披堿草屬真菌病害研究進展

薛龍海，劉佳奇，2，李春杰，2*

（1.蘭州大學草種創新與草地農業生態系統全國重點實驗室，草地微生物研究中心，草地農業教育部工程研究中心，甘肅省西部草業技術創新中心，草地農業科技學院，農業農村部草牧業創新重點實驗室，甘肅 蘭州 730020；2.中國林業科學研究院國家林業和草原局草原研究中心，北京 100091）

披堿草屬（Elymus）植物屬于禾本科（Gramineae）小麥族（Triticeae），抗旱和抗寒力強，能適應3000 m 以上海拔和各類土壤等逆境，并且營養豐富、產量高［1-2］；現已成為我國青海、四川、甘肅、新疆等高寒牧區的優勢牧草［3］。同時，披堿草具有麥類作物所缺乏的優質、高產和抗逆境脅迫等基因，是豐富麥類作物和牧草遺傳多樣性的基因資源庫［4-5］。目前披堿草屬植物有197 種（來源：中國植物志http：//www.iplant.cn/）；其中，垂穗披堿草（Elymus nutans）和老芒麥（Elymus sibiricus）是最具代表性、種植范圍最廣泛的兩個物種［6-8］。

病害在人工草地和天然草地上普遍發生，嚴重制約了畜牧業的健康和可持續發展［9-10］。病害可直接降低牧草的產量和品質，使草產量降低15%～50%［11］，脂肪、粗蛋白和可溶性糖含量下降，粗纖維含量上升［2］。此外，發病植株及帶菌草籽中還會含有一些對人和畜有害的次生代謝物［12-13］。20 世紀90 年代，侯天爵［11］曾對我國北方草地進行病害調查發現披堿草上有12 種真菌病害；4 種主要病害，分別是銹病、黑粉病、香柱病和葉斑病［14］。近年來，披堿草病害亦是影響草原退化不可忽視的因素之一［4，9］。因此，摸清當前披堿草病害的研究現狀及熱點，并提供恰當的防治已成為草原植保工作者當下最為嚴峻的任務之一。本研究對國內外披堿草病害的病原學、發生規律和防治措施等方面加以綜述，分析了我國披堿草病害及其防治的研究現狀與發展趨勢，可為披堿草病害的科學防控提供理論依據和技術指導。

1 披堿草病害

截至2023 年3 月，國內外已報道的披堿草真菌病害共有16 種（表1）。主要病害為銹病、黑粉病、麥角病、白粉病和離蠕孢葉斑病等。

1.1 銹病

由柄銹菌屬（Puccinia）真菌引起，危害披堿草的葉片、葉鞘和莖稈。根據感染部位和病原菌種的不同，又分為冠銹、葉銹、條銹和稈銹。侯天爵［11］于1993 年在調查北方牧草時發現稈銹病和葉銹病的發生最為嚴重。

1.1.1 癥狀 可危害所有地上器官，主要從植株的中、下部開始，逐漸向上擴展蔓延。發病初期感染部位出現淡黃色斑點。隨著病程的發展，病斑數目增多，并逐漸形成黃褐色（黃色、棕黃色、栗棕色或粉紅色）的皰斑。夏孢子堆成熟后，病部表皮破裂，散放出橘黃色（或黃褐色）粉末狀夏孢子。危害嚴重時病斑連接成片，葉片干枯卷曲，葉莖死亡。當寄主接近生長終期或溫度較低時，病斑背面產生黑褐色冬孢子堆［15］。

稈銹病主要危害莖稈和葉鞘，發病部位主要呈現較大的、長圓形皰斑［14］；條銹病典型病癥呈夏孢子堆與葉脈平行且排列成行［14］。除稈銹病外，冠銹病等其他銹病主要對葉片產生危害，也能損害到莖稈或穗部，發病初期出現小黃點，逐漸變橙褐色狀膿皰，后期表皮破裂，從而露出黃色粉末［16］。

1.1.2 病原特征 冠柄銹菌（Puccinia coronata）：夏孢子球形或寬橢圓形，極少數為梨形，15.4～30.0 μm×11.2～24.0 μm，壁厚1.0～2.8 μm，散生，有時不明顯。冬孢子堆主要生于葉背面，黑色；冬孢子棒形，栗褐色，30～67 μm×12～23 μm［15］。

