臨滄地區不同來源稻瘟病菌致病性分析

董麗英,趙秀蘭,劉 沛,劉樹芳,張先聞,3,楊勤忠

(1.云南省農業科學院農業環境資源研究所/云南省農業跨境有害生物綠色防控重點實驗室,昆明 650205;2. 滄源縣植保植檢站,云南 滄源 677400;3. 云南大學資源植物研究院,昆明 650091)

【研究意義】由稻瘟病菌(PyriculariaoryzaeCav.)引起的水稻稻瘟病是水稻安全生產的重要限制因子,發病嚴重的田塊可造成水稻絕收,“水稻-稻瘟病菌”的互作研究已成為寄主-病原微生物病害系統互作研究的模式系統,寄主抗性基因與病菌無毒基因間遵循基因對基因的互作模式[1-2]。生產實踐證明,控制稻瘟病最經濟、有效及環保的措施就是抗病品種的合理利用。由于田間稻瘟病病原菌種群結構的多樣性及生理小種組成的復雜性,加之人們對水稻抗性基因缺乏有效利用,新選育的抗病品種往往在推廣幾年后喪失抗性[3-4],這已成為育種家亟待解決的棘手問題?！厩叭搜芯窟M展】在國內,利用含有不同抗稻瘟病基因的水稻單基因系測定稻瘟病菌致病性已得到廣泛研究。周江鴻等[5]對吉林、遼寧、河北等10個省322個稻瘟病菌單孢菌株的毒性基因及其地理分布進行分析,明確了毒性基因在南方秈稻區和北方粳稻區的出現頻率與相應抗病基因的秈稻、粳稻來源沒有相關性;蘭波等[6]對江西省195個稻瘟病菌株進行測定表明,基因Pizt、Pi1、Piz-5、Piz表現較高的抗性頻率;馬軍韜等[7]測定了黑龍江省不同來源稻瘟病菌的致病性,僅基因Pi9的抗性頻率較高;鄧云[8]對2018—2020年福建省稻瘟病菌單孢菌株進行毒力頻率測定的結果顯示,基因Piz-5、Pi9、Pikh、Pi1的抗性頻率最高;此外,在鄂西南地區、廣東地區也選擇了部分水稻單基因系作為鑒別寄主,對分離自不同主栽品種上稻瘟病菌的致病性進行了有效評價[9-10]?！颈狙芯壳腥朦c】云南多元的傳統文化促進了當地民族稻作遺傳的多樣性[11]。與緬甸接壤的云南省臨滄市居住著23個少數民族,位于云南省西南邊境,其稻作類型及地方品種資源豐富。本研究用分離自臨滄地區6個縣水稻主栽品種上的26個稻瘟病菌單孢菌株,以及分別從滄源縣和鎮康縣2個邊境縣的陸稻地方品種上分離的56和26個稻瘟病菌單孢菌株,通過苗期人工接種方法,對23個稻瘟病抗性單基因系的抗感反應開展稻瘟病菌致病性和聚類分析?！緮M解決的關鍵問題】明確不同來源稻作產區的已知稻瘟病抗性基因的抗性水平,對利用已知抗性基因開展抗病新品種選育、指導新品種合理布局及控制稻瘟病流行具有重要的現實意義,為臨滄地區的糧食安全生產提供重要保障;通過對供試菌株的聚類分析,了解不同來源菌株群體間致病性的分化情況,同時也為開展廣譜抗性基因挖掘提供可利用菌株。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試菌株: 3個稻瘟病菌群體由108個菌株組成,于2017年由稻瘟病抗性研究團隊從臨滄地區的水稻主栽品種和陸稻地方品種上分離得到,其中從臨滄地區(云縣、滄源縣、鳳慶縣、雙江縣、耿馬縣及永德縣)主栽品種(‘II優838’‘兩優2161’‘宜香2292’‘宜香99E-4’‘豐優22’‘宜香707’‘宜香3003’‘滇雜’‘宜香725’)穗頸瘟上分離到26個單孢菌株,從滄源縣陸稻地方品種(‘硪茸’‘硪倆’‘考撇糯’‘大花谷’‘扎硪倆’‘小紅谷’)穗頸瘟上分離到56個單孢菌株,從鎮康縣陸稻地方品種(‘彎甸糯’‘細紅谷’‘小紅谷’‘壓草糯’)穗頸瘟上分離到26個單孢菌株(表1)。

