玉米穗腐病研究进展

玉米穗腐病不仅会使玉米减产,而且会降低玉米籽粒品质,给玉米生产带来重大影响。为了加深对玉米穗腐病的了解,本文从病原菌种类、侵染途径、发病症状、主要真菌毒素及危害、抗源鉴定和抗病遗传机制解析等方面进行了总结,同时简单介绍了基因编辑技术在抗性育种上的应用,并对玉米穗腐病的抗病育种进行展望,为玉米穗腐病抗病种质资源的创制及抗病新品种的培育提供理论参考。

西南地区玉米穗腐病病原分离鉴定及接种方法研究

2010-2011年,从我国西南地区16个市(县)主要玉米产区采集玉米穗腐病标样190份,采用组织分离培养法分离得到393个菌株,将传统形态学分类方法与分子生物学方法相结合,共鉴定出15个种属,其中以拟轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)分离频率最高为40.20%,为优势菌株;其次为禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum),分离频率为15.01%。选用优势菌株拟轮枝镰孢菌采用花丝注射法、籽粒注射法、花丝喷雾法3种方法进行了穗腐病接种方法筛选,结果表明,籽粒注射法有利于病原菌的侵染发病,发病程度适中,是一种比较理想的接种方法。采用此方法对西南主要推广品种进行了抗病性鉴定,品种间对拟轮枝镰孢菌抗性存在显著差异,无高抗品种,表现好的品种有正大619,正大818,迪卡007,农乐988,正红505和神珠7号等6份。

玉米子粒携带真菌种群多样性分析

通过对我国辽宁、河北、河南、四川和广西5省区收集的88份玉米子粒携带的真菌种类进行检测,分离鉴定出12个属的真菌。结果表明:不同地区玉米子粒携带真菌的种类、分离频率有很大差异,引起玉米穗粒腐病的优势病原菌亦有差异,镰孢菌是玉米穗粒腐病的优势菌群。分离频率较高的还有青霉菌、曲霉菌、黑孢菌、木霉菌等。

山西省玉米穗腐病病原镰孢菌的分离与鉴定

为明确山西省玉米穗腐病的病原菌种类,采用常规组织分离法对山西省晋城市和太谷县的玉米穗腐病的病原菌进行了分离、纯化,从采集的玉米穗腐病病样中共分离到53个菌株,经形态学鉴定,分别为轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)、禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)和半裸镰孢菌(Fusarium semitectum),其中轮枝镰刀菌F.verticillioides的分离频率为46.7%,属优势种群。致病性测定结果表明,轮枝镰孢菌与禾谷镰孢菌为山西省玉米穗腐病的病原菌,且两者复合侵染对玉米造成的为害最严重。这一结果为进一步研究和控制该病提供了可靠的理论依据。

玉米穗粒腐病研究进展及分子标记辅助选择策略

本文系统地介绍了近年来有关玉米穗粒腐病的研究进展 ,主要包括玉米穗粒腐病的病原菌、发生规律、抗性遗传关系及抗病资源鉴定、筛选等方面的研究概况。从实际出发 ,提出了玉米穗粒腐病基因标记和定位以及分子标记辅助选择的发展方向和策略。

玉米穗、茎腐病病原学相互关系及发病条件的研究

玉米穗、茎腐病病原学的相互关系研究表明：其优势致病菌禾谷镰孢菌和串珠镰抱菌均可交互侵染引起这两种病害，并且能从植株的外侧和内部由基部向穗部传染，初步证实引起穗腐病的镰孢菌是来自茎腐病的镰孢菌。穗、茎腐病的发病条件试验结果显示，玉米茎腐病与玉米品种的抗性、生育期、种植密度、地势、降水和施肥等的关系极为密切，而玉米穗腐病与玉米品种的抗性、土壤类型、种植形式和螟害的关系密切。通过施用钾肥和防治玉米螟可有效地减轻玉米茎腐病和穗腐病的危害。

