华南稻区首次发现稻曲病菌的有性态①

张容博，许开南，钟克财，张正淳，王忠文，张君成*

（1.广西大学农牧产业发展研究院 南宁市 530004；2.广西大学农学院 南宁市 530004）

水稻是我国主要粮食作物，由稻曲病菌（Ustilaginoideavirens）侵染引起的稻曲病在我国各水稻产地普遍发生，该病害在历史上属零星发生的次要病害，但随着灌溉与用肥水平的提高以及高产型品种的普及推广，该病害已经发展成水稻的主要病害之一[1-2]。而且，稻曲病菌能产生真菌毒素，混杂于谷物中的稻曲病菌直接威胁人畜健康[3-4]。显然，稻曲病的发生流行是我国水稻生产与稻米粮食安全的重要问题。

稻曲病菌侵染水稻导致稻穗发病，形成充满菌组织和厚垣孢子的稻曲球。稻曲球可以产生菌核[5]，菌核属于稻曲病菌有性生殖发育的菌组织，菌核的萌发生长可以产生子囊孢子[6-7]，因此，菌核的形成可以作为稻曲病菌有性态发生的标志。菌核产生的子囊孢子可成为稻曲病的初次侵染来源，在病害流行中发挥作用[2,8-10]。国外有报道，在北部高海拔地区的稻田，稻曲病菌能形成菌核，而南部平原地带的稻曲病标样不产生菌核[11]，似乎菌核的形成与地理高纬度及高海拔有关。上世纪80年代，国内已在江苏省、浙江省、江西省、辽宁省、河北省、云南省等稻区相继发现稻曲病菌能形成菌核[12-17]。而黎毓干等（1986）连续2 a定点观察及调查了数千个稻曲病发病稻穗，在广东省稻区未发现有菌核形成，认为菌核形成子囊孢子不能成为广东省稻曲病的初次侵染来源[18]。广西和广东是我国的南部省份，两地水稻种植区的地理生态几乎一样。自黎毓干等（1986）报道广东未发现稻曲病菌能形成菌核之后的30多年，一直未见有广东、广西等南部省份发现稻曲病菌有性态的明确报道，人们似乎相信华南稻区的稻曲病菌不容易形成菌核[19-20]。显然，至今对稻曲病的侵染循环及稻曲病菌生活史的认识仍然有限。笔者于2020年晚稻期调查南宁市郊优质稻稻曲病发生情况时，却意外发现稻曲病标样出现菌核，因而对当地稻曲病的菌核形成情况也进行了调查，目的是取得南宁市稻曲病菌生活史更详尽的信息，以及进一步认识稻曲病菌菌核形成的地理生态，为稻曲病的防控决策提供参考。现将南宁市郊稻曲病的发生情况与田间稻曲病菌核的形成情况报道如下。

1 材料与方法

1.1 稻曲病发病状况调查

1.1.1 调查时间及地点

2020年11月1日，在南宁市青秀区刘圩镇的2个村庄进行抽样调查，具体地点为刘圩镇那床村的那芒山与刘圩镇那救村的钟坡。调查未能取得当地种植的品种名称，但普遍都属于细粒优质米类型的水稻。

1.1.2 调查方法

在2个村庄各选择5个田块，每田块沿着长方向以一字排列方式选择5个点，每点观察20丛稻株，记录发病丛数，并逐穗记录发病稻穗上的病粒数。由此计算平均每穗病粒数、病丛率、病穗率、和病情指数。按如下标准进行病情分级及计算病情指数。

1级：单穗病粒数1～5粒。2级：单穗病粒数6～10粒。3级：单穗病粒数11～20粒。4级：单穗病粒数21～40粒。5级：单穗病粒数大于40粒。

病情指数=各级数与其相应发病穗数的乘积的总和/（5×调查总穗数）×100

1.2 稻曲病菌菌核形成情况调查

1.2.1 调查时间及地点

2020年11月5日，在南宁市青秀区刘圩镇选择3个村庄进行取样调查，具体地点为那床村的那芒山（108°38′22″E，22°41′15″N，海拔高度55.0 m），大 里 村 的 那 稔 坡（108°40′23″E，22°40′56″N，112.6 m），那救村的钟坡（108°38′22″E，22°43′36″N，80.7 m）。

