水稻遗传多样性控制稻瘟病技术

摘要

水稻遗传多样性控制稻瘟病技术,是在矮杆品种(A)的杂交稻田中每隔4～8行多栽插1行高杆优质品种水稻(B),高杆品种(B)比矮杆品种(A)高20厘米以上,套栽品种的遗传差异即RGA指纹差异在10%以上,成熟期相差40天以内。本技术能有效地控制稻瘟病的流行,减少农药施用量,增强水稻的防病、抗病、抗倒伏能力,水稻产量明显提高。

说明书

本发明属于水稻栽培技术领域。

长期以来，为了满足人类粮食需求，世界各国水稻生产不得不追求多产再高产的目标，各稻区先后采取了高产品种大面积种植和其它配套措施。但是长期单一品种的大面积种植和农药化肥的过量施用，使得稻区农田生产系统日趋简单和脆弱，农业生态恶化，一方面作物病害发生频繁，病原菌菌系分化及其消长加速，导致稻瘟病的进一步滋生和蔓延；另一方面，一些传统的水稻优质老品种由于产量低、抗病性退化而逐渐被淘汰，浪费了大量的水稻品种基因资源，并使这些品质优良、经济价值高的传统水稻品种濒临灭绝。稻瘟病是世界性的水稻主要病害，长期以来，控制稻瘟病主要依靠选育推广抗病良种、合理施用化学农药、肥料和实行保健栽培等措施，而大量施用农药不仅增加了水稻生产成本，而且污染和破坏农田生态环境，对那些品质优良而不抗病的传统优质米品种即使施用农药，也难以控制稻瘟病的严重危害，这严重阻碍了水稻的生产和制约了农业的持续发展。虽然有人预测，水稻品种的遗传多样性可能是解决单种栽培水稻易受疾病侵害的一种方法，但没有人知道其中的规律，至今没有大面积应用成功的实例。

本发明的目的就是为了解决上述农业生产中长期未能解决的问题而提供一种利用生态学的方法，即利用水稻的遗传多样性，在大面积种植中不靠施用农药就能有效地防治稻瘟病、提高水稻的抗倒伏能力、达到增产粮食并保留优质遗传品种不因病害而遭淘汰的技术。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

本发明所述的控制稻瘟病技术，是在矮杆品种的杂交稻田中每隔4～8行多栽插1行高杆优质品种水稻，高杆优质品种比矮杆品种高20厘米以上，套栽的两品种的遗传差异即RGA指纹差异在10％以上，成熟期相差40天以内。

所栽插的高杆优质品种的丛距为20～40厘米，每丛4～6苗，每亩间栽1500～2000丛。

为了使控制稻瘟病的效果更好，套栽的两品种的RGA指纹差异最好为20～30％；套栽的高杆优质品种水稻最好比矮杆品种高30厘米以上；套栽的两品种水稻的成熟期最好不超过10天。

所套栽的高杆品种为传统优质稻品种如香稻、糯稻、软米等。

通过分子标记对稻瘟病菌适合度分析得知，稻瘟病菌菌株在自然条件下要成为优势群体，除了致病力发生突变外，还要在产孢能力上有明显的优势以适应新的抗病基因。

本发明利用孢子捕捉方法完成了净栽糯稻田块和混合间栽田块的稻瘟病孢子扩散规律研究，结果表明，净栽糯稻(感病)品种田块的孢子扩散距离随品种植株的发病而无限扩散，孢子扩散速度是混栽田块的5-8倍，扩散的孢子密度是混栽田块的8-20倍。混栽田块中稻瘟病孢子受植株不同抗性和不同高度的空间阻碍，扩散距离较短，扩散速度较慢，尤其是孢子密度随扩散距离的延长而急剧下降。试验结果还表明，稻瘟病菌孢子的扩散距离、扩散速度和扩散的孢子密度与病害的发病率和严重度呈正相关。

利用Rep-PCR分子指纹技术，通过不同年份定点从同一田块的净栽小区和混栽小区采集稻瘟病菌标样，进行了菌株的群体遗传结构研究。净栽籼稻品种小区的病菌遗传宗亲群较为单一，一般有1-3个宗亲群，且有明显的优势宗亲群存在；净栽糯稻品种小区的病菌宗亲群较净栽籼稻品种的多，一般为3-6个宗亲群，且无明显的优势宗亲群。结果还表明，籼稻品种的病菌宗亲群与糯稻品种的病菌宗亲群不同，存在着明显的遗传差异，而混栽田块中的病菌兼有各品种的病菌宗亲群。

