楊海龍 王蕾 李白 蔡金洋

（浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 嘉興 314016；第一作者：774795537@qq.com；*通訊作者：cjyjiaxing@163.com）

由子囊真菌侵染水稻引起的稻瘟病是水稻主要病害之一[1]。全球水稻產(chǎn)量每年因稻瘟病影響會(huì)減產(chǎn)10%～30%[2]。我國(guó)稻瘟病發(fā)病面積約500 萬(wàn)hm2，受其影響水稻產(chǎn)量減少10%～20%，嚴(yán)重地區(qū)可達(dá)到50%，甚至絕收[3-4]。浙江省作為長(zhǎng)江中下游地區(qū)主要糧食生產(chǎn)地，稻瘟病常年發(fā)生，給當(dāng)?shù)丶Z食生產(chǎn)帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)損失，如2014 年浙江省杭嘉湖、寧紹平原突發(fā)流行稻瘟病，發(fā)生面積達(dá)2.33 萬(wàn)hm2，損失超過(guò)350 kg/hm2，秀水321、嘉粳88 和秀水134 等主推品種均不同程度發(fā)病[5-6]。推廣抗病品種是目前防治稻瘟病最有效、綠色和經(jīng)濟(jì)的方法，抗稻瘟病基因的挖掘、分析和利用是選育抗病品種的重要措施[7-8]。由于稻瘟病病菌小種的不斷變異，致病性不斷進(jìn)化，現(xiàn)在有必要通過(guò)基因定位來(lái)評(píng)估抗性基因?qū)Φ疚敛〉挚剐Ч膹?qiáng)度。文章綜述了浙江省稻瘟病優(yōu)勢(shì)種群、主栽品種抗性情況和抗性基因利用情況，以期為浙江省稻瘟病抗性研究和有效防治提供建議和參考。

1 浙江省稻瘟病的優(yōu)勢(shì)種群

長(zhǎng)江中下游地區(qū)種植的水稻品種豐富多樣，秈稻、粳稻和秈粳雜交稻均有，稻瘟病菌的致病性也容易發(fā)生變異，不同生理小種的組成和結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜[9]。我國(guó)基于本土的稻瘟病生理小種鑒別寄主（Tetep、珍龍13、四豐43、東農(nóng)363、關(guān)東51、合江18 和麗江新團(tuán)黑谷）將稻瘟病生理小種劃分為ZA（秈型）、ZB（秈型）、ZC（秈型）、ZD（粳型）、ZE（粳型）、ZF（粳型）和ZG（粳型）[9]。浙江省稻瘟病菌優(yōu)勢(shì)小種隨著時(shí)間和地域變化而變化[6,10-11]。柴榮耀等[10]于20 世紀(jì)90 年代對(duì)浙江省太湖流域488 個(gè)稻瘟病菌種群進(jìn)行鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ZD、ZA和ZE 屬于優(yōu)勢(shì)種群，優(yōu)勢(shì)生理小種為ZD3、ZE3、ZA49和ZD1。肖丹鳳[11]在2013 年對(duì)浙江省89 個(gè)稻瘟病菌株進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)ZB 為浙江省的優(yōu)勢(shì)種群，出現(xiàn)頻率63.04%，其中優(yōu)勢(shì)生理小種為ZB15、ZB9、ZA1和ZB13。王曄青等[6]在2014—2015 年對(duì)嘉興市南湖區(qū)、秀洲區(qū)和桐鄉(xiāng)市稻瘟病發(fā)生情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)生理小種ZD1、ZE1和ZD3對(duì)粳稻的致病性強(qiáng)。HAO 等[12]于2021 年收集了浙江省近4 年46 個(gè)稻瘟病菌分離物（秈型分離物23 個(gè)，粳型分離物23 個(gè)），對(duì)1 252 個(gè)水稻品種進(jìn)行接種，結(jié)果發(fā)現(xiàn)23 個(gè)秈型分離物大部分屬于秈型小種，23 個(gè)粳型分離物中半數(shù)為秈稻種、半數(shù)為粳稻種。大多數(shù)秈稻品種感染秈型分離物后，其發(fā)病程度比感染粳型分離物的嚴(yán)重，分離菌株的種族與采集的水稻品種種類關(guān)系不大，而與樣品采集年份有關(guān)。