四川省玉米穗腐病研究初报

四川省玉米穗腐病日趋严重 ,全省平均发病率在 10 %～ 4 0 %之间 ,重病年份 1998年高达 75 %。分离鉴定出 7个属的病原真菌 ,它们是 :串珠镰刀菌 (Fusariummoniliforme)、木霉菌 (Trichodermasp .)、离蠕孢菌 (Bipolarissp .)、禾谷镰刀菌 (F .graminearum)、丝核菌 (Rhizoctoniasp.)、青霉菌 (Penicilliumsp .)、黄曲霉 (Aspergillusflavus)、黑曲霉 (A .niger)和毛霉菌 (Mucorsp .) ;其中串珠镰刀菌是优势病原菌 ,分离频率高达 39.1%。分别采用牙签法、注射法和花丝喷雾法对玉米果穗人工接种串珠镰刀菌 ,结果以注射法的发病率适中且操作简便易于控制。人工接种抗性鉴定结果表明 ,不同玉米自交系和杂交品种对镰刀菌穗腐的抗病性存在极显著差异。

玉米穗粒腐病接种技术及品种抗病性鉴定研究

以玉米穗粒腐病的主要高原菌串珠镰刀菌ＦｕｓａｒｉｕｍｍｏｎｉｌｉｆｏｒｍｅＳｈｅｌｄ为菌源，采用４种接种方法比较结果，以针刺果穗较深处（籽粒与穗轴间）发病最重，花丝喷雾法发病最轻；接种时期以乳熟期接种为好；接种浓度以１０×４０倍，每视野６０个分生孢子接种效果最好；接种量以每果穗接种２．５ｍＬ孢子悬浮液发病重，效果好。

安徽凤阳玉米穗腐病病原菌的分离鉴定

[目的]明确凤阳玉米穗腐病的病原菌种类。[方法]在凤阳玉米种植区采集玉米穗腐病样品,采用组织分离法对病样进行分离与纯化,结合病原菌形态学特征与分子生物学进行鉴定。[结果]分离得到的56株病原菌分别为禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)、尖孢镰孢菌(Fusarium oxysporum)、串珠镰孢菌(Fusarium verticillioides)、多变根毛霉(Rhizomucor variabilis)和青霉菌(Penicillium spp.),其分离频率分别为44.64%、21.42%、14.29%、14.29%和5.36%。禾谷镰孢菌Fg21菌丝生长温度为5~30℃,最适生长温度为25℃,最适pH为7.0;尖孢镰孢菌Fa09菌丝生长温度为10~35℃,最适生长温度为28℃,最适pH为7.0;串珠镰孢菌Fv03菌丝生长温度为10~35℃,最适生长温度为25℃,最适pH为10.0;碳源对镰孢菌菌株营养生长影响相对稳定,而氮源对其营养生长影响的变幅较大。[结论]试验结果为玉米穗腐病的综合防治提供了理论依据。

玉米穗、茎腐病镰孢菌相互关系的血清学研究

运用血清学方法研究了沈阳、河北、北京、吉林4个地区玉米穗、茎腐病镰孢菌在病原学上的相互关系。结果发现:各地区玉米穗、茎腐病串珠镰孢菌(Fusarium moniliforme)具有高度的同源性,亲缘关系近。各地区玉米穗、茎腐病禾谷镰孢菌(F.graminearum)的亲缘关系因地域不同而有差异。沈阳穗、茎腐病禾谷镰孢菌之间差异明显,存在生理分化现象;吉林玉米穗、茎腐病病原物存在较高的相似性,但也有一定的差异;而河北玉米穗、茎腐病禾谷镰孢菌具有高度的同源性。

穗粒腐病菌对玉米幼苗的致病性研究

对河南省玉米杂交种穗粒腐病原菌分离鉴定的结果表明,玉米杂交种籽粒(或病粒)中串珠镰刀菌的带菌率最高,分离频率为59.61%,其次为木霉菌,分离频率为14.97%。从玉米杂交种中分离到的穗粒腐病菌对玉米幼苗致病性的测定结果表明,串珠镰刀菌、蠕孢菌和禾谷镰刀菌对玉米幼苗的致病力较强,只是发病时间、病害蔓延速度有所差异。病原菌分离频次的高低与病原菌的致病性强弱无相关性。

