水稻白叶枯病是水稻生产上重要细菌病害之一,20世纪60年代,由于高产、半矮秆品种的大面积推广,白叶枯病很快扩展蔓延,造成了严重危害^[1]。在我国南方和长江中、下游稻区,水稻白叶枯病常年流行,一般减产10%~30%,严重时减产可达50% 以上,采用以抗病品种为主的综合防治技术一直是控制白叶枯病发生危害的有效手段,并取得了很好的成效^[2]。

我国水稻白叶枯病的研究始于20世纪50年代,包括抗性筛选、病菌致病力分化、抗病性遗传和抗病品种培育等^{[2, 3, 4]}。一些学者对中国不同稻区水稻抗白叶枯病基因类型和表达特征等进行了研究,建立了一套病斑等级划分体系^{[2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]}。也有研究认为,病害的发生需要从品种和小种互作变化来分析,既要培育抗病新品种,还要监测小种变化,及时分析各稻区品种布局的合理性^{[12, 13]}。

目前，水稻对白叶枯病菌抗性品种布局合理性研究得比较少，而对稻瘟病菌抗性品种布局合理性研究取得一些进展。赖星华等^[14]研究了广西稻瘟病菌生理小种消长规律与水稻品种布局关系,发现病菌小种类型的消长制约着水稻品种的布局。王云月等^[15]在云南省稻瘟病重病区进行了品种随机布局和品种替换对稻瘟病流行控制的示范试验,发现合理布局品种和更换品种就能有效地减轻稻瘟病的危害。韩海波等^[16]对重庆市抗稻瘟病品种布局合理性进行研究,用稻瘟病生理小种侵染水稻主推品种进行抗性鉴定,并结合不同区、市、县小种组成情况来分析判断品种布局合理性。王永崇等^[17]研究了湖北省稻瘟病菌生理小种组成与地理分布、稻瘟病菌致病力、水稻品种抗病性等,综合分析了稻瘟病菌的变化和水稻品种间的互作关系。

为探明中国主栽水稻品种对白叶枯病的抗性情况,本研究选择中国的一套鉴别小种,对吉林、云南、浙江、湖南、江苏和广东6省的75个水稻主栽品种进行抗性鉴定,以明确各地主栽品种的抗性特性,结合当地优势小种分布,分析抗性品种布局的合理性,为后续品种布局、育种工作提供指导意见;也为有效利用抗病品种及研究抗病品种的抗病性遗传和抗病基因(主效QTL)鉴定提供基础。

江苏、吉林、湖南、云南、广东及浙江省当地主栽品种分别为17、14、10、13、10和11个,共计75个,其中常规籼稻8个,常规粳稻36个,籼型杂交稻26个,粳型杂交稻5个。

水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)9个小种R1(YN18)、R2(YN1)、R3(GD414)、R4(HEN11)、R5(ScYc-b)、R6(YN7)、R7(YN11)、R8(FuJ)和R9(YN24),括号中表示菌株编号,由南京农业大学植物保护学院提供。

供试水稻品种于2013年和2014年连续两年种植于南京农业大学江浦农场试验站,5月20日左右播种,6月20日左右移栽,单本栽插。每品种种植10行,每行种植10株,株行距分别为16和25 cm。随机区组设计、3次重复,肥水管理与大田生产相同。7月底至8月初,大部分品种处于孕穗期时,进行接种鉴定。

将9个小种的供试菌株分别移植于NA(Nutrient Agar)培养基斜面上,28 ℃ 培养72 h后,用无菌蒸馏水洗下菌体,配制成10⁹ CFU·mL^-1的细菌悬浮液^[18]。按Kauffman等^[19]的剪叶法接种,每个小种在每个品种接种1行,每株接种4~5张剑叶,以接种灭菌蒸馏水为对照。

接种3周后,测量不同品种接种叶的病斑长度,每个品种至少测量20片叶,以各品种3次重复的平均值作为抗性指标^{[12, 19]}。参照方中达^[18]的方法进行抗性分级,即以病斑长度0~3.0 cm为抗病;3.1~6.0 cm为中抗;6.1~9.0 cm为中感;9.0 cm以上为感病。

根据不同品种对病原菌各小种的抗、感结果,分别转换为4个数码,即0、1、2和3,其中0代表感病,1代表中感,2代表中抗,3代表抗病。每个品种对应9个数值。采用SPSS 19.0版软件对结果以非加权算 术平均数配对法(UPGMA)进行聚类分析,呈现相似性树状图,以分析基于抗性的水稻簇群的分布情况^[17]。

