同积温带水稻品种抗穗颈瘟能力分析

马军韬， 张国民， 张丽艳， 邓凌韦， 王永力， 高洪儒， 王南博， 宫秀杰

(1.黑龙江省农业科学院生物技术研究所，黑龙江哈尔滨 150028； 2.黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所，黑龙江哈尔滨 150028)

水稻稻瘟病是由稻瘟病病菌()引起的一种世界性水稻病害，也是黑龙江省的主要病害之一，严重制约着当地水稻生产。其中，穗颈瘟造成的产量损失最为直接和严重。2005年、2006年黑龙江省水稻稻瘟病大面积发生，其绝大部分损失是由穗颈瘟造成的。近年来，随着植保无人机技术的普遍推广及农民防病意识的提高，大规模、多频次的药剂防控措施得以实现，杀菌剂的使用量猛增，在控制住稻瘟病大流行的同时，也对环境造成了巨大污染，过度用药现象频繁，并不是病害的最佳解决途径。综合研究表明，合理利用品种的自身抗性可以有效控制病害，且操作轻简、生态环保。而品种合理利用的前提条件则是对其抗穗颈瘟能力进行区域化精准鉴定。

关于水稻品种的抗稻瘟病鉴定，从鉴定类型来说，多数研究是进行的苗期叶瘟鉴定，如徐志健等的研究。少数研究进行的是成株期穗颈瘟鉴定，韩豪杰等于2018—2019年应用田间自然感病的鉴定方式分析了24个水稻品种在鄂西南10个地点的抗穗颈瘟情况，结果显示，24个品种中，只有荣优华占2年在不同地点都没有发生穗颈瘟；只有荣优华占和中9优恩66 2年在不同地点的抗、感反应型表现一致。王小秋等应用注射接种混合菌株的鉴定方式分析了江苏省158份粳稻新品种/系的抗穗颈瘟情况，结果显示，158 份品种中，病级在7级或以上的品种达到了72%，病级在3级以下的品种只有35份。此外，张善磊等开展的类似试验也都应用的是注射接种混合菌株的鉴定方式。

从水稻穗颈瘟的鉴定方式来说，田间自然感病鉴定方式应用较多，如黄凌洪等的研究。该类鉴定方式虽操作轻简，但受环境条件影响较多，准确性不好把握。相对而言，人工接种鉴定的准确性则好很多，但具体选用哪种人工接种鉴定方式其结果也有明显差别。汪真等应用注射接种、带穗剪颖接种、喷雾接种、吸管滴液接种等方式完成了2份水稻品种的抗性鉴定试验，结果显示，4种接种方式下，供试品种的发病率平均值分别介于82.90%～88.45%、7.95%～9.85%、29.15%～33.30%和29.35%～41.50%之间，注射接种效果最佳。此外，贺闽等分别对人工注射接种的实验流程及注意事项进行了详细描述。

有鉴于此，本研究以人工注射接种为鉴定方式，以一批采集自黑龙江省不同积温带的稻瘟病病菌菌株为独立接种体，完成其适宜种植区水稻品种抗穗颈瘟能力的定量分析，以期为品种自身抗性的充分利用提供数据支撑，帮助解决生产现实问题。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻：2019年供试水稻品种69份，其中，第一积温带、第二积温带和第三积温带及以上品种分别为28、10、31份，品种名称及适宜种植区信息见表1。2020年供试水稻品种33份，其中，第一积温带、第二积温带和第三积温带及以上品种分别为10、7、16份，为2019年试验中筛选到的抗穗颈瘟能力较好的品种，品种名称及适宜种植区信息略。

表1 2019年供试水稻品种名称及适宜种植区信息

供试稻瘟病病菌菌株：2019年供试稻瘟病病菌菌株60株，采自黑龙江省第一积温带、第二积温带和第三积温带及以上地区的水稻病株上，每个积温带均为20株；2020年供试稻瘟病病菌菌株150株，采自黑龙江省第一积温带、第二积温带和第三积温带及以上地区的水稻病株上，每个积温带均为50株；上述菌株均由黑龙江省农业科学院生物技术研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 接种鉴定方法 供试稻瘟病病菌菌株的分离、扩繁和产孢等参照周江鸿等的方法。待大量分生孢子形成后，配制成3×10个孢子/mL的孢子悬浮液备用。