1.2.2 调查方法

选取稻曲病较多的田块，随机采摘发病稻穗样本，发病多的田块多采摘，发病少的田块尽可能采摘。具体操作是：一只手捏住病稻穗的穗颈，另一只手拿剪刀在穗颈下方轻轻将病稻穗剪离稻秆，再将剪下的病稻穗放入塑料袋内装存，每个塑料袋存装病稻穗约20穗，病稻穗采样完毕及标记后全部置入收纳袋内带回实验室，在实验室内仔细检查菌核形成情况。

检查菌核的方法是，用手指捏搓稻曲球，将附在稻曲球表面或嵌埋在厚垣孢子层间的菌核捏拣出来，逐个病粒、逐个病穗记录稻曲球上的菌核数量。有部分菌核在检查时，已掉离稻曲球，散落在装样塑料袋内，一并点数记录。检查记录完毕后，可取得菌核总个数、调查穗数、有菌核穗数、病粒总数、掉离菌核数，计算取得如下参数。

穗均有菌核=菌核总个数/调查穗数

有菌核病粒百分比（%）=有菌核的病粒数/病粒总数×100

2 结果与分析

2.1 稻曲病发病状况

在那床村的那芒山与那救村的钟坡2个调查点的所有抽样调查田，都存在稻曲病发病稻穗，表明当前普遍栽种的优质型水稻均可被稻曲病菌侵染致病。但不同田块的病情轻重程度不一，发病较重田块（钟坡田2）的丛发病率为12.00%，穗发病率为5.29%，病情指数为3.17；而发病较轻田块（钟坡田5）的丛发病率为3.00%，穗发病率为0.30%，病情指数为0.10。单穗形成病粒数目差别较大，少的只有病粒1粒/穗，而多的（那芒山田5）可达到74粒/穗（表1）。总合调查区域内的稻田，平均丛发病率为7.90%，穗发病率为1.37%，病情指数为0.72，总体病情较轻。

表1 南宁市青秀区刘圩镇2个调查村庄点各田块的稻曲病发生情况

表1（续）

2.2 菌核形成状况

鉴于黎毓干等（1986）认为广东稻区稻曲病菌不能形成菌核[18]，本调查之前笔者也相信包括广西在内的华南稻区的稻曲病菌不能形成菌核，因而在前面的发病状况调查时，并未注意稻曲球上的菌核问题。直到调查结束后采摘部分病穗标样回实验室备用时，发现稻曲球上有菌核掉落出来（图1），才意识到调查地存在菌核形成的现象。菌核与稻曲球的接触着生面为鲜黄色（图1-A），而朝向外界的暴露面呈墨绿色（图1-B）。菌核与稻曲球在着生状态下，一些较大的菌核通过仔细察看虽然能够辨识（图2-A），但大多数菌核通常小于稻曲球（图2-C），它们往往相嵌或嵌埋于稻曲球外层厚垣孢子层当中，且外面的色泽与厚垣孢子层的色泽一致（图2-B），因此到了发病后期，田间一般不容易识别出稻曲球上存在菌核。样，有一个菌核（箭头所指）从一粒稻曲球上掉离出来。菌核与稻曲球的着生面两者均呈鲜黄色（A），菌核朝向外界的暴露面呈墨绿色（B）。

图1 稻曲病菌菌核

图2 调查地的菌核形态大小

本文通过捏搓稻曲球的方式，将3个调查村庄点的稻曲病标样的菌核逐一捏拣出来（图2-C）并记录。结果发现，各个取样田块的发病稻穗上都发现有稻曲病菌菌核的形成。在总抽查的461个稻穗中，有49穗发现有菌核，有菌核稻穗占比为10.63%，平均每个稻穗有菌核0.62个，最多者1个稻穗可形成20个菌核。有2.60%的稻曲球能形成菌核，1个稻曲球上可见形成菌核1～3个（表2），表明南宁市近郊的地理生态适合稻曲病菌有性态的发生。具体考查各个田块，发现各田块间的菌核形成的频率并不一样，形成频率高的田块（大里村那稔坡调查田2），发病稻穗平均每穗有菌核2.12个，有9.79%的稻曲球产生菌核。而菌核形成频率低的田块（大里村那稔坡调查田1），发病稻穗平均每穗只有0.07个菌核，只有0.33%的稻曲球产生菌核，可见田块间的菌核形成频率差别较大。调查采样样本的携带、运输及观察等动作导致78个菌核掉离开稻曲球，掉离菌核的百分比为27.27%。