玉米穗腐病研究进展

玉米穗腐病是世界性严重病害。据报道世界上引起玉米穗腐病的病原菌达数十种,串珠镰刀苗(Fusarium mouiliforme)是大部分国家和地区的优势病原菌。该病的发生与品种、气候条件、果穗着生状态,鸟及昆虫的取食等有关。在抗性鉴定中,牙签接种、注射接种和喷雾接种是目前最常用的按种方法,寄主与病原物之间存在着显著的相互关系,抗性属核遗传,附加基因效应明显,为不完全显性。培育和推广抗病品种是目前唯一有效可行的防治方法。

高赖氨酸玉米穗腐和粒腐病的初步研究

从本院高赖氨酸玉米育种试验的自交系和杂交组合的发病果穗中分离并鉴定了84个带菌标样,鉴定结果是:串珠镰刀菌(Fusarium moniliforme)出现的频率最高,禾谷镰刀菌(F.graminearnm)次之,其它菌依次是色二孢菌(Diploiamayais)、长蠕孢菌(Helminthasporum mayais)球二孢菌(Botryodiloaiatheobromae)。此外还有一些其它杂菌,通过对两种镰刀菌的致病力测定,亦属串珠镰刀菌最强。初步确认,该菌是引致本地区高赖氨酸玉米穗、粒腐病的主要病原菌。用该菌在10个杂交组合的王米上进行四期接种、不同组合间感病性差异显著,证明可以通过杂交育种,筛选出抗穗、粒腐病的新品种。

藜麦穗腐病病原鉴定及其生物学特性

2019—2020年在山西省藜麦种植基地发现一种穗腐病.通过病原菌分离、致病性测定、形态特征观察及rDNA-ITS、翻译延长因子(TEF1-α)和微丝肌动蛋白(ACT)基因序列分析,对该病害的病原菌种类进行鉴定,并测定了碳源、氮源、温度和pH值对其菌落生长的影响.结果表明,藜麦穗腐病的病原菌为枝状枝孢(Cladosporium cladosporioides),以葡萄糖为碳源和草酸铵为氮源的培养基有利于枝状枝孢菌株LMSF-1的生长;该菌株生长的最适温度为25℃,最适pH值为7.

河南省及周边地区玉米穗腐病病原菌的分离及鉴定

为明确河南省及周边地区玉米穗腐病致病菌的组成与分布,在玉米成熟期从河南及周边5省36地市玉米产区采集玉米穗腐病样品204份,通过组织分离、病原纯化,共分离到698个分离物,经形态鉴定和分子鉴定,发现镰孢菌是该地区玉米穗腐病的主要病原菌,其中拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)平均分离频率达到47.8%,为该地区玉米穗腐病的优势病原菌;层出镰孢(F.proliferatum)和禾谷镰孢(F.graminearum)平均分离频率分别为22.5%和17.6%,为该地区玉米穗腐病的常见病原菌.另外,还分离到了少量的尖镰孢(F.oxysporum)、藤仓镰孢(F.fujikuroi)、木贼镰孢(F.equiseti)以及木霉属(Trichoderma spp.)、曲霉属(Aspergillus spp.)、青霉属(Penicillum spp.)、链格孢属(Alternaria spp.)等病原菌.