黑龙江省水稻品种抗穗颈瘟能力分析参照马军韬等的人工注射接种法完成，每个品种只接种来源于适宜种植区的稻瘟病病菌菌株。选择环境条件易于发病的田块，每个品种设置2行区，每行30蔸，单本插秧。水稻种植全过程不施用任何杀菌剂，在水稻始穗期用医用注射器将合格的孢子悬浮液注入水稻穗苞中下部，接种量为1 mL/穗，每个处理接种3穗，1穗以上明显发病则记为感病反应型。

水稻黄熟期植株发病完全后，按下列标准进行调查，病情分为6级：0级，无病；1级，每穗损失5.0%及以下，或个别枝梗发病；2级，每穗损失5.1%～20.0%，或1/3左右枝梗发病；3级，每穗损失20.1%～50.0%，或穗颈或主轴发病；4级，每穗损失50.1%～70.0%，或穗颈发病，大部分秕谷；5级，每穗损失70.0%以上，或穗颈发病造成白穗。统计分析时，将0～2级归为抗病反应型，3～5级归为感病反应型。

1.2.2 指标评价方法 黑龙江省水稻品种抗穗颈瘟能力优劣用抗性频率高低表示：抗性频率=非致病菌株数/总菌株数×100%。

选取综合抗性频率较好的水稻品种，用联合抗病性方式评价其搭配后在适宜种植区可能的抗穗颈瘟能力，3个积温带共设计45个水稻品种组合。联合抗病性包括联合抗病性系数和联合致病性系数2个评价指标，以联合抗病性系数最大且联合致病性系数最小为最佳标准。联合抗病性系数=组合中共同抗病菌株数/总菌株数；联合致病性系数=组合中共同致病菌株数/总菌株数。

互补抗病性是以多个水稻品种抗性互补后的百分率高低为抗穗颈瘟能力优劣的评价标准，3个积温带共设计45个水稻品种组合。互补抗病性=(总菌株数-组合中共同致病菌株数)/总菌株数×100%。

用水稻品种抗穗颈瘟相似度聚类分析方式评价水稻品种抗穗颈瘟遗传分化情况，品种间抗穗颈瘟相似度高低用抗性相似系数大小表示，相似系数=1-相异系数。利用DPS 14.10分析软件，将水稻品种与穗颈瘟的反应型作为性状，抗病反应型记为“1”，感病反应型记为 “0”，以不加权算术平均法(UMPGA法)完成聚类分析。本研究共完成33份水稻品种的抗穗颈瘟相似度聚类分析。

2 结果与分析

2.1 水稻品种抗穗颈瘟接种鉴定结果

2019年数据(表2)显示，第一积温带供试品种抗性频率介于20.00%～95.00%之间，平均值为56.07%；其中，抗性频率≥70.00%的品种有10份，占供试品种的35.71%，分别为中科发5号、中科804、松836、松粳16、松粳18、松粳19、松粳20、松粳35、龙稻18和五优稻4号。第二积温带供试品种抗性频率介于50.00%～90.00%之间，平均值为71.50%；其中，抗性频率≥70.00%的品种有7份，占供试品种的70.00%，分别为绥粳14、齐粳10号、龙粳21、绥粳8、龙桦2号、龙庆稻6和绥粳21；第三积温带及以上供试品种抗性频率介于0.00～95.00%之间，平均值为64.52%；其中，抗性频率≥70.00%的品种有16份，占供试品种的51.61%，分别为龙粳3767、龙粳51、龙粳1437、龙粳1624、龙粳2305、龙粳3407、龙粳50、龙粳52、龙粳3040、龙粳3100、龙粳43、龙粳3047、龙粳3099、龙粳3007、三江1号和龙粳3001。