研究表明，在不同的遗传相似水平，菌株遗传亲宗群与其寄主品种、地理分布有一定的相关性。

本发明利用“病菌分子指纹技术”(Rep-PCR)和“品种抗病基因分析技术”(RGA)做了大量的分析和验证工作，得出了技术方案中所述的水稻混合间栽的规律，这种规律体现在田间，就是根据水稻品种抗性与各地农户种植习惯，选择遗传背景差异较大的品种进行间套混栽，优质稻如糯稻、香稻、软米等高杆品种为套栽品种，矮杆杂交稻为主栽品种。

不同的稻瘟病菌侵染不同品种的水稻，在单种栽培的农田里，水稻品种的遗传背景比较单一，某种能够侵染水稻的病原性真菌有可能在田里无限地扩散，稻瘟病的优势效果容易滋生和蔓延；而在混合栽培的农田环境中，病菌的传播和侵染受到抑制，在同一农田种植不同品种的水稻可以限制病原体的发展，从而限制疾病的传播。经过各种实验验证得知，不同混栽组合对稻瘟病有不同的防治效果和增产作用，尤其是水稻抗性基因、遗传背景和株高等农艺性状差异越大的品种，混栽效果越好。仅仅是抗性基因不同，其他性状相似而遗传差异不大的品种混栽，效果较差。采用矮杆杂交稻与高杆优质品种混合套栽，形成了立体的植株群落，可充分利用自然的光热条件，而且，间套混栽进去的高杆优质品种的产量，就是水稻的增产量。

通过对混栽田块的田间发病环境进行观测得知，混栽田块的日平均温度比净栽田块高0.47℃左右，日平均相对湿度比净栽田块低3.59％左右，日平均光照强度比净栽田块高3469勒克司左右，植株叶片露珠覆盖面积比净栽田块低50.2％左右，且植株叶片露珠平均停留时间比混栽田块延长46分钟左右。所有这些都表明，混栽田块防止稻瘟病菌蔓延的环境比净栽田块好得多。

经过大面积种栽试验表明，水稻多品种混栽有利于水稻的生长而不利于病害的滋生，混栽技术崭断了稻瘟病的滋生和蔓延之路，稻瘟病病情指数明显下降，减少了农药施用量，使水稻的防病、抗病、抗倒伏能力大大增强，水稻产量也有明显提高。

本发明的技术，增强了稻田的生态稳定性，能有效地控制稻瘟病的流行，基本上不再需要向稻田喷施防止稻瘟病的农药，改善人与自然和谐发展的生态条件。只要合理实施品种多样性种植，将混栽品种按规律合理地搭配，不仅可产生显著的经济效益、社会效益和生态效益，而且可有效地利用和保存地方优质品种资源和遗传资源。本发明的技术方法简单、实用，符合农户种植习惯，易于为广大农户学习和接受。

下面，结合附图和实施例进一步阐述本发明。

图1所示为混栽的示意图。

首先进行品种组合选择，根据水稻品种遗传背景、农艺性状和经济性状，要求各地的选配标准为当地高产杂交稻品种为主栽品种，以优质稻如香稻、糯稻、软米等高杆地方老品种为间栽品种，两品种之间遗传差异最好大于20％，株高位差间栽品种比主栽品种高30厘米以上，生育期前后不超过10天左右为宜。如果混合间栽组合中品种成熟期不一致，可通过播种育秧期来进行调节。如果组合品种成熟期相差10天，晚熟品种提前10天播种育秧即可。品种的选择与组合要因地制宜。秧田期管理按当地农事操作程序实施。如图1所示，按目前杂交稻的条栽方式栽培矮杆品种杂交稻A，杂交稻的株距、行距和密度均与常规方法相同，矮杆品种杂交稻A的行距L1为15厘米，此相距15厘米的两行为一基本单元，每相邻的两个基本单元之间的距离L2为30厘米，在杂交稻田中每隔4行多栽插1行高杆优质品种水稻糯稻B，糯稻的丛距H为35厘米左右，每丛4～6苗，每亩间栽1500～2000丛。栽插时可同步混合间栽，也可在杂交稻移栽3-5天后，补套间栽糯稻。

实施例：2000年在云南建水县各乡镇试栽面积50174亩，根据当地实际情况，选择的主栽杂交稻品种主要有汕优63、丝优63、特优63、Ⅱ优63、汕优22、汕优多系一号等，间栽品种主要以黄壳糯、紫糯、元江糯、松子糯、香谷等为主。间栽方式为每隔4-6行杂交稻多间栽一行糯稻，杂交稻栽插密度与当地习惯高产密度一致，糯稻丛栽，每丛4-5苗，丛距为30-40厘米，每亩间栽1500-2000丛为宜。混栽水稻品种记载见表一，混栽技术应用推广效果见表二，混栽大田示范推广不同密度农艺性状及产量见表三。