拟轮枝镰孢与玉米籽粒互作的差异基因筛选及代谢通路分析

【目的】拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)引起的玉米穗腐病是我国玉米产区发生严重的病害之一,论文旨在了解病原菌与玉米籽粒互作过程中的基因表达差异,为揭示病原菌的致病机制和玉米抗病机制提供依据。【方法】对拟轮枝镰孢侵染玉米籽粒0、4、12和72 h的样品进行转录组测序,之后采用生物信息学分析,分别以玉米和拟轮枝镰孢基因组为参考,以|log_(2)FC|≥1,P-adjust<0.05为阈值筛选互作过程中玉米和拟轮枝镰孢的差异表达基因,利用GO和KEGG对其进行功能注释及富集分析。Goatools软件分析植物-病原互作、MAPK途径和植物激素信号转导通路相关差异基因的表达变化,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法对测序差异基因进行验证。【结果】在互作4、12和72 h后拟轮枝镰孢分别有140、400和1945个基因上调表达,有9、302和1784个基因下调表达;玉米分别有293、692和1426个基因上调表达,320、482和153个基因下调表达。GO和KEGG富集分析显示,侵染早期拟轮枝镰孢在细胞间隙生长,差异基因主要富集在RNA生物合成、细胞壁结构成分、脂肪酸生物合成、蛋白质代谢、碳水化合物代谢、生物过程和代谢过程等通路中。拟轮枝镰孢早期侵染触发了玉米活性氧(ROS)爆发,差异基因主要富集在对活性氧、过氧化氢的反应,几丁质酶、单加氧酶活性,木质素代谢过程等相关通路中。侵染后期拟轮枝镰孢继续在籽粒中定殖及扩展,差异基因主要富集在碳水化合物和细胞壁多糖分解代谢过程、跨膜转运、氧化还原酶活性等功能通路中。玉米主要通过苯丙素、木质素、类黄酮生物合成,MAPK信号通路、植物-病原互作和植物激素信号转导等途径差异基因大量表达响应病原菌侵染。随机选取6个玉米和6个拟轮枝镰孢的差异表达基因进行qRT-PCR分析,基因表达规律与转录组测序结果一致,证实了RNA-seq的准确性。【结论】在病原菌侵染早期,拟轮枝镰孢在细胞间隙生长,触发玉米活性氧爆发,相关通路差异基因表达;侵染中后期,病原菌以淀粉为营养素,继续在籽粒中定殖及扩展,玉米通过苯丙素、木质素及几丁质酶的生物合成等方面的相关基因表达响应拟轮枝镰孢侵染,同时植物-病原互作、MAPK途径和激素信号转导等途径参与抗拟轮枝镰孢侵染。

玉米穗腐病致病禾谷镰孢复合种的遗传多样性、致病力与毒素化学型分析

【目的】明确中国玉米穗腐病致病禾谷镰孢复合种(Fusarium graminearum species complex,FGSC)的菌群遗传结构、致病力、毒素化学型及其相互关系,为玉米镰孢穗腐病防控提供参考信息。【方法】从中国玉米主产区采集玉米穗腐病样本,经单孢分离鉴定,选取代表性的禾谷镰孢复合种,利用22对SSR和10对VNTR引物,使用Popgen32、NTsys2.1、STRUCTURE2.3.4群体遗传学研究软件进行数据分析,结合TEF-1α、β-tubulin和RPB2基因测序构建系统发育树,分析7个地理区域禾谷镰孢复合种的遗传多样性,采用花丝通道注射接种法测定各镰孢菌的致病力,利用产毒基因特异性引物进行毒素化学型的检测。【结果】在禾谷镰孢复合种中共检测到等位位点数48个,多态性位点数39个,多态性条带比率为81.25%,每对引物扩增出多态性条带2—4条;禾谷镰孢复合种7个地理群体平均Shannon’s信息指数和Nei’s遗传多样性指数分别为0.41和0.29,7个地理区域遗传相似度集中在0.6677—0.8797,遗传距离为0.1282—0.4039,表明菌群间具有较丰富的遗传多样性。依据Nei’s遗传距离对7个地理种群进行UPGMA聚类分析,可划分为3个类群;STRUCTURE2.3.4群体结构分析表明,禾谷镰孢复合种菌群被分为2个大类群最合适,西北地区绝大部分属于类群A,华中地区和华南地区菌株均属于类群B,东北地区50%以上菌株属于类群B。TEF-1α、β-tubulin和RPB2基因序列分析表明禾谷镰孢复合种由禾谷镰孢(F.graminearum)、亚洲镰孢(F.asiaticum)、布氏镰孢(F.boothii)和南方镰孢(F.meridionale)构成,上述镰孢菌中存在142个单核苷酸多态性位点(SNP),通过这些差异序列构建的聚类图能清楚显示出各个种内与种间的遗传分化情况,各镰孢种内遗传多样性十分丰富。禾谷镰孢致病力最强,平均发病面积百分比为20.79%;亚洲镰孢、布氏镰孢和南方镰孢的平均发病面积百分比分别为15.79%、11.77%和8.12%。统计分析表明,不同镰孢种所引起的穗腐病平均发病面积占比存在显著差异。禾谷镰孢毒素化学型为15ADON、3ADON、NIV和3ADON+15ADON+NIV 4种,以15ADON为主;布氏镰孢毒素化学型为15ADON、3ADON、NIV、3ADON+15ADON和3ADON+15ADON+NIV 5种,以15ADON为主;亚洲镰孢毒素化学型只有3ADON;南方镰孢毒素化学型为15ADON、3ADON、15ADON+NIV 3种,15ADON为优势类型。此外,15ADON、NIV和3ADON毒素类型菌株平均发病面积百分比分别为17.87%、17.20%和12.37%。【结论】我国不同地理区域尤其是相邻区域禾谷镰孢复合种菌群间存在较为频繁的基因交流与交换。本研究中禾谷镰孢复合种的主要毒素化学型为15ADON,致病力由强到弱依次为禾谷镰孢>亚洲镰孢>布氏镰孢>南方镰孢。整体看来,毒素化学型与菌种类型相关性不显著,致病力主要与菌种类型有关。

