桂南地区杂交水稻抗性育种策略分析

2022-09-11

水稻是世界上最重要的高产粮食作物之一, 在很多地方都有种植。影响水稻产量的因素很多, 且在水稻种植生产过程中比较容易受到病害、虫害和草害的影响。长期以来, 在水稻种植生产过程中, 对病害、虫害和草害的防治主要还是依赖化学药剂和栽培措施, 但防治效果不理想。因此, 探索病害、虫害和草害综合防控新方法的研究已经成为农业可持续发展的重大课题, 而提高作物品种自身的抗性则是最直接、最重要, 甚至是最根本的途径, 选育新的抗性品种 (组合) 仍是今后水稻育种攻关的主要目标。桂南地区是我国重要的水稻种植区域, 选育适合该区新的水稻抗性品种 (组合) , 应根据桂南地区的气候与环境特点, 进一步优化育种方法, 克服水稻遗传基因中存在的缺陷, 提高水稻对于酸性土壤、洪涝、干旱、稻瘟病和稻飞虱等病虫害的抵抗能力, 培养出适应该区生长特性的水稻品种。

1 桂南地区抗性育种现状

目前, 我国的杂交水稻已经进入了组合齐全、高产优质的育种时期, 在生产中已经广泛应用了具有组合特点的品种, 包括多抗性、多熟期及多类型品种, 如汕优3号、汕优6号、南优2号及南优3号等。抗性育种是杂交水稻育种的重要内容, 实施抗性育种的主要目标在于解决水稻单产量偏低、稻米品质不理想等问题。桂南地区属于南方稻区, 常见病虫害包括稻飞虱、白叶枯病、稻瘟病等。目前, 桂南地区的杂交水稻品种正在逐步接受抗病鉴定, 且多数杂交品种已经通过了抗病鉴定, 但能够达到高亢的杂交水稻品种较少[1]。例如, 对于稻瘟病有较强对抗性的品种未达到10个, 抗性在3级以下的品种则超过了50个。由于存在抗性差的问题, 桂南地区每年因稻飞虱、白叶枯病及稻瘟病等造成水稻大幅度减产。对此, 应重视加大抗性育种力度, 以便减少病虫害, 保证杂交水稻能够正常生长, 提高稻米的产量和质量[2]。

2 桂南地区杂交水稻抗性育种策略分析

2.1 白叶枯病抗性育种

白叶枯病由抗性寄主抗性基因与非亲和种质无毒基因产生对抗性引起, 为了提高杂交水稻抵抗白叶枯病的能力, 在进行抗性育种的过程中应注意聚合多个水稻品种中的抗性基因, 以降低非亲和杂交水稻种质中无毒基因突变的概率;同时, 减少抗性基因之间的对抗性, 拓宽杂交水稻对于白叶枯病的抗谱及降低抗性基因之间的抵抗作用。首先, 可以采用多基因抗性育种技术。在同一地区中广泛种植单基因广抗谱类杂交水稻是造成白叶枯病不断蔓延的重要原因, 因此, 在在抗性育种中不但要重视发掘新抗原, 还应聚合多种阴性基因、显性基因, 确保显性基因、阴性基因可以起到互补作用, 并在互补中增强对于病原菌的抵抗作用。例如, 可以聚合Xa2l基因/Xa3l基因/xa2基因/Xa4基因, Xa23基因/Xa2l基因/Xa4基因等。其次, 由于引起白叶枯病的病原菌结构相对简单, 因此在抗性育种中可以采用接种鉴定的方法增强杂交水稻抗白叶枯病的能力。在实际操作中, 可以根据桂南地区的优势菌群分布情况优化选择接种基因, 保证抗病基因具有一定的针对性。例如, 可以优先考虑选用新菌型、V型或IV型抗病基因, 并采用Xa5、Xa7及Xa23等作为抗性基因的接种材料, 以便在抗性育种中培育自带抗性基因, 从而有效结合微效基因与主效基因, 并确保在育种中得到抗性基因优异的水稻品种[3]。

