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水稻细菌性条斑病防治进展
摘 要：水稻细菌性条斑病是水稻上最重要的病害之一,在中国南方大部分水稻种植区都有发生,严重危害水稻产量,但目前仍未发现非常有效的防治方法.笔者主要从抗性基因与抗病品种的筛选以及抗性品种的培育方面,阐述了水稻抗细菌性条斑病的遗传育种研究.从生防菌的发现与利用以及抑菌活性物质的筛选,总结了水稻细菌性条斑病的生物防治；此外,介绍该病的化学防治,并在最后综述了水稻细菌性条斑病的综合防治措施,以期为该病的防治提供有用的参考信息.
关键词：水稻细菌性条斑病；生物防治；化学防治；遗传育种；综合防治
中图分类号：S4 文献标志码：A 论文编号：cjas17080031
0 引言
水稻细菌性条斑病(Bacterial leaf streak)是由稻黄单孢菌(Xanthomonas oryzae pv. Oryzicola)引起的一种水稻病害.最早在菲律宾发现[1],后来在亚洲的热带,亚热带及非洲西部水稻种植区广泛传播[2-3].中国于1955 年在广东地区首次发现该病的存在[4].水稻发生该病后一般减产15%~25%,严重时可达40%~60%[5].并且由于该病具有发病早,病情易扩展,病害破坏性大等特点,对水稻的高产稳产造成严重的威胁.目前,对该病的防治主要集中在遗传育种方面的研究,即抗病基因与抗性品种的筛选、抗性品种的培育.唐定中等[6]通过抗性基因标记技术目前已成功定位了13 个与水稻细菌性条斑病抗性相关的QTL；王侯聪等[7]也通过辐射诱变育种成功培育了水稻细菌性条斑病抗病品种佳辐占；Zhao 等[8]发现了水稻细菌性条斑病的非寄主抗病基因Rox1.这些工作对通过遗传育种控制水稻细菌性条斑病做出了巨大的贡献.但至今仍未培育出与优良农艺性状相结合的抗水稻细菌性条斑病品种.
此外,生物防治、化学防治、农业防治等方法也被有效地应用于水稻细菌性条斑病的防控.
本研究主要具体阐述水稻细菌性条斑病的这几种防治策略及其最新的研究进展,以期为该病的防控提供有用的参考信息.
1 遗传育种防治水稻细菌性条斑病
遗传育种防治水稻细菌性条斑病是一种最为经济、有效的方法,也是从源头解决水稻细菌性条斑病对水稻威胁的一种方法.
1.1 水稻抗源品种的筛选
中国拥有的水稻细菌性条斑病抗源品种丰富,抗性程度多样.但迄今为止,尚无报道对水稻细菌性条斑病免疫的品种.目前,也已发现多种水稻主栽品种对水稻细菌性条斑病存在抗性,如肖友伦等在2010 年对湖南地区54 个主栽水稻品种进行抗性鉴定时发现8个水稻品种对水稻细菌性条斑病存在抗性,抗性品种占鉴定总数的14.8%[9].张荣盛等在2014 年对江苏地区240 个水稻品种进行水稻细菌性条斑病抗性筛选时也发现78 个水稻品种对强致病型水稻细菌性条斑病菌存在抗性,抗性比例达32.5%,并发现苗期鉴定到的抗性品种与成株期鉴定到的抗性品种存在一定程度上的重叠[10].洪登伟等在2016 年对1100 份具有丰富遗传背景的水稻品种进行抗性鉴定时,发现14 份抗水稻细菌性条斑病品种,占全部材料的1.27%.其中3 份具有广谱抗性,占全部材料的0.27%,但抗性程度高,可利用其作为抗病育种的亲本[11].而野生稻同样具有丰富的抗水稻细菌性条斑病种质资源,如岑贞陆等在2007 年对977 份野生稻进行水稻细菌性条斑病抗性筛选中发现37 份表现出抗性,抗性比例为3.78%[12].黄大辉等在2008 年对31 份药用野生稻抗水稻细菌性条斑病抗性鉴中发现15 份抗病材料,抗性比率高达48.4%[13].总而言之,中国拥有的抗水稻细菌性条斑病种质资源总体丰富,种类多样,对筛选培育出高效抗病品种具有重要意义.
