玉米小斑病研究進(jìn)展

李智強(qiáng), 張祥輝, 劉文德*

(1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，植物病蟲害綜合治理全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2. 吉林大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，長春 130062)

玉米是我國種植面積最大的糧食作物,是重要的糧食、飼料和工業(yè)原料兼用作物,尤其是近些年再生能源與精深加工領(lǐng)域?qū)τ衩椎男枨蠹彼僭鲩L,使玉米成為21世紀(jì)重要的戰(zhàn)略資源[1-2]。2012年我國玉米播種面積為3 503萬hm2,總產(chǎn)量2.056億t,超過水稻產(chǎn)量,成為我國第一大糧食作物;2021年玉米播種面積和總產(chǎn)雙雙創(chuàng)歷史新高,分別達(dá)到4 332 萬hm2和2.726億t(中華人民共和國2021年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào),http:∥www.stats.gov.cn/xxgk/sjfb/zxfb2020/202202/t20220228_1827971.html)。因此,玉米的生產(chǎn)狀況直接影響到畜牧、輕工、能源及其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展,直接關(guān)系到國家糧食安全以及人民生活水平的提高,在我國國民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的作用。玉米整個生育期內(nèi)都會受到大量病蟲害的嚴(yán)重威脅,特別是近些年,隨著高產(chǎn)、耐密品種的廣泛推廣,單一品種連續(xù)大面積種植,耕作制度的改變以及全球性氣候變暖等因素的影響,玉米各種病蟲害的發(fā)生呈持續(xù)加重趨勢,其中玉米小斑病的發(fā)生與危害尤為突出,并受到密切關(guān)注[3]。

1 玉米小斑病的分布與危害

玉米小斑病是一種在世界范圍內(nèi)廣泛發(fā)生并嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的典型葉部真菌病害,在我國大部分玉米種植區(qū)都有發(fā)生,以夏玉米種植區(qū)(主要包括黃淮海大部、西北東部區(qū)域夏玉米種植區(qū))發(fā)生較為嚴(yán)重。一般情況下,癥狀首先出現(xiàn)在玉米下部葉片,并逐步向上部葉片擴(kuò)展。發(fā)病初期葉片上出現(xiàn)分散的水漬狀病斑或褪綠斑,隨著病情的發(fā)展,逐漸形成明顯的病斑,使植株光合作用受到影響,最終可導(dǎo)致葉片枯死,嚴(yán)重時甚至引發(fā)莖稈倒伏并造成絕產(chǎn)[4]。玉米小斑病常見病斑類型主要有3種,典型病斑為橢圓或近矩形,中部黃褐色,邊緣深褐色或紫褐色,病斑擴(kuò)展不能突破葉脈;第二種表現(xiàn)為病斑可以突破葉脈限制,形成橢圓形、灰褐色,沒有顯著深色邊緣的病斑;第三種為抗性病斑,常表現(xiàn)為黃褐色的小點(diǎn)狀壞死斑,并伴有褪綠暈圈,但不能進(jìn)一步擴(kuò)展[5]。

玉米小斑病于1925年在美國佛羅里達(dá)州和菲律賓被首次報(bào)道,隨后便迅速蔓延至全球各玉米產(chǎn)區(qū),并成為各產(chǎn)區(qū)的主要病害之一[6]。20世紀(jì)70年代,T型胞質(zhì)不育系玉米雜交品種大量種植導(dǎo)致玉米小斑病在美國突然暴發(fā)流行,造成了約10億美元的經(jīng)濟(jì)損失[6]。20世紀(jì)初,俞大紱等在我國江蘇省發(fā)現(xiàn)玉米小斑病[7];60年代,玉米小斑病曾在河北省和湖北省大流行,造成玉米大面積減產(chǎn),產(chǎn)量損失高達(dá)400多萬kg[8-9];1996年,河南北部玉米小斑病大暴發(fā),產(chǎn)量損失達(dá)20%以上[10]。隨著抗性玉米品種的推廣與種植,玉米小斑病在一定程度上得到了控制,但近些年隨著世界范圍內(nèi)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、耕作栽培方式轉(zhuǎn)變、玉米品種更新?lián)Q代、單一品種種植面積及地域的擴(kuò)大和全球性氣候變暖等因素的影響,玉米小斑病的發(fā)生呈持續(xù)加重的趨勢。Chen等報(bào)道,近年來我國玉米小斑病的發(fā)病區(qū)域和發(fā)病嚴(yán)重程度均呈快速上升的趨勢[11]。最近的研究報(bào)道顯示,玉米小斑病在流行年份可引起10%～68%的產(chǎn)量損失,嚴(yán)重威脅當(dāng)今全球的玉米安全生產(chǎn)[12-13]。2017年,國家農(nóng)作物品種審定委員會在新修訂的“主要農(nóng)作物品種審定標(biāo)準(zhǔn)(國家級)”中,把小斑病抗性列為京津冀和黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)玉米新品種審定的“一票否決”病害,高感即淘汰。