2.2 稻瘟病抗性育种

为了提升杂交水稻对于稻瘟病的抵抗能力, 可以针对桂南地区的种植特点采用以下抗性育种策略。首先, 可以采用全基因组 (GWAS) 抗性育种方法。GWAS测序技术具有高通量的特点, 在进行抗性育种的过程中运用GWAS技术可以对杂交水稻的育种过程实现大规模重测序, 并在重测序的过程中有效发掘密度较高的SNP标记。SNP标记在抗性育种的过程中可以对杂交水稻的全基因组实现有效覆盖, 并由此保证抗性育种基因定位的准确性。目前, 在重测序中应用GWAS技术, 可以有效识别种质材料中的多个性状, 一般可达10个以上, 且对于性状的基因定位点已经超过了80个, 因此, 利用该技术可以有效提高稻瘟病抗性育种的成功率。其次, 可以运用靶向基因调控育种技术。杂交水稻的部分抗稻瘟病基因在经过RNAi沉默及过表达处理后, 虽然可以起到增强抗病能力的作用, 但容易引起杂交水稻在生长发育的过程中出现一系列负效应, 如细胞死亡、不育及植株矮化等, 这就会导致抗性育种失去利用价值。对此, 可以在抗性育种的过程中选用靶向基因调控育种技术。在水稻正常生长的条件下, 植株中的靶向基因处于低水平或无表达状态, 在植株感染稻瘟病的情况下, 靶基因则会在短时间内激活植株中的抗病信号表达活性, 进而有效增强杂交水稻的抗病能力。

2.3 稻飞虱抗性育种

桂南地区的杂交水稻普遍受到了稻飞虱的危害, 为了增强杂交水稻抗稻飞虱的能力, 可以采用以下抗性育种方法。首先, 可以利用抗源材料对中间抗性种质进行改良, 以便有效优化杂交水稻基因中的抗性材料。目前, 可以采用的抗源材料包括bph3基因、bph2基因、bph1基因、bph18基因、bph15基因及bph14基因等, 上述抗源材料多提取自野生稻, 中间抗源价值较高。其次, 可以将抗性基因导入到恢复系杂交水稻与不育系杂交水稻基因中, 并保证抗性基因来源于不同的抗源。目前, 在抗性育种领域中可以采用的恢复系或不育系抗性基因已经超过了20多种, 因此可以充分利用抗性基因聚合优势增强杂交水稻品种综合抵抗稻飞虱的能力。此外, 在对抗性后代进行筛选的过程中应尽量结合抗性鉴定与分子标记两种方法, 以有效增强抗性育种效果。在选择育种后代时通常需要综合考量各项指标, 为了改善育种效果, 则需要从早代进行连续筛选, 保证抗性株系符合育种要求。在进行抗性连续筛选的过程中可以采用BCF1技术, 以有效淘汰抗性基因无法达到要求的单株。

3 结语

抗性育种是增强杂交水稻抗昆虫取食及病原菌侵染能力的重要途径。为了改善抗性育种效果, 将昆虫、病原菌对杂交水稻正常生长过程产生的不良影响降至最低, 并增加稻谷产量, 应该选用具有针对性的抗性育种方法。农业科研具有周期长、投人多、风险大等特点, 水稻育种更是如此。这就要求水稻育种的目标具有前瞻性;同时, 应积极做好杂交水稻抗性育种方面的技术储备工作, 进一步加大投入, 开展相关研究, 促进水稻生产的持续、健康、高效发展。

摘要:虽然高产优质水稻育种技术在不断提高, 但是杂交水稻在病虫害抗性育种方面的进展则相对较为滞后, 高产杂交水稻经常遭受稻瘟病、白叶枯病、螟虫及稻飞虱等病虫害的侵扰。为进一步提高水稻生产的质量, 确保粮食供应安全, 需不断提高水稻种质的抗性, 增强水稻种植过程中的病虫害抵御能力。分析杂交水稻的抗性育种方法, 包括白叶枯病抗性育种、稻瘟病抗性育种及稻飞虱抗性育种。

关键词:抗性育种,杂交水稻,桂南地区

参考文献

[1] 陈彩虹, 粟学俊, 梁曼玲, 等.一级优质米杂交稻新组合百优838的选育及利用[J].南方农业学报, 2011 (1) .

[2] 陈峰, 傅强, 罗举, 等.苗期抗性不同的水稻品种成株期对褐飞虱的抗性[J].中国水稻科学, 2009 (2) .

[3] 陈浩, 林拥军, 张启发.转基因水稻研究的回顾与展望[J].科学通报, 2009 (18) .