禾谷镰刀菌对三唑类杀菌剂的抗药性研究进展

由禾谷镰刀菌侵染小麦引起的小麦赤霉病是当前小麦生产上的重要病害,但由于生产上缺乏对小麦赤霉病稳定的高产抗病品种,因此当前对其主要以化学药剂防控为主.由于小麦长时间、大量及不科学地施用杀菌剂,因此当前已有很多关于禾谷镰刀菌对多种杀菌剂产生抗药性的报道.论文综述禾谷镰刀菌对三唑类杀菌剂的敏感性、抗药性监测、分子机制及交互抗性方面的研究进展.这一研究为小麦赤霉病的化学防控提供指导,对保障小麦的安全生产具有重要的意义.

禾谷镰刀菌醛脱氢酶(ALDH)基因敲除突变体的转录组分析

【目的】对野生型PH-1菌株和醛脱氢酶(ALDH)基因FGSG_04194敲除突变体(ΔFg04194)进行转录组测序,分析禾谷镰刀菌ALDH调控菌丝生长和脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)生成情况,为深入探究禾谷镰刀菌ALDH的生物学功能、DON生成机制及致病机理提供了理论依据。【方法】接种禾谷镰刀菌野生型PH-1、ΔFg04194突变体和基因回补突变体(ΔFg04194-C)菌株至CM培养基和小麦基质中,分析FGSG_04194基因对菌丝生长和DON生成的影响。利用高通量转录组测序技术对野生型PH-1菌株和ΔFg04194突变菌株在CM培养基中培养72 h的菌丝进行转录组测序,对筛选出的差异表达基因(DEGs)进行GO功能注释和KEGG信号通路富集分析,利用实时荧光定量PCR对转录组测序结果进行验证。【结果】ΔFg04194突变体的菌落直径和生成的DON含量较野生型PH-1和ΔFg04194-C突变体菌株显著减少(P<0.05,下同)。野生型PH-1和ΔFg04194突变体转录组原始数据经过滤后获得34.9 Gb Clean data,共鉴定出329个DEGs,其中263个基因表达显著上调,66个基因表达显著下调。GO功能注释结果显示,DEGs显著富集在质膜成分、碳水化合物代谢和物质转运过程等条目上。KEGG信号通路富集分析显示,DEGs显著富集在碳水化合物代谢通路、氨基酸代谢通路、脂质代谢、能量代谢、生物降解代谢通路、细胞生长和死亡相关途径、信号转导途径等。将FGSG_04194基因调控下有代表性的DEGs分成五大类:几丁质合成相关的基因、跨膜转运蛋白相关的基因、转录因子相关基因、脂质代谢相关基因和能量代谢相关的基因。ΔFg04194突变体的ATP含量显著高于野生型PH-1和ΔFg04194-C突变体。运用实时荧光定量PCR检测7个DEGs的表达情况,其结果与转录组测序结果基本一致。【结论】FGSG_04194影响禾谷镰刀菌的菌丝生长和DON生成,并在ATP生成中起负调控作用,其机制可能与调控转录因子的表达、调控脂类代谢、氨基酸代谢和能量代谢等通路有关。