春玉米区穗腐病病原菌组成、分布及禾谷镰孢复合种的鉴定

本研究对2015年收集的春玉米区玉米穗腐病样本的病原菌进行了分离鉴定。结果表明,禾谷镰孢复合种(Fusarium graminearum species complex)的总分离频率最高,为35.90%,为优势菌。进一步分析显示,山西、河北、吉林和黑龙江省以禾谷镰孢复合种为主,分离频率分别为81.25%、75.00%、44.00%和44.44%;内蒙古以拟轮枝镰孢菌(F.verticillioides)为主,分离频率为56.25%;辽宁省拟轮枝镰孢菌和哈茨木霉(Trichoderma harzianum)的分离频率分别为34.48%和31.03%;而在陕西省,禾谷镰孢复合种、拟轮枝镰孢菌和亚粘团镰孢菌(F.subglutinans)分离频率均为28.57%。以禾谷镰孢复合种的EF-1α基因序列为基础构建系统发生树,进一步对分离到的禾谷镰孢复合种进行亚种鉴定。结果表明,春玉米区禾谷镰孢复合种为禾谷镰孢菌和布氏镰孢菌,且以布氏镰孢菌为主。

河北省玉米穗腐病病原菌鉴定及潜在产伏马毒素镰孢菌系统发育分析

为明确河北省夏玉米区玉米穗腐病的发生情况、病原菌组成及地区对病原菌种类的影响,本团队于2016年和2017年在玉米收获前期对玉米穗腐病的发生情况进行调查,并通过生物学方法对随机采回的样本进行分离鉴定。田间调查结果表明,与2016年相比,2017年河北省玉米种植面积有所减少,玉米穗腐病的发病率有所下降。分离鉴定结果表明,引起河北省夏玉米区穗腐病的优势病原菌为拟轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides),分离频率为63.49%,其他病原菌如层出镰孢菌(F. proliferatum)、禾谷镰孢菌(F. graminearum)、变红镰孢菌(F. incarnatum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、黄曲霉(A. flavus)、草酸青霉(Penicillium oxalicum)和哈茨木霉(Trichoderma harzianum)的分离频率分别为19. 05%、6. 35%、1. 59%、14.29%、3.17%、9.52%和1.59%。为明确伏马毒素基因在潜在产伏马毒素镰孢菌鉴定中的作用,拟轮枝镰孢菌、层出镰孢菌和藤仓镰孢菌(F. fujikuroi)分别以EF-1α和FUM1基因序列为基础构建系统发育树。结果表明,两个系统发育树拓扑结构相似,伏马毒素基因可用于潜在产伏马毒素镰孢菌种的鉴定,基于FUM1基因的种间遗传距离大于基于EF-1α基因的种间遗传距离,而种内遗传距离的结论则与之相反。

玉米杂交种穗粒腐病原鉴定

对来自我国不同地区的玉米杂交种穗粒腐病原分离鉴定的结果表明,镰刀菌(Fusarium)和蠕孢菌(Helminthosporium)是引起杂交种穗粒腐的优势菌群,分离频率较高的病原菌还有木霉菌(Trichoderma)、青霉菌(Penicillium)、曲霉菌(Aspergillus)等。种子产地来源对病原菌的分离频率有很大影响,辽宁和山西玉米杂交种穗粒腐病原菌的优势种群是蠕孢菌,而山东和河南则以镰刀菌为优势种群,同一产地不同品种之间穗粒腐的病原菌分离比率也存在一定差异。