贵州旱稻种质资源稻瘟病抗性评价及抗源利用潜力分析

何海永，迟焕星，薛 原，谭清群，陈惠查，陈 文，陈小均，赵玳琳，李继业，杨学辉

(1.贵州省植物保护研究所，贵阳 550006；2.贵州省烟草公司安顺市公司，贵州 安顺 561000；3.贵州省农作物品种资源研究所，贵阳 550006；4.贵州农业职业学院，贵阳 551400)

稻瘟病是水稻最重要的病害之一，严重影响水稻的产量和品质，一般减产10%～20%，严重可达40%～50%，甚至颗粒无收[1-2]。实践证明，培育和利用抗病品种是防治稻瘟病最经济有效的措施，然而由于稻瘟病菌生理小种致病力变异频率高，抗性品种尤其带有单一抗性基因的品种会随着种植年限的增加而抗性减弱或丧失[3]，因此，在水稻与稻瘟病菌的“军备竞赛”过程中[4]，只有不断加强稻种资源抗稻瘟病鉴定与评价，才能为抗瘟新基因的挖掘以及培育持久广谱抗病新品种提供新抗源。

稻种资源是保障国家粮食安全的战略性资源，其保护、评价以及创新利用受到世界各国的高度重视[5-6]。近年来，众多学者通过人工接种或自然诱发进行稻瘟病抗性鉴定，发掘了一大批新抗源。潘大建等[7]在水稻苗期采用人工接种稻瘟病菌混合菌株的方法，对广东高州108份普通野生稻进行了稻瘟病抗性鉴定，筛选出2份中抗材料；陈灿等[8]对广西13个地区的1 786份野生稻进行了苗期和成株期稻瘟病综合抗性鉴定评价，从普通野生稻和药用野生稻中分别鉴定出9份和4份兼抗叶瘟穗颈瘟的材料；徐志健等[9]利用广西7个优势稻瘟病菌生理小种对419份广西水稻地方品种核心种质进行苗期喷雾接种抗性鉴定，获得抗谱在80%以上的高抗品种14个；朱业宝等[10]对国外引进的156份水稻种质资源进行了连续2年的田间自然抗性鉴定，并对8个稻瘟病抗性基因进行了分子检测，综合筛选出8份抗性较好的抗源；李丹婷等[11]对300份东南亚引种资源进行成株期人工注射接种抗性鉴定，从中筛选出9份优质抗源；张文龙等[12]对51份云南地方水稻品种进行了稻瘟病抗性鉴定，发现传统品种冷水谷、粘钰香、毫糯洪、海滨糯、思茅糯在田间与室内都表现为高抗；杨楠等[13]利用8个稻瘟病菌菌株对云南地方籼粳稻资源品种各23份进行苗期喷雾接种鉴定，结合田间自然抗性鉴定筛选出镰刀谷(粳稻)、香糯(籼稻)、毫糯早(籼稻)和老品种糯谷(籼稻)等5份高抗品种；徐建欣等[14]利用云南稻瘟病菌4个优势小种对30份云南地方陆稻进行稻瘟病抗性鉴定，结果2份品种表现为高抗，7份表现为抗；鄢小青等[15]对60份收集和引进的水稻核心种质进行田间自然诱发鉴定，发现大部分材料抗穗瘟表现良好；夏小东等[16]从203份中国稻种资源初级核心种质中筛选出须谷糯、贵朝2号等抗不同生理小种的优异抗源供育种利用。以上研究表明，我国野生稻、地方稻种以及部分外引资源中不乏高抗稻瘟病的优质水稻资源，但对我国丰富的旱稻种质资源的稻瘟病抗性研究却相对较少。