禾谷镰刀菌异质核糖核蛋白FGSG_07478功能研究

[目的]异质核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoproteins,hnRNP)是一类RNA结合蛋白,在RNA代谢的各个方面发挥着重要作用。将目前已注释的镰刀菌hnRNP G在禾谷镰刀菌基因组中进行比对,得到其同源蛋白FGSG_07478。本研究旨在考察该蛋白在禾谷镰刀菌生长发育、抵抗逆境、产毒和致病等方面的作用。[方法]基于同源重组原理和聚乙二醇(PEG)介导的原生质体转化方法,获得FGSG_07478基因敲除突变体ΔFGSG_07478,观察测定其在营养生长、无性繁殖、有性生殖、抵抗逆境中的变化,同时进行小麦胚芽鞘接种试验验证其致病力。通过超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)检测ΔFGSG_07478产生脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)的能力,并利用RT-qPCR检测野生型菌株PH-1和突变菌株ΔFGSG_07478中参与DON生物合成的7个TRI基因的相对表达量。[结果]突变菌株ΔFGSG_07478的生长速率较野生型菌株PH-1慢16.2%,产孢量降低43.4%;有性生殖诱导结果显示ΔFGSG_07478的有性生殖能力减弱,较野生型产生更少的子囊壳。胁迫因子敏感性测定结果显示,ΔFGSG_07478对H_(2)O_(2)和十二烷基硫酸钠(SDS)等胁迫因子的敏感性显著增加,对刚果红的抗性显著增加。此外,与野生型相比,虽然致病力无明显差异,ΔFGSG_07478的DON生物合成量显著减少,TRI4、TRI5、TRI6、TRI8、TRI10、TRI12和TRI101等基因表达水平显著降低。[结论]FGSG_07478在禾谷镰刀菌的生长发育、有性生殖、逆境胁迫以及产毒过程中发挥着重要作用。

大田玉米接种禾谷镰刀菌的不同方法比较

禾谷镰刀菌是危害玉米田间种植最严重的真菌病害之一,研究玉米禾谷镰刀菌的接种规律对于了解玉米禾谷镰刀菌病害的发生机制及培育和鉴定抗禾谷镰刀菌玉米品种资源等方面具有重要意义。采用灌根法、注射法和喷雾法对苗期、拔节期和抽穗期玉米进行禾谷镰刀菌田间接种,结果表明在玉米抽穗期采用注射法进行接种效果显著。

粉唑醇对假禾谷镰刀菌的抑菌活性及田间防效

【目的】探明粉唑醇对小麦茎基腐病的防控效果,为粉唑醇在小麦安全生产上的应用提供依据。【方法】通过菌丝生长速率法测定1%粉唑醇颗粒剂对小麦茎基腐病致病菌假禾谷镰刀菌18-HX-16、19-HA-4、20-XX-13等10个菌株的室内毒力,每个菌株设置3次重复,培养48 h后计算粉唑醇对不同菌株的毒力回归方程及EC_(50)值,分析粉唑醇对假禾谷镰刀菌的抑菌活性;采用田间随机小区试验法,1%粉唑醇颗粒剂设置3个施药量(20 g/667m^(2)、30 g/667m^(2)、50 g/667m^(2))拌种进行田间防效试验。【结果】粉唑醇对供试假禾谷镰刀菌的EC_(50)在0.050~0.894μg/mL,平均为0.400μg/mL;1%粉唑醇颗粒剂对小麦茎基腐病的田间防效在49.98%~74.59%,其中,1%粉唑醇颗粒剂施药量为50 g/667m2时,小麦茎基腐病的发病率低至16.00%、病情指数低至5.87,防效高达74.59%,显著优于对照药剂(1%噁霉灵颗粒剂)的防治效果。【结论】粉唑醇对假禾谷镰刀菌具有较高的抑菌活性,对田间小麦茎基腐病有较好的防控效果,1%粉唑醇颗粒剂以50 g/667m2用量与复合肥混匀施用,对小麦茎基腐病的防效最好。

禾谷镰刀菌对仓储小麦品质劣变影响的研究

为探究禾谷镰刀菌对仓储小麦品质劣变的影响,本研究以禾谷镰刀菌对不同水质量分数的小麦样品进行浸染,并对浸染过程中小麦的重要品质指标和毒素的积累进行监测。结果表明,禾谷镰刀菌侵染后,小麦籽粒的α-淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶活性增强。随着侵染时间的延长,小麦水质量分数无明显变化,但水分活度减小,还原糖含量呈现下降趋势,醇溶蛋白、谷蛋白含量均出现上调趋势,在侵染后期初始水质量分数25%的小麦谷蛋白含量降低。小麦籽粒淀粉含量逐渐降低,考虑由于淀粉的结构被破坏,淀粉的糊化温度和糊化焓都呈降低的趋势。在脂肪分解代谢过程中,随着侵染时间的延长,脂肪酶活性增强,小麦脂肪酸值升高,且初始水质量分数越高,脂肪酸值越大。随着侵染时间的推移,初始水质量分数15%的小麦不饱和脂肪酸含量降低,初始水质量分数20%的小麦不饱和脂肪酸含量升高,初始水质量分数25%的小麦不饱和脂肪酸含量无明显变化。DON和ZEN毒素含量升高明显,且初始水质量分数越高,毒素含量也越高。