1.2 水稻细菌性条斑病抗性基因的筛选与克隆
目前,许多研究均表明水稻对细菌性条斑病菌的抗性为数量抗性,由多个微效基因控制[6,14].通过抗性基因标记技术目前已经成功定位了13 个与水稻细菌性条斑病抗性相关的QTL[6,15],其中以位于第5 号染色体短臂的qBlsr5a 区段对抗病遗传表型变异贡献率最大,达到14%.虽然目前还未发现水稻细菌性条斑病的主效抗病基因,但通过不断研究已经发现许多基因参与了水稻与细菌性条斑病菌的互作.这些互作基因主要分为正、负调节水稻对细菌性条斑病的抗性.位于qBlsr5a 区段内的LOCOs05g01710 基因可通过控制RNA聚合酶Ⅱ的合成来实现对水稻细菌性条斑病菌的抗性[16].同样位于qBlsr5a 区域内OsPGIP4 基因通过调节多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)的合成来提高水稻对细菌性条斑病菌的抗性[17].也有研究表明,水稻中的激酶基因家族参与了水稻对细菌性条斑病菌的抗性,其中热激蛋白家族中的OsHSP18.0-CI 基因和4 种调节应激活化蛋白激酶(OsSAPK)活性的基因可在水稻细菌性条斑病菌的胁迫下通过调节水稻体内控制水杨酸SA与茉莉酸JA基础防御途径基因的表达来实现对水稻细菌性条斑病菌的抗性[18-19].此外,抑制水稻体内生长素信号传播的GH3-8 基因也被证实参与了水稻对细菌性条斑病的抗性,因为生长素在水稻体内的合成和积累会导致植物细胞壁结构的松弛,从而有利于病原菌的侵入,这也是发现的一种具有广谱抗病性的基因[20-21].近年来,一些负调控水稻对细菌性条斑病抗性的基因也逐渐被发现.控制胞质类受体激酶活性的NRRB 基因和1 个能够编码富含亮氨酸结构和核苷酸结合位点蛋白的DEPG1 基因被证实负调控水稻对细菌性条斑病的抗性,当在水稻中对这些基因进行超量表达时都会增加水稻对细菌性条斑病菌的敏感性从而导致植株更易感病[22-23].此外,也发现一对等位基因OsWRKY45-1 和OsWRKY45-2 对水稻细菌性条斑病具有相反的抗性调节现象.基因OsWRKY45-1 负调节水稻对细菌性条斑病的抗性,而基因OsWRKY45-2正调节水稻对细菌性条斑病的抗性[24-25].
目前,这些已鉴定筛选出来的抗病基因对培育水稻细菌性条斑病高抗品种具有重要意义,并且由于水稻对细菌性条斑病的抗性为数量抗性,一旦培育出高抗品种,其抗性将能得到持久稳定的保存.