2 玉米小斑病病原菌形態(tài)及生物學(xué)

玉米小斑病病原菌為死體營養(yǎng)型子囊菌亞門真菌玉蜀黍平臍蠕孢Bipolarismaydis(Nisikado Miyake) Shoem.,目前,國內(nèi)玉米小斑病病原菌主要分為O、C、S、T 等4個生理小種。其中O小種是我國優(yōu)勢小種[14-16]。玉米小斑病菌成熟的分生孢子中間粗兩端細(xì)、鈍圓,并向一側(cè)彎曲,呈“月牙”狀,黑褐色,一般具有3～13個隔膜,絕大多數(shù)具有7～9個隔膜,其芽管可從分生孢子的兩端萌發(fā)延伸,被描述為雙極性生長。研究表明,玉米小斑病菌分生孢子形成和萌發(fā)最適溫度分別為25℃和26～32℃,高濕條件有利于分生孢子的形成和萌發(fā)。玉米小斑病菌分生孢子在接種1 h后開始萌發(fā),6～10 h后出現(xiàn)侵染菌絲,繼續(xù)生長2 h左右后沿葉脈出現(xiàn)粗壯菌絲,表明病原菌定殖成功。定殖成功后24～36 h,菌絲體向細(xì)胞壁外擴(kuò)展形成氣生菌絲或直接侵入相鄰葉肉細(xì)胞。接種后60～72 h,在感病品種葉片上出現(xiàn)肉眼可見棕色、橢圓形、可擴(kuò)展的病斑組織(圖1)[17-18];抗性品種葉片上則表現(xiàn)為獨(dú)立的黃褐色壞死點(diǎn),彼此之間不交叉[19]。隨后感病品種葉片的病斑上產(chǎn)生大量分生孢子,分生孢子借氣流傳播進(jìn)行重復(fù)侵染。玉米收獲后,病原菌以菌絲或分生孢子的形式隨病株殘?bào)w進(jìn)入越冬階段。翌年借氣流或雨水傳播到田間玉米葉片上,遇適宜溫度、濕度,分生孢子開始萌發(fā)并引起新一輪的侵染。

