临沧地区不同来源稻瘟病菌致病性分析

2023-03-13董丽英赵秀兰刘树芳张先闻杨勤忠

西南农业学报 2023年12期

董丽英,赵秀兰,刘沛,刘树芳,张先闻,3,杨勤忠

(1.云南省农业科学院农业环境资源研究所/云南省农业跨境有害生物绿色防控重点实验室,昆明 650205;2. 沧源县植保植检站,云南沧源 677400;3. 云南大学资源植物研究院,昆明 650091)

【研究意义】由稻瘟病菌(PyriculariaoryzaeCav.)引起的水稻稻瘟病是水稻安全生产的重要限制因子,发病严重的田块可造成水稻绝收,“水稻-稻瘟病菌”的互作研究已成为寄主-病原微生物病害系统互作研究的模式系统,寄主抗性基因与病菌无毒基因间遵循基因对基因的互作模式[1-2]。生产实践证明,控制稻瘟病最经济、有效及环保的措施就是抗病品种的合理利用。由于田间稻瘟病病原菌种群结构的多样性及生理小种组成的复杂性,加之人们对水稻抗性基因缺乏有效利用,新选育的抗病品种往往在推广几年后丧失抗性[3-4],这已成为育种家亟待解决的棘手问题。【前人研究进展】在国内,利用含有不同抗稻瘟病基因的水稻单基因系测定稻瘟病菌致病性已得到广泛研究。周江鸿等[5]对吉林、辽宁、河北等10个省322个稻瘟病菌单孢菌株的毒性基因及其地理分布进行分析,明确了毒性基因在南方籼稻区和北方粳稻区的出现频率与相应抗病基因的籼稻、粳稻来源没有相关性;兰波等[6]对江西省195个稻瘟病菌株进行测定表明,基因Pizt、Pi1、Piz-5、Piz表现较高的抗性频率;马军韬等[7]测定了黑龙江省不同来源稻瘟病菌的致病性,仅基因Pi9的抗性频率较高;邓云[8]对2018—2020年福建省稻瘟病菌单孢菌株进行毒力频率测定的结果显示,基因Piz-5、Pi9、Pikh、Pi1的抗性频率最高;此外,在鄂西南地区、广东地区也选择了部分水稻单基因系作为鉴别寄主,对分离自不同主栽品种上稻瘟病菌的致病性进行了有效评价[9-10]。【本研究切入点】云南多元的传统文化促进了当地民族稻作遗传的多样性[11]。与缅甸接壤的云南省临沧市居住着23个少数民族,位于云南省西南边境,其稻作类型及地方品种资源丰富。本研究用分离自临沧地区6个县水稻主栽品种上的26个稻瘟病菌单孢菌株,以及分别从沧源县和镇康县2个边境县的陆稻地方品种上分离的56和26个稻瘟病菌单孢菌株,通过苗期人工接种方法,对23个稻瘟病抗性单基因系的抗感反应开展稻瘟病菌致病性和聚类分析。【拟解决的关键问题】明确不同来源稻作产区的已知稻瘟病抗性基因的抗性水平,对利用已知抗性基因开展抗病新品种选育、指导新品种合理布局及控制稻瘟病流行具有重要的现实意义,为临沧地区的粮食安全生产提供重要保障;通过对供试菌株的聚类分析,了解不同来源菌株群体间致病性的分化情况,同时也为开展广谱抗性基因挖掘提供可利用菌株。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试菌株: 3个稻瘟病菌群体由108个菌株组成,于2017年由稻瘟病抗性研究团队从临沧地区的水稻主栽品种和陆稻地方品种上分离得到,其中从临沧地区(云县、沧源县、凤庆县、双江县、耿马县及永德县)主栽品种(‘II优838’‘两优2161’‘宜香2292’‘宜香99E-4’‘丰优22’‘宜香707’‘宜香3003’‘滇杂’‘宜香725’)穗颈瘟上分离到26个单孢菌株,从沧源县陆稻地方品种(‘硪茸’‘硪俩’‘考撇糯’‘大花谷’‘扎硪俩’‘小红谷’)穗颈瘟上分离到56个单孢菌株,从镇康县陆稻地方品种(‘弯甸糯’‘细红谷’‘小红谷’‘压草糯’)穗颈瘟上分离到26个单孢菌株(表1)。

