禾谷鐮刀菌對小麥種子萌發(fā)及幼苗形態(tài)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(yè)大學植物保護學院，河北 保定 071001；2.河北農業(yè)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(qū)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(qū)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(qū)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?。‵usarium 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(qū)由于生態(tài)地理環(huán)境不同，因此引起小麥赤霉病的病原組成和優(yōu)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(fā)生面積不斷擴大，發(fā)生區(qū)域由長江中、下游麥區(qū)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(fā)芽和出苗均受到一定影響，研究表明，禾谷鐮刀菌培養(yǎng)濾液影響小麥種子發(fā)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(fā)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(fā)生面積不斷增大、發(fā)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(fā)芽及其幼苗生長情況，旨為揭示禾谷鐮刀菌對小麥生長發(fā)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(yōu)2018、石麥15、衡4399 和冀麥585，其中藁優(yōu)2018 由藁城市農業(yè)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(yè)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(yè)大學植病生態(tài)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(yǎng)。采用常規(guī)方法分別制作PDA 培養(yǎng)基和CMC 培養(yǎng)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(yǎng)基中，用封口膜將三角瓶封口，置于恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃培養(yǎng)3 d；然后，按照每300 mL CMC 培養(yǎng)基置入菌餅25～30 個將菌餅置于CMC 培養(yǎng)基中，在轉速160 r/min、溫度25 ℃條件下培養(yǎng)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(fā)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(yǎng)皿（直徑90 mm）置于超凈工作臺上，在每個培養(yǎng)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(yǎng)皿放30 粒種子。在培養(yǎng)皿中加入菌懸液10 mL，使種子帶菌；以培養(yǎng)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(yǎng)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(tǒng)計發(fā)芽種子的數量，計算發(fā)芽率。

在每個培養(yǎng)皿中選取9 粒萌發(fā)后長勢均勻的種子，種植于穴盤（基質為滅菌營養(yǎng)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(fā)的影響

菌懸液處理的參試小麥品種發(fā)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(fā)芽率降幅為0～28.7%，其中藁優(yōu)2018 降幅最大（表1）?？傮w來看，禾谷鐮刀菌會抑制小麥種子萌發(fā)，其中對冀麥585 和石麥15 影響較小，對衡4399 和藁優(yōu)2018 影響明顯。

表1 禾谷鐮刀菌對小麥種子萌發(fā)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yǎng)濾液對小麥種子萌發(fā)代謝影響試驗結果顯示，禾谷鐮刀菌培養(yǎng)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(fā)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(fā)和幼苗生長受到抑制；但也有一些指標表現為非下降狀態(tài)，如冀麥585 的種子發(fā)芽率，冀麥585 和石麥15的第1 片全展葉面積。

種子萌發(fā)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(yè)生態(tài)系統(tǒng)的時間，直接影響作物產量[18，19]。研究表明，環(huán)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(fā)芽率較高，藁優(yōu)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(yōu)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(huán)境存在一定差異，今后需進一步在大田自然條件下繼續(xù)開展試驗，以使結果更好地應用于生產實際。