旱稻又称为陆稻，有极强的抗旱能力，蕴含抗旱、耐瘠和抗逆等优异基因[17]，但目前通过省级以上审定的旱稻品种中，稻瘟病中等抗性及以上的品种仅有3个，分别为旱优8号、早优681和节优804[18-20]。因此，开展旱稻种质资源稻瘟病抗性鉴定评价，加快选育优质抗瘟新品种，对我国发展旱稻生产，保障粮食安全具有重要意义。我国从20世纪30年代初至80年代初，完成了2次地方稻种资源的考察和收集工作，获得了大量的地方旱稻品种，截至2003年，入国家长期库保存的旱稻有3 908份，占地方稻种资源(49 348份)的7.92%[21]。而云南、贵州和广西三省旱稻资源占全国的70%，其中又以贵州册亨县最多[22]。“七五”、“八五”期间，贵州陆续开展了稻种资源稻瘟病抗性鉴定与筛选研究，其中就包括贵州省农科院水稻所资源库中收集保存的部分旱稻资源，但未对其稻瘟病抗性进行系统鉴定评价。鉴于水稻生产中稻瘟病的威胁日益严重以及目前抗旱育种中缺乏对旱稻种质资源稻瘟病抗性的评价，本研究选取近两年从贵州各地分离鉴定的稻瘟病菌主要生理小种，对源自基因库的246份旱稻种质资源和实地收集的20份旱稻地方品种进行稻瘟病抗性鉴定评价，并对筛选出的旱稻抗源主要农艺性状进行系统分析评价，以期为旱稻种质资源的改造利用提供依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

266份试验材料来自于贵州省农业科学院种质资源库和收集的地方品种，其中资源库246份，地方品种20份；其中黔东南州22份、黔南州32份、黔西南州159份、铜仁地区5份、六盘水市5份、安顺地区30份、贵阳市8份、遵义地区2份、毕节地区2份以及地区来源不明的1份。所取材料按照35%的比例从资源库中抽取，基本反映了贵州省内各地区(市)拥有的旱稻种质资源数量。材料分为籼型旱稻和粳型旱稻，其中籼型材料116份，粳型材料148份，另外2份不明确。

鉴定用稻瘟病菌菌株来源于贵州各水稻主产区，分属A1、B1、B15、C1、D1、E1、G1等6个种群15个生理小种。

1.2 稻瘟病抗性鉴定

1.2.1人工接种鉴定

试验在贵州省农业科学院植物保护研究所大棚进行，采用人工接种方法诱发苗瘟、穗瘟，接种方法及病情评价标准参照《农作物抗病性鉴定技术规范—第1部分：水稻抗稻瘟病》[23]执行。在稻苗3～4叶期和始穗期，以浓度约为2×105个/mL稻瘟病菌孢子的混合悬浮液作为接种体，分别采用苗期喷雾和穗期注射接种方法进行苗期及成株期抗性鉴定，以特特勃和丽江新团黑谷作为抗病和感病对照。

1.2.2自然病圃鉴定

对苗瘟、穗瘟综合抗性表现中抗以上的旱稻材料进行自然病圃鉴定。病圃设在贵州省湄潭县兴隆镇料塘村，海拔780 m，常年空气湿度较大，晨雾露大，是稻瘟病常发区之一。每份材料5行、每行6丛，每丛2～4株基本苗，株行距为13.3 cm×20 cm，供试品种两侧各种1行感病品种大粒香，重施基肥。

1.3 农艺性状调查

农艺性状调查在贵州省农业科学院水稻研究所进行。采取随机区组设计，3次重复，每份材料种3行，每行15株，单株栽插，栽培规格为25 cm×16.5 cm，肥水管理按当地常规进行。调查每份材料的生育期(GD)、株高(PH)、穗长(PL)、单株有效穗(PP)、穗粒数(SP)、结实率(MR)、千粒重(WG)和单株产量(YP)等8个主要农艺性状。农艺性状调查及考种标准见文献[24]、文献[25]。

1.4 数据处理

结合苗瘟、穗瘟计算抗性指数并进行综合抗性评价，抗性指数(RI)=(叶瘟平均病级×25%+穗颈瘟病穗率平均病级×25%+穗瘟损失指数病级×50%)，0级(高抗HR)：RI<0.1，1级(抗R)：RI≤2，3级(中抗MR)：2.1≤RI≤4，5级(中感MS)：4.1≤RI≤6，7级(感S)：6.1≤RI≤7.5，9级(高感HS)：RI≥7.6。

