小麥籽粒脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)含量影響因素相關性分析

馬躍亭 吳琴燕 楊紅福 陳宏州 莊義慶

摘要：為探明小麥籽粒脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）含量與病情指數、病粒率、籽粒麥角甾醇含量的相關性，對52個小麥品種（系）自然發病病情指數（以下簡稱病指）、病粒率、籽粒麥角甾醇含量和DON含量進行相關性分析以及聚類分析。結果表明，籽粒DON含量與病粒率、麥角甾醇含量和病指均呈極顯著的正相關關系，相關系數分別為0.858（P<0.01）、0.792（P<0.01）、0.512（P<0.01）;基于病指、病粒率和籽粒DON含量，可將52個小麥品種（系）大致聚類為7種不同抗感類型。可見，依據田間病指，尤其是病粒率，可預測籽粒DON含量情況;同時依據病指、病粒率和籽粒DON含量可初步判定不同品種（系）的抗感性類型，在生產實踐中具有一定的實用性。

關鍵詞：小麥赤霉病;DON;病情指數;病粒率;麥角甾醇

中圖分類號： S435.121.4+5文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）08-0223-06

收稿日期：2019-04-10

基金項目：鎮江市農業科技支撐項目（編號：NY2018011）;句容市社會發展項目（編號：SF2018589878）。

作者簡介：馬躍亭（1993—），女，四川都江堰人，碩士研究生，主要從事小麥赤霉病研究。E-mail：442507087@qq.com。

通信作者：莊義慶，博士，研究員，主要從事植物保護研究。E-mail：yqzhuang@sina.com。

由玉蜀黍赤霉菌[Gibberella zeae （Schwein.） Petch]引起的小麥赤霉病，是危害較為嚴重的植物病原真菌之一，在世界范圍內可引起小麥和其他谷物的赤霉病[1-2]。小麥赤霉病不僅會引起小麥苗枯萎腐敗、莖基腐爛、穗部枯萎，甚至籽粒干枯皺縮等病癥直接影響到小麥的產量[3-5]，還因產生脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）等真菌毒素而嚴重威脅食品安全[6-8]。近年來，在我國小麥赤霉病發病區域有不斷擴大和北移的趨勢，華北冬麥區和東北三江平原春麥區在多雨年份也會出現暴發成災的局面[9]。因此，有效防控小麥赤霉病對糧食安全和食品安全非常重要。

利用抗赤霉病品種是控制小麥赤霉病最經濟有效的措施。目前，應用廣泛的赤霉病抗源包括中國的蘇麥3號、望水白、武漢1號及其衍生系，以及巴西春小麥Frontana、Maringa和歐洲冬小麥Funo等[10]。有研究表明，赤霉病抗性可分為5種類型：抗初侵染類型（Type Ⅰ）、抗擴展類型（Type Ⅱ）、抗毒素積累類型（Type Ⅲ）、抗籽粒侵染類型（Type Ⅳ）和耐病類型（Type Ⅴ），其中Type Ⅱ、Type Ⅲ和Type Ⅴ是主要的抗源類型[11-12]，也是小麥抗赤霉病種質資源篩選的重要依據與來源。當前，小麥抗赤霉病育種仍是一個世界性難題，抗性品種選育進展緩慢，全球范圍僅有少數中抗品種在推廣種植[13]。

在小麥赤霉病抗性鑒定及小麥赤霉病病情調查監測中，通常以病穗率和病情指數（以下簡稱病指）等田間病情為判別指標，不調查病粒率，對籽粒麥角甾醇及DON含量以及DON含量影響因素相關性關注較少。本次研究通過調查52個小麥品種（系）自然發病病指，并分別檢測病粒率、籽粒麥角甾醇含量和DON含量后，進行DON含量與病指、病粒率、麥角甾醇含量的相關性分析以及基于病指、病粒率和籽粒DON含量的品種（系）聚類分析，以探明籽粒DON含量與病指、病粒率、籽粒麥角甾醇含量的相關性，旨在為小麥的抗赤霉病育種、赤霉病防治和DON污染控制等提供科學依據。

1?材料與方法

1.1?供試小麥品種（系）

淮南品種（系）35個，分別為寧麥22、蘇科麥1號、樂麥608、寧麥14、寧麥23、蘇麥11號、揚麥16、鎮麥12、龍麥169、揚麥25、望水白、蘇麥188、華麥8號、揚麥23、華麥5號、蘇麥8號、農豐88、揚麥22、蘇麥3號、鎮麥168、揚麥13、揚輻麥5號、揚輻麥4號、揚麥15、寧麥26、華麥6號、寧資126、華麥1028、揚麥27、揚輻麥1025、隆麥28、明麥133、揚麥158、揚麥28、淮麥30。淮北品種（系）17個，分別為泛麥803、俊達104、徽研22、連麥7號、偉隆169、龍科1109、豐德存麥13號、金豐205、農麥177、平安11、孟麥028、矮抗58、東麥17-61、江麥178、徐麥35、淮麥20、煙農19。