2 浙江省水稻品種的稻瘟病抗性狀況

水稻是浙江第一大糧食作物，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全省常年播種面積在80.0 萬(wàn)hm2左右[13]。2021 年浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳發(fā)布的水稻主導(dǎo)品種有22 個(gè)，其中早秈稻有甬秈15、中早39 和中嘉早17 等，粳稻有浙粳99、秀水14 和秀水121 等，秈粳雜交稻有甬優(yōu)1540、甬優(yōu)15 和甬優(yōu)538 等。在稻瘟病高發(fā)地區(qū)，上述有些材料會(huì)不同程度發(fā)病[6，14]。鄂志國(guó)等[15]分析了浙江省近20 年來(lái)水稻品種的抗性變化，發(fā)現(xiàn)浙江最近數(shù)年審定品種的稻瘟病綜合指數(shù)從2012 年的平均“中抗”水平下降至2018 年“中抗-中感”水平，但2003—2012 年稻瘟病抗性平均水平一直高于“中抗”。研究還發(fā)現(xiàn)盡管近年來(lái)浙江省稻瘟病抗性水平有所下降，但還是高于同稻區(qū)全國(guó)其他品種的平均水平。施俊生等[13]分析了2007—2018 年浙江省審定品種的抗性表現(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)審定的262 個(gè)品種中有201 個(gè)的稻瘟病抗性水平達(dá)到中抗及以上。筆者基于中國(guó)水稻品種及其系譜數(shù)據(jù)庫(kù)（http://www.ricedata.cn/），篩選出2012—2021 年浙江省審定的203個(gè)品種，分析其稻瘟病抗性綜合指數(shù)，結(jié)果表明，2012—2021 年浙江省稻瘟病抗性水平大體呈下降趨勢(shì)，從2019 年開始又有所提高（圖1）。

圖1 2012—2021 年浙江省審定品種的稻瘟病抗性情況

3 浙江省稻瘟病抗性基因利用情況

前人于2003 年提出基因功能標(biāo)記的概念，即1 個(gè)分子標(biāo)記位點(diǎn)代替1 個(gè)特定的等位基因，可以基于分子標(biāo)記的篩選來(lái)對(duì)特定性狀進(jìn)行篩選[16]。目前已經(jīng)通過(guò)分子標(biāo)記技術(shù)發(fā)現(xiàn)至少69 個(gè)抗病位點(diǎn)100 多個(gè)稻瘟病抗性主效基因，已經(jīng)有36 個(gè)抗病基因被克隆，分別 是Pi1[17]、Pi2[18]、Pi5[19]、Pi9[20]、Pi25[21]、Pi33[22]、Pi35[18]、Pi36[23]、Pi37[24]、Pi50[20]、Pi56[25]、Pi63[26]、Piz-t[20]、Pit[27]、Pit-a[18]、Pia[28]、Pib[29]、Pish[30]、Pib1[18]、Pik[31]、Pik-m[18]、Pik-p[18]、Pid3[21]、Pi-d2[32]、pi21[33]、Ptr[18]、Pi-CO39[19]、Pigm[20]、Pii[20]、Pi54[33]、Pi42[18]、Pid3-A4[18]、Pi54rh[31]、Pi54of[34]、Pike[35]和Pikh[36]。絕大多數(shù)抗性基因定位于第6 和第11 染色體上，少部分定位于第1、第9 和第12 染色體上，在第2、第4 和第8 染色體上也發(fā)現(xiàn)各有1 個(gè)抗性基因[18]。不同類型的基因在抵抗稻瘟病的效果上有著不同的作用。例如6 號(hào)染色體克隆的稻瘟病抗性基因Pi2、Pi9、Pi25、Pi50、Piz-t、Pid3、Pid2、Pigm 和Pid3-A4 中，Pi2 對(duì)我國(guó)13 個(gè)稻區(qū)的792 個(gè)菌株表現(xiàn)為抗[18]；Pi25 對(duì)稻瘟菌菌系92-183（小種ZC15）有較強(qiáng)的葉瘟和穗瘟抗性。11 號(hào)染色體克隆的稻瘟病抗性基因Pi1、Pi35、Pia、Pik、Pi-CO3 和Pi54 中，來(lái)自西非的Pi1 對(duì)我國(guó)8 個(gè)稻區(qū)的稻瘟病菌株表現(xiàn)為抗[18]；Pi35 和Pia 有較好的抗葉瘟能力；Pik 對(duì)我國(guó)許多稻瘟病小種有穩(wěn)定的抗性[19]。研究還發(fā)現(xiàn)，定位于第4 染色體上的pi21 是第1 個(gè)被定位的隱性抗瘟性基因位點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)，攜帶隱性pi21 等位基因的近等基因系A(chǔ)A-pi21 對(duì)10 種稻瘟病病菌具有抗性，但抗性沒(méi)有專一抗病性的R 基因強(qiáng)[33]。