根据人工接种抗性鉴定的综合抗性指数与自然病圃鉴定的抗性指数计算平均综合抗性指数，并对平均综合抗性指数分级评价供试材料对稻瘟病的综合抗性。

使用 Microsoft Excel 2019软件对农艺性状数据进行处理并计算平均值和标准差，再利用SPASS 22.0软件进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 旱稻稻瘟病人工接种抗性鉴定评价

苗期和成株期人工接种抗性鉴定综合结果(图1)表明，266份旱稻中表现高感的有156份、感病38份、中感34份、中抗26份和抗病12份，无高抗材料，分别占鉴定总数的58.65%、14.29%、12.78%、9.77%和4.51%。所有高感材料均来自种质库，其余种质库材料中有36份感、31份中感、18份中抗、5份抗，分别占鉴定材料的13.53%、11.65%、6.77%、和1.88%；收集资源材料中1份感、4份中感、8份中抗和7份抗，分别占鉴定材料的0.38%、1.50%、3.01%和2.63%。共计筛选出38份稻瘟病综合抗性表现为中抗及以上的材料，其中23份为种质库资源，占8.64%，15份为收集材料，占5.64%；38份抗源中粳型旱稻占33份，籼型旱稻占5份；绝大部分材料苗瘟和穗瘟抗性表现一致，个别材料有差异，如GUR 005(红旱糯稻)苗期表现为高抗，但穗瘟则表现为高感，而GUR 072(旱谷)则与之相反。总体上，收集材料对稻瘟病的抗性表现较好，抗病种质占比较高。

图1 266份旱稻稻瘟病人工接种抗性鉴定与评价Fig.1 The blast resistant identification and evaluation of 266 upland rice varieties by artificial inoculation

表1 38份旱稻抗源稻瘟病自然病圃鉴定与评价Table 1 The blast resistant identification and evaluation of 38 upland rice resistant resources in the field nursery

2.2 38份抗源稻瘟病自然病圃鉴定与抗性综合评价

2.2.138份抗源稻瘟病自然病圃鉴定分析

在266份旱稻材料人工接种稻瘟病抗性评价中，发现38份材料综合抗性表现较好，均在中抗及以上。为进一步评价这些材料在自然栽种条件下对稻瘟病的抗性水平，选择贵州省稻瘟病常发、重发区湄潭县兴隆镇(国家水稻稻瘟病抗性区试鉴定点)种植以上抗源材料，对其进行自然病圃抗性鉴定评价。结果(表1)表明，所有材料苗瘟相对较轻，仅GUR 057为7级，其他均在7级以下；穗瘟比苗瘟重，病穗率分级为7级及以上的材料有24份，占鉴定材料的63.16%，损失指数分级达7级及以上的材料有22份，占鉴定材料的57.89%；对比发现，部分材料病穗率高，但损失指数较低，如GUR 192、GUR 194；通过抗性指数对供试抗源稻瘟病自然病圃抗性进行综合评价，发现对稻瘟病表现为高感的有8份，感病8份，中感17份，中感及以上材料占比为86.84%，GUR 194(白壳山谷)、GUR 257(旱谷(4))和GUR 259(旱谷(6))表现为中抗，GUR 153(旱糯)和GUR 258(旱谷(5))表现为抗病。与人工接种抗性鉴定综合评价结果相比，发现人工接种为抗的材料自然病圃鉴定结果不一定为抗，两者不具有一致性，因此任意单独的结果都不能体现供试材料的真实抗性水平。

表2 38份旱稻抗源稻瘟病抗性综合评价Table 2 The blast comprehensive evaluation of 38 upland rice resistant resources

