水稻稻曲病生物防治研究进展

马佳，张薇，耿雷跃，李海山，徐颖莹，张启星*

（1.河北省农林科学院滨海农业研究所，河北唐山063299；2.河北省农林科学院，河北石家庄050051）

水稻稻曲病生物防治研究进展

马佳1，张薇1，耿雷跃1，李海山2，徐颖莹1，张启星1*

（1.河北省农林科学院滨海农业研究所，河北唐山063299；2.河北省农林科学院，河北石家庄050051）

由稻绿核真菌引起的稻曲病已成为水稻生产的主要病害之一。作者对水稻稻曲病菌的生物学特性及为害情况进行了概述，从拮抗微生物、基因工程和生物制剂3个方面对水稻稻曲病生物防治及其利用的研究进展进行了综述，对当前稻曲病生物防治研究中存在的主要问题进行了探讨，并就如何进一步深入开展稻曲病相关研究进行了分析与展望。

水稻稻曲病；生物防治；研究进展

水稻稻曲病（rice false smut），又称伪黑穗病、黑球病等，是由半知菌亚门绿核菌属绿核菌〔Usti原laginoidea virens（Cooke）Tak〕引起的发生在水稻穗部的真菌性病害[1]，广泛分布于亚洲、欧洲、非洲、美洲等地的水稻种植区[2，3]。历史上，稻曲病因发病率较低，仅作为水稻的次要病害[4]。近年来，在全球气候变化的影响下，随着水稻品种更替、优质高产杂交稻大面积推广以及氮肥施用量的增加，稻曲病的发生范围不断扩大，为害逐年加重，已经由次要病害上升为主要病害，极大地影响了水稻高产、稳产以及食品安全。

目前最常见的水稻稻曲病防治措施是化学防治，但防治过程中对化学农药的过分依赖，不仅使病原菌的抗药性和耐药性日趋严重，导致防效甚微，而且还存在环境污染的弊端[5]。生物防治具有对环境友好，无残留、不易使病菌产生抗药性等优点，因此，利用生物防治探索控制水稻稻曲病的途径具有非常现实的意义。作者对水稻稻曲病菌的生物学特性及为害情况进行概述，从拮抗微生物、基因工程和生物制剂3个方面对水稻稻曲病生物防治及其利用的研究进展进行综述，并对今后深入开展稻曲病相关研究进行了分析和展望。

1　水稻稻曲病菌的生物学特性

水稻稻曲病出现较早，我国明代李时珍所著《本草纲目》中就记载有“硬骨奴骨穗霉者”，即是对稻曲病的描述[6]。1874年Cooke等[7]首次在印度发现稻曲病，并于1896年命名其病原菌为Ustilaginoidea virens（Cooke）Takaheshi。此后，关于稻曲病病原菌的分类问题一直存在争议，有研究认为，其病原菌属于子囊菌纲麦角菌目麦角菌科绿核菌属〔Ustilaginoidea virens（Cooke）Takaheshi〕，是一种无性态；也有研究认为，其病原菌属于子囊目麦角科拟黑粉属（Clavicepsoryzaesativae Hashioka.），是一种有性态。目前，将无性态和有性态作为稻曲病菌的2种不同生活阶段[8]。

稻曲病菌分生孢子萌发的最适温度为22～31℃，最适pH值为6.0～7.0[9]。厚垣孢子、子囊孢子和薄壁分生孢子是稻曲病菌产生的3种分生孢子。其中，厚垣孢子最为常见，分为黄色厚垣孢子和黑色厚垣孢子。黄色厚垣孢子颜色较浅且呈现浅黄色，胞内基质均匀，孢子较易萌发；黑色厚垣孢子颜色较深，常呈现墨绿色，胞内基质浓缩，周围刺状突起明显，孢子通常不萌发，需打破休眠后才能萌发[10，11]。厚垣孢子和子囊孢子萌发都可以形成薄壁分生孢子，这3种孢子均可侵染水稻从而引发稻曲病[12]。稻曲病多发生在水稻始花期至乳熟期，病原菌主要侵染谷粒[4]，病粒初期呈黄绿色，之后变为暗绿色或墨绿色，最终深化为黑色。