表2 2019年69份水稻品种在适宜种植区抗穗颈瘟鉴定结果

2020年进一步增加接种菌株数量，对2019年抗性频率高于70.00%的33份水稻品种进行再次鉴定。数据(表3)显示，33份水稻品种抗性频率介于40.00%～90.00%之间，平均值为69.64%；抗性频率≥70.00% 的品种有19份。其中，第一积温带品种抗性频率介于40.00%～86.00%之间，平均值为68.80%；其中，抗性频率≥70.00%的品种有6份，占供试品种60.00%，分别为松粳20、松粳35、松836、中科804、中科发5号和五优稻4号。第二积温带品种抗性频率介于42.00%～82.00%之间，平均值为71.71%；其中，抗性频率≥70.00%的品种有6份，占供试品种数的的85.71%，分别为绥粳8、绥粳14、绥粳21、龙粳21、龙桦2号和龙庆稻6；第三积温带及以上品种抗性频率介于48.00%～90.00%之间，平均值为69.25%；抗性频率≥70.00%的品种有7份，占供试品种数的43.75%，分别为龙粳50、龙粳51、龙粳1624、龙粳3047、龙粳3100、龙粳3407和龙粳3767。

表3 2020年33份水稻品种在适宜种植区抗穗颈瘟鉴定结果

将2019年、2020年的接种鉴定结果进行综合分析，数据(表4)显示，33份水稻品种对70株稻瘟病菌株的抗性频率介于50.00%～88.57%之间，平均值为73.55%，抗性频率≥70.00%的品种有22份，抗性频率≥80.00%的品种有11份。鉴于试验所用菌株数量总体偏少，为确保品种在田间应用的安全性及可靠性，进一步提高抗性阈值，将抗性频率≥80.00%的水稻品种定为抗穗颈瘟品种。依此原则，共获得抗穗颈瘟水稻品种11份。其中，第一积温带抗穗颈瘟品种有3份，分别为松836、中科804和中科发5号；第二积温带抗穗颈瘟品种有2份，分别为绥粳8和绥粳14；第三积温带抗穗颈瘟品种有6份，分别为龙粳51、龙粳1624、龙粳3047、龙粳3100、龙粳3407和龙粳3767。

表4 33份水稻品种在适宜种植区2年综合抗穗颈瘟鉴定结果

2.2 水稻品种联合抗病性和互补抗病性分析

从各积温带选取抗性较好的品种，进行联合抗病性分析，数据显示：供试水稻品种相互搭配后，各积温带均不存在最佳搭配方案，但仍具有一定差别。其中，第一积温带水稻品种的联合抗病性系数和联合致病性系数平均值分别为0.66、0.05，中科804 &中科发5号组合联合抗病性系数最高，中科804 &松836组合和中科发5号 &松836组合联合致病性系数最低；如果以联合抗病性系数≥0.70且联合致病性系数≤0.05为阈值，则中科804 &中科发5号和中科发5号 &松836共2个组合适合搭配种植(表5)。第二积温带水稻品种的联合抗病性系数和联合致病性系数平均值分别为0.59、0.06，绥粳8 &绥粳14组合联合抗病性系数最高，绥粳8 &龙桦2号组合联合致病性系数最低，无适合搭配种植的组合(表6)。第三积温带及以上水稻品种的联合抗病性系数和联合致病性系数平均值分别为0.70、0.02，龙粳3047 &龙粳3407组合和龙粳3100 &龙粳3407组合联合抗病性系数最高，龙粳51 &龙粳3407组合、龙粳1624&龙粳3047组合和龙粳1624 &龙粳3407组合联合致病性系数最低；共有龙粳3047 &龙粳3407、龙粳3100 &龙粳3407等8个组合适合搭配种植(表7)。

表5 第一积温带部分水稻品种联合抗病性分析

表6 第二积温带部分水稻品种联合抗病性分析

表7 第三积温带部分水稻品种联合抗病性分析

从各积温带选取抗性较好的品种，进行互补抗病性分析，数据显示：第一积温带水稻品种的互补抗病性平均值为95.14%，中科804 &松836组合和中科发5号 &松836组合互补抗病性最高，中科804 &五优稻4号组合互补抗病性最低(表8)。第二积温带水稻品种的互补抗病性平均值为94.19%，绥粳8 &龙桦2号组合互补抗病性最高，绥粳21 &龙粳21组合互补抗病性最低(表9)。第三积温带水稻品种的互补抗病性平均值为97.90%，龙粳51 &龙粳3407组合、龙粳1624 &龙粳3407组合和龙粳1624 &龙粳3047组合互补抗病性最高，龙粳51 &龙粳1624组合、龙粳3047 &龙粳3767组合和龙粳3407 &龙粳3767组合互补抗病性最低(表10)。