表1 108個稻瘟病菌單孢菌株來源

供試水稻:持有不同抗病基因的23個水稻稻瘟病抗性單基因系和感病對照水稻品種麗江新團黑谷(CK)均由IRRI的N．Kobayashi 博士提供。

1.2 試驗方法

水稻單基因系的育苗、病原菌的培養、產孢、接種及調查參考董麗英等[12]的方法。

1.3 數據統計與分析

1.3.1 供試菌株群體對不同抗性單基因系的毒性頻率 供試菌株群體對持有不同抗性基因的單基因系致病性強弱通過毒性頻率(Virulence frequency,VF)表示,具體計算見公式(1),稻瘟病菌群體的毒性頻率及毒力類型劃分參考周江鴻等[5]的方法。

毒性頻率(%)=(供試致病菌株數/供試總菌株數)×100

(1)

1.3.2 數據統計分析 根據不同抗性單基因系對108個稻瘟病菌單孢菌株的抗性反應進行數據統計。并采用馬軍濤等[7]的方法構建獲得數據的0～1數據庫,抗病反應型記為“1”,感病反應型記為“0”。利用分子生物學分析軟件NTSYSPC 2.10e[13]的非加權組平均法(Unweighted pair-group method with arithmetic means, UPGMA)對108個單孢菌株在23個稻瘟病抗性單基因系上的抗感情況進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 供試菌株對水稻單基因系的毒性頻率分析

利用108個稻瘟病菌供試單孢菌株分別接種于3.5葉期的23個稻瘟病抗性單基因系,從表2可知,分離自臨滄地區水稻主栽品種的26個稻瘟病菌單孢菌株對含有Piz、Piz-5、Pita、Pi5、Pi9和Pita-26個抗性基因的水稻單基因系的毒性頻率均低于20%,可以在臨滄主栽品種種植區利用這些抗性基因,占供試單基因系的26.09%;分離自滄源縣陸稻地方品種的56個稻瘟病菌單孢菌株對含有Pik-h、Piz-t、Pib、Pi5、Pi9、Pi12和Pi117個抗性基因的水稻單基因系的毒性頻率均低于20%,可以在滄源縣陸稻地方品種種植區利用這些抗性基因,占供試單基因系的30.43%;分離自鎮康縣陸稻地方品種的26個稻瘟病菌單孢菌株對含Pii、Pik-h、Piz-t、Pib、Pish、Pi1、Pi5、Pi9、Pi12、Pik-m和Pi1111個抗性基因的水稻單基因系的毒性頻率均低于20%,可以在鎮康縣種植陸稻地方品種種植區利用這些抗性基因,占供試單基因系的47.83%。不同來源供試菌株對持有Pi5和Pi9抗性基因的水稻單基因系的毒性頻率分別低于15.38%和3.85%。表明這2個抗性基因在整個臨滄地區都可以加以利用。

表2 臨滄地區108個稻瘟病菌單孢菌株對23個稻瘟病抗性單基因系的毒性頻率

續表2 Continued table 2

2.2 不同來源的供試菌株致病性相似性分析

將來自臨滄地區不同品種的108個稻瘟病菌單孢菌株對23個稻瘟病抗性單基因系的毒性測定結果進行聚類分析。從圖1可見,當稻瘟病菌致病性相似系數為0.45時,108個供試菌株的致病性可以分化為2類,I類含有28個菌株,其中25個菌株分離自臨滄地區水稻主栽品種,3個菌株分離自鎮康縣陸稻地方品種;II類含有80個菌株,其中56個分離自滄源縣陸稻地方品種,23個分離自鎮康縣陸稻地方品種以及1個分離自臨滄地區水稻主栽品種。108個供試菌株可以分為98種致病類型,其中稻瘟病菌單孢菌株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分別對23個稻瘟病抗性單基因系具有相同的致病類型,但來源不同的部分菌株對23個稻瘟病抗性單基因系也有共有的致病類型。例如,來源于臨滄地區水稻主栽品種的菌株LC6和來源于鎮康縣陸稻地方品種的菌株LC83,來源于滄源縣陸稻地方品種的菌株LC38和來源于鎮康縣陸稻地方品種的菌株LC93;更多具有相同致病類型的菌株往往具有相同來源。

