玉米絲黑穗研究進(jìn)展及其防治

任志強(qiáng)，卜華虎，楊慧珍，肖建紅(.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原000;2.農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原000;.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所，山西晉中00060;.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，山西太原0002)

玉米絲黑穗病是一種系統(tǒng)性侵染的土傳病害［1］，侵染時(shí)間多在苗期，由絲軸黑粉菌(Sporisorium holcisorghi)引起的真菌性病害，該菌屬于孢堆黑粉菌屬擔(dān)孢子亞門(mén)。絲黑穗病直接影響玉米的雄穗、雌穗的生長(zhǎng)發(fā)育，發(fā)病程度因地塊和品種的不同有異，平均發(fā)病率為15% ～20%，嚴(yán)重地塊達(dá)60%以上甚至絕產(chǎn)［2］。近年來(lái)，由于管理粗放和氣候多變等因素影響，玉米絲黑穗病害呈現(xiàn)回升蔓延且逐年加重的趨勢(shì)，嚴(yán)重影響了我國(guó)玉米的生產(chǎn)。為此，筆者對(duì)我國(guó)玉米絲黑穗病基本情況、侵染時(shí)間、發(fā)病癥狀以及防治方法進(jìn)行了綜述，旨在為我國(guó)玉米絲黑穗病防治提供借鑒。

1 我國(guó)玉米絲黑穗病基本情況

玉米絲黑穗病自1919年在我國(guó)東北首次報(bào)道以來(lái)迅速蔓延，每年都有不同程度的發(fā)生，以北方春玉米區(qū)、西南丘陵山地玉米區(qū)和西北灌溉玉米區(qū)發(fā)病較重，黃淮海局部冷涼地區(qū)也較嚴(yán)重［3］。20世紀(jì)80年代，隨著抗絲黑穗病玉米自交系P138、齊319等的應(yīng)用，我國(guó)選育出一批抗病新品種，該病得到一定控制，但玉米絲黑穗病仍然危害我國(guó)玉米的生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004～2006年遼寧山區(qū)每年發(fā)生面積都在4 000 hm2以上，平均發(fā)病株率16.5%，減產(chǎn)24.0%。2007年，黑龍江部分市縣玉米絲黑穗發(fā)病率為15.0% ～20.0%，嚴(yán)重地塊達(dá)到60%以上。2008～2010年山西長(zhǎng)治因玉米絲黑穗病累計(jì)減產(chǎn)19萬(wàn)t，忻州市忻府、原平、定襄3縣(市、區(qū))每年發(fā)病面積5萬(wàn)～6萬(wàn)hm2。西南山區(qū)個(gè)別年份個(gè)別地區(qū)發(fā)病率高，2001年四川省寶興縣1個(gè)鄉(xiāng)發(fā)生非常嚴(yán)重，幾乎絕收。

2 我國(guó)玉米絲黑穗病研究進(jìn)展

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)玉米絲黑穗病研究主要集中在絲軸黑粉菌的分化、玉米抗絲黑穗的機(jī)制和對(duì)抗病基因的QTL定位上，通過(guò)探索病原菌生理特性、抗病機(jī)制和抗病基因等方面，為病害防治以及抗病育種提供理論依據(jù)。

2.1 絲黑穗病原菌的分化 玉米絲軸黑粉菌因地域不同而有不同的生理類型，不同生理類型的菌株具有不同的侵染率和致病力水平，同時(shí)也表現(xiàn)出對(duì)不同玉米品種的寄宿差異。研究病菌的分化有利于了解病菌的來(lái)源、傳播、遺傳變異的規(guī)律，以達(dá)到針對(duì)不同類型感染采用不同的防治手段。

玉米絲軸黑粉菌的生理類型分化主要通過(guò)同工酶、分子標(biāo)記等對(duì)不同類型接菌的自交系進(jìn)行研究，然后將不同類型的病菌聚類分析。如華致甫等運(yùn)用磷酸酯酶和酯酶同工酶技術(shù)對(duì)玉米絲黑穗病菌的致病力進(jìn)行了試驗(yàn)，認(rèn)為我國(guó)玉米絲黑穗病菌至少存在5個(gè)生理小種，并且不同小種在致病力上存在差異［4］。甘琴華等利用RAPD分子標(biāo)記技術(shù)將我國(guó)北方玉米絲軸黑粉菌菌株劃分為多個(gè)遺傳宗譜，并顯示不同地域來(lái)源的病原菌大多聚為一類，顯示出地域的差別［5－6］。

