禾谷鐮刀菌對小麥種子萌發及幼苗形態的影響

辛秀竹，劉豆豆，石怡彤，張璐鑫，王惠冉，尹寶重*

（1.河北農業大學植物保護學院，河北 保定 071001；2.河北農業大學現代科技學院，河北 保定 071001）

小麥是世界第一大口糧作物，全球有35%～40%的人口以小麥為主要糧食，2016 年世界小麥種植面積居世界谷物種植總面積第1 位、產量居世界谷物總產量第3 位，主要產區集中在亞洲[1～3]。我國小麥生產中冬小麥占主要地位，其中河北省是我國冬小麥主產區之一，播種面積、總產量分別占全國總量的11%和13%左右，對保障我國糧食安全具有重要意義[4，5]。1994～2013 年黃淮海區小麥產量實現了連年增長，其中病害防治做出了重要貢獻，因此小麥病害是我們科學研究的主攻方向之一，其中赤霉病（Fusarium head blight，FHB）是小麥的主要病害之一[6，7]。小麥赤霉病是由鐮刀菌引起的一種世界性典型氣傳病害[8，9]。不同國家或地區由于生態地理環境不同，因此引起小麥赤霉病的病原組成和優勢致病菌也不一樣，報道較多的致病菌有禾谷鐮刀菌（F. graminearum）、黃色鐮刀菌（F. culmorum）、燕麥鐮刀菌（F. avenaceum）、梨孢鐮刀菌（F. poae）和雪腐鐮刀菌（F. nivale），包括我國在內的大多數國家以禾谷鐮刀菌為主[10，11]。

近年來由于氣候變暖、秸稈還田面積增多以及灌溉條件由漫灌到噴灌的改變，使得小麥赤霉病發生面積不斷擴大，發生區域由長江中、下游麥區向北擴展，尤其是2003 年赤霉病對河北省小麥生產造成了嚴重威脅[12，13]。小麥赤霉病菌侵入寄主后，不僅會造成產量降低，還會引起嚴重的毒素污染，毒素成分主要為脫氧雪腐鐮刀菌烯醇[14]。種子感赤霉病后發芽和出苗均受到一定影響，研究表明，禾谷鐮刀菌培養濾液影響小麥種子發芽過程中碳、氮類大分子物質的合成代謝，從而影響小麥幼苗的發育。而小麥產量不僅僅與種子出苗率有關，還與小麥植株長勢有關[15～17]。針對近年來河北省小麥赤霉病發生面積不斷增大、發生程度不斷加重的特點，通過室內模擬形式研究了感赤霉病小麥種子的發芽及其幼苗生長情況，旨為揭示禾谷鐮刀菌對小麥生長發育的影響效應提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試小麥品種為藁優2018、石麥15、衡4399 和冀麥585，其中藁優2018 由藁城市農業科學研究所提供，石麥15 由石家莊市農林科學研究院提供，衡4399 由河北省農林科學院旱作農業研究所提供，冀麥585 由河北省農林科學院糧油作物研究所提供；致病菌種為禾谷鐮刀菌，由河北農業大學植病生態實驗室氣象站分離并提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

1.2.1.1 禾谷鐮刀菌的擴繁和孢子懸浮液培養。采用常規方法分別制作PDA 培養基和CMC 培養基，并裝入三角瓶（500 mL）中，裝入量300 mL/瓶。用打孔器（事先已滅菌）在禾谷鐮刀菌菌餅上打出直徑3 mm的小菌餅，正面朝下置于PDA 培養基中，用封口膜將三角瓶封口，置于恒溫培養箱中25 ℃培養3 d；然后，按照每300 mL CMC 培養基置入菌餅25～30 個將菌餅置于CMC 培養基中，在轉速160 r/min、溫度25 ℃條件下培養3 d，用紗布過濾，采用血球計數板計數制成孢子濃度為105個/mL 的禾谷鐮刀菌孢子懸浮液（簡稱“菌懸液”）。

1.2.1.2 禾谷鐮刀菌對小麥種子萌發及幼苗生長的影響試驗。每品種選長勢飽滿、大小均一的種子300粒，依次用75%酒精、升汞各浸泡1 min 進行種子消毒，用蒸餾水沖洗3 min，而后置于蒸餾水中吸水2 h。將玻璃培養皿（直徑90 mm）置于超凈工作臺上，在每個培養皿中放入2 張已事先滅菌的濾紙，用鑷子將種子正面朝上單層擺放在濾紙上，每個培養皿放30 粒種子。在培養皿中加入菌懸液10 mL，使種子帶菌；以培養皿中加入等量滅菌水處理作為對照（CK）。各品種的每處理均5 次重復。將培養皿蓋上蓋子，并做好標記，放到室內，將這天記為接種禾谷鐮刀菌菌懸液后的第1 天；之后，每天開蓋通風1 h。接種后第3天，統計發芽種子的數量，計算發芽率。

在每個培養皿中選取9 粒萌發后長勢均勻的種子，種植于穴盤（基質為滅菌營養土與蛭石按照體積比1 ∶1混合），3 粒/穴，種子排列方式一致。將穴盤放到托盤上，進行禾谷鐮刀菌孢懸液澆苗處理，以澆等量滅菌水處理為對照（CK），確保土壤濕潤。分別在接種禾谷鐮刀菌后第10、14、18 和22 天時測量株高，第23 天時測量莖粗，第24 天時測量植株全展葉片的長和寬。