3 玉米小斑病菌致病相關(guān)基因功能研究

對玉米小斑病菌基因功能的研究較早且主要集中于T毒素的形成與致病機(jī)制方面。研究證實(shí),T小種產(chǎn)生T毒素并特異性地靶向玉米線粒體蛋白URF13,導(dǎo)致玉米線粒體能量代謝和電子傳遞紊亂,基質(zhì)外流,最終致使細(xì)胞死亡[20]。T毒素的合成主要由包括Tox1在內(nèi)的10個基因組成的基因簇控制[21],而Tox1由兩個不連續(xù)的基因座Tox1A和Tox1B組成。已經(jīng)證實(shí)T小種是O小種進(jìn)化過程中突然插入Tox1A和Tox1B形成的[22]。除此之外,Bi等研究證明,Llm1通過調(diào)控T毒素的合成來調(diào)節(jié)玉米小斑病菌生長發(fā)育與致病性[23]。最近印度科研人員首次利用比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)研究證明,玉米小斑病菌侵染抗病與感病玉米品種后,大量與線粒體代謝、細(xì)胞壁和幾丁質(zhì)合成、糖代謝、過氧化物酶活性、絲裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)活性和莽草酸脫氫酶相關(guān)的基因顯著上調(diào)表達(dá),同時侵染感病玉米品種后,小斑病菌內(nèi)次生代謝和碳代謝生物合成途徑相關(guān)基因高度富集[24]。研究表明,玉米小斑病菌中自噬相關(guān)基因ATG4與ATG8在其生長發(fā)育、適應(yīng)脅迫和侵染致病過程中起重要調(diào)控作用,并影響Septin蛋白在分生孢子和附著胞底部的正確組裝和定位,證明自噬發(fā)生與玉米小斑病菌侵染結(jié)構(gòu)發(fā)育有著緊密聯(lián)系[25-26]。PAK-like (p21-activated protein kinases)激酶是生物發(fā)育和形態(tài)發(fā)生的重要調(diào)節(jié)因子,在真核生物中具有保守性,日本研究人員通過敲除玉米小斑病菌中PAK-like激酶編碼基因Cla4,證明該基因具有調(diào)控生長發(fā)育、致病性和無性/有性轉(zhuǎn)變發(fā)育的重要功能[27]。Sorting nexins (SNXs)是一類含有PX (phox homology)結(jié)構(gòu)域,并在細(xì)胞內(nèi)吞和內(nèi)體分選運(yùn)輸中發(fā)揮作用的蛋白。PX結(jié)構(gòu)域是一種可以特異性結(jié)合磷脂酰肌醇的結(jié)構(gòu)域,并介導(dǎo)SNXs蛋白與含有特異的磷脂酰肌醇的內(nèi)體或細(xì)胞膜結(jié)合,但該類蛋白在病原真菌中的具體生物學(xué)功能不清楚,特別是在玉米小斑病菌中的功能還鮮有報(bào)道。最近Yu等發(fā)現(xiàn)SNXs相關(guān)基因Chsnx4和Chsnx41的缺失嚴(yán)重影響玉米小斑病菌營養(yǎng)生長、孢子形態(tài)和附著胞形成,進(jìn)一步證明Chsnx4和Chsnx41對玉米小斑病菌致病性具有重要調(diào)控作用[28]。Yu等研究證明,異硫氰酸酯可以顯著抑制玉米小斑病菌的生長,而ChNOX1和ChTRX2正向調(diào)控玉米小斑病菌對異硫氰酸酯的敏感性,該研究成果表明異硫氰酸酯將來可以開發(fā)成殺菌劑并用于玉米小斑病的防治,而ChNOX1或ChTRX2可以作為異硫氰酸酯的作用靶標(biāo)[29]。MAP激酶應(yīng)激激活相關(guān)蛋白Hog1的磷酸化水平受多個磷酸酶與去磷酸酶催化,并參與調(diào)控玉米小斑病菌生長發(fā)育與致病性[30]。Septin蛋白作為一類保守的細(xì)胞周期蛋白,在調(diào)控玉米小斑病菌生長發(fā)育和致病力中起重要作用[31]。Zhang等研究表明玉米小斑病菌通過銅離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ChCTR1和ChCTR4吸收環(huán)境中的銅離子正向調(diào)控附著胞形成與致病性[32]。最近Wang等對分離自中國的玉米小斑病菌菌株BM1進(jìn)行了重測序,獲得了高質(zhì)量基因組,為研究玉米小斑病菌基因功能及致病分子機(jī)制提供了重要參考。此外,該研究提供的新基因組資源將有助于了解玉米小斑病的遺傳多樣性和不同病原真菌基因組的比較分析[33]。但目前對玉米小斑病菌功能基因組的研究主要集中在致病因子T毒素合成方面[23-34],對其生長發(fā)育和致病相關(guān)基因的調(diào)控途徑還有待進(jìn)一步解析[35]。因此深入開展玉米小斑病菌生長發(fā)育和侵染致病機(jī)制的研究,對制定玉米小斑病綠色防控策略具有重要的理論價值和實(shí)踐意義。