對(duì)玉米絲軸黑粉菌生理類型的分析表明我國(guó)玉米絲黑穗病菌具有多態(tài)性和較強(qiáng)的變異性，也表明該病的防治難度。通過(guò)同工酶、分子標(biāo)記等技術(shù)對(duì)我國(guó)不同區(qū)域玉米絲軸黑粉菌進(jìn)行分類和生理鑒定，對(duì)玉米絲軸黑粉菌起源、傳播、分化以及防治都能起到積極作用，對(duì)玉米抗病資源篩選和抗病育種等方面也具有重要的參考價(jià)值。

2.2 玉米抗絲黑穗病的機(jī)制研究 植物在自然界中會(huì)受到病原真菌、細(xì)菌和病毒等各種病原物的侵害，在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中植物自身會(huì)形成一系列復(fù)雜有效的防御機(jī)制來(lái)抵抗病原菌侵害。不同玉米品種對(duì)絲黑穗病的抗性不同，不同品種對(duì)玉米絲軸黑粉菌的抗入侵和細(xì)胞內(nèi)的生理反應(yīng)都有所差異。目前玉米抗絲黑穗病機(jī)制報(bào)道較少，主要集中在對(duì)不同品種、不同時(shí)期、以及感病材料中小分子化合物和過(guò)氧化物酶的變化，來(lái)初步闡述玉米抗絲黑穗病的機(jī)理，目前尚未形成系統(tǒng)的理論。

植物對(duì)病原菌的抗性主要分為4個(gè)階段:首先，植物的特殊結(jié)構(gòu)可阻礙病原菌的入侵，趙羹梅等通過(guò)對(duì)幼芽鞘組織的透性和喪失質(zhì)壁分離能力與植株發(fā)病的研究，發(fā)現(xiàn)抗性不同的自交系對(duì)病原菌侵入的反應(yīng)不同，揭示了在生育早期玉米芽鞘細(xì)胞就表現(xiàn)了其固有的抗病性［7］。其次，細(xì)胞內(nèi)的小分子物質(zhì)變化可提高植物的抗性，李興紅等研究表明冬孢子在感病材料幼苗胚芽鞘上的萌發(fā)率增高，幼苗中Vc、總糖含量顯著高于抗病材料，兩者與冬孢子在感病材料幼苗胚芽鞘上的萌發(fā)率呈顯著正相關(guān)［8］。王金華等研究表明玉米自交系萌發(fā)第4天胚芽丁布含量與發(fā)病率呈極顯著負(fù)相關(guān)，并且在布量40 μl/mg時(shí)即能對(duì)玉米絲軸黑粉菌具有顯著抑制作用，推測(cè)芽丁布參與玉米抗絲黑穗?。?］。再次，植物細(xì)胞內(nèi)的活性氧代謝是植物內(nèi)部重要的抗逆信號(hào)傳導(dǎo)和抗逆反應(yīng)途徑，趙羹梅等還對(duì)絲黑穗抗性不同的玉米自交系胚芽鞘內(nèi)的過(guò)氧化酶活性進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)多數(shù)自交系健康植株芽鞘的過(guò)氧化物酶活性差異不大，其差異與抗病性不表現(xiàn)任何相關(guān)，但接種絲黑穗病菌后，芽鞘內(nèi)過(guò)氧化物酶活性均有所提高，并與自交系的田間發(fā)病率呈極顯著正相關(guān)［7］。楊春平等也分析SOD和POD活性與抗絲黑穗病的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者均與品種的抗病性有關(guān)，SOD活性升高程度越高及POD活性下降程度越大，玉米品種抗病性水平越低。最終，植株能夠特異表達(dá)一些抗性蛋白，獲得抗病效應(yīng)［10］。

2.3 玉米抗絲黑穗病基因的QTL定位 玉米抗絲黑穗病基因的定位和功能研究是研究抗病機(jī)制和抗病育種的重要基礎(chǔ)，近年來(lái)玉米抗絲黑穗病QTL也成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。研究表明，玉米抗絲黑穗病是一個(gè)多基因控制的數(shù)量性狀，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)不同的分子標(biāo)記技術(shù)研究玉米抗絲黑穗病的QTL位點(diǎn)、主效QTL位點(diǎn)等。Wang等通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析144個(gè)自交系，并獲得18個(gè)抗絲黑穗候選基因［11］。高樹(shù)仁等采用SSR和AFLP標(biāo)記技術(shù)對(duì)玉米抗絲黑穗病進(jìn)行QTL，在4個(gè)區(qū)域一致性地檢測(cè)到抗絲黑穗病QTL［12］。吉海蓮等通過(guò)QTL發(fā)現(xiàn)22個(gè)玉米抗絲黑穗病的QTL，并采用元分析技術(shù)在玉米染色體2.09和3.04區(qū)域分別確定一個(gè)“一致性抗病 QTL”［13］。Chen等精細(xì)定位了位于染色體2.09區(qū)域的抗病 QTL［14］。邢躍先等利用抗病、感病親本中擴(kuò)增的相應(yīng)區(qū)段的序列差異發(fā)展新的分子標(biāo)記，最終將主效QTL限定與分子標(biāo)記STS6與STS8之間，約170 kb的區(qū)段內(nèi)［15］。上述研究均未有精細(xì)定位的報(bào)道，在玉米抗絲黑穗病QTL定位上，由于不同品種抗病機(jī)制有所差別，因此出現(xiàn)不同品種定位出不同的區(qū)域，加大了定位的難度。