浙江省的育種工作者將分子標(biāo)記輔助技術(shù)結(jié)合到傳統(tǒng)育種中，培育出一批對(duì)稻瘟病抗性強(qiáng)和抗譜廣的水稻品種。何海燕等[36-37]在2019 年分析了浙江省40 個(gè)水稻栽培品種10 個(gè)稻瘟病抗性基因的分布情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Pib、Pia 和Pit-a 抗性基因的分布頻率最高，分別為63.04%、58.70%和47.83%，但浙江省主要栽培品種中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Pi1 的分布。沈浙南等[38]利用Pi1、Pi5、Pi2、Pi9、Pia、Piz-t、Pigm、Pib、Pik 和Pikh 等10 個(gè)抗稻瘟病基因的分子標(biāo)記對(duì)63 個(gè)浙江省主栽品種（24 個(gè)常規(guī)秈稻、30 個(gè)常規(guī)粳稻和9 個(gè)秈粳雜交稻）的抗病基因進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)Pikh、Pia、Piz-t、Pib、Pi1 和Pik 等抗病基因利用頻率較高，而Pigm 和Pi9 的利用頻率較低。翟榮榮等[34]對(duì)浙江省12 個(gè)常規(guī)晚粳稻品種10 個(gè)稻瘟病抗性基因進(jìn)行了分子檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，12 個(gè)供試水稻品種中都攜帶Pib、Pi25、Pi40 和Pi41 抗性基因，Pi2和Pikm 的分布頻率為58.33%，Pit-a 的分布頻率為50.00%，Pi5 的分布頻率為33.33%，Pi9 的分布頻率為25.00%，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Pigm 的分布。稻瘟病菌的快速進(jìn)化和優(yōu)勢(shì)生理小種的頻繁更替，僅含單個(gè)抗病基因的抗病品種在連續(xù)種植幾年后很容易喪失抗性，因此，抗病育種中需聚合多個(gè)抗稻瘟病基因。但在聚合多個(gè)抗病基因時(shí)也需要考慮所聚合基因的主效性、正向性和負(fù)向性[39]。例如Pigm 與Pib、Pi2 與Pi1、Pib、Pi1 與Pik、Pib以及Pikh 與Pib 之間是正向顯著相關(guān)，而Pizt 與Pi2、Pi1 是負(fù)向極顯著相關(guān)[37]。