2　水稻稻曲病的为害概况

水稻稻曲病在全球水稻主产区发生较为广泛，在亚洲各国发生严重。20世纪初期，菲律宾大规模发生稻曲病，严重影响了水稻产量；80年代，缅甸水稻稻曲病大流行；90年代，印度部分地区稻曲病发生严重，造成产量损失[13，14]。在我国，稻曲病在20世纪30～40年代首次发生，直到50～60年代依旧是零星发生；随着杂交水稻的大面积推广以及水肥水平的不断提高，该病的发生日益严重，自20世纪80年代以来，我国东北、华北、西南、江南等水稻主产区均发生了不同程度的稻曲病，严重时发病面积达75.4%，稻谷产量受到严重影响[15]。稻曲病的发生不仅影响水稻产量和品质，而且稻曲病粒中还含有对人畜有害的毒素，威胁人类的身体健康。

3　水稻稻曲病生物防治的研究进展

3.1拮抗微生物的研究

3.1.1真菌类真菌类微生物用于植物病害生物防治的报道较多，其中，木霉菌属（Trichoderma）真菌因既可以产生次生代谢物等生物活性物质来拮抗植物病原真菌或细菌，又能促进植物生长，增强植物防御病害的能力[16]，所以，常被用于真菌病害的生物防治。在水稻稻曲病的生物防治中，木霉菌也抢演了非常重要的角色。刘路宁等[17]用色谱法通过分离、纯化从绿木霉菌株TY009培养液中获得胶霉毒素，采用常规抑制方法测定发现在低pH值的孢子悬浮液中，10 μg/mL的胶霉毒素能够完全抑制稻曲病菌的孢子萌发和次生孢子的形成。梁志怀等[18]采用将含药培养基诱导与紫外线诱变相结合的方法，对木霉菌株T2-16进行了遗传改良，使其具有抗三唑类杀菌剂的特性，由此获得了13株具有较好耐药性的木霉菌突变体，通过平板对峙培养发现木霉菌突变株对稻曲病菌的抑制率可以达到48.9%～62.2%。黎小亮等[19]研究发现，木霉菌素衍生物3 g（EC50=0.74，3.58 mg/mL）对水稻稻曲病菌的抑菌活性达到了100%。

目前，国内外学者已经分离筛选出多种木霉菌，有益木霉菌主要有哈茨木霉（Trichoderma harzianum）、深绿木霉（T.atroviride）、长枝木霉（T.longibrachia原tum）、棘孢木霉（T.asperellum）等。但是应用于稻曲病生物防治的木霉菌种类却相对较少，应用木霉菌进行生物防治也多处于试验阶段，通常采用实验室内与病原菌进行平板对峙培养的方法，而在温室与田间的应用报道相对较少。

3.1.2细菌类利用生防细菌防治植物病害是生物防治的重要内容，目前已显示出良好的应用前景。生防细菌主要包括芽孢杆菌属（Bacillus）和假单胞菌属（Pseudomonas），常见的用来防治稻曲病的芽孢杆菌主要是枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）。兰时乐等[20]发现对稻曲病菌具有较强拮抗能力的2株枯草芽孢杆菌A1和H-51，两者的发酵液对稻曲病菌最大抑制率分别为67.66%和62.87%，对病菌分生孢子的萌发抑制率分别为77.37%和59.74%。李竞生等[21]测定了枯草芽孢杆菌Xi-55对稻曲病菌的孢子萌发影响、抑菌率、致畸性作用，结果发现，Xi-55的发酵液对稻曲病菌的抑制率为54.64%，对稻曲病菌分生孢子萌发的抑制率为69.33%。枯草芽孢杆菌由于拮抗稻曲病的抑菌效果较好，部分已投入田间应用，并取得了较好的防效。尹小乐等[22]从云南、江苏采集的土样中分离出细菌分离物，通过初筛和复筛获得了2株生长较快的枯草芽孢杆菌，对稻曲病菌生长的抑制率分别达到97.2%和85.9%；通过田间试验检测，这2株拮抗细菌的发酵液对稻曲病的防治效果分别为47.88%和43.12%。由此可见，枯草芽孢杆菌防治水稻稻曲病具有较大的应用潜力。