2007—2009年各稻区水稻白叶枯病菌致病型小种分布频率数据由刘凤权教授课题组提供(表 1)。采用杨万风等^[12]方法对各稻区采集的菌株分别用近等基因系IRBB5、IRBB13、IRBB3、IRBB14、IRBB2和IR24进行接种鉴定,根据鉴别品种的抗、感类型划分菌株的致病性小种类别。

分别对2013和2014年年度内不同重复的结果进行了差异显著性分析,各品种的病斑长度差异不显著。采用混合模型对年度间结果数据进行方差分析,小种为固定效应,年度以及年度与小种等二级交互效应均为随机效应,使用SAS 9.0的MIXED过程计算,结果显示误差方差为1.535 5,年度及年度与小种的交互效应方差分别为0.090 9和0.267 4,均小于误差方差,表明小种在两年间的表现是稳定的。

从表 2可见,抗谱最广、抗性最强的是来自广东的籼稻品种‘新黄占’,对9个小种表现抗病反应,江苏的‘武运粳7号’‘淮稻5号’和浙江的‘绍糯9714’等分别抗6~8个小种,抗性较强;抗谱最窄、抗性最弱的是‘松粳12’和‘湘丰优103’等品种,只对毒性最弱的YN18小种表现抗病反应。

从表 3可见,吉林省14个参试品种都是粳稻,分别有3个品种抗R3,5个品种抗R4,1个品种抗R8,1个品种抗R9,所有品种均不抗R2、R5、R6和R7,而R6和R7为东北稻区的主要优势小种^[12]。湖南省10个参试品种都是杂交稻,分别有3个品种抗R3,1个品种抗R4,1个品种抗R5,6个品种抗R6,5个品种抗R7,所有品种均不抗R2、R8和R9。对当地优势小种R4和R5分别只有1个抗性品种分布。广东省10个参试品种,7个籼稻,3个杂交稻,对9个小种均有抗性品种。分别有2个品种抗R2,4个品种抗R3,6个品种抗R4,7个品种抗R5,8个品种抗R6,8个品种抗R7,1个品种抗R8,2个品种抗R9,对当地主要优势小种R5和R8均有抗性品种分布。江苏省17个参试品种,9个粳稻,8个杂交稻,对9个小种均有抗性品种。分别有4个品种抗R2,13个品种抗R3,13个品种抗R4,7个品种抗R5,11个品种抗R6,10个品种抗R7,3个品种抗R8,3个品种抗R9,对当地优势小种R5和R8均有抗性品种分布。浙江省11个参试品种,除粳稻品种‘绍糯9714’外均为杂交稻,对R2和R9之外的7个小种具有抗性。分别有10个品种抗R3,9个品种抗R4,2个品种抗R5,8个品种抗R6,7个品种抗R7,2个品种抗R8,对当地优势小种R5和R8均有抗性品种分布。云南省参试品种13个,除‘云恢290’外全部为粳稻,分别只有8个和6个品种抗R3和R4;均不抗R2、R5、R6、R7、R8和R9,而当地主要优势小种为R8和R9。

根据品种抗性结果,75个主栽品种可以聚类为23个簇群,簇群1~3的3个品种为‘新黄占’(籼稻)、‘淮稻5号’(粳稻)和‘绍糯9714’(粳稻),表现为抗谱最宽、抗性最强,占总品种数的4%;簇群23有20个品种,占总品种数的26.7%,表现为抗谱窄、抗性弱;其余簇群的品种抗性介于簇群1~3和簇群23之间(图 1)。

	图 1 75个品种对白叶枯病菌抗性结果聚类分析 Fig. 1 lustering analysis of 75 varieties with resistance to bacterial leaf blast JL:吉林 Jilin;YN:云南 Yunnan;ZJ:浙江 Zhejiang;GD:广东 Guangdong;JS:江苏 Jiangsu;HN:湖南 Hunan
图选项

聚类分析中处于弱抗性簇群23的籼稻品种只有‘五山丝苗’,其他籼稻品种抗谱都比较宽,如‘新银占’和‘航特占’。参试籼稻品种的整体抗性水平较高,绝大多数籼稻品种都具有较强的抗性和较宽的抗谱。

不同粳稻品种抗、感表型差异很大,‘淮稻5号’和‘绍糯9714’分别对7~8个小种表现抗病反应,抗性强、抗谱宽。聚类分析中处于弱抗性簇群23的20个品种中有15个是粳稻,占比为75%,其中6个粳稻品种只抗R1一个小种,其他品种只对2~3个小种表现出抗病或中感反应。

