利用生物技术创制抗稻瘟病水稻新种质

利用生物技术创制抗稻瘟病水稻新种质

石灯文 1 , 贾学进 2 ，

1. 来宾市兴宾区农业技术推广站 , 广西来宾 , 546100

2.来宾市兴宾区三五镇农业农村综合服务中心,广西来宾,546109

摘要：在世界粮食作物中，最重要的就是水稻，但是囊真菌会引发稻瘟病，对水稻产量和质量造成严重影响，采用化学防治法，不仅需要大量的生产成本，还会对环境造成严重污染。所以，应当引入生物技术，例如分子标记法、转基因法等等，可以实现对稻瘟病的有效控制和预防。本文主要介绍了几种可以提升水稻抗稻瘟病能力的生物技术。以期为筛查抗稻瘟病水稻和选育新品种提供有效支持。

关键词：生物技术；抗稻瘟病水稻；新种质

目前，抗稻瘟病水稻的培育和化学防治法是病菌危害的有效防治措施，然而应用最广泛地还是化学防治法。实践证明，在稻瘟病防治中应用化学法会加大生产成本，还会严重污染生态环境，所以，应当不断研发可以抗稻瘟病基因，并在育种环节引入分子标记法，做好对抗病种材料和抗稻瘟病水稻的筛选和培育，如此，可以实现对水稻稻瘟病的有效防治。

一、转基因抗病新材料的选育

近几年，水稻转化技术不断发展，其中包含了农杆菌介导、基因打靶和外援DNA导入原生质体等技术。在不断完善这些分子生物技术的同时，转基因技术逐渐被应用到了水稻育种工作中，且成效十分显著。

转基因育种指的就是在其他遗传背景相同的受体作物中，在受体作物中倒入单个性状或多个性状的基因，进而获取没有遗传缺陷的受体作物，在杂交选育中引入常规育种技术，可以使转基因株系的性状保持稳定。在培育抗稻瘟病水稻时，科学家在受体水稻中所转入的基因，大多对病原菌具有诱导、刺激的作用，其中的有些基因是化合物合成的，会抑制病原菌生长，在经过杂交选育后，就可以完成对抗稻瘟病水稻的筛选，主要包含了几丁质酶、植物抗毒素、天花粉素等基因类型^[1]。根据研究得知，在水稻植株中转入这些基因后，会使受体材料具有更强的抗稻瘟病性能。

2. 分子标记辅助选择（MAS）

主要通过紧密连锁目的基因或标记共分离分子，筛选目的基因，所以不存在环境限制，可以做出更加可靠的选择，缓解育种工作压力。具有良好遗传背景的水稻中转入抗稻瘟病基因，并结合分子标记法，可以使帮助水稻更好的抵御稻瘟病。大部分研究者在育种抗病虫水稻时引入MAS改良技术是为了实现对检测目的基因的分子标记，然而采用轮回亲本回交单株含目的基因，就可以获取到高世代BC₄F₁，或是更高世代，接着通过鉴定和筛选农艺性状、鉴定抗病虫性和选择背景，就能够完成含目基因的培育，提升水稻抗病虫性能，且具有基本相同的农艺性状和轮回亲本^[2]。然而在实际育种环节，由于缺乏成熟的研究成果，所以，基于采用分子标记法，在轮回亲本中转入目的基因后，以能够完成对目的基因的培育，且此类育种材料具有相似的轮回亲本，所以，该方法不仅可以使轮回亲本具有更强的某一特性，但是却无法实现对新育种材料的创造，具有一定的局限性，导致改良材料与生产要求不符。所以，怎样才能够记借助分子标记法作出更加准确的选择，改良存在特定缺陷的轮回亲本，保证轮回亲本具有更优良的农艺性状，创制与生产要求相符的新型育种材料，是目前需要思考的重点。笔者在系扬籼6S和扬恢1512这两种抗稻瘟病水稻的培育过程中引入了MAS技术，并实施了多样化的育种工作^[3]。考虑到选育的两品种都为不育系，存在大量的形状，且具有一定的选育难度，而隆科638S的特点就是易感染稻瘟病，在对扬籼 6S进行选育的过程中，由于隆科638S的农艺习性更优良，开花习性更佳，且具有不育的特点，所以隆科638S被作为了主要的育种目标，研究者加强了其稻瘟病抗性，减少了其中的直链淀粉和株高，提升了其抗倒性。所以，自BC₁F₁代起，人们就开始考察含Pigm分子标记的基因单株的农艺性状和不育性，所选的单株基因不仅应当具有Pigm标记基因，还应当具有良好的弄异性和不育性，最终，人们在下一世代完成了含Pigm标记基因，且具有不育性和抗稻瘟病性能的扬籼6S的培育，与隆科638S相比，具有更好地抵御稻瘟病，并且熟期和株高略早、更低，品质性状差异不大^[4]。在以扬恢1512为恢复系抗稻瘟病培育目标时，将抗稻瘟病性能和农艺性状比华占更加的恢复系作为了主要的育种目标。所以，自BC₁F₁代开始，对于含Pi2、Pi54、Pid3、pita和Pib分子标记基因的单株，通过对其农艺性状的综合考察，选择了具有良好综合农艺性、含标记基因、比华占农艺性状更佳的单株，在出现BC1F2代之后，与以往选育含分子标记的株种相比，本研究选取了500株BC₁F₂，意味着中选概率更高；此类选择法被延续到了BC₁F₂代，通过对农艺性状、抗稻瘟病等的综合考量，完成了对扬恢1512恢复系抗稻瘟病水稻的选育。扬恢1512的抗稻瘟病性能类似于原始亲本华占，且含有比华占更优的农艺性状