表8 第一积温带部分水稻品种互补抗病性分析

表9 第二积温带部分水稻品种互补抗病性分析

表10 第三积温带部分水稻品种互补抗病性分析

2.3 水稻品种抗穗颈瘟相似度分析

从水稻品种抗穗颈瘟能力的相似度角度分析，第一积温带10份水稻品种的抗性相似系数介于0.58～0.88之间，平均抗性相似系数为0.69；其中，中科804和中科发5号的抗性相似系数最大，松粳16和松粳18的抗性相似系数最小。以抗性相似系数0.70为阈值，供试水稻品种可为划分为3个抗性类群，即类群Ⅰ：松粳16；类群Ⅱ：龙稻18；类群Ⅲ：松粳18及其余品种(图1)。第二积温带7份水稻品种的抗性相似系数介于0.57～0.78之间，平均抗性相似系数为0.68；其中，绥粳8和龙粳21的抗性相似系数最大，绥粳8和齐粳10号的抗性相似系数最小。以抗性相似系数0.70为阈值，供试水稻品种可为划分为2个抗性类群，即类群Ⅰ：齐粳10号；类群Ⅱ：绥粳8及其余品种(图2)。第三积温带及以上16份水稻品种的抗性相似系数介于0.66～0.88之间， 平均抗性相似系数为0.73； 其中， 龙粳3047和龙粳3407的抗性相似系数最大，龙粳43和龙粳52的抗性相似系数最小。以抗性相似系数0.70为阈值，供试水稻品种可为划分为3个抗性类群，即类群Ⅰ：龙粳52；类群Ⅱ：龙粳3007；类群Ⅲ：龙粳43及其余品种(图3)。

3 讨论与结论

从品种的抗穗颈瘟角度分析，2019年应用的接种菌株数量较少，易产生误差，故暂时将抗性频率≥70.00%的水稻品种列为抗穗颈瘟候选品种。2020年在增加接种菌株数量后进行再次鉴定，33份候选品种抗性频率整体较高，说明试验结果没有问题，同时也验证了该鉴定技术的可靠性。此外，虽然2020年应用的接种菌株数量有了大幅提升，但菌株群体依然偏小，故进一步将抗性阈值提高为抗性频率≥80.00%，共筛选得到抗穗颈瘟水稻品种11份，为病害的绿色防控奠定了资源基础。此外，前人的研究多采用的是田间自然感病或注射接种混合菌株的鉴定方式，接种的菌株理论上来说都属于混合菌株，得到的也多是品种或抗病或感病等一类定性化结果，很多细节受菌株个体间的相互作用而难以看到。而稻瘟病病菌属于“基因-基因”假说模式菌，受自身遗传特性影响，致病性分化明显，必须接种足够多的单个菌株，完成品种的抗性频率计算，才能定量化明确品种在某一地区的真实抗性，从而使结果更接近生产现实，准确指导田间生产。

从联合抗病性角度分析，各积温带品种搭配后抗病效果差别较明显，第三积温带及以上水稻品种搭配种植的效果最好，抗穗颈瘟能力最强，同时感病风险最小；第一积温带水稻品种搭配种植的效果次之，第二积温带水稻品种搭配种植的效果最差，不适合搭配。从互补抗病性角度分析，笔者认为，在实际生产中可能达不到上述那么高的抗性频率，因为虽然品种搭配后利用生物多样性的优势将大量减少稻瘟病病菌的寄主，压缩其生存、繁殖空间，但依然有一部分适宜的寄主存在，依然会造成一定的侵染，只有将搭配品种自身携带的抗瘟基因类型摸索清楚，同时将有效的抗瘟基因全部聚合到一个水稻品种体内，才可能达到预期的高抗效果。因此，互补抗病性的分析依然有其理论意义，可为基因发掘及聚合提供现实策略。

从抗穗颈瘟相似度角度分析，各积温带品种的相似度均较高，可能与供试品种来源相对单一、骨干亲本血缘相近、交叉应用相对频繁等有一定关系，也从侧面说明黑龙江省水稻品种的抗穗颈瘟遗传基础相对狭窄，急需引进新型抗源。