假单胞菌具有强大的繁殖能力和定殖能力，以及在土壤中与其他微生物竞争营养的能力，因此，在生物防治中不仅能够防治作物病害，而且能够促进作物生长，在稻曲病防治中表现出较好的防效。陈莎等[23]分离到1株红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）的光合细菌cs-1，发现其发酵上清液原液对稻曲病菌孢子萌发抑制率高达100%，对平板上生长的稻曲病菌抑制率达到57.53%，稻曲病菌经cs-1发酵上清液原液处理后，病菌菌丝分支间距明显缩短，断裂严重，菌丝体变细，并伴有原生质凝结及溢出的现象。此外，浓度适宜的cs-1发酵液能提高水稻体内过氧化氢酶的活性，能够在一定程度上增强水稻的抗逆性。

3.1.3放线菌类放线菌作为最早应用到生产中的生防微生物，其次级代谢产物中提取的抗生素具有较高的抑菌活性，因此，放线菌在植物病害的生物防治中具有广泛应用[24]。鄢一笑等[25]检测了放线菌株F26-T对水稻稻曲病菌的平板抑菌、田间防效及其在水稻叶围的定殖效果，发现F26-T菌株对稻曲病菌有较强的拮抗作用，水稻叶围喷雾接种后第3～6 d，F26-T就已逐渐适应叶围环境，进入定殖生长阶段，其孢子悬液原液的田间相对防效高达76.93%。生产上多将放线菌制成抗生素应用于农业、工业和医疗等领域，因此，可以考虑将其制成生物农药应用于稻曲病的防治。

3.2基因工程技术的利用

生防菌除了可以直接应用于田间防治病害外，还可以应用到水稻抗病育种上。将能够使植物产生诱导抗病性的激发子转化植物，可以获得具有抗病性的转基因植物。Harpin蛋白是生物防治常见的蛋白激发子，利用基因工程方法表达Harpin蛋白，将其应用于水稻稻曲病的防治研究已有相关报道。曹静等[26]从青枯劳尔氏菌（Ralstonia solanacearum）ZJ3721中鉴定出大小为39.79 kDa的新Harpin蛋白popW，能够诱导植物产生水杨酸介导的SAR系统抗性，且浓度为2.5 mg/L的popW蛋白对水稻稻曲病的田间防效为86.84%，能够有效抑制稻曲病的发生。

另外，利用植物自身的抗病基因防治稻曲病也取得了一定的进展。hrf1是来源于水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv.Oryzae）JxoⅢ菌株的hrp基因簇成员，编码产物为蛋白类激发子HarpinXoo。邵敏等[27]将hrf1转到水稻，转hrf1水稻对稻曲病有较好的抗性，其在安徽潜山和江苏南京试验地的防效分别较对照提高65.7%和70.8%。赵梅勤等[28]研究发现，由水稻条斑病菌（Xanthomonasoryzaepv.Oryzicola，Xooc）hrp基因簇中hpa1编码的植物抗病激活蛋白HarpinXooc。hpa1构建于表达载体（pET21a（+））上，经诱导表达的产物HarpinXoo处理水稻，可使水稻体内的NPR1、OsPR1a、OsPR1b和PAL被激活转录表达，HarpinXoo蛋白可诱导水稻产生抗病性。