禾柄銹菌（Pucciniagraminis）：夏孢子長卵形或橢圓形，21～40 μm×13～23 μm，壁厚1.5～2.0 μm，有刺，淡黃色至金褐色。冬孢子堆黑褐色；冬孢子矩形至橢圓形或棍棒形，38～60 μm×18～25 μm，栗褐色［15］。

山地單孢銹菌（Puccinia montanensis）［17］：夏孢子橢圓形，21～34 μm×19～26 μm，有刺。冬孢子矩形至橢圓形，35～64 μm×18～34 μm。

隱匿柄銹菌（Puccinia recondita）：異名為Puccinia elymi-sibirici［15］。夏孢子球形或近球形，橙黃色，有刺，20～34 μm×17～26 μm，壁厚1.5～2.5 μm，散生。冬孢子雙胞，棍棒形，暗褐色，29～50 μm×12～27 μm。

條形柄銹菌（Puccinia striiformis）：夏孢子單胞，球形，鮮黃色，有細刺，20～30 μm×16～26 μm，散生。冬孢子雙胞，棍棒形，灰黑色，32～70 μm×12～25 μm［15］。

1.1.3 發生規律 以孢子或菌絲體形式在病殘組織或生長中的植株上越冬，次年適宜條件下產生新的夏孢子堆，繼而以夏孢子進行重復侵染，直至越冬，完成侵染循環。植株密度大、土壤板結或貧瘠、偏施氮肥或施肥不足、病殘體多等條件下，夏孢子可以隨氣流、雨水、人類活動等進行迅速傳播，從而大面積發生［15-16，18］。

1.2 黑粉病

主要危害葉片、莖稈和穗，根據感染部位的不同，又分為葉黑粉病、稈黑粉病和黑穗病［19］。主要分布在我國甘肅，少量在內蒙古、寧夏、青海等地區［19-21］。在甘肅，披堿草的受害面積曾達30000 hm2以上，造成經濟損失至少153 萬元［22］。

1.2.1 癥狀 孢子堆分布在葉片基部中脈兩側或葉鞘上，小而多，條紋狀，初期由表皮覆蓋，后期表皮破裂成條狀［22］；常密集成串或堆狀，病部腫厚、突起、泡狀，其背面略凹陷［19］。莖稈上的孢子堆一般集中在各節的基部，圍繞節間裸生；有時危害花序，造成植株敗育［23］。穗部多集中在穗上部，通常為部分穗受害，仍能結出一部分籽粒，但也有全穗受害而成為病瘤，病瘤外有一層薄膜、發亮，輕壓有水液流出；或穎片基部受損，變得堅硬且緊密［19］。

1.2.2 病原特征 目前我國披堿草上黑粉病的病原菌有3 屬8 種。通常孢子團黑褐色，（有時）初期呈半黏結狀，后期粉狀［23］；黑粉孢子多數球形或近球形，少數卵圓形、長圓形或稍不規則形。具體如下：

莖黑粉菌（Tranzscheliella hypodytes）：異名為Ustilago hypodytes［24］。黑粉孢子橄欖褐色，光滑，4～7 μm×3.0～5.5 μm［19，23-24］。