1.2?毒素標準品和化學試劑

DON毒素的標準樣品購自ROMER國際貿易（北京）有限公司，標準品質量濃度為100 mg/mL。將標準樣品用乙腈配制成1.0 mg/mL的混合標準溶液，密閉保存在-20 ℃冰箱中備用。麥角甾醇標準品（質量分數為100%）購自上海麥克林生化科技有限公司。異辛院、乙腈、甲醇和無水乙醇等化學試劑（色譜純），均購自西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司。

1.3?田間試驗設計及病情調查

試驗于江蘇丘陵地區鎮江農業科學研究所農業科技創新中心及江蘇省句容市白兔鎮試驗田內進行，試驗田土壤為壤質土，pH值為7.2左右，有機質含量中等，近年小麥赤霉病均發生較嚴重。試驗采用完全隨機區組設計，每個小區內播種2行供試小麥品種（系），每行長1.0 m，行距為0.25 m，每行播種100粒，重復3次[14]。田間管理照常規，使用除草劑和殺蟲劑，但不使用殺菌劑。小麥赤霉病發生穩定后調查各小區病情，調查并記載病穗數和嚴重度，并分別計算病情指數[15]。

1.4?病粒率檢測

分別隨機選取各供試小麥品種（系）籽粒50粒，用無菌水沖洗2次后置于直徑為15 cm的培養皿中保濕培養，溫度為25 ℃，光照度為3 000 lx，光暗比為 12 h ∶12 h ，各品種（系）設3次重復。培養4～8 d后分別調查各供試小麥品種（系）籽粒的病粒數（以產出粉紅色分生孢子堆等小麥赤霉病病菌形態特征為標準），計算病粒率。

3?討論

小麥受玉蜀黍赤霉菌侵染，引起小穗不育或產生籽粒萎縮、畸形和變色的病粒，從而導致小麥產量損失[13，19]。目前，小麥病粒率檢測大多采用肉眼鑒別病粒后統計病粒率的方法，常因人為的鑒別差異以及病菌已侵染籽粒但未顯癥的可能性而導致病粒率統計誤差較大。在本研究中，將小麥籽粒用無菌水沖洗后置于培養箱中適溫保濕培養，以是否產出粉紅色分生孢子堆等小麥赤霉病病菌形態特征為標準判別病粒后統計病粒率，操作簡便并能較為準確地統計病粒率。

本研究結果表明，52個供試小麥品種（系）在自然發病條件下，籽粒DON含量與病粒率、麥角甾醇含量和病指均呈極顯著的正相關關系，籽粒DON含量與病粒率的相關性最高，這與前人研究結果[20-21]相同。這表明，依據田間病指，尤其是病粒率，可較好地預測籽粒DON含量情況，在生產實踐中具有一定的實用性。

在許多發達國家測定小麥籽粒中毒素的相對

含量已成為抗赤霉病育種的一種常規程序，而遺憾的是這種常規程序對于包括我國在內的發展中國家卻關注較少，因此為了這些國家的糧食和飼料安全而把毒素檢測列為抗赤霉病育種的常規程序，應該是刻不容緩的一件大事[22]。在本研究中，基于病指、病粒率和籽粒DON含量的品種（系）聚類分析結果表明，52個供試品種（系）可大致分為7種類型，第Ⅰ類為籽粒DON含量較低，病粒率略高，病指波動較大的品種（系），即抗毒素積累能力較好;第Ⅱ類為籽粒DON含量、病指和病粒率均較低的品種，即抗初侵染、擴展和毒素積累均較好;第Ⅲ類為籽粒DON含量及病指均為中等水平，而病粒率偏高的品種，即籽粒易被侵染;第Ⅳ類為籽粒DON含量和病粒率均較高，而病指較低的品種，即籽粒易被侵染和毒素積累類型，略抗擴展;第Ⅴ類為籽粒DON含量、病指及病粒率均為中等水平，即抗性均不突出;第Ⅵ類為籽粒DON含量和病粒率都較高，病指中等的品種，即籽粒易被侵染和毒素積累類型;第Ⅶ類為籽粒DON含量、病指和病粒率均較高的品種，即高感類型。第Ⅰ類和第Ⅱ類中，除東麥17-61外，均為淮南品種，這表明江蘇省小麥品種（系）淮南小麥品種（系）的抗病性普遍優于淮北品種（系）。可見，依據病指、病粒率和籽粒DON含量可初步判定不同品種（系）的抗感性類型，在品種選育及生產實際中具有一定的指導意義。

本研究僅進行了52個供試小麥品種（系）在自然發病條件下1年1地的田間及室內試驗研究，小麥籽粒DON含量與病粒率、麥角甾醇含量和病指的相關系數，尤其是基于病指、病粒率和籽粒DON含量的品種（系）抗感類型聚類分析還有待進一步研究與優化。

參考文獻：

[1]Bai G，Shaner G. Scab of wheat：prospects for control[J]. Plant Disease，1994，78：760-766.