4 浙江省稻瘟病無(wú)毒基因研究進(jìn)展

水稻與稻瘟病菌之間的特異互作關(guān)系符合基因?qū)驅(qū)W說(shuō)[40]。無(wú)毒基因（AVR）是一類能夠誘發(fā)水稻產(chǎn)生抗病性的病原物遺傳因子，在水稻稻瘟病菌與水稻互作中，無(wú)毒基因的作用是轉(zhuǎn)錄翻譯成無(wú)毒蛋白質(zhì)，然后被水稻細(xì)胞內(nèi)的抗性基因識(shí)別，從而對(duì)稻瘟病產(chǎn)生抗性[41]。目前已經(jīng)鑒定到與稻瘟病抗性基因?qū)?yīng)的無(wú)毒基因有12 個(gè)被克?。ˋVR-Pita、ACE1、AVR-Pizt、AVR-Pii、AVR-Pi9、AVR-Pib、AVR-Pia、AVR-Pi54、AVR-Pik/km/kp 和AVR1-CO39 等）[41-42]。浙江省關(guān)于水稻稻瘟病菌無(wú)毒基因的研究較少。穆慧敏[43]利用無(wú)毒基因研究了浙江省稻瘟病菌群體的遺傳多樣性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，浙江省麗水市稻瘟病菌的遺傳多樣性最高、舟山市最低，浙江各地的無(wú)毒基因的變異類型主要為缺失和插入，大多數(shù)菌種含有基因ACE1 和AVR-Pizt，少部分含有AVR-Pia、AVR-Pii 和PWL4，未含有AVR1-CO39 和PWL1。生產(chǎn)上水稻品種的抗病性往往因?yàn)榈疚敛⌒》N的變異而過(guò)早的喪失抗性，對(duì)于水稻育種家來(lái)說(shuō)，了解無(wú)毒基因的變異機(jī)制，能夠更加深刻認(rèn)識(shí)到無(wú)毒基因的位點(diǎn)變異、理解病原物喪失無(wú)毒功能的機(jī)制和小種產(chǎn)生的規(guī)律，從病原物著手，揭示其遺傳變異的本質(zhì)，為稻瘟病防治提供理論基礎(chǔ)。

表1 已克隆水稻抗稻瘟病基因相關(guān)信息

5 展望

浙江省是我國(guó)長(zhǎng)江中下游主要的糧食生產(chǎn)基地，長(zhǎng)期以來(lái)稻瘟病嚴(yán)重影響著水稻生產(chǎn)[5-6]。稻瘟病菌耐藥性的增強(qiáng)、病原菌生理小種的進(jìn)化、致病性的變異、水稻品種抗性的失效和大規(guī)模單一化種植是導(dǎo)致近年水稻稻瘟病日益加重的主要原因[10,44]。因此，挖掘和利用新的稻瘟病抗性基因?qū)Ψ乐蔚疚敛【哂兄匾饬x。2021 年“中央一號(hào)文件”指出要推進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展、持續(xù)推進(jìn)化肥農(nóng)藥減量增效、推廣農(nóng)作物病蟲害綠色防控產(chǎn)品和技術(shù)，因此在水稻稻瘟病的治理上更應(yīng)以環(huán)保為主。為進(jìn)一步控制好稻瘟病對(duì)浙江水稻生產(chǎn)的影響，更加綠色、健康和高效防治稻瘟病，需開展以下三方面研究：第一，更新水稻栽培管理模式。根據(jù)浙江省不同地域土壤的養(yǎng)分情況和基肥施用情況，決定氮肥的施用量，切忌氮肥用量過(guò)大，造成水稻貪青晚熟，同時(shí)增加鉀肥的使用，以提高水稻的抗病性。水分管理上采用淺濕灌溉，該淺則淺、該曬則曬、該深則深，可適當(dāng)晾田壯根，提高水稻的抗病能力。第二，利用分子標(biāo)記聚合多個(gè)抗稻瘟病基因。但抗病基因聚合不是簡(jiǎn)單的基因疊加效應(yīng)，抗性基因的不同組合可能直接導(dǎo)致不同的抗性水平，育種家在育種過(guò)程中，可以考慮靶基因的優(yōu)良等位基因[45]。第三，了解稻瘟病基因與其對(duì)應(yīng)的無(wú)毒基因在田間水稻稻瘟病菌的毒力組成是認(rèn)識(shí)ETI免疫機(jī)制的關(guān)鍵，目前育種家已對(duì)AVR-Pita、ACE1、AVR-Pizt、AVR-Pii、AVR-Pi9 等12 個(gè)無(wú)毒基因進(jìn)行分析、檢測(cè)、標(biāo)記及克隆，分析浙江省地區(qū)無(wú)毒基因的組成及分布特點(diǎn)，可為下一步預(yù)測(cè)稻瘟病菌的群體變化趨勢(shì)，為能準(zhǔn)確、有效和快速的預(yù)測(cè)田間潛在流行致病菌系奠定基礎(chǔ)[43]。