禾谷镰刀菌Fgβ2 S138A对多菌灵和噻菌灵敏感性的影响

由禾谷镰刀菌Fusarium graminearum引起的小麦赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是小麦、大麦、燕麦、黑麦等禾谷类作物的毁灭性病害。目前,生产上防治小麦赤霉病主要依靠化学药剂防治,多菌灵等苯并咪唑类杀菌剂使用较为广泛,其作用靶标为β微管蛋白。禾谷镰刀菌有2个β微管蛋白,通过分子对接结果发现β2微管蛋白第138位氨基酸位点可能为多菌灵结合位点。本研究对β2第138位丝氨酸位点进行突变研究,以明晰其生物学功能。结果表明Fgβ2S138A突变后禾谷镰刀菌对多菌灵的敏感性显著增加,EC50值由0.617 mg/L降至0.290 mg/L,但不影响对噻菌灵的敏感性,EC50值为0.950 mg/L左右,并且该突变不影响禾谷镰刀菌菌丝营养生长、无性繁殖、有性生殖和致病性。本研究结果可为多菌灵对小麦赤霉病的化学防治提供理论基础,在生产上具有一定指导意义。

基于非靶向代谢组学分析禾谷镰刀菌对仓储小麦品质劣变的影响

禾谷镰刀菌是导致小麦赤霉病的主要致病菌,为深入了解其生长过程中对小麦品质的影响,以禾谷镰刀菌对小麦籽粒进行浸染,结合代谢组学分析小麦在受到侵染过程中生理代谢途径及相关代谢产物的变化。研究结果表明:被禾谷镰刀菌侵染后的小麦籽粒中共检测到161种显著上调代谢物和107种显著下调代谢物,主要包括脂质和类脂分子、有机酸及其衍生物、苯丙烷和聚酮等。经注释富集分析,差异代谢物主要参与亚油酸代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、淀粉和蔗糖代谢等代谢途径。禾谷镰刀菌在侵染小麦时影响小麦正常的代谢途径,从而影响小麦营养物质的积累,最终导致小麦品质的劣变。

1株拮抗禾谷镰刀菌生防菌株的筛选鉴定

为有效预防由禾谷镰刀菌引起的作物病害,提供生物防治新资源,筛选并鉴定可以有效抑制禾谷镰刀菌的生防菌。采用稀释平板法从小麦生境中分离菌株,以禾谷镰刀菌为指示菌,利用平板对峙法筛选生防菌株,通过形态学观察、菌株生理生化检测以及16S rDNA、gyrB基因序列分析对生防菌株进行鉴定,并检验其对5种植物病原真菌的抑菌效果,测定其抑菌范围。筛选出1株对禾谷镰刀菌具有明显抑菌作用的菌株B2-211022-01,抑菌率为57.95%,其菌落形态、生理生化特征与芽孢杆菌相一致,通过序列同源性分析发现,该菌株的16S rDNA、gyrB基因序列与贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)同源性最高,分别为99.9%、100.0%,系统进化树构建结果显示,菌株B2-211022-01与贝莱斯芽孢杆菌属于一个分支,鉴定该菌株为贝莱斯芽孢杆菌,该菌株除了能抑制禾谷镰刀菌外,还对冬瓜枯萎病病菌、芍药灰霉病病菌、番茄灰霉病病菌、牡丹炭疽病病菌、黄瓜枯萎病病菌等5种供试植物病原真菌表现出一定的抑制作用,抑菌范围较广,在农业生产中具有一定的病害防治潜力。