4 玉米小斑病抗性基因定位與克隆研究進(jìn)展

4.1 抗性基因定位研究

篩選與挖掘抗性優(yōu)良玉米材料并開展抗病遺傳機(jī)制解析是進(jìn)行抗病育種的基礎(chǔ)與前提。玉米小斑病抗性遺傳由多基因控制,屬于數(shù)量抗性遺傳。目前在玉米中已經(jīng)鑒定了超過180個小斑病抗性QTL (quantitative trait locus),按照bin值可劃分為87個QTL[16]。20世紀(jì)80年代開始,大批研究單位與科研人員致力于小斑病抗性材料的篩選與抗性基因的定位與分離克隆工作。如Balint-Kurti等利用‘Mo17’בB73’構(gòu)建了重組自交系群體(recombinant inbred lines,RILs),系統(tǒng)研究了其對小斑病的成株期抗性,共鑒定到3個主效抗病位點(diǎn),分別位于bins1.10、bins3.04和bins8.02/03[14];Carson等和Balint-Kurti等利用相同作圖群體(mapping population)對小斑病苗期抗性進(jìn)行了分析,共鑒定到6個抗病位點(diǎn),分別位于1、2、3、6、7和8號染色體上,其中在1號和3號染色體上鑒定到的抗病位點(diǎn)與成株期抗病位點(diǎn)位置接近[36-37]。來源于該課題組的另外一個自交系‘NC250’也表現(xiàn)出對玉米小斑病的高抗性狀,并且是一份具有全生育期抗性的優(yōu)良抗源,在玉米生長發(fā)育的不同階段,對小斑病都表現(xiàn)出良好的抗病性,利用該自交系已成功選育出一批如‘NC292’和‘NC330’等高抗小斑病的優(yōu)良自交系[38]。在此基礎(chǔ)上,Belcher等以‘NC250’為供體親本,‘B73’為輪回親本構(gòu)建近等基因系群體(near-isogenic lines,NILs),在bins3.03/04、bins6.01和bins9.02/03分別檢測到主效抗病位點(diǎn)[39]。此外,Balint-Kurti等利用熱帶抗病材料‘NC300’與感病自交系‘B104’構(gòu)建的RIL群體在bins3.03/04和bins9.03/04檢測到主效抗病位點(diǎn)[40]。在利用雙親群體進(jìn)行抗病QTL定位的同時,該課題組還利用一套包含25個RIL群體的巢式關(guān)聯(lián)作圖群體(nested association mapping,NAM)對玉米小斑病的抗病位點(diǎn)進(jìn)行了檢測。通過聯(lián)合連鎖-關(guān)聯(lián)分析,在玉米全基因組中共鑒定到32個小斑病抗性QTL,證實(shí)該群體中的小斑病抗性表型變異主要由多個微效QTL的加性效應(yīng)控制[41]。Chung等利用抗病材料‘CML52’和感病材料‘B73’構(gòu)建了196份F6重組自交系群體,通過完備區(qū)間作圖法(inclusive composite interval mapping, ICIM),共鑒定到6個小斑病抗性QTL[42]。Lopez-Zuniga等利用8個BC3F4:5染色體片段代換系群體(chromosome segment substitution lines, CSSLs)共鑒定到56個玉米小斑病抗性QTL,其中,bins1.03、3.02/03、3.04、3.09、4.06、6.01、9.02、9.05和10.05在至少兩個BC3F4:5CSSL群體被鑒定到,這些抗性QTL物理位置被界定在5 Mb以內(nèi)[43]。Zwonitze等利用抗病材料‘Ki14’和感病材料‘B73’構(gòu)建了109份F6:8RIL群體,通過完備區(qū)間作圖法,總共鑒定到10個玉米小斑病抗性QTL[44]。Liu等利用熱帶抗病材料‘T14’和感病材料‘T4’組配獲得330個F2:3家系,通過復(fù)合區(qū)間作圖法(composite interval mapping,CIM)共定位到18個玉米小斑病抗性QTL,分別位于3、4、6、8、9和10號染色體上[45]。蔣鋒等以熱帶抗病親本‘T14’和感病親本‘T18’構(gòu)建的238份F2:3家系作為抗性QTL鑒定群體,利用SSR標(biāo)記結(jié)合表型對小斑病進(jìn)行抗性QTL定位,結(jié)果在4號和6號染色體上分別定位到4個和1個抗性QTL[46]。通過上述多個群體的抗性位點(diǎn)的鑒定與相關(guān)研究報(bào)道表明,在玉米基因組中存在小斑病抗病熱點(diǎn)區(qū)域,分別為bins3.03/04、bins6.00/01和bins9.02/03等(表1)。進(jìn)一步克隆抗病熱點(diǎn)區(qū)域中的具體抗病基因,并解析其分子遺傳機(jī)制與抗病機(jī)理,可以為玉米小斑病抗性育種提供重要的理論基礎(chǔ)與遺傳材料。