冰草條黑粉菌（Urocystis agropyri）：黑粉孢子橄欖褐色，5.8～7.5 μm×5.0～6.2 μm［25］。

披堿草條黑粉菌（Urocystis dahuricus）：黑粉孢子褐色，10.0～12.5 μm×8.0～11.6 μm［26］。

雀麥黑粉菌（Ustilago bullata）：引起披堿草黑穗病［13］。黑粉孢子深橄欖褐色，密瘤，5.5～11.0 μm×5.0～9.0 μm［23］。

大麥堅黑粉菌（Ustilago hordei）：黑粉孢子橄欖褐色，光滑，無刺突，4.5～9.5 μm×4.5～7.0 μm［23］。

Ustilago salweyi［27］：異名為Ustilago striiformis。黑粉孢子褐色，有刺，9.5～12.5 μm×7.5～10.5 μm。

賴草黑粉菌（Ustilago serpens）：黑粉孢子有刺（至粗瘤），11.0～20.0 μm×7.5～14.0 μm［23］。

堿草黑粉菌（Ustilago trebouxi）：黑粉孢子淺橄欖褐色，有小刺，3.0～6.5 μm×3.5～8.3 μm［22］。

1.2.3 發生規律 黑粉菌對寄主的侵染是多年生的，主要通過冬孢子在寄主組織、病殘體、土壤或種子中越冬，翌年春在植物新葉中出現孢子堆，例如條形黑粉菌［19，23］。冬孢子萌發產生擔孢子和次生擔孢子，隨氣流、雨水和昆蟲傳播，嚴重時引起死苗和空稈［19］。病部常形成瘤狀物，初為綠色或白色，后逐漸變灰褐色，有時帶紫紅色，成熟后薄膜破裂，散出大量的黑色粉末（冬孢子），再次成為來年侵染源，完成侵染循環［28］。

1.3 白粉病

在我國吉林、江蘇、四川、內蒙古等地區均有分布［13-14，29-30］。

1.3.1 癥狀 主要危害葉片，正背兩面均有白粉狀病斑，多集中在背面，白粉為病原的菌絲和分生孢子，后期形成褐色至黑色的小粒點狀閉囊殼［11］。

1.3.2 病原特征 主要為禾布氏白粉菌（Blumeria graminis）；近期在美國和加拿大的披堿草上發現Blumeria americana新種，我國尚未報道。具體特征如下［31］：

B.americana：分生孢子串生，每串可達9 個；次生孢子卵圓形，有時檸檬狀，14.0～26.0 μm×8.5～14.0 μm。

禾布氏白粉菌：分生孢子卵形、長卵形，28～40 μm×14～18 μm。

1.3.3 發生規律 以閉囊殼或菌絲體在寄主或病殘體內越冬；第二年春，閉囊殼和菌絲體分別產生子囊孢子和分生孢子，通過空氣、雨水等傳播［32］。植株密度大、水肥充足等條件易于發病［11］。

1.4 麥角病

主要引起種子減產，品質降低，而且所產生的菌核（麥角）含有多種有毒生物堿，能夠引起人和家畜中毒［33］。在我國新疆、西藏、甘肅、四川、青海等地的披堿草上均有發生；適宜條件下，披堿草發病率可達50%～95%［1，33］，但嚴重程度較低。

1.4.1 癥狀 初期侵染花絮，（有時）穎片上可見（紫）黑色的污斑，花器分泌一種黏稠的蜜滴［33］，即為病原菌的分生孢子和含糖黏液一起分泌，此時稱“蜜露期”。后期受侵染花器的子房膨大轉硬，形成黑色的香蕉狀或圓柱狀菌核，突出于穎稃之外，肉眼可見，麥角病因其菌核形狀很像動物的角，故稱“ 麥角”（圖1）。

圖1 垂穗披堿草麥角病（薛龍海攝，四川紅原，2020）Fig.1 Egot of E.nutans（Taken by XUE Long-hai，Hongyuan County of Sichuan，2020）

1.4.2 病原特征 絕大多數病原菌為麥角菌（Claviceps purpurea），無性世代為麥角蜜孢霉（Sphaeria purpurea）。分生孢子卵形至橢圓形，5.6～7.9 μm×2.8～3.8 μm［34］；菌核呈香蕉狀或柱狀，表層較光滑，黑褐色或紫黑色［33］，10.0～15.3 mm×0.9～2.1 mm（圖1），斷面紫灰色或龍眼魚紫色［35］。

1.4.3 發生規律 菌核在土壤中或種子間越冬。麥角通常在花期前產生子囊孢子，子囊孢子借助氣流或風力傳播，落在柱頭上萌發侵入子房。在子房內菌絲體分泌一種具有甜味的黏性物質（“蜜露”），通過昆蟲采食或雨滴飛濺等傳播途徑將分生孢子傳至其他植株。當種子快成熟時，菌絲體逐漸緊密硬化成堅硬的菌核（即麥角）。成熟的麥角脫落于土壤或混雜在健康種子間，從而完成整個侵染過程［36］。

1.5 香柱病

1.5.1 癥狀 香柱病是一種花期病害，主要危害穗部。使穗（全部或部分）或部分莖稈變成白色圓柱形［14］，形狀像一截“香”（圖2），初為白色，后變為黃（橙）色，病株大多發育不良，較矮小。潮濕的天氣下，子座上常出現一些腐生真菌形成的污斑［37］。