臭椿canthin-6-one对禾谷镰刀菌的抑菌作用

为进一步研究臭椿(Ailanthus altissima)canthin-6-one生物碱对禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)的抑菌效果及其作用机制,采用微量稀释法、菌丝生长抑制法测定其抑菌活性,并通过测定胞外相对电导率、内容物释放量、丙二醛含量、过氧化氢含量以及保护酶活性,从细胞膜角度分析其抑菌作用机制。结果显示,canthin-6-one对禾谷镰刀菌具有显著的抑菌作用,其最小抑菌浓度(MIC)为8.0μg/mL,半数有效浓度(EC_(50))为1.85μg/mL。处理后的菌体胞外相对电导率和内容物释放量显著增加,同时菌体丙二醛和过氧化氢含量亦有显著升高。这表明canthin-6-one引起了禾谷镰刀菌细胞膜氧化损伤,导致膜完整性丧失及透性增强,从而抑制菌丝生长。

禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)毒素对小麦幼胚愈伤组织诱导和分化的影响

为了给普通小麦抗赤霉细胞工程育种中抗毒素细胞系选择技术体系的建立和方法的选择提供理论依据,研究了离体培养条件下禾谷镰刀菌毒素胁迫对小麦幼胚愈伤组织诱导和分化的影响。结果表明,禾谷镰刀菌毒素对小麦幼胚胚性愈伤组织的诱导具有低浓度促进和高浓度抑制、毒害作用,这种毒害作用降低了胚性愈伤组织诱导率和胚性愈伤组织质量,显著影响胚性愈伤组织再生频率。同时禾谷镰刀菌毒素胁迫降低了幼胚愈伤组织产量,并随胁迫浓度的升高,愈伤组织产量迅速下降。禾谷镰刀菌毒素对小麦幼胚培养特性的影响,表现出基因型间的差异,对感病基因型的毒害作用远大于抗病品种。

小麦茎基腐病病原假禾谷镰刀菌与赤霉病之间的关系

近年来,黄淮地区小麦茎基腐病发生严重,假禾谷镰刀菌是黄淮地区小麦茎基腐病的优势病原菌,同时也可引起小麦赤霉病。为明确假禾谷镰刀菌与小麦赤霉病的关系,本研究从山东省商河县小麦茎基腐病重病田块分别采集苗期和成熟期小麦病株,通过分离鉴定发现,苗期小麦茎基腐病的优势病原菌为假禾谷镰刀菌,且致病性试验结果显示,假禾谷镰刀菌在人工接种条件下能够引起严重的小麦赤霉病;此外,在小麦苗期田间的玉米秸秆上能够观察到尚未成熟的子囊壳,对子囊壳进行真菌分离鉴定,发现其包含禾谷镰刀菌和假禾谷镰刀菌形成的子囊壳。在小麦成熟期,从小麦赤霉病病穗中也分离到了假禾谷镰刀菌。这是山东省首次报道假禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病。综上,在小麦茎基部和穗部均能分离到假禾谷镰刀菌,且假禾谷镰刀菌在人工接种条件下能够引起严重的小麦赤霉病。结合当前黄淮地区小麦茎基腐病严重发生以及普遍秸秆还田的现状,推测假禾谷镰刀菌可能会助推小麦赤霉病的发生流行。

黄淮麦区主推小麦品种对假禾谷镰刀菌所致茎基腐病的抗性

茎基腐病是我国小麦生产上一种新的土传病害,近年在黄淮麦区发生日益加重,成为影响小麦安全生产的新问题。为给该病的防治和抗病育种工作提供依据,本研究以国内新发现的小麦茎基腐病优势病原菌假禾谷镰刀菌(Fusarium pseudograminearum)Wz2-8A菌株为接种物,分别以国外抗病材料SUNCO和国内高度感病品种国麦301为抗性对照和感病对照,对黄淮麦区主推小麦品种进行了苗期盆栽接种和田间成株期接种抗性鉴定,并采用病情指数法进行了抗性评价。结果表明,供试品种在室内苗期及田间成株期均无免疫品种和高抗品种,其中室内苗期接种所有品种均表现感病或高度感病;田间病圃成株期抗性鉴定发现兰考198、许科718等10个黄淮麦区主推小麦品种表现为中抗,占供试品种总数的11.36%;焦麦266、郑麦004、郑麦0856等41个品种表现感病,占供试品种总数的46.59%;其余品种表现为高感,平均病情指数最高可达57.97,占供试品种总数的42.05%。本研究发现我国黄淮麦区主推小麦品种对茎基腐病优势病原菌假禾谷镰刀菌抗性整体较差,需要进一步加强抗病资源筛选,创制新的抗病材料,并充分利用中抗材料进行抗病育种。