2.2.238份抗源稻瘟病抗性综合评价

对人工接种鉴定初筛出的38份抗源，结合其自然病圃鉴定结果进行稻瘟病抗性综合评价，结果(表2)表明，通过人工接种和自然病圃筛选后，GUR 011(旱高糯)、GUR 033(旱香糯)等13份材料对稻瘟病表现出较好的抗性，其中3份为抗、10份为中抗，无高抗抗源。13份抗源中，收集材料有7份，占53.85%，种质库抗源6份，占供试材料的2.26%，占种质库材料的2.44%，相比而言，收集材料的抗性比率较高，无论人工接种还是自然病圃鉴定都表现出较好的抗性。可见，经过长期的自然选择，这些仍在当地种植的旱稻材料对稻瘟病保持了较好的自然抗性，可以作为抗病品种选育或抗性改良的优异抗源。

2.3 38份抗源材料8个主要农艺性状的聚类分析

以标准化变量的欧氏距离作为统计量，采用离差平方和法对供试抗源的8个主要农艺性状进行聚类分析，结果(图2)显示，当遗传距离为13.68时，表型性状可分为两个大类，其中第一类有21份，第二类又可分为2个亚类，分别有15份和2份。第一类生育期相对较长，植株较高，有效分蘖相对较少，穗型偏大，平均结实率81.9%，千粒重和单株产量偏低，该类群旱稻种质具有大穗多粒、少分蘖、植株高大等特点(表3)；第二类中的第一亚类属中穗大粒型，具高结实率，平均结实率84.9%，同时具有较多的有效分蘖，用于品种选育的产量潜力较大。第二类的另一亚类只有2份种质，中等穗型穗粒数、结实率和单株产量均偏低，作为育种用抗源难以兼顾产量因子。

38份抗源中，综合人工接种和自然病圃鉴定，抗性表现较好的只有13份，其与产量相关的主要性状见表4。13份抗源的主要农艺性状有一定差异，变幅分别为：生育期136～169 d，株高139.0～174.7 cm，单株有效穗4.6～9.6穗，穗长18.6～33.7 cm，穗粒数99.4～254粒，结实率56.7%～92.3%，千粒重21.3～36.27 g，单株产量13.5～34.2 g。说明贵州旱稻抗稻瘟病种质资源在抗性和产量相关农艺性状上具有丰富的遗传多样性，不乏结实率高(GUR 011、GUR 258)、大穗大粒(GUR 105、GUR 194)、分蘖力强(GUR 194、GUR 259)和单株产量达30 g以上(GUR 033、GUR 171)的旱稻抗病种质，在进行抗病育种时，可根据目标选择相应的抗源进行品种改良或选育中间材料使用。

图2 38份旱稻抗源聚类分析Fig.2 The cluster analysis of 38 upland rice resistant resources

3 讨 论

稻瘟病是威胁世界稻米生产的最主要病害，实践证明，选育和种植抗病品种是控制该病最根本有效的措施，而抗病种质资源的发掘、研究与利用又是水稻抗稻瘟病育种的重要基础[26-27]。对此，世界各产稻国均利用本国或引进的抗源开展抗瘟育种，并取得了丰硕的成果[28]。我国自20世纪70年代先后开展了5次规模较大的联合鉴定或协作攻关，分别对22万余份的稻种资源进行了包括稻瘟病在内的抗病虫鉴定，筛选出一批在多个稻区表现抗病且抗瘟性稳定的抗源材料[29-31]。其中，来自云南的抗源材料包含众多的旱稻种质，在筛选出的广谱抗性品种中，粳型旱稻的抗性高于籼型旱稻以及粳型水稻[32]。本研究首先通过人工接种对266份贵州山区特有农业生态条件下形成的旱稻种质资源进行稻瘟病抗性鉴定评价，筛选出的38份抗源中粳型旱稻占33份，籼型旱稻占5份，粳型旱稻稻瘟病抗性高于籼型旱稻。这与云南稻种资源抗病虫性鉴定协作组[32]以及徐建欣等[14]的研究结果一致，但杨楠等[13]对云南地方籼粳水稻的稻瘟病抗性研究表明，籼稻的抗性整体高于粳稻。由此说明，旱稻和水稻种质资源的籼粳类型与稻瘟病抗性间的关系较复杂，可能受遗传进化、品种地理来源、稻瘟病菌生理小种组成等影响。另外，13份综合抗性表现为中抗及以上的材料中，有53.85%的材料为收集品种，可见经过长期的自然选择，这些仍在当地种植的旱稻材料与稻瘟病菌共同进化，对稻瘟病产生了较好的自然抗性，可以作为抗病品种选育或抗性改良的优异抗源。部分旱稻材料如GUR 194等，穗瘟发病率较高，但其产量损失率却较低，说明病害严重度较低，表现出水平抗性的特点，是针对性选育广谱抗瘟品种的极佳抗源。