圖1 108個稻瘟病菌單孢菌株對23個稻瘟病抗性單基因系親和反應型的聚類分析Fig.1 Clustering analysis of compatible response of 108 P.oryzae isolates to 23 monogenic lines

3 討 論

開展田間收集的稻瘟病菌單孢菌株的毒性頻率測定分析不僅可以明確菌株的毒性及田間構成情況,同時可反映出不同抗性基因的抗性水平[4-5, 14];臨滄水稻種植區以種植秈稻為主,分離自臨滄水稻主栽品種的26個單孢菌株的致病研究結果表明,臨滄地區的這些菌株除了對已知Pik-h的毒性頻率為38.46%以外,對已知Piz、Piz-5、Pita、Pi5、Pi9和Pita-26個抗性基因的毒性頻率低于20%;而董麗英等[12]研究發現,云南省秈稻區稻瘟病菌群體對已知Pik-h、Piz、Piz-5、Pita、Pi5、Pi9和Pita-27個抗性基因的毒性頻率低于20%。說明在秈稻區主栽品種上Pik-h抗性基因的抗性頻率正在降低,臨滄水稻種植區應慎重利用該抗病基因。

采用同一套鑒別寄主對不同時期采集的病原菌進行致病性分析,可明確其發生致病性變異的情況[15]。2017年分離自滄源縣和鎮康縣陸稻地方品種上的菌株與2014年分離自滄源縣和耿馬縣陸稻地方品種上的菌株,對含有已知抗性水稻單基因系的毒性頻率大體一致[16]。說明分離自臨滄地區陸稻地方品種菌株致病型相對穩定,這與李海倫等[17]在研究水稻地方品種不同品系對田間稻瘟病菌群體遺傳多樣性的影響時,發現具有豐富遺傳多樣性的傳統地方品種促進了稻瘟病菌相對穩定的選擇,傳統地方品種與病原菌處于動態平衡狀態的結論一致。

從水稻主栽品種和2個陸稻地方品種上分離的菌株除了對Pi5和Pi9抗性基因的毒性頻率都小于20%外,其它水稻主栽品種推廣的地區可利用的4個抗性基因與陸稻地方品種種植區可利用的抗性基因都不相同,說明不同品種來源的菌株致病性差異較大;滄源縣可利用的7個抗性基因在鎮康縣均可使用,這可能與不同區域種植的水稻品種的抗性遺傳背景、氣候類型、種植方式和栽培管理有關[17]。108個供試菌株對23個稻瘟病抗性單基因系的抗感進行聚類分析表明,在致病性相似系數為0.45時,這些菌株分為兩類,一類以水稻主栽品種為主,28個菌株中含有25個來自水稻主栽品種的菌株,另一類以陸稻地方品種為主,80個菌株中除了1個菌株來自主栽品種外,其余79個稻瘟病菌株都是來自陸稻地方品種的菌株,說明分離自水稻主栽品種和陸稻地方品種上稻瘟病菌株的致病性存在明顯分化,新致病類型的產生需要有效抗性基因的合理利用來控制稻瘟病的發生。分析現代栽培稻中正在利用的抗性基因并發掘可利用的抗源是解決品種抗性的基礎[18-19];而從地方品種資源及其野生近源種中挖掘高抗稻瘟病的新基因應用于現代育種是拓寬栽培稻遺傳基礎的重要手段,也是解決當前水稻主栽品種遺傳基礎狹窄的有效途徑[20-21]。

4 結 論

明確了臨滄地區不同抗稻瘟病基因的利用價值,Pi5和Pi9抗性基因在臨滄的水稻種植區具有較好的應用價值,是當前抗病育種的重要抗源;分離自臨滄地區水稻主栽品種和陸稻地方品種的稻瘟病菌群體存在明顯的致病性分化,而來自滄源縣和鎮康縣陸稻地方品種的菌株致病性分化相對較小。