表一：

                                      2000建水县水稻品种多样性混合间栽水稻品种记载表

编号    品种名称 类型 种植年限  (年) 种植 面积  (亩)  种植  反映 (R/S)    生育期      (天)  株高  (CM)千粒重 (克)   穗粒数    (粒) 理论产量 公斤/亩          遗传背景1    丝优63籼型    4 20000    R    170天左右 80-100 25-27   130-160 550-680    优质不育系丝苗A/明恢632    汕优63籼型    16 15000    R     165-175 901-10 26-27   120-150 600-700    珍汕A/明恢633    特优63籼型    3 10000    R     170-180 100-115 26-28   130-150 600-700    龙特浦A/明恢634  汕优多系1号籼型    6 5000    R     160-170 100-110 26-27   130-140 500-600明恢63/Tetep//明恢63///明恢635    Ⅱ优501籼型    7 2000    R     170-180 100-110 27-28   150-170 600-700    Ⅱ-32-8A/绵恢5016    黄壳糯粳型30年以上    S     160-180 130-160 25-27   140-160 200-4007     紫糯籼型20年以上    S     160-170 130-150 24-27   100-140 300-4008    白壳糯梗型30年以上    S     170-190 140-170 23-26   120-160 200-3009   勒白香谷梗型30年以上    S     140-150 120-140 23-25   110-130 200-30010    元江糯粳型20年以上    S     160-170 130-150 24-26   110-120 200-4001 1    松子糯粳型30年以上    S     140-150 120-140 23-25   100-120 250-300表二：

                                     2000年建水县水稻品种多样性混合间栽技术推广应用效果统计表

注：每公斤糯谷按2元计：农药用量主要指防稻瘟病用药量。

表三：

                           2000年建水县水稻品种多样性混合间栽大田示范推广不同密度农艺性状及产量调查表

地点户主栽插方式品种抗倒性                             主要农艺性状表现 产量(kg/亩) 栽插 密度(万丛/亩) 备注株高(cm)亩有效穗 (万) 每穗 实粒 每穗 空粒空秕率 (％)千粒重  (g)西庄白家营杨仕华混栽R∶S=4∶1丝优63直96.4 20.87 124.6 17.2 12.13 26.5 689.1 1.480抗倒性用“直”“斜”“倒”“伏”来表示R∶S=4∶1表示每隔4行矮杆品种套栽一行高杆优质品种紫糯斜152.3 1.46 136.9 11.6 7.81 25.8 51.6 0.182西庄谢家湾罗兴贵混栽R∶S=4∶1汕优63直94.8 21.32 1293 25.7 16.58 25.9 713.98 1.542黄壳糯直146.2 1.49 14.2 10.4 6.86 26.7 56.2 0.173西庄马坊毛增艳混栽R∶S=4∶1汕优63直98.6 19.76 130.4 20.8 13.76 26.9 693.1 1.425黄壳糯直140.3 1.68 148.6 14.2 8.72 26.4 65.9 0.187西庄谢家湾王毛友混栽R∶S=4∶1丝优63直97.4 22.36 118.8 33.6 22.05 26.8 711.9 1.644黄壳糯直136.8 1.84 130.8 14.5 9.98 26.7 64.3 0.188西庄马坊沈其萍混栽R∶S=4∶1特优63直110.4 18.96 128.7 16.4 11.30 26.9 656.4 1.436紫糯直148.6 1.98 139.5 8.7 5.87 26.4 72.9 0.212东山坝周家明混栽R∶S=4∶1冈优22直105.7 19.34 120.6 21.8 15.31 26.2 611.1 1.526黄壳糯直139.2 1.86 131.4 16.1 10.92 26.1 63.8 0.138东山坝李华龙混栽R∶S=4∶1丝优63直102.9 18.83 126.5 24.9 16.45 26.4 628.8 1.582白壳糯直140.5 1.45 137.2 16.7 11.22 26.8 43.3 0.122表三(续)：