禾谷镰刀菌培养性状与致病力的相关性分析

选择来自我国12省市有代表性的101株禾谷镰刀菌菌株,比较它们在PDA培养基上的表型性状以及在CMS液中的产孢量;并于田间小麦开花期,用单花剪滴法接种3个抗赤霉病性不同的小麦品种,鉴定其致病力,用SAS软件进行统计分析。结果表明,菌落扩展速度不同的菌株间,其致病力差异显著;相关分析证实, 菌落扩展速度与致病力之间呈极显著线性正相关(P=0.000 3),菌丝生长状况与致病力之间呈极显著非线性相关(P=0.008 3),而基质颜色和产孢量与致病力没有相关性。这些结果说明,禾谷镰刀菌菌落的扩展速度及菌丝生长状况与致病力之间具有共同的遗传基础或遗传相关性。

禾谷镰刀菌拮抗菌株的筛选及鉴定

禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病能够导致小麦产量的大幅降低和品质的严重损失。为探索赤霉病生物防治方法,本试验从扬花期被禾谷镰刀菌侵染的麦穗上分离得到28株芽孢杆菌,利用平板对峙法对其进行筛选,其中20株菌对禾谷镰刀菌表现出明显的拮抗作用。根据生理生化特性和16S rDNA序列分析,这20株拮抗菌分别被鉴定为甲基营养型芽孢杆菌(11株)、解淀粉芽孢杆菌(2株)、枯草芽孢杆菌(2株)、暹罗芽孢杆菌(3株)和特基拉芽孢杆菌(2株)。这些菌株能够有效降低小麦赤霉病的发病率、发病程度和病情指数,其中菌株JS62N、JS15E和JS29I能够将赤霉病发病率降低80%以上;菌株JS29I、JS62N、JS39C和JS39D能够将赤霉病发病程度降低80%以上。16株菌能将病情指数降低80%以上;所有菌株均能极显著增加小麦的百粒重,JS12Q效果最好(+101.4%)。本研究结果为小麦赤霉病的防治提供了生物防治材料。

禾谷镰刀菌在小麦穗部侵染过程的细胞学研究

采用扫描和透射电镜技术系统地观察了禾谷镰刀菌 (Fusarium graminearum)在小麦穗部的侵染过程。接种后 6～12h ,分生孢子在小麦穗部的任何部位均可萌发 ,每个孢子可产生 1至多个芽管 ,新产生的芽管并不立即入侵寄主组织 ,而是在寄主体表生长扩展 ;接种后 36～ 4 8h观察 ,小穗颖片、外稃、内稃的内侧和子房的表面形成了密集的菌丝网 ,然而在小麦穗轴表面、颖片和内稃的外表面 ,菌丝生长缓慢、分布稀疏 ,但颖片外表边缘的菌丝可跨越边缘扩展到颖片的内表皮上 ;接种后 36h ,寄主体表菌丝产生入侵菌丝 ,以直接入侵方式由颖片、外稃、内稃的内侧及子房的顶部侵入寄主组织体内 ,随后 ,菌丝以胞间和胞内生长的方式向下扩展 ;接种后 4～ 5d ,菌丝由上述组织扩展到达穗轴后 ,在穗轴内沿微管束组织和皮层组织向上和向下扩展 ,延伸到相邻小花 ,随菌丝在小麦穗部组织内不断地生长扩展 ,使得寄主细胞坏死、解体 。