表1 玉米小斑病抗病熱點(diǎn)區(qū)域Table 1 The hotspot of southern corn leaf blight resistance genes

4.2 抗性基因克隆研究

分離與克隆抗病基因是深入探究植物抗病分子機(jī)制的前提與基礎(chǔ)。目前采用圖位克隆和轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽等技術(shù)與方法,已經(jīng)從植物中分離克隆到300多個抗病相關(guān)基因[53]。美國伊利諾伊大學(xué)抗病課題組采用經(jīng)典遺傳學(xué)研究方法對一份來自尼日利亞的小斑病抗性材料(Nigerian composite 024-2-4)進(jìn)行系統(tǒng)的遺傳分析,初步鑒定到一個隱性的抗病位點(diǎn),命名為rhm[54]。隨后,多個課題組開展了rhm基因克隆與遺傳育種工作,并獲得了大量抗性優(yōu)良的玉米材料。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)才宏偉教授和賴錦盛教授課題組合作,成功把rhm基因限定在8.56 kb的區(qū)間內(nèi),并確定LHT1 (lysine histidine transporter 1)為rhm的候選基因[51]。Yang等利用多個遺傳群體,在明確了9號染色體的主效抗病QTL的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步通過精細(xì)定位、關(guān)聯(lián)分析和表達(dá)分析等策略,在主效QTL位點(diǎn)qMdr9.02的抗病區(qū)域內(nèi)鑒定到一個抗病基因ZmCCoAOMT2,并對抗病基因進(jìn)行了功能驗(yàn)證。結(jié)果表明,ZmCCoAOMT2編碼玉米木質(zhì)素合成途徑中的一個關(guān)鍵酶(咖啡酰輔酶A-O-甲基轉(zhuǎn)移酶),該酶通過苯基丙酸類代謝途徑參與木質(zhì)部和維管束鞘中木質(zhì)素的生物合成,引發(fā)抗病效應(yīng)。此外,該基因還可能參與了脂氧合酶通路上代謝產(chǎn)物(如氧化脂類等)的合成,并通過調(diào)控細(xì)胞程序性死亡來幫助植物抵抗病原菌的侵染。進(jìn)一步分析還發(fā)現(xiàn),ZmCCoAOMT2不僅對玉米小斑病具有抗病效應(yīng),對玉米灰斑病和大斑病也具有良好的抗病效果,表現(xiàn)出廣譜抗病效應(yīng),是一種新類型的抗病基因[55]。玉米10條染色體上均有玉米小斑病抗性QTL的分布,目前在3號染色體上鑒定到的QTL位點(diǎn)最多,其次為1號與9號染色體。但迄今為止,只有rhm基因與多抗基因qMdr9.02被克隆[54-55]。這表明玉米小斑病抗性遺傳機(jī)制較為復(fù)雜,利用遺傳學(xué)、分子生物學(xué)手段挖掘新的小斑病抗性QTL,解析其遺傳機(jī)制任重道遠(yuǎn)。最近,Chen等利用多個遺傳群體和多種統(tǒng)計(jì)分析方法系統(tǒng)解析了玉米小斑病抗性的遺傳基礎(chǔ),并基于多組學(xué)手段克隆到2個抗玉米小斑病的新基因,分別為ZmFUT1和MYBR92。進(jìn)一步采用基因編輯技術(shù)獲得了2個基因的敲除突變體,研究發(fā)現(xiàn)這2個基因的敲除突變體比野生型材料更加感病,證明這2個基因正向調(diào)控玉米對小斑病的抗性,該研究成果為玉米遺傳改良提供了有價值的技術(shù)手段與分析方法[56]。