表1 108个稻瘟病菌单孢菌株来源

供试水稻:持有不同抗病基因的23个水稻稻瘟病抗性单基因系和感病对照水稻品种丽江新团黑谷(CK)均由IRRI的N．Kobayashi 博士提供。

1.2 试验方法

水稻单基因系的育苗、病原菌的培养、产孢、接种及调查参考董丽英等[12]的方法。

1.3 数据统计与分析

1.3.1 供试菌株群体对不同抗性单基因系的毒性频率供试菌株群体对持有不同抗性基因的单基因系致病性强弱通过毒性频率(Virulence frequency,VF)表示,具体计算见公式(1),稻瘟病菌群体的毒性频率及毒力类型划分参考周江鸿等[5]的方法。

毒性频率(%)=(供试致病菌株数/供试总菌株数)×100

(1)

1.3.2 数据统计分析根据不同抗性单基因系对108个稻瘟病菌单孢菌株的抗性反应进行数据统计。并采用马军涛等[7]的方法构建获得数据的0～1数据库,抗病反应型记为“1”,感病反应型记为“0”。利用分子生物学分析软件NTSYSPC 2.10e[13]的非加权组平均法(Unweighted pair-group method with arithmetic means, UPGMA)对108个单孢菌株在23个稻瘟病抗性单基因系上的抗感情况进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 供试菌株对水稻单基因系的毒性频率分析

利用108个稻瘟病菌供试单孢菌株分别接种于3.5叶期的23个稻瘟病抗性单基因系,从表2可知,分离自临沧地区水稻主栽品种的26个稻瘟病菌单孢菌株对含有Piz、Piz-5、Pita、Pi5、Pi9和Pita-26个抗性基因的水稻单基因系的毒性频率均低于20%,可以在临沧主栽品种种植区利用这些抗性基因,占供试单基因系的26.09%;分离自沧源县陆稻地方品种的56个稻瘟病菌单孢菌株对含有Pik-h、Piz-t、Pib、Pi5、Pi9、Pi12和Pi117个抗性基因的水稻单基因系的毒性频率均低于20%,可以在沧源县陆稻地方品种种植区利用这些抗性基因,占供试单基因系的30.43%;分离自镇康县陆稻地方品种的26个稻瘟病菌单孢菌株对含Pii、Pik-h、Piz-t、Pib、Pish、Pi1、Pi5、Pi9、Pi12、Pik-m和Pi1111个抗性基因的水稻单基因系的毒性频率均低于20%,可以在镇康县种植陆稻地方品种种植区利用这些抗性基因,占供试单基因系的47.83%。不同来源供试菌株对持有Pi5和Pi9抗性基因的水稻单基因系的毒性频率分别低于15.38%和3.85%。表明这2个抗性基因在整个临沧地区都可以加以利用。

表2 临沧地区108个稻瘟病菌单孢菌株对23个稻瘟病抗性单基因系的毒性频率

续表2 Continued table 2

2.2 不同来源的供试菌株致病性相似性分析

将来自临沧地区不同品种的108个稻瘟病菌单孢菌株对23个稻瘟病抗性单基因系的毒性测定结果进行聚类分析。从图1可见,当稻瘟病菌致病性相似系数为0.45时,108个供试菌株的致病性可以分化为2类,I类含有28个菌株,其中25个菌株分离自临沧地区水稻主栽品种,3个菌株分离自镇康县陆稻地方品种;II类含有80个菌株,其中56个分离自沧源县陆稻地方品种,23个分离自镇康县陆稻地方品种以及1个分离自临沧地区水稻主栽品种。108个供试菌株可以分为98种致病类型,其中稻瘟病菌单孢菌株LC1和LC3,LC6和LC83,LC14和LC20,LC30和LC35,LC41和LC47, LC48和LC59,LC38和LC93, LC86和LC98,LC42、LC46和LC57分别对23个稻瘟病抗性单基因系具有相同的致病类型,但来源不同的部分菌株对23个稻瘟病抗性单基因系也有共有的致病类型。例如,来源于临沧地区水稻主栽品种的菌株LC6和来源于镇康县陆稻地方品种的菌株LC83,来源于沧源县陆稻地方品种的菌株LC38和来源于镇康县陆稻地方品种的菌株LC93;更多具有相同致病类型的菌株往往具有相同来源。