1.3 水稻细菌性条斑病的抗性育种
水稻细菌性条斑病抗性品种的培育通常可直接利用现有的栽培稻和野生稻中已存在的抗性资源,但由于多数高抗资源来自于热带地区,如中国的广西,海南等地,农艺性状不佳,直接利用的难度较大,所以通过改良热带地区抗性水稻品种的农艺性状是水稻细菌性条斑病抗性育种的关键.例如,可以利用热带地区的抗水稻细菌性条斑病品种与农艺性状优良的品种先进行杂交,然后再回交,转换成抗性和农艺性状皆佳的水稻品种再进行种植[26].此外,辐射诱变育种也是水稻细条病抗性育种的重要组成部分,如水稻细菌性条斑病高抗品种‘佳辐占’就是通过‘佳禾早占’与‘佳辐418’杂交而来,‘佳辐418’是水稻经辐射诱导而来的突变体[7].分子标记辅助选择(MAS)技术也在水稻细菌性条斑病的抗性育种中得到了充分的应用.例如,李齐向等通过筛选出与水稻细菌性条斑病抗性QTL紧密相连的SSR 分子标记,再以此为筛选标记,经过回交,培育出聚集2~4 个抗性QTL 的抗性品种,MAS结果表明,有效聚合多个抗性QTL是培育广谱抗水稻细菌性条斑病品种的有效途径[27].非寄主抗性也在水稻的细菌性条斑病抗病育种工作中得到了应用.对玉米和高粱细菌性条斑病具有明显抗性的Rxo1 基因在转化到水稻体内后也能产生明显的水稻细菌性条斑病抗性[8],并培育出对水稻细菌性条斑病具有高度抗性的水稻品种‘LYZ-Xa23-Rxo1’.利用非寄主抗性基因对于培育水稻细菌性条斑病抗性品种具有巨大的启发性与应用价值.
2 水稻细菌性条斑病的生物防治
水稻细菌性条斑病的生物防治主要集中于对生防菌的发现与利用以及对高效抑菌活性物质的筛选,该病的抑菌活性物质可分为细菌源,真菌源以及植物源.
2.1 细菌源抑菌物质
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyoliquefaciens)是一类重要的生物资源,它通过产生小分子量抗生素以及抗菌蛋白等物质抑制多种植物病原菌的生长[28].在对该菌菌株XL-11 的研究过程中发现其提取物Surfactin具有明显的抑制水稻细菌性条斑病菌生长的作用,田间防治效果也较为显著,达到61% 以上[29].以Surfactin 作为先导化合物,对其进行部分结构上修饰,再通过高通量筛选,可作为获得更高效的新的生物防治剂来源.此外,从水稻根系处分离的营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus）也对水稻细菌性条斑病菌具有高效的防控作用[30].田间效果检测表明,80 亿活芽孢/g 营养型芽孢杆菌可湿性粉剂田间防治效果在60%以上[31],且该型农药对水稻无毒无害,是一款理想的新型生物源农药.
2.2 真菌源抑菌物质
禾长蠕孢菌稗草专化型（Helminthosporiumgramineum Rabenh. f.sp. echinochloae,简称HGE）是一种病原真菌,主要侵染稗草,孢子和初毒素可用于田间稗草的防治[32].但也有研究表明HGE菌对水稻细菌性条斑病具有良好的防效.从该菌中提取的初毒素对水稻条斑病菌的抑制菌环直径达到22.5&plun;2.17 mm,最低杀菌浓度(MC)为1.5625 mg/mL,抑菌效果显著高于同浓度下的其他化学防治药剂[33].并且由于其初毒素为次生代谢产物,提取方法较为简单,生产成本低,且抑菌效果明显,具有开发成新型真菌源杀菌农药的巨大潜力.此外,担子菌门菌物花脸香蘑也可用于水稻细菌性条斑病的防治.研究表明,花脸香蘑活性提取物中二萜化合物具有明显的抗癌和抑菌效果[34].并且发现花脸香蘑摇瓶发酵液的乙酸乙酯萃取物对水稻细菌性条斑病菌具有明显的抑制活性,在粗提取物为200 μg 时,抑菌直径达达38 mm,最低抑制量仅为6.5 μg/mL[35].可对起防治效果的主要物质进行深入探究,明确其化学组成及分子结构,为合成新的抗水稻细菌性条斑病生物源农药奠定基础.
2.3 植物源抑菌物质
狭叶十大功劳是一种常见的药用植物和观赏性植物,在中国分布广泛.人们发现狭叶十大功劳的提取物小檗碱对水稻细菌性条斑病菌具有较强的抑制效果,小檗碱的有效中浓度EC50 为2.9008 mg/L,当小檗碱与化学药物喹啉铜以质量比为7:1 复配时,防治效果可达66.5%,比各组分单用效果都要强[36].此外,从佛甲草(Sedum lineare)中提取的没食子酸也对水稻细菌性条斑病具有明显的防治效果.盆栽试验中没食子酸对水稻细菌性条斑病的防治效果达到60%以上[37].并且由于狭叶十大功劳和佛甲草在中国分布广泛,栽培简易,有效物质的提取方法较为简单,非常有利于高效、新型的生物源农药的合成与开发.