4.3 反向遺傳與組學(xué)分析鑒定玉米抗小斑病基因

Xiong等通過反向遺傳學(xué)的方法,利用轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)光合作用、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、MAPK信號通路、苯丙烷類生物合成和轉(zhuǎn)錄因子家族在玉米抗病過程中起著至關(guān)重要的作用。深入研究發(fā)現(xiàn)茉莉酸(JA)和水楊酸(SA)信號通路參與調(diào)控甜玉米對玉米小斑病的抗性,并證明ZIM類轉(zhuǎn)錄因子(ZIM-domin transcription factors)與PR基因(pathogenesis-related gene)響應(yīng)玉米小斑病菌的侵染[57]。受體類激酶(receptor-like kinases, RLKs)在植物體內(nèi)數(shù)量龐大,作為多種細(xì)胞過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,可協(xié)調(diào)植物的生長發(fā)育和脅迫響應(yīng)。FERONIA是受體類激酶CrRLK1L亞家族的成員,是植物免疫反應(yīng)中的多效調(diào)節(jié)因子。但關(guān)于玉米FERONIA類受體(FERONIA-like receptors,FLRs)如何響應(yīng)葉部病原菌的侵染知之甚少。Yu等利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默(virus induced gene silencing, VIGS)技術(shù)獲得沉默ZmFLR1/2和ZmFLR3基因的植株,與對照相比,沉默植株中由flg22和幾丁質(zhì)誘導(dǎo)的活性氧產(chǎn)生顯著減少;同時沉默植株對大斑病、小斑病、圓斑病以及炭疽莖腐病的抗性也顯著減低;證明ZmFLRs正調(diào)控玉米的廣譜抗病性[58]。Zhang等利用比較蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在玉米中鑒定到258個響應(yīng)小斑病菌侵染的蛋白,其中一個細(xì)胞質(zhì)定位的抗壞血酸過氧化物酶(ZmAPX1)位于先前報(bào)道的與小斑病抗性相關(guān)的QTL區(qū)間內(nèi),且ZmAPX1受小斑病菌誘導(dǎo)表達(dá)。過表達(dá)Zmapx1可以顯著提高玉米對小斑病的抗性,而Zmapx1突變體植株較野生型植株更感病。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),小斑病菌侵染后,Zmapx1過表達(dá)植物中H2O2含量降低、JA含量及其通路相關(guān)基因的表達(dá)量增加;而Zmapx1突變體則表現(xiàn)相反的結(jié)果,這表明ZmAPX1可以通過清除H2O2并激活JA信號通路來提高玉米對小斑病的抗性[59]。

5 玉米小斑病防治策略

目前,玉米小斑病的防治主要利用抗病品種和藥劑防治。但由于選育抗病品種時間較長,加上耕作制度的變革、極端氣候多發(fā)、病菌變異頻繁、新的小種不斷出現(xiàn)等因素,抗病品種選育和推廣工作難度較大。在還沒有培育出完全免疫的品種時,藥物防治不可缺少。但是,玉米屬于高稈作物,小斑病主要在抽雄后和灌漿期的危害較重,增加了藥劑防治的難度。開發(fā)玉米小斑病的有效防控技術(shù)、促進(jìn)玉米穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)仍是植保工作者的首要任務(wù)。

5.1 農(nóng)業(yè)防治措施

抗性品種。種植抗性品種是防治玉米小斑病最為經(jīng)濟(jì)有效的策略,但同時需要對抗性品種進(jìn)行合理布局并輪換種植,避免單一品種的長期連續(xù)種植,抗性喪失的品種要及時淘汰,還要結(jié)合優(yōu)良栽培技術(shù),這樣才能充分發(fā)揮抗性品種潛在的抗病功能[60]。同時,應(yīng)特別重視玉米小斑病抗性基因的利用,充分利用優(yōu)良的抗性種質(zhì)資源,并及時關(guān)注小斑病菌群體遺傳結(jié)構(gòu)的變化與動態(tài)分布,做到根據(jù)病原菌群體遺傳結(jié)構(gòu)的改變適當(dāng)合理調(diào)整小斑病抗性品種的布局[61]。

田間管理。清理秸稈和深翻土地。玉米病株殘?bào)w攜帶的菌源是玉米小斑病發(fā)生的最初侵染源,因此,徹底清理玉米秸稈和及時深翻土地埋壓殘留秸稈,可以有效減少初侵染源。另外輪作倒茬也可以有效減少小斑病的菌源量[62]。加強(qiáng)栽培管理,選擇合適時間盡量早播,使抽雄期避開多雨季節(jié),對于避開小斑病高發(fā)病期有較明顯的效果[63]。施足底肥,氮、磷、鉀肥適當(dāng)混合配合施用,適當(dāng)增加磷肥,在拔節(jié)及抽穗期及時追施復(fù)合肥,保證植株健壯生長,具有明顯的防病增產(chǎn)效果;及時中耕松土、除草與雨后排澇,可以降低田間濕度,減輕小斑病的發(fā)生[64]。