圖2 圓柱披堿草香柱病（薛龍海攝，四川紅原，2020）Fig.2 Choke of Elymus dahuricus var. cylindricus（Taken by XUE Long-hai，Hongyuan County of Sichuan，2020）

1.5.2 病原特征 目前廣泛研究的Epichlo?屬及其所對應的無性態Neotyphodium屬，統稱為Epichlo?內生真菌。通常情況下，無性態內生真菌與禾草形成互惠互利的共生體，帶菌禾草抗蟲、抗旱，生長迅速，競爭性強［38］；適宜條件下，內生真菌進行有性繁殖，能部分或完全抑制宿主的開花和結實，即“香柱病”（有性態的內生真菌）［39］。披堿草香柱病的病原菌主要有兩種：披堿草香柱菌（Epichlo? elymi）和香柱菌（Epichlo? typhina）；目前我國文獻收錄的僅有香柱菌［29，40］。脅迫條件下產生分生孢子和分生孢子梗，具體如下：

披堿草香柱菌［41］：孢子梗長（17±3）μm，基部寬2 μm；分生孢子透明，橢圓形或舟形，（4.4±0.4）μm×（2.2±0.2）μm。

香柱菌：孢子梗長13～33 μm，基部寬2.7～4.1 μm；分生孢子透明，橢圓形至腎形，（4.1±0.5）μm×（2.2±0.5）μm［42］。

1.5.3 發生規律 香柱病為系統侵染性病害，種子帶菌是主要傳播途徑［43］，菌絲體存在于種皮、胚乳和胚內。種子萌發后，菌絲隨之進入幼苗；繁殖枝發育后，適宜條件下有性態的Epichlo?真菌可產生子座，纏繞在宿主植物的莖、葉鞘和花序表面，形成一個鞘，俗稱“香柱病”［42，44］。

1.6 離蠕孢葉斑病

1.6.1 癥狀 引起葉斑，發生普遍［45］，是披堿草葉斑病的重要病原之一。發病初期葉片和葉鞘上出現橢圓形或梭形的小黑點，中心淺棕褐色，外緣有黃色光暈，潮濕條件下有黑色霉狀物（圖3A，B）。近年高晨軒［46］發現根腐離蠕孢（Bipolaris sorokiniana）可顯著降低垂穗披堿草幼苗的根長、芽長和干重。

圖3 垂穗披堿草離蠕孢葉斑病（劉佳奇攝，甘肅山丹，2022）Fig.3 Bipolaris leaf spot of E.nutans（Taken by LIU Jia-qi，Shandan County of Gansu，2022）

1.6.2 病原特征 狗牙根（Cynodon dactylon）平臍蠕孢（Bipolaris cynodontis）［47］：分生孢子具有6～9 個隔膜，45～55 μm×12～15 μm。麥根腐平臍蠕孢（Bipolaris sorokiniana）［45］：分生孢子呈紡錘形，深褐色，具有5～9 個隔膜，21.7～79.0 μm×8.0～21.1 μm（圖3C）。

1.6.3 發生規律 病原菌以菌絲和分生孢子形式在種子、土壤或病殘體上越冬，來年氣候適宜時，成為初侵染源，并可長年持續性侵染。寄主植物發病后，產生病斑；潮濕條件下，病斑處有大量分生孢子（即“黑色霉狀物”），通過氣流、雨水等傳播，進行再侵染［48］。

2 披堿草主要病害綜合防治

2000 年以來，南志標［74］就提出了建立我國牧草病害可持續管理防治體系：即通過利用抗病品種和對草地的可持續管理，并輔以殺菌劑拌種和生物防治等措施，最終將病害控制在經濟閾值水平之下。與苜蓿（Medicago sativa）、黑麥草（Lolium perenne）等牧草病害相比，國內外對披堿草病害防治技術的研究極少，現還多集中在病害普查、病原鑒定等基礎研究（前半部分論述），專門針對披堿草病害的綜合防控策略亟待解決。參照禾本科牧草病害的防控技術，披堿草病害的防治歸納為以下4 個方面。