1.2.3 數據處理方法 利用SPSS 20.0 軟件進行差異顯著性分析，采用LSD 法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 禾谷鐮刀菌對小麥種子萌發的影響

菌懸液處理的參試小麥品種發芽率除冀麥585 與CK 一致、石麥15 較CK 略有降低外，其他2 個品種均顯著＜其CK；發芽率降幅為0～28.7%，其中藁優2018 降幅最大（表1）。總體來看，禾谷鐮刀菌會抑制小麥種子萌發，其中對冀麥585 和石麥15 影響較小，對衡4399 和藁優2018 影響明顯。

表1 禾谷鐮刀菌對小麥種子萌發的影響Table 1 Effect of F. graminearum on seed germination of wheat （%）

2.2 禾谷鐮刀菌對小麥幼苗株高的影響

菌懸液處理的參試小麥品種株高均＜其同期CK，但接種后不同時間的差異幅度有所不同（表2）。表明禾谷鐮刀菌會抑制小麥株高生長，但對不同品種的抑制效果不同。接種后第10 天，菌懸液處理的冀麥585和衡4399 株高與其CK 差異不顯著，其他2 個品種與各自CK 差異均達到了顯著水平；株高降幅為1.06%～17.98%，其中衡4399 降幅最小、藁優2018 降幅最大。接種后第14 天和第22 天，菌懸液處理的參試小麥品種株高均較其CK 顯著降低，降幅分別為10.12%～24.44%和13.88%～29.31%，且均以衡4399 降幅最小、藁優2018 降幅最大。接種后第18 天，菌懸液處理的石麥15 和衡4399 株高與其CK 差異不顯著，其他2個品種與各自CK 差異均達到了顯著水平；株高降幅為3.85%～22.99%，其中衡4399 降幅最小、藁優2018 降幅最大。綜上分析可以看出，禾谷鐮刀菌對衡4399 株高生長抑制作用最小，其次是石麥15 和冀麥585，測定期間始終對藁優2018 株高生長抑制明顯。

表2 禾谷鐮刀菌對小麥幼苗株高的影響Table 2 Effect of F. graminearum on plant height of wheat seedlings

2.3 禾谷鐮刀菌對小麥幼苗莖粗的影響

菌懸液處理的參試小麥品種莖粗均顯著＜其CK，降幅為4.79%～24.84%，其中藁優2018 降幅最小、石麥15 降幅最大（表3）。表明禾谷鐮刀菌會顯著抑制小麥莖粗生長，其中對藁優2018 影響最小，對石麥15 影響最大。

表3 禾谷鐮刀菌對小麥幼苗莖粗的影響Table 3 Effect of F. graminearum on stem diameter of wheat seedlings

2.4 禾谷鐮刀菌對小麥幼苗葉面積的影響

菌懸液處理的參試小麥品種第1 片全展葉面積較其CK 增減不一，其中冀麥585 和石麥15 表現為增大，其他2 個品種均為降低，指標值除藁優2018 顯著＜其CK 外，其他品種與各自CK 差異均不顯著；第2 片全展葉面積均＜其CK，降幅為3.28%～27.16%，除石麥15 與CK 差異不顯著外，其他品種指標值與各自CK 差異均達到了顯著水平，其中藁優2018 降幅最大；第3 片全展葉面積均顯著＜其CK，降幅為21.71%～28.00%，其中衡 4399 降幅最小、藁優2018降幅最大（表4）。表明禾谷鐮刀菌會抑制小麥出葉進程，其中對石麥15 出葉速度影響相對最小，其次是衡4399 和冀麥585，測定期間始終對藁優2018出葉速度影響明顯。

表4 禾谷鐮刀菌對小麥幼苗葉面積的影響Table 4 Effect of F. graminearum on leaf area of wheat seedlings

3 結論與討論

王康君等[17]研究表明，與無菌水對照相比，鹽脅迫條件下小麥根中的α-淀粉酶活性和可溶性蛋白含量降低，幼苗株高、根干重和植株干重顯著降低。而傅雪琳等[15]的禾谷鐮刀菌培養濾液對小麥種子萌發代謝影響試驗結果顯示，禾谷鐮刀菌培養濾液條件下小麥根中的α-淀粉酶活性低于對照（無菌水），但可溶性蛋白含量高于對照。本研究結果顯示，總體來看，接種禾谷鐮刀菌菌懸液條件下，小麥種子萌發率以及幼苗株高、莖粗和葉面積均低于無菌水對照，種子萌發和幼苗生長受到抑制；但也有一些指標表現為非下降狀態，如冀麥585 的種子發芽率，冀麥585 和石麥15的第1 片全展葉面積。

種子萌發是植物生活周期中最重要和最脆弱的階段，且決定植物進入自然和農業生態系統的時間，直接影響作物產量[18，19]。研究表明，環境脅迫影響小麥種子內含物質的含量，從而影響其后期的幼苗生長[20]。本研究結果表明，接種禾谷鐮刀菌菌懸液條件下，冀麥585和石麥15 種子發芽率較高，藁優2018 最差；出葉速度總體表現為石麥15 最快，其次是衡4399 和冀麥585，藁優2018 受到明顯抑制。本研究是在室內模擬條件下進行的，試驗條件與田間環境存在一定差異，今后需進一步在大田自然條件下繼續開展試驗，以使結果更好地應用于生產實際。