禾谷镰刀菌对多菌灵抗性的监测及其演变规律

调查了江苏省1994—2007年小麦赤霉病的危害程度,监测了江苏省1985—2007年禾谷镰刀菌对多菌灵的田间抗性菌株频率,分析了禾谷镰刀菌对多菌灵的抗药性与小麦赤霉病发生程度及气象因子的相关。结果表明:小麦赤霉病在江苏省的苏南江浦等县中发生以上的年份占30.8%,而在江苏北部赣榆、高邮等县,小麦赤霉病中发生以上的年份占7.7%～15.4%。抗药性菌株频率的增减率与小麦赤霉病的发病程度、病情指数和小麦抽穗期4月中下旬的雨日呈极显著的相关关系。研究表明在农业生产上多菌灵防治小麦赤霉病仍然具有使用价值。

禾谷镰刀菌粗毒素对不同小麦品种幼苗MDA含量和SOD、PAL活性的影响

用禾谷镰刀菌粗毒素对赤霉病抗性不同的6个小麦品种(系)幼苗进行处理,在1h^10d内测定各品种(系)的MDA含量、SOD及PAL活性增率的变化.结果显示:禾谷镰刀菌粗毒素处理后,抗病和中抗品种(系)幼苗的MDA含量增率低于感病品种(系),且增加速度慢;抗病和中抗品种(系)幼苗的SOD活性在胁迫1h后迅速升高,其活性增率高于感病品种(系);抗、感品种(系)PAL活性均升高,但抗病品种(系)PAL活性增加快,且活性增率高于感病品种(系).研究表明,小麦幼苗的SOD、PAL活性增率与品种抗病性呈正相关,MDA含量增率与品种抗病性呈负相关.

禾谷镰刀菌基因组中含寄主靶向模体分泌蛋白功能的初步分析

基于生物信息学的方法,以SignalP v3.0、TargetP v1.01、Big-PI Predictor和TMHMM v2.0四个分析软件对禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum Schw.)全基因组的11 640个蛋白编码基因的N-端氨基酸序列进行信号肽分析,预测出606个潜在的分泌蛋白编码基因。通过对这些潜在的分泌蛋白进行MEME软件分析,发现其中有157个分泌蛋白的剪切点下游120氨基酸残基范围内具有一个保守的RXLX模体,其中有79个分泌蛋白具有可预测的功能性描述,包括FG00023.1具有与草酸盐氧化酶1有关的功能,FG01588.1具有与1,4-α-葡糖苷酶葡聚糖有关的功能,这些基因可作为禾谷镰刀菌致病相关的候选基因。其中FG04097.1编码的具有与丝氨酸型蛋白酶有关的功能在致病疫霉和疟原虫真核寄生物中具有相似保守的寄主靶标模体的效应蛋白中也观察到,但FG09127.1,FG05287.1编码的蛋白尚未被证明参与致病过程的研究报道。深入研究分泌蛋白将有助于明确植物与病原微生物互作的分子机制。利用禾谷镰刀菌基因组学研究成果,结合计算机技术和生物信息学的方法,分析其分泌蛋白组学,将有助于全面掌握其致病因子的结构与功能。对于这些蛋白功能的比较研究,将有利于对禾谷镰刀菌致病性的分子机制的探索,并为设计新的防治措施提供理论依据。

不同禾谷镰刀菌对小麦产量及其主要性状的影响

赤霉病是影响小麦产量的主要病害之一,为了降低小麦赤霉病引起的产量损失,以不同抗性小麦品种为材料,于小麦扬花期接种不同致病性禾谷镰刀菌,研究其对小麦产量的影响。结果表明：病粒率与千粒重、产量均呈显著负相关（r=-0.807 9^＊＊;r=-0.785 7^＊＊）,千粒重与产量之间呈极显著正相关（r=0.922 1^＊＊）。不同菌株对各品种产量、病粒率和千粒重的影响差异较大,以11#菌株对各品种病粒率的影响最大,并使小麦千粒重显著降低;以西科2号产量的变化率受不同菌株的影响最大,其变化范围为10.87%-33.26%。