2.1 抗病品種選育

選用抗病或耐病品種是病害最有效的防治方法［75］；亦可選擇當地避病品種，以防病害蔓延。精選抗病品種或與抗病品種混播均能降低禾草銹病的發生［16，76］；紫羊茅（Festuca rubra）抗病品種Raymond 能延長離蠕孢在植株內的潛育期［77］；選擇花期較短的品種可預防麥角病［12］。

我國關于披堿草抗病育種的研究處于起步階段，尚未挖掘出針對一些主要病害的抗病基因。因此，開展大規模的種質資源抗病性評價與篩選，既是短期內解決抗病品種的應急之舉，亦可為進一步抗病育種提供基礎材料［74］。張新全教授團隊以四川省甘孜州的野生披堿草種子為原始材料，經多年栽培馴化而育成垂穗披堿草“康北”品種；該品種具有豐產性和抗病性，目前在四川甘孜州、阿壩州等地大面積推廣種植（來源：https：//cgst.sicau.edu.cn/info/1028/1571.htm）。

2.2 種子處理

種帶病原物的檢疫是病害防治的第一道關卡［78］，對種子及播種材料，尤其是進口草種必須進行嚴格檢疫［79］，杜絕從病區引種；自無病地留種或選用已貯存2 年的種子，亦可降低種子帶菌率［80］。播種前常用的種子處理方法包括溫水、石灰水或鹽水浸種、殺菌劑拌種、種子包衣等。一般在44～46 ℃下浸泡2～3 h 或在50～52 ℃下浸泡2～5 min，可消滅種子內的病原菌而不損害種子［81］；用20%～30%的鹽水浸泡種子可預防麥角病［12］和香柱病［44］的發生；用1%石灰水浸種可有效預防根腐病、赤霉病和黑穗病［81］。通常用萎銹靈、福美雙、克菌丹、烯唑醇、戊唑醇等殺菌劑按照種子量的0.15%～0.30%拌種來防治麥角病、黑粉（穗）病和香柱病［80］；研究表明用50%福美雙或2%立克秀拌種可有效預防披堿草黑穗病的發生［22］。另外，種子包衣能有效防止種子霉變［82］，包衣后播種對防控根腐病、葉枯病等病害效果較好［83-84］。

2.3 生態治理

合理種植。選擇適宜種植地、合理配置草種、適當加深播種深度均可顯著減少病害的發生率；控制合理的種植密度，每hm2播種量在22.5～30.0 kg 為宜［85］。前人研究發現混播豆科和禾本科植物可減輕病害的發生［86］，因此未來可嘗試采用混播等生態防控技術對披堿草病害進行防控。

科學施肥。播種前，盡量施用腐熟的有機肥為主，化肥為輔［77］。生長季合理降低氮肥配比，增施磷、鉀肥以增強植株抗病力［87］；條件允許下，葉面追肥，如外施可溶性硅肥（SiO2，275 mg·m-2）可顯著降低白粉病發病率［88］。

適時刈割或放牧［89］。對氣流傳播的病害，如白粉病，既要刈割及時徹底，又要大面積連片［11］；適當提早刈割，不僅可以防病，也可保障牧草的品質。適度放牧可以降低草地銹病和白粉病的發生［90］；另外，有研究發現適當放牧可促進叢枝菌根真菌侵染垂穗披堿草，進而間接抑制白粉病的發生［91］。

及時清除病殘體［28，92］。鏟除野生寄主、清除枯草層、及早毀除生長矮小或提早抽穗的病株、焚茬等均可降低病害的發生［89］。在出穗期，可用一些物理手段除去菌核以減少污染，如用過篩法將感染麥角病的植物篩選出來［12］；收獲或刈割后，披堿草應放置在陽光下暴曬或用紫外燈照射，以減弱麥角病［93］等病害的毒性，防止家畜采食中毒。