對(duì)玉米抗絲黑穗病基因的QTL既可尋找抗病基因，更好地研究抗病機(jī)理，也可開(kāi)發(fā)新的分子標(biāo)記，選育抗病品種，甚至可用定位的基因進(jìn)行轉(zhuǎn)基因研究和育種。如邢躍先等通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇相結(jié)合選育出黃早四抗病近等基因系，大大提高了黃早四對(duì)絲黑穗病的抗性［15］。

3 絲黑穗的發(fā)病規(guī)律和癥狀

3.1 侵染時(shí)期 玉米絲黑穗病病原菌以冬孢子形式越冬，冬孢子在土壤中能存活2～3年，甚至存活7～8年［16］。研究表明，冬孢子最適萌發(fā)溫度為27.0～31.0℃［17］，低于17℃或高于32.5℃都不能萌發(fā)。玉米絲黑穗病菌主要侵染幼苗引起病害，侵染時(shí)期長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月以上，從種子萌發(fā)到7葉期都能感染，到9葉期不再侵染。出土前的幼齡時(shí)期為主要感染階段，土壤中玉米幼苗的種子破口漏出白尖到幼芽生長(zhǎng)至1～2 cm時(shí)為冬孢子侵染最適時(shí)期，該期間遇到適宜溫濕度條件就會(huì)萌發(fā)產(chǎn)生擔(dān)孢子，孢子經(jīng)性結(jié)合產(chǎn)生入侵絲侵入玉米植株。

3.2 發(fā)病癥狀 玉米絲黑穗病病原菌入侵植株形成系統(tǒng)侵染［18］，即病原物從侵入點(diǎn)向各個(gè)部位蔓延，并通過(guò)輸導(dǎo)組織擴(kuò)展到幼苗生長(zhǎng)點(diǎn)，隨著植株的生長(zhǎng)擴(kuò)展到整株，一般在果穗灌漿期才表現(xiàn)出典型的癥狀。

幼齡植株為主要感染階段，玉米絲黑穗菌主要侵染玉米幼芽、幼根，其中以胚芽、胚根為主［19］。幼苗期受害嚴(yán)重的植株，苗期分蘗增多，呈叢生型，植株明顯矮化，節(jié)間縮短，葉色暗綠挺直，有的葉片上會(huì)出現(xiàn)與葉脈平行的黃白色條斑，有的幼苗心葉緊緊卷在一起彎曲呈鞭狀，影響植株的正常生長(zhǎng)和發(fā)育。

灌漿期為主要發(fā)病階段，主要影響植株的雄穗和雌穗［20］。雌穗發(fā)病時(shí)，病穗分為黑穗型和畸形變態(tài)型2種類型。黑穗型受害果穗較短，基部粗頂端尖，不吐花絲，苞葉變成黑粉包，內(nèi)部充滿黑粉狀物，即病原菌的冬孢子［21］，后期苞葉破裂，散出黑粉，黑粉多粘結(jié)成塊，不易飛散［22］，黑粉間夾有絲狀的玉米維管束殘余?；巫儜B(tài)型果穗苞葉變窄，雌穗潁片過(guò)度生長(zhǎng)成管狀長(zhǎng)刺，呈刺猬狀，全部被病菌破壞，變成一大黑粉包。雄果穗發(fā)病時(shí)有2種類型:一是雄穗上單個(gè)小穗變?yōu)榫`，潁片因受刺激而變成為葉狀，雄花基部膨大，內(nèi)藏黑粉;二是整個(gè)雄穗變成一個(gè)大菌癭，外面包被白色薄膜，薄膜破裂后，黑粉外露，黑粉常粘結(jié)成塊，不易分散。田間病株多為雌雄穗同時(shí)發(fā)病。