^[5]。

2. 基因编辑技术在水稻抗稻瘟病中的运用

目前在水稻育种中广泛应用了转基因技术，然而该技术并不完善。首先，在非人为的情况下，基因漂流会将外源基因转入其他机体中，随机整合植物基因组，更有可能出现突变，进而污染基因库。此外，转基因农作物属于人造品种之一，会对食物链结构造成一定的破坏，难以保证生态环境的平衡。此外，由于转基因农作物无法稳定遗传，所以会对粮食生产造成影响，导致社会各界开始怀疑转基因技术的健康性和安全性，也难以得到社会的广泛认可，为了解决此类问题，随之出现了基因编辑技术。该技术所用到的核酸酶具有特殊的序列，无法保证DNA双链在基因组内部的完整性，进而出现内源修复细胞，最终可以精确修饰DNA也定序列。目前，在任意物种内切割任意核酸序列时，主要会用到的核酸内切酶有4类，分别具有特定序列、范围大等特征，此技术为抗稻瘟水稻品种的培育创造了新机遇^[6]。

结束语：

在发生了2次绿色革命后，水稻育种的目标出现了明显的变化，目前在选育新品种的过程中，更重视产品的质量、产量和抗病性等。但是，在培育抗病水稻时，易燃易爆常规育种法为主，也就是杂交和回交等。同时将农艺性状和抗性作为了综合考量指标，在目标株系中导入了抗病品种中含有的抗稻瘟病基因，实现了对新抗病品种的培育，例如广东省的粤晶丝苗2号、齐粒丝苗等主要的优质稻，沈阳农业大学完成了对沈农系列水稻等的选育，然而，以往在培育抗稻瘟病水稻时，大多会基于以往的经验，在选育环节经常会遇到低效选择、丢失抗病性等问题。所以，我国在不断发展生物技术后，育种家有机地结合了分子育种和传统育种这两种技术，可以更加高效、更高水平的选育出具有抗稻瘟病性能的水稻。

参考文献：

[1] 张荟, 周鹏, 涂诗航,等. 利用分子标记辅助选择技术创制抗稻瘟病水稻新恢复系[J]. 分子植物育种, 2015(9):5.

[2] 陆展华, 何秀英, 刘维,等. 隐性抗稻瘟病基因 pi55 在广东水稻主栽品种中的分布及种质创制[J]. 分子植物育种, 2019, 17(19):9.

[3] 肖宇龙, 李湘民, 余传元,等. 江西省稻瘟病生理小种致病力测定及1组水稻优质新种质的稻瘟病抗性表现及应用评估[J]. 江西农业学报, 2018, 30(4):5.

[4] 张亚玲, 高清, 赵羽涵, et al. 黑龙江省水稻种质稻瘟病抗性评价及抗瘟基因结构分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(4):16.

[5] 朱小丽. 水稻种质资源抗稻瘟病基因的等位基因挖掘[D]. 浙江师范大学, 2015.

[6] 孙一丁, 马继琼, 杨奕,等. 5个稻瘟病抗性基因在云南水稻育种中的利用分析[J]. 分子植物育种, 2018, 16(6):11.