[2]Dweba C C，Figlan S，Shimelis H A，et al. Fusarium head blight of wheat：pathogenesis andcontrol strategies[J]. Crop Protection，2017，91：114-122.

[3]康振生，黃麗麗，韓青梅，等. 禾谷鐮刀菌侵染引致小麥穗部組織細胞壁成分變化的細胞化學研究[J]. 植物病理學報，2007，37（6）：623-628.

[4]Pritsch C，Muehlbauer G J，Bushnell W R，et al. Fungal development and induction of defence response genes during early infection of wheat spikes by Fusarium graminearum[J]. Molecular Plant-Microbe Interactions，2000，13：159-169.

[5]Kang Z S，Buchenauer H. Cytology and ultrastructure of the infection of wheat spikes by Fusarium culmorum[J]. Mycological Research，2000，104：1083-1093.

[6]Jiang C，Zhang C K，Wu C L，et al. TRI6 and TRI10 play different roles in the regulation of deoxynivalenol （DON） production by camp signaling in Fusarium graminearum[J]. Environmental Microbiology，2016，18（11）：3689-3701.

[7]Tralamazza S M，Bemvenuti R H，Zorzete P，et al. Fungal diversity and natural occurrence of deoxynivalenol and zearalenone in freshly harvested wheat grains from Brazil[J]. Food Chemistry，2016，196：445-450.

[8]Zhang J B，Wang J H，Gong A D，at al. Natural occurrence of fusarium head blight，mycotoxins and mycotoxin-producing isolates of Fusarium in commercial fields of wheat in Hubei[J]. Plant Pathology，2013，62（1）：92-102.

[9]陸維忠，程順和，王裕中. 小麥赤霉病研究[M]. 北京：科學出版社，2001.

[10]McCartney C A，Somers D J，Fedak G，et al. Haplotype diversity at fusarium head blight resistance QTLs in wheat[J]. Theoretical and Applied Genetics，2004，109（2）：261-271.

[11]Schroeder H W，Christensen J J. Factors affecting resistance of wheat to scab caused by Gibberella zeae[J]. Phytopathology，1963（53）：831-838.

[12]Miller J D，Young J C，Sampson D R. Deoxynivalenol and fusarium head blight resistance in spring cereals[J]. Phytopathol，1985，113：354-367.

[13]Wegulo S N，Baenziger P S，Nopsa J H，et al. Management of fusarium head blight of wheat and barley[J]. Crop Protection，2015，73：100-107.

[14]朱展望，楊立軍，佟漢文，等. 湖北省小麥品種（系）的赤霉病抗性分析[J]. 麥類作物學報，2014，34（1）：137-142.

[15]江蘇省植物保護站. 農作物主要病蟲害預測預報與防治[M]. 南京：江蘇科學技術出版社，2006.

[16]謝?翎，陳紅梅，陳安徽，等. 超聲波破碎法提取球孢白僵菌麥角甾醇的條件優化研究[J]. 徐州工程學院學報（社會科學版），2007，22（2）：10-13.

[17]王祿祿，栗銘鴻，李官浩，等. 響應面法優化超聲輔助提取元蘑麥角甾醇工藝[J]. 食品工業，2017（11）：38-42.

[18]國家衛生和計劃生育委員會，國家食品藥品監督管理總局. 食品安全國家標準?食品中脫氧雪腐鐮刀菌烯醇及其乙酰化衍生物的測定：GB 5009.111—2016[S]. 北京：中國標準出版社，2017.

[19]Jin F，Bai G H，Zhang D D，et al. Fusarium-damaged kernels and deoxynivalenol in Fusarium-infected U.S. winter wheat[J]. Phytopathology，2014，104：472-478.

[20]徐?飛，楊共強，宋玉立，等. 不同小麥品種（系）對赤霉病的抗性和麥穗組織中DON毒素積累分析[J]. 植物病理學報，2014，44（6）：651-657.

[21]徐?飛，宋玉立，王俊美，等. 不同侵染時期對小麥赤霉病發生和籽粒中DON積累的影響[J]. 植物保護，2018，44（6）：129-135.

[22]劉大鈞. 小麥抗赤霉病育種——一個世界性難題[C]//21世紀小麥遺傳育種展望——小麥遺傳育種國際學術討論會文集，2001.