客观准确评价稻种资源的抗病性，是开展抗病机理研究及抗病育种的关键基础。生产中，影响水稻产量损失严重的主要是穗颈瘟，苗叶瘟与穗颈瘟的发生受气候等诸多因素的影响相关性并不明显[33]，因此，贵州省抗稻瘟病性人工接种鉴定均是结合苗期喷雾接种和成株期穗苞注射接种进行。基于此，本研究先通过人工接种鉴定淘汰大部分材料，再通过自然病圃诱发复鉴。结果发现，人工接种抗性表现较好的38份材料自然诱发复鉴表现较差，仅有GUR 153、GUR 194等5份材料表现为中抗或抗，大部分材料的抗性表现为中感、感或高感，这说明自然病圃鉴定点稻瘟病菌致病种群可能发生了变化。由于湄潭自然病圃每年种植的是来源不同的水稻材料，且大部分为籼稻，再加上每年的气候变化，稻瘟病菌生理小种受品种和环境的影响可能与往年采集分离的优势小种致病力不同，导致田间与人工接种的抗性有较大差异。这也进一步说明通过苗期和成株期人工接种鉴定结合自然病圃鉴定的严格筛选，选出的材料其抗性是真实可靠的。目前，旱稻抗性品种十分匮乏[18]，后续应进一步对本研究筛选出的抗源材料进行抗病基因型分析，以期发现新的抗病基因，为旱稻抗病育种提供新材料，

优质、高产、多抗一直是水稻育种的总体目标[34]，在发掘现有抗源材料的基础上，若对其中具有优异农艺性状的材料开展评价、利用和改造方面的研究，就可为育种部门提供科学依据[29]。本研究表明，贵州旱稻种质资源中的抗瘟材料，其与产量相关的主要农艺性状彼此间差异较大，其中，单株有效穗数2.8～11.2穗，穗长18.6～34.3 cm，穗粒数99.4～282粒，结实率28.6%～96.3%，千粒重22.1～36.5 g，单株产量10.4～36.4 g，可见这些旱稻抗源与产量相关的主要农艺性状具有丰富的遗传多样性。对比国内外近年选育的高产优异旱稻品种(品系)[35-38]的主要农艺特性可知，贵州省旱稻种质资源中不乏结实率高、大穗大粒、分蘖力强的抗源材料，综合产量性状较高(单株产量>30 g)的就达15份，挖掘这些抗源对抗旱品种选育具有重要意义。

表3 38份旱稻抗源的聚类分析Table 3 Cluster analysis of 38 upland rice resistant resouces

表4 13份旱稻抗源与产量相关的主要农艺性状Table 4 Agronomic traits related to yield of 13 upland rice resistant resources

4 结 论

本研究首先采用苗期、成株期人工接种稻瘟病菌的方法对266份贵州地方旱稻种质资源进行稻瘟病抗性评价，筛选出38份抗性表现为中抗及以上的抗源。进一步通过自然病谱鉴定，综合人工鉴定结果筛选出GUR 011(旱高糯)、GUR 033(旱香糯)等13份抗源材料，其中收集材料占53.85%。聚类分析发现，38份抗源材料的8个主要农艺性状分为两大类，其中第二大类的第一亚类属中穗大粒型，平均结实率84.9%，有效分蘖多。综合稻瘟病抗性和农艺性状特点，筛选出结实率高(GUR 011、GUR 258)、大穗大粒(GUR 105、GUR 194)、分蘖力强(GUR 194、GUR 259)和单株产量达30 g以上(GUR 033、GUR 171)的旱稻抗病种质8份供育种利用。