5.2 化學(xué)防治措施

玉米心葉末期到抽雄期是病原菌侵染的重要時間點(diǎn),也是防治玉米小斑病發(fā)生的關(guān)鍵時期[60]?？墒褂?5%三環(huán)唑可濕性粉劑或25%丙環(huán)唑水劑、45%代森銨水劑、400 g/L氟硅唑乳油、24%井岡霉素水劑、19%丙環(huán)·嘧菌酯懸乳劑、18.70%丙環(huán)·嘧菌酯懸乳劑、27%氟唑·福美雙可濕性粉劑、30%肟菌·戊唑醇懸浮劑、32%戊唑·嘧菌酯懸浮劑等藥劑按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行噴霧防治,并可輔助以蕓苔素內(nèi)酯和氨基寡糖提高玉米的抗病性[64-65]。

綜上所述,根據(jù)玉米小斑病的發(fā)生規(guī)律,采取以抗病品種為主,配合農(nóng)業(yè)防治及化學(xué)防治的綜合防治措施,才能取得較好的防治效果。

6 展望

深入解析玉米小斑病菌群體遺傳結(jié)構(gòu),闡明病原菌致病機(jī)制。首先應(yīng)對不同玉米種植區(qū)的小斑病菌生理小種進(jìn)行全面解析,評估優(yōu)良抗性品種,已分離克隆的抗病基因,抗病相關(guān)基因在不同遺傳背景下對不同種植區(qū)來源的小斑病菌的適用性;深入挖掘玉米小斑病菌致病相關(guān)基因的功能及其調(diào)控的信號途徑,可以為生物農(nóng)藥的研發(fā)提供重要的分子靶標(biāo)。

挖掘玉米小斑病抗性相關(guān)基因,并解析其抗病機(jī)制。搜集國內(nèi)外的種質(zhì)資源,進(jìn)行抗病性鑒定,篩選抗病材料;利用全基因組關(guān)聯(lián)分析與圖位克隆技術(shù),分離克隆更多的感病或抗病基因,為進(jìn)一步有針對性的抗玉米小斑病分子育種提供更豐富的遺傳資源。利用誘變育種與基因編輯相結(jié)合等手段創(chuàng)制新的抗病資源是未來玉米小斑病抗性育種的發(fā)展方向之一。一方面可以進(jìn)行定點(diǎn)編輯產(chǎn)生新的抗病位點(diǎn),另一方面也可以“刪除”感病基因創(chuàng)制新的抗病材料。在玉米小斑病抗性品種創(chuàng)制過程中,要充分根據(jù)不同玉米種植區(qū)小斑病菌的種群分布特征與變化規(guī)律,對抗病基因進(jìn)行優(yōu)化組合,并通過分子生物學(xué)技術(shù)控制抗病基因的精確表達(dá),從而增強(qiáng)玉米對小斑病的持久抗性。基于目前來源于正向與反向遺傳鑒定到的小斑病抗性基因的有限性,更要進(jìn)一步分離克隆小斑病抗性基因,深入解析其抗病分子機(jī)制。從基因功能的角度出發(fā),解析玉米與小斑病菌的相互識別、相互作用的分子機(jī)制,為小斑病的防治提供理論支撐。

小斑病的發(fā)生是嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量與質(zhì)量的重要因素之一。20世紀(jì)80到90年代隨著抗病品種的培育和推廣,小斑病的發(fā)生和危害得到了基本控制,但近些年,由于單一抗病品種連續(xù)多年種植、耕作制度的改變以及氣候變化等原因,玉米小斑病再次成為危害玉米生產(chǎn)的重要病害。做好玉米小斑病的防治,已經(jīng)成為玉米生產(chǎn)中必須重點(diǎn)關(guān)注的研究領(lǐng)域。因此,在相關(guān)研究基礎(chǔ)之上,加強(qiáng)對玉米小斑病的科學(xué)研究,并提出具有針對性和有效性的防治技術(shù)與方法,以便最大程度地減少小斑病對玉米生產(chǎn)的影響,為我國糧食安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。