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育成抗稻熱病水稻品種(HyKOS3-1)

  引用來源:Mahadtanapuk, S., W. Teraarusiri, B. Phanchaisri, L.D. Yu, and S. Anuntalabhochai. (2013).     彙整:劉雨蓁     點閱:179

問題在哪裡?

在所有適合水稻種植的國家(圖一),受稻熱病(rice blast)危害嚴重,其屬真菌性病害,會危害植物地上部,大部分感染會出現灰色或白色中心菱形病斑(圖二)在水稻葉片或穗上,使穗上穀粒在充實前變白,造成水稻產量降低10%-80%,而稻熱病受許多環境因素影響,尤其會在雨季快速蔓延,如泰國的Khon Kaen農場為例,稻熱病發生於雨季期間(圖三)。

圖1 世界水稻稻熱病之分佈圖。(紅色點表示有爆發稻熱病疫情的國家或地區)(圖片來源:參考文獻1)

 

圖2 水稻稻熱病葉片徵狀。(A:菱形的病斑;B:水稻田罹病情形)(圖片來源:參考文獻1)

 

圖3 泰國Khon Kaen農場水稻生育過程與環境因素(濕度、溫度及降雨量)誘導稻熱病發生之關係。(圖片來源:參考文獻2)


採取的改善作為

採用低能離子光束(low-energy ion beam)的物理誘變法,產生作物新的遺傳修飾。因低能離子光束可以降低進行誘變作物的損傷率和提高突變率,故其廣泛的利用於作物和微生物的突變,且具成本效益。


效果

在泰國,茉莉香米(Thai jasmine rice-KDML 105)為優質的香米品種,收穫時的平均株高為140公分,具有光敏感性,且對稻熱病不具抗性。為增加KDML 105對稻熱病的抗性,以KDML 105作為物理誘變的親本,利用低能離子光束進行處理(圖四),種子經光束處理後種植於土壤(圖五),分析其表現型與基因型的變化。

經篩選獲得抗稻熱病的水稻突變體(blast resistant rice mutants),而後命名為HyKOS3-1品種。相較於原親本KDML 105,突變體HyKOS3-1品種具有抗稻熱病(圖六)的特性外,還有高產(圖七)、光週期不敏感(photoperiod insensitivity)與半矮性(semi dwarfism)等優點。

圖4 水稻種子經離子光束處理之過程。A:離子光束注入機;B:去稻殼水稻穀粒(Oryza sativa L. cv. KDML 105);C:銅製樣品架(確保水稻胚朝向離子光束入射之方向)(圖片來源:參考文獻3)

 

圖5 種子經離子光束處理後土壤種植試驗。(A:15天植株情況;B:種植30天後用於分析表現型與基因型)(圖片來源:參考文獻3)

 

圖6 水稻葉片經稻熱病菌接種的病癥比較。(HyKOS3-1為具抗稻熱病的突變體;KDML 105為對照組且不具稻熱病抗性)(圖片來源:參考文獻3)

 

圖7 經低能光束誘變的品系(HyKOS3-1)與對照組(KDML 105)和高產品種(Phitsanulok3)產量比較。(圖片來源:參考文獻3)


參考文獻

1.Wang, X., S. Lee, J. Wang, J. Ma, T. Bianco and Y. Jia. 2014. Current Advances on Genetic Resistance to Rice Blast Disease. IntechOpen. Chapter 7. p.197-217.

2.Srichant, N., S. Chankaew, T. Monkham, P. Thammabenjapone, and J. Sanitchon. 2019. Development of Sakon Nakhon Rice Variety for Blast Resistance through Marker Assisted Backcross Breeding. Agronomy, 9(67), 1-13.

3.Mahadtanapuk, S., W. Teraarusiri, B. Phanchaisri, L.D. Yu, and S. Anuntalabhochai. 2013. Breeding for blast-disease-resistant and high-yield Thai jasmine rice (Oryza sativa L. cv. KDML 105) mutants using low-energy ion beams. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 307, 229–234.


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