与常规粳稻相似,参试籼型杂交稻间的抗性表现差异较大。有4个籼型杂交稻聚类于簇群23,其余籼型杂交稻品种则被聚类为不同的簇群,各品种间的抗性和抗谱有较大差异,其整体抗性表现介于粳稻和籼稻之间。

参试5份粳型杂交稻中除‘甬优538’只对R1和R3两个小种表现抗病反应外,其他4个品种都分别抗5~6个小种,抗谱宽于多数籼型杂交稻。粳型杂交稻被聚类于相近的簇群中,不同品种间抗性表现差异较小。

比较9个小种对75个水稻品种的致病力差异,结果(表 4)显示:致病力最强的是小种YN24(R9)和YN1(R2),测试的75个品种中,有69个品种对这2个菌株表现感病;其次是小种FuJ(R8),能使90.7%的测试品种表现感病或中感反应,只有7个品种达到中抗或抗病反应;致病力最弱的是小种YN18(R1),有73个品种对其表现出抗病或中抗反应,只有‘云粳41’和‘龙洋1号’2个品种对其表现感病或中感反应;其他5个小种可以使50.7%~82.7%的品种发病。

比较不同稻区主栽水稻品种对9个白叶枯病菌小种的抗性反应,结合当地优势小种的分布情况,可以了解不同稻区抗病品种布局的合理性,以及对白叶枯病菌的选择压力。本研究在征集水稻品种时,采用各省种植区域和面积相对较大的原则,使征集到的品种能代表各稻区品种分布情况。种子法实施以来,尤其是商业化育种新政实施以来,各地推广水稻品种数量越来越多,呈现多样化趋势,在品种征集过程中,应该更多考虑各地品种实际种植情况,以保证抗病品种布局合理性分析的准确性。对于当地白叶枯病菌优势小种的分布情况,主要通过查询各稻区最新文献报道,其中江苏省和云南省为2011年白叶枯病菌致病型的鉴定结果,而其他稻区为近几年白叶枯病菌致病型的鉴定结果。各稻区应及时采集田间菌株,统一小种检测方法,以便及时监测和跟踪田间优势小种的变化情况,为判断抗性品种布局合理性提供准确依据。

生产实践证明,通过培育和推广抗病品种是控制水稻白叶枯病最有效和最经济的措施^{[2, 8, 20, 21]}。本研究发现,以粳稻为主的吉林省和云南省的水稻品种,以及以籼型杂交稻为主的湖南省的品种,均表现抗性弱、抗谱窄,多数品种都只对致病力最弱的R1小种有抗性,只有少数品种抗2~3个小种,表明这3个省的水稻品种布局不尽合理,要加强抗性品种的选择,品种布局上,要增加抗谱广、抗性强的品种数量。浙江省以杂交稻为主,总体表现抗性较强、抗谱较宽,但缺乏对小种R2和R9的抗性品种,育种上则要重视对这2个小种抗性品种的培育,要检测这些小种的消长情况。江苏省和广东省的品种对9个小种都有抗性,品种布局相对合理。其中:‘新黄占’‘武运粳7号’‘淮稻5号’品种抗性强、抗谱宽,在生产上有很好的应用前景,也可以作为抗性育种亲本使用。

病害的发生是品种和病原菌长期互作的结果,培育和推广抗谱广且抗性强的品种的同时,要监测水稻白叶枯病菌小种的致病力变化^{[22, 23]}。本研究结果表明:小种FuJ(R8)和YN24(R9)的毒性非常强,可以使90%以上的品种感病,以前报道致病力较弱的小种YN1(R2)^[23],在两年的试验中,致病力增强,可以使69个品种表现感病反应;各地需加强对强毒性小种R8和R9以及毒性增强小种R2的监测,并扩大抗R2、R8 和R9水稻品种的种植。

水稻品种的抗病性因白叶枯病菌的小种和气候条件变化而异,随着田间白叶枯病菌小种、温度和湿度等气候条件的改变,某些品种的抗性下降甚至丧失^[24]。因此,除了加大田间小种的监测,探明小种的消长动态及推广品种的抗病性变化趋势外,还应对目前主栽品种和即将通过审定并大面积推广的后备品种进行抗病性和抗谱分析。通过对不同品种抗病性丧失的风险评估,合理布局不同抗病品种,延长品种抗病性的时间,便可有效避免水稻白叶枯病的大面积发生。

广东省农业科学院曾列先研究员、吉林省农业科学院王继春研究员和湖南省农业科学院肖友伦博士为本研究提供了当地主栽品种,特此致谢!