3 水稻细菌性条斑病的化学防治
化学防治仍然是目前控制水稻细菌性条斑病最主要的防治方法,在水稻不同的生长周期中使用的化学农药种类与目的也不尽相同.在水稻播种前期,使用稀释5000 倍的浸种灵浸种36 h,然后催芽播种,以及在秧苗的三叶期或移栽前的一两天施用稀释50 倍的40%的强氯精都可以有效地清除残留在种子及秧苗上的水稻细菌性条斑病菌,减少初侵染源,起到预防水稻细菌性条斑病发生的作用.
在水稻感染细菌性条斑病初期,使用10%的叶枯净可湿性粉剂可有效地防止病情的扩增,叶枯净为保护性杀菌剂,具有强烈的抑制水稻细菌性条斑病菌生长的作用[38].此外,20%的叶枯灵可湿性粉剂、20%的叶青双可湿性粉剂都可对稻细菌性条斑病进行有效的防控,防治效果都在75%以上[39].但在化学农药使用时要注意交替轮换使用,避免病原菌产生新的抗药性.
4 综合防治控制水稻细菌性条斑病
在复杂与不确定性因素很多的田间环境中,很难依靠单一的防治措施对水稻细菌性条斑病进行有效的防控.因此,必须采用首先控制初侵染源,然后在水稻生长周期中对病害发生进行及时预测,并有机结合多种措施进行防治,最后在收获后期及时清除秸秆及田块中的病残体.只有通过结合多种全方位防治措施才能对水稻细菌性条斑病进行更为有效的综合防控.
4.1 初侵染源的防控
要切断水稻细菌性条斑病的初侵染源主要侧重于选择具有高效抗病性的水稻品种,减少后期的发病风险与控制成本.但要注意抗病品种的轮换,避免单一抗病品种的长期种植.其次,选取未发病过的田块进行繁殖育种,培育无病秧苗.并严禁从水稻细菌性条斑病病区引种,加强检验检疫.此外,对感病田块在水稻收获后进行秸秆回收,清除病残体,避免为病原菌提供越冬场所而成为来年的初侵染源.对发病田块进行消毒处理,减少病原菌的残留量,降低来年的发病风险.
4.2 预测预报与防治
在水稻的生长周期中,对水稻细菌性条斑病的流行与发生进行及时的预测预报.结合当地历年的气象资料与发病情况,分析出发病规律,做好初发病期的预测[40],注重对分蘖,孕穗以及风雨天气过后这些易感病期感病情况的查看与防控,做好发病程度的预测预报.发病后,要有机结合化学防治、物理防治、生物防治、农业防治等措施对病情进行综合防控,避免单一防控措施的过度使用.同时也注意田间的水肥管理,避免漫灌,控制氮肥的施用,增加磷、钾肥的比例.控制化肥的施用,增加有机肥的比例,促进水稻的健康生长与抗病性的提升.
5 展望
综合来说,对于水稻细菌性条斑病的防控应从现在的以化学防治为主,生物防治为辅的防治策略转为未来的以遗传育种和生物防治为主,向农业的可持续化发展不断转型.以化学防治为辅,对于化学药物做到尽量少用,精用,与生物源农药进行混配使用,尽量减少对其他生物和环境带来的次生危害.遗传育种是防治水稻细菌性条斑病的发展趋势,有待人们去发现和克隆更多有效的抗水稻细菌性条斑病基因,寻找广谱和高效的优质抗性水稻资源,尽量利用水稻本身的抗性防控该病.目前,改善处于热带地区的抗水稻细菌性条斑病优质品种的农艺性状,培育出稳定、持久的抗病品种是解决该病的研究热点与难点.
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