表2 南宁市青秀区刘圩镇3个调查村庄点的稻曲病菌菌核形成情况

3 讨论

调查发现南宁周边郊区当前普遍种植的优质型水稻均可被稻曲病菌侵染致病。已有报道，水稻不同品种之间对稻曲病的抗病性差异很大[21]，不同的用肥量也能显著改变稻曲病的发生程度[22]。本次调查各田块间的病情差别较大的原因，可能与各农户种植不同品种有关，也可能是不同的用肥水平所造成。2020年下半年南宁市及周边地区总体上为干旱少雨天气，不是稻曲病发生流行的适宜天气，本次调查总体病情偏轻，可能与此天气情况有关。不过，在总体偏轻的流行状态中，也存在单穗形成较多发病稻粒的情况，可以多达每穗74粒病粒，这些表现反映出稻曲病发生机制复杂。

在稻曲病发生流行偏轻的情况下，南宁市郊稻田都普遍发现有稻曲病菌菌核形成，这是在华南水稻产区首次发现稻曲病菌的生活史存在有性生殖发育。南宁市在当前发现稻曲病菌有性态形成发育的地区中属于国内最南部的地域（22°40′56″N），部分调查地的海拔高度只有55 m，这样的地理参数表明，低纬度和低海拔并不是稻曲病菌菌核形成的重要限制因素。依据本调查总体计算结果，单穗平均形成菌核为0.62个，但也出现单个稻穗可形成20个菌核的情况；大多数稻曲球上形成1个菌核，但也存在单个稻曲球上可以形成3个菌核的情况（表2），这些数量特征表明稻曲病菌菌核形成的机理复杂。

有报道，稻曲病菌菌核的形成需要低温诱导[19-20]。南宁稻区的稻曲病菌能正常形成菌核，说明当地的温度生态可以满足菌核形成的需要。2020年秋季，南宁地区的天气属常规状况，没有明显的异常于往年的寒冷低温天气，因此，很可能往年也有菌核形成，以及华南其他地方的稻田也能形成菌核。

调查区域的菌核形成频率在0.33%～9.79%，平均形成频率为2.53%，与国内菌核常发地的菌核形成频率（2.1%～15%）相比[6]，菌核形成频率似有偏低。已经发现稻曲病菌的有性生殖属异宗配合的类型[23-24]，而异宗配合的真菌只有性亲和的异性菌株接触生长才有机会完成质配和核配。病菌群体异性菌株的比例不同，会导致两性菌株的接触机率不同。南宁稻区调查区域总体菌核形成频率较低，可能是两个交配型中，有一性别交配型菌株的比例偏低。不同田块间菌核形成频率差别较大，也可能是不同田块中的两性菌株的比例差别较大所致。

调查发现，仅有少部分（27.27%）的菌核掉离稻曲球，大部分菌核仍留在稻曲球上。本次菌核调查的动作过程包括：田间采摘病穗及手拎样本袋在田间走动、样本随交通车辆颠动、观察时的样本拿取动作等，似乎与田间收割动作等效，也就等同于田间形成的菌核大部分可被收割带走。有报道稻田形成菌核数目可高达225万个/ha[6]，但实际掉落在田间的菌核可能没有想象的多，意味着田间形成的菌核只有少部分能进入稻曲病的侵染循环。

有性繁殖过程的基因交换与重组能给稻曲病菌提供广泛的遗传变异，增加病菌群体致病性的复杂性，进而增加稻曲病菌克服品种抗病性的潜力，直接造成病害防控难度的增加。因此，需要重视稻曲病菌的有性态研究，也需要重视监测稻曲病菌群体致病性的组成及变化。