3.3生物制剂的应用

利用有益微生物次生代谢物质制成的生物制剂能够有效防治田间稻曲病，其中，应用较多的是生防细菌制成的生物农药。湖南省植保专家研制的生防杀菌剂PSB-10，对稻曲病孢子萌发的抑制率高达100%，对稻曲病的田间防效达到76.32%，且无毒副作用，水稻产量较对照增加5.12%[29]。枯草芽孢杆菌水剂——纹曲宁是由拮抗细菌B-916（Bs）与井冈霉素复配而成的微生物农药，对稻曲病等常发生在水稻生育后期的病害有较好的防治效果，并具有无毒、抗菌谱广、持效期长、效果稳定等特点[30]。通过将蜡质芽孢杆菌与井冈霉素复配制成的生物农药，能够有效防治无公害水稻的稻曲病[31]。真菌类生物农药的应用也取得了一定成果，多哈木霉菌已被制成新型微生物菌剂应用于稻曲病的防治。蛋白类激发子可以诱导植物产生抗病性，将其制成生物农药，不仅能够抵御病害，而且还可以激发植物的免疫机制，从而增强抗病性。利用HarpinXoo蛋白制成含量1%的微颗粒制剂，其对水稻稻曲病的防治效果与井冈霉素相当，且水稻增产6%以上[28]。

4　问题与展望

当前，绿色生产日益受到人们的关注，人们对食品安全的要求越来越高，生物防治已成为防治水稻病害的重要途径。虽然利用微生物防治水稻稻曲病已经取得了一定成效，但是防治过程中仍然存在一些亟待解决的问题。由于大多数生防菌需要进行筛选鉴定，因此所需工作量很大，且具有盲目性和随意性，容易造成时间和精力的浪费，工作效率低下。此外，由于试验条件与野外的自然环境存在很大差别，因此，常导致一些生防菌在野外的定殖能力很差，同时由于野外环境中温度、湿度等多种因素的干扰，也会导致生防菌的防效严重下降[32]。

为解决稻曲病生物防治在实际应用中的问题，可采用添加其他成分的有益菌种来诱导生防菌产生抗生素，以此缓解生防菌的不稳定性，提高其定殖能力和防治效果。同时，与化学药物的交替使用，能够提高生防菌株的成活率[32]。水稻作为寄主，与病原物稻曲病病菌、生防微生物和周围环境之间的关系是紧密相关又错综复杂的，要研究并明确水稻叶部、穗部的生防微生物与稻曲病菌以及其他病原物、分泌物和各种外界环境因子之间的互作关系与动态变化规律，就必须有针对性地调控无机与有机环境，达到一个新的动态平衡，以利于生防微生物达到有效浓度，提高生防微生物对环境的适应能力，更好地发挥其防病促生等生防功能，从而促进水稻生长，增强水稻抗病性。今后，还可利用分子遗传学和功能基因组学的研究技术方法，分离和克隆生防微生物的抗病基因，利用转基因技术合成新的持久抗稻曲病菌的水稻新品种[1]。这也为研究者们提供了未来研究的方向。

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Research Advance in Biological Control of Rice False Smut

MA Jia1，ZHANG Wei1，GENG Lei-yue1，LI Hai-shan2，XU Ying-ying1，ZHANG Qi-xing1*
（1.Institute of Coastal Agriculture，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Tangshan 063299，China；2.Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，China）

Rice false smut caused by Ustilaginoidea virens is one of the most destructive diseases in many rice-growing areas.The biological characteristics and damage situation of rice false smut were introduced in the paper，the biological control and its progress of rice false smut about antagonistic microorganisms，genetic engineering and biological agents were summarized.We also discussed the existing problems and direction of further studies on the disease.

Rice false smut；Biological control；Research advance

S435.111.4

A

1008-1631（2016）05-0059-04

2016-04-20

马佳（1987-），女，河北石家庄人，研究实习员，硕士，主要从事水稻病害防治研究。E-mail：mjxingkong@126. com。

张启星（1963-），男，河北秦皇岛人，研究员，主要从事水稻育种栽培研究。E-mail：nkszqx@163.com。