2.4 化學治理

化學防治在牧草病害管理體系中處于次要或輔助的地位［74］，適當使用殺菌劑可以降低病原侵染的嚴重程度，但在病害管控中首先要加強草地的可持續管理，提升植株自身抗病性，藥劑防治只在必要時用［94］。許多研究已表明三唑類制劑（如15%～25%三唑酮可濕性粉劑750～2500 倍液）對預防和治療銹病［95］、白粉病［96］、黑粉病［28，92］、麥角病［97］均有很好的效果；50%施保功（1500 倍液）對離蠕孢葉枯病有較好防效［94］。另外，百菌清、多菌靈、甲基托布津、代森錳鋅等對葉斑和種傳病害均有很好的防效［77，82，87，95，98-99］。噴施藥劑和種子包衣相結合防效更佳，可達95.7%［83］。預防為主，藥劑盡量在病害發生前施用；如麥角病、香柱病、黑粉病和赤霉病等病害在開花前期或初期施藥1～2 次效果最好［100］。通常，每隔7～15 d 施用1 次，高峰期可增加至2～3 次；噴藥量和噴藥次數根據草高、植株密度以及發病情況確定，同時參照農藥說明［27，101］；避免單一地長期多次使用使病原菌產生耐藥性［102］。

3 展望

披堿草作為青藏高原高寒牧區的優勢牧草，其病害的研究無論從宏觀的病害流行學，還是微觀的分子生物學研究都比較薄弱；與苜蓿、黑麥草等優勢牧草相比，披堿草病害研究較少。近年來，隨著我國農業結構的調整和對生態建設的重視，披堿草屬植物作為我國青藏高原人工草地的主栽牧草和天然草地的優勢禾草，其病害研究的廣度和深度都應加強［10，78］，主要體現在以下幾個方面：

明確病害的種類。目前，青藏高原各生態區域最主要的披堿草病害種類尚不十分明確；很多病害僅有文獻收錄，而缺少具體的研究報道。例如，大多以“病害—病原物”的形式記載［14，40］，而缺少對應的病害癥狀、危害程度、病原特征及其致病力等。另外，披堿草上病原真菌的鑒定絕大多數依賴于傳統的形態學特征［14，49］，而缺失相應的分子鑒定手段。近年來，結合形態學與多基因序列特征的現代多項分類技術逐漸應用在披堿草病原真菌的鑒定研究；例如，披堿草白粉病病原新種的多基因序列鑒定［31］和本團隊最新報道的離蠕孢葉斑病［45］等。另外，還可以利用高度專一的血清技術（ELISA 及單克隆抗體）和免疫測定試劑盒等對病原菌進行快速鑒定［103］。

探明主要病害的發生規律。首先甄別每種病害的危害程度，篩選出重要病害作為重點研究和長期監測對象［10］。盡管對銹病、黑粉病等開展了較為系統的研究工作，但就其病害在不同地方的發生動態、危害特點等與環境條件的關系仍然不清楚；目前香柱病的發病條件仍需進一步地科學論證。在今后的研究中，應當結合病害的田間病癥特點、分布及危害程度等多方面特征進行系統化識別［104］。對銹病等主要病害應定點長期觀察，歸納總結不同地區病害的發生規律［104］。

選育抗病品種。目前有記載或新聞報道的抗病種質資源僅有內蒙古農牧老芒麥、吉林老芒麥、披堿草［105］和垂穗披堿草‘康北’等。利用有益禾草內生真菌（Epichlo?）進行育種，是草業育種的一個新方向［106］。通常情況下，內生真菌與禾草形成互惠互利的共生體，可增強宿主抗逆性，而極不易引起香柱病［38］。以多年生黑麥草為例，帶內生真菌的植株可有效地抵抗麥根腐平臍蠕孢的危害［107］；2020 年由蘭州大學培育的我國第一個高內生真菌帶菌率、抗銹病的多年生黑麥草新品系“蘭黑1 號”已被批準進入國家林業和草原局新品種區域試驗［108］。培育攜帶高內生真菌的新品種將是披堿草抗病研究的突破口之一。自然條件下，攜帶內生真菌的披堿草在國內外均有分布［41，51，71，109］；研究其與內生真菌共生的影響機制，篩選優良Epichlo?菌株［92］，進而通過人工接種技術創制禾草內生真菌-植物新種質［106］。

研發綠色防控技術體系。有關披堿草屬真菌病害的防治研究極少，相應的生態防治、生物防治等防治方法的系統性研究工作近乎空白。對其病害的防控，須建立綠色防控技術體系，即優先考慮采用物理、生物和生態防治技術，根據不同生育時期、不同地域的病害發生特點，挖掘關鍵技術，發掘、研究和利用抗病品種與自然天敵等資源，建立全程綠色化防控技術模式［78］。