图1 108个稻瘟病菌单孢菌株对23个稻瘟病抗性单基因系亲和反应型的聚类分析Fig.1 Clustering analysis of compatible response of 108 P.oryzae isolates to 23 monogenic lines

3 讨论

开展田间收集的稻瘟病菌单孢菌株的毒性频率测定分析不仅可以明确菌株的毒性及田间构成情况,同时可反映出不同抗性基因的抗性水平[4-5, 14];临沧水稻种植区以种植籼稻为主,分离自临沧水稻主栽品种的26个单孢菌株的致病研究结果表明,临沧地区的这些菌株除了对已知Pik-h的毒性频率为38.46%以外,对已知Piz、Piz-5、Pita、Pi5、Pi9和Pita-26个抗性基因的毒性频率低于20%;而董丽英等[12]研究发现,云南省籼稻区稻瘟病菌群体对已知Pik-h、Piz、Piz-5、Pita、Pi5、Pi9和Pita-27个抗性基因的毒性频率低于20%。说明在籼稻区主栽品种上Pik-h抗性基因的抗性频率正在降低,临沧水稻种植区应慎重利用该抗病基因。

采用同一套鉴别寄主对不同时期采集的病原菌进行致病性分析,可明确其发生致病性变异的情况[15]。2017年分离自沧源县和镇康县陆稻地方品种上的菌株与2014年分离自沧源县和耿马县陆稻地方品种上的菌株,对含有已知抗性水稻单基因系的毒性频率大体一致[16]。说明分离自临沧地区陆稻地方品种菌株致病型相对稳定,这与李海伦等[17]在研究水稻地方品种不同品系对田间稻瘟病菌群体遗传多样性的影响时,发现具有丰富遗传多样性的传统地方品种促进了稻瘟病菌相对稳定的选择,传统地方品种与病原菌处于动态平衡状态的结论一致。

从水稻主栽品种和2个陆稻地方品种上分离的菌株除了对Pi5和Pi9抗性基因的毒性频率都小于20%外,其它水稻主栽品种推广的地区可利用的4个抗性基因与陆稻地方品种种植区可利用的抗性基因都不相同,说明不同品种来源的菌株致病性差异较大;沧源县可利用的7个抗性基因在镇康县均可使用,这可能与不同区域种植的水稻品种的抗性遗传背景、气候类型、种植方式和栽培管理有关[17]。108个供试菌株对23个稻瘟病抗性单基因系的抗感进行聚类分析表明,在致病性相似系数为0.45时,这些菌株分为两类,一类以水稻主栽品种为主,28个菌株中含有25个来自水稻主栽品种的菌株,另一类以陆稻地方品种为主,80个菌株中除了1个菌株来自主栽品种外,其余79个稻瘟病菌株都是来自陆稻地方品种的菌株,说明分离自水稻主栽品种和陆稻地方品种上稻瘟病菌株的致病性存在明显分化,新致病类型的产生需要有效抗性基因的合理利用来控制稻瘟病的发生。分析现代栽培稻中正在利用的抗性基因并发掘可利用的抗源是解决品种抗性的基础[18-19];而从地方品种资源及其野生近源种中挖掘高抗稻瘟病的新基因应用于现代育种是拓宽栽培稻遗传基础的重要手段,也是解决当前水稻主栽品种遗传基础狭窄的有效途径[20-21]。