3.3 發(fā)生規(guī)律 玉米播種后，來(lái)自土壤和種子上的冬孢子遇到適宜溫濕度條件便萌發(fā)產(chǎn)生擔(dān)孢子和側(cè)生擔(dān)孢子，經(jīng)有性結(jié)合產(chǎn)生入侵絲。入侵絲侵入后擴(kuò)展到生長(zhǎng)錐的基部分生組織中，菌絲在花芽開(kāi)始分化時(shí)向上蔓延進(jìn)入花器原始體，促使雄、雌穗發(fā)病。有時(shí)由于生長(zhǎng)錐生長(zhǎng)較快，菌絲蔓延較慢，未能進(jìn)入雄穗，造成病株只在雌穗上發(fā)病，而雄穗無(wú)?。?3］。同時(shí)菌絲體在植株上生長(zhǎng)能夠引起寄宿內(nèi)源激素變化，引起植株畸形癥狀，如節(jié)間宿短、植株矮化和叢生等［24］。

4 防治方法

玉米絲黑穗病原菌繁殖量大，以冬孢子形態(tài)越冬易度過(guò)惡劣氣候;以及我國(guó)絲孢堆黑粉菌菌種多態(tài)性豐富易于變異，且菌絲能在植株細(xì)胞內(nèi)生長(zhǎng)等因素，加大了病害防治的難度。伴隨著管理粗放、輪作嚴(yán)重、氣候異常等因素，我國(guó)絲黑穗病呈上升趨勢(shì)，如何防治絲黑穗發(fā)病，成為玉米育種和高產(chǎn)栽培的一項(xiàng)重要因素。

4.1 選用抗病品種 選用抗病品種是最有效、最根本的方法，既可用Mo17等抗病品種去改良不抗病品種，也可對(duì)不抗玉米絲黑穗病的黃改類自交系進(jìn)行改造，同時(shí)也可利用分子標(biāo)記、突變、轉(zhuǎn)基因等現(xiàn)代生物技術(shù)手段改造和篩選優(yōu)良的抗病自交系和品種。

4.2 減少病原菌 病原菌的菌量和活力是發(fā)病的2大主要因素。土壤、病株、糞肥等是病原菌的主要來(lái)源，減少菌量和降低活性也是防治玉米絲黑穗的主要手段?？赏ㄟ^(guò)深翻土地、施用充分腐熟的糞肥、及時(shí)處理病株等方法達(dá)到目的。

4.3 科學(xué)管理，調(diào)整播期和提高播種質(zhì)量 適當(dāng)推遲播期，播前選種、曬種可提高種子發(fā)芽勢(shì)。精細(xì)整地，適當(dāng)淺播，足墑下種。上述措施均可促進(jìn)快出苗、出壯苗，減少病原菌的侵染機(jī)會(huì)，提高植株的抗病能力。同時(shí)也可采用地膜覆蓋技術(shù)，地膜覆蓋可提高地溫，保持土壤水分，加快玉米出苗和生育進(jìn)程，從而減少發(fā)病機(jī)會(huì)。重病區(qū)實(shí)行3年以上輪作，施用凈肥，有機(jī)肥要充分堆漚發(fā)酵。深翻土壤，加強(qiáng)水肥管理，增強(qiáng)玉米的抗病性。

4.4 藥劑防治 藥劑防治是最直接的方法，并且由于絲黑穗菌具有侵染時(shí)期短、無(wú)再侵染的特點(diǎn)，藥劑可以達(dá)到很好的防治效果。播前可用藥劑處理種子，最常用的方法為種子包衣和藥劑拌種，既可消除種子表面的病原菌，又可減少病原菌入侵的幾率，同時(shí)也可防止病害的發(fā)生。目前有多種抗玉米絲黑穗病的種子包衣和藥劑可供選擇，如含有烯唑醇、戊唑醇和三唑醇成分的種子包衣對(duì)絲黑穗病的有明顯防治效果，防效高達(dá)87% ～96%;12.5%烯唑醇、20.75%?！た恕る娴人巹┛梢种凭z的生長(zhǎng);戊唑醇、三唑酮、多菌靈和福美雙4種殺菌劑能夠明顯抑制孢子的萌發(fā)和侵染力。

5 展望

近年來(lái)我國(guó)玉米種植面積在持續(xù)增加，同時(shí)由于管理粗放、連作嚴(yán)重以及氣候多變等多種因素的影響，絲黑穗病危害范圍和程度明顯增大，影響到我國(guó)玉米的增產(chǎn)增收。因此，首先應(yīng)加強(qiáng)對(duì)玉米抗病機(jī)制和基因的研究，加快抗病育種;其次，加強(qiáng)對(duì)絲黑穗病侵染時(shí)期、部位，發(fā)病癥狀以及防治方法等的研究，有利于更好地了解玉米絲黑穗發(fā)病規(guī)律和控制絲黑穗病的發(fā)生和流行;再次，在防治絲黑穗病害過(guò)程中還應(yīng)注重防治結(jié)合、加強(qiáng)科學(xué)管理等方法的有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到既要控制菌源、菌量又要控制孢子的傳播和入侵的目的。

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