                        2000年建水县水稻品种多样性混合间栽大田示范推广不同密度农艺性状及产量调查表

地点户主栽插方式品种抗倒性                                主要农艺性状表现  产量 (kg/亩)  栽插  密度(万丛/亩)  备注株高(cm)亩有效穗  (万) 每穗 实粒 每穗 空粒 空秕率  (％)千粒重  (g)面甸严自玉混栽R∶S=4∶1丝优63直93.4 20.12 112.9 19.7 14.86 26.3 597.4 1.488抗倒性用“直”“斜”“倒”“伏”来表示R∶S=4∶1表示每隔4行矮杆品种套栽一行高杆优质品种黄壳糯斜153.8 1.27 124.7 20.6 14.18 25.8 40.9 0.153面甸王秀美混栽R∶S=6∶1汕优63直102.7 22.34 117.8 15.4 11.56 24.7 650.0 1.567黄壳糯斜148.3 0.98 134.9 33.5 19.89 25.6 33.8 0.085面甸刘国兴混栽R∶S=6∶1特优63直105.6 21.08 120.3 26.2 17.88 26.7 667.1 1.524黄壳糯斜149.5 1.09 138.4 17.8 11.40 26.5 39.980.078面甸刘朝义混栽R∶S=6∶1汕优63直98.8 20.85 130.6 32.3 19.83 25.9 705.3 1.456黄壳糯直140.4 1.32 136.5 13.8 9.18 26.1 47.0 0.098面甸徐万生混栽R∶S=6∶1丝优63直96.5 21.88 126.4 14.6 10.35 26.2 724.6 1.540黄壳糯直142.6 1.42 137.1 30.7 18.30 26.5 51.6 0.089曲江周家祥混栽R∶S=4∶1特优63直113.5 22.06 118.3 26.1 18.07 25.4 662.9 1.762白壳糯直152.6 1.36 130.4 18.4 12.37 26.1 46.3 0.144曲江钱艳梅混栽R∶S=4∶1Ⅱ优63直108.1 21.84 121.2 29.9 19.79 26.4 698.8 1.638黄壳糯直149.2 1.46 136.5 27.6 16.82 26.3 52.4 0.162表三(续)：

                  2000年建水县水稻品种多样性混合间栽大田示范推广不同密度农艺性状及产量调查表

地点户主栽插方式 品种抗倒性                         主要农艺性状表现 产量(kg/亩)  栽插  密度(万丛/亩) 备注株高(cm)亩有效穗  (万) 每穗 实粒 每穗 空粒 空秕率  (％)千粒重  (g)陈官镇李景松混栽R∶S=4∶1Ⅱ优63直110.3 182.0 129.2 18.8 12.70 26.8 630.2 1.421抗倒性用“直”“斜”“倒”“伏”来表示R∶S=4∶1表示每隔4行矮杆品种套栽一行高杆优质品种黄壳糯直152.7 1.43 132.0 27.0 16.90 26.6 50.2 0.163陈官镇徐正龙混栽R∶S=4∶1汕优63直99.8 22.88 118.6 24.8 17.29 26.4 716.4 1.684黄壳糯直145.6 1.85 135.1 29.7 18.02 25.8 64.5 0.125东坝镇王艳混栽R∶S=4∶1特优63直110.7 20.64 123.7 26.8 17.81 26.3 671.5 1.460黄壳糯直156.3 1.62 135.4 18.9 12.25 25.6 56.2 0.182东坝镇李志明混栽R∶S=4∶1丝优63直103.4 19.78 128.3 25.5 16.58 26.7 677.6 1.636黄壳糯直148.9 2.02 132.5 19.4 12.77 25.8 69.1 0.167南庄镇陈志混栽R∶S=4∶1汕优63直98.6 20.56 121.2 30.5 20.11 25.9 645.4 1.582黄壳糯直138.8 1.48 131.6 29.1 18.10 26.2 41.6 0.148南庄镇林崇伟混栽R∶S=4∶1丝优63直96.5 19.67 129.8 22.3 14.66 26.4 674.0 1.539白壳糯直134.2 1.64 128.5 30.6 19.23 24.9 52.5 0.146

根据上述试验多点测产结果，平均亩增产50.6公斤糯稻，全县仅推广该项目就可增产糯谷253.88万公斤，折合新增产值507.8万元(每公斤糯谷按2.00元计算)，取得了明显的经济效益。同时，栽种方法简单易行，投工少，花钱少，抗病增产效益好，符合农民种植习惯。

本发明田间大面积应用结果如下：

2000年在云南省40个县56个调查点进行43000公顷水稻品种多样性混合间栽防止稻瘟病大面积试验，结果表明，水稻品种多样性混合间栽对稻瘟病有极为明显的控制效果，尤其突出的是，混栽优质稻品种叶瘟和穗瘟的发病率、病情指数(或损失率)均极为明显地下降，防治效果在76％～99％之间，对主栽品种稻瘟病的纺织效果在32～51％之间。品种多样性混合间栽与净栽相比，抗倒伏率100％，减少农药施用量60％以上，混合间栽与净栽杂交稻相比，增产幅度每公顷在610～925公斤之间。

2000年在四川、重庆、贵州、湖南、湖北、江西、浙江、江苏、广东和陕西等省市进行试验，结果表明，混合间栽品种对稻瘟病的发病率比净栽品种减少70～84％，严重度降低38～82％，抗倒伏率100％，减少农药施用量60％以上，每公顷增收优质稻550～720公斤，获得了与云南省小区试验一致效果。