中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (16): 3171-3181.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.16.006
柴海燕1,2(), 潘艺元1,2, 白雪1, 孟玲敏1, 张伟1, 吴宏斌1, 王义生1, 高月波1, 贾娇1(
), 苏前富1(
)
收稿日期:
2024-03-18
接受日期:
2024-06-05
出版日期:
2024-08-16
发布日期:
2024-08-27
通信作者:
联系方式:
柴海燕,E-mail:3222181805@qq.com。
基金资助:
CHAI HaiYan1,2(), PAN YiYuan1,2, BAI Xue1, MENG LingMin1, ZHANG Wei1, WU HongBin1, WANG YiSheng1, GAO YueBo1, JIA Jiao1(
), SU QianFu1(
)
Received:
2024-03-18
Accepted:
2024-06-05
Published:
2024-08-16
Online:
2024-08-27
摘要:
【目的】明确玉米蚜虫危害与玉米穗腐病发生及籽粒中真菌毒素污染水平的关系,为建立完善的玉米穗腐病综合防治体系及探寻主要镰孢菌毒素的有效控制技术提供参考。【方法】通过组织分离和分子生物学方法对2021年在吉林省46个市(县)采集的105份蚜虫危害的玉米果穗上的蚜虫、苞叶和籽粒进行病原菌的分离鉴定,统计蚜虫、苞叶和籽粒分离获得镰孢菌的种类和数量,分别计算不同镰孢菌在每种样品上的分离频率,以及不同样品组合分离相同镰孢菌数量在蚜虫危害样品中的占比,分析病原菌在吉林省不同区域的分布情况及蚜虫、苞叶和籽粒携带镰孢菌种类的相关性;利用超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS)检测无蚜虫危害籽粒和蚜虫危害籽粒中镰孢菌毒素的种类和含量,统计伏马毒素(fumonisin,FB)、脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)和玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEA)超标样品的检出率,分析蚜虫危害对病原菌在籽粒中分泌毒素的影响。【结果】对105个蚜虫危害果穗进行镰孢菌检测,发现蚜虫带菌率为57.14%,苞叶和籽粒带菌率分别为81.90%和82.86%。经过单孢分离纯化共获得1 394株镰孢菌,共16个致病镰孢种,其中在蚜虫、苞叶和籽粒上分离到镰孢种数量分别为8、13和12个。蚜虫、苞叶和籽粒上分离到的优势镰孢均为拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)和层出镰孢(F. proliferatum)。新知镰孢(F. andiyazi)、变红镰孢(F. incarnatum)和温带镰孢(F. temperatum)在吉林省玉米籽粒上首次检出。蚜虫危害玉米果穗的毒素检出率均高于无蚜虫危害玉米果穗,出现毒素含量超标的玉米样品均为有蚜虫聚集危害的果穗。在检出毒素的果穗上绝大多数能检测到产生相应毒素的菌株。【结论】蚜虫、苞叶和籽粒上分离到的优势镰孢菌均为拟轮枝镰孢和层出镰孢;同一果穗上蚜虫、苞叶和籽粒分离到的主要镰孢菌种类一致;蚜虫危害显著增加了玉米籽粒毒素的积累,且毒素类型与检出镰孢菌种类高度相关。
柴海燕, 潘艺元, 白雪, 孟玲敏, 张伟, 吴宏斌, 王义生, 高月波, 贾娇, 苏前富. 蚜虫危害与玉米果穗镰孢菌组成及毒素污染关系分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(16): 3171-3181.
CHAI HaiYan, PAN YiYuan, BAI Xue, MENG LingMin, ZHANG Wei, WU HongBin, WANG YiSheng, GAO YueBo, JIA Jiao, SU QianFu. Analysis of the Relationship Between Aphid-Damage and Fusarium Composition, Mycotoxin Pollution on Maize Ears[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(16): 3171-3181.
表1
吉林省不同区域玉米果穗上蚜虫、苞叶和籽粒携带镰孢菌样品的数量和占比"
区域 Area | 样品数量 Sample number | 蚜虫Aphid | 苞叶Bract | 籽粒Kernel | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
数量 Number | 占比 Proportion (%) | 数量 Number | 占比 Proportion (%) | 数量 Number | 占比 Proportion (%) | ||
东部East | 42 | 13 | 30.95 | 31 | 73.81 | 29 | 69.05 |
中部Centre | 48 | 36 | 75.00 | 41 | 85.42 | 44 | 91.67 |
西部West | 15 | 11 | 73.33 | 14 | 93.33 | 14 | 93.33 |
合计Total | 105 | 60 | 57.14 | 86 | 81.90 | 87 | 82.86 |
表2
玉米果穗上蚜虫、苞叶和籽粒中镰孢菌种类的样品数量和占比"
样品 Sample | 1种One species | 2种Two species | 3种Three species | 4种Four species | 6种Six species | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
数量 Number | 占比 Proportion (%) | 数量 Number | 占比 Proportion (%) | 数量 Number | 占比 Proportion (%) | 数量 Number | 比例 Proportion (%) | 数量 Number | 占比 Proportion (%) | |
蚜虫Aphid | 45 | 42.86 | 12 | 11.43 | 3 | 2.86 | 0 | 0 | 0 | 0 |
苞叶Bract | 43 | 40.95 | 34 | 32.38 | 5 | 4.76 | 4 | 3.81 | 1 | 0.95 |
籽粒Kernel | 73 | 69.52 | 11 | 10.48 | 3 | 2.86 | 0 | 0 | 0 | 0 |
表3
蚜虫危害的玉米果穗上不同镰孢菌分离频率"
镰孢菌 Fusarium | 蚜虫Aphid | 苞叶Bract | 籽粒Kernel | |||
---|---|---|---|---|---|---|
株数 Number of strains | 分离频率Separation frequency (%) | 株数 Number of strains | 分离频率 Separation frequency (%) | 株数 Number of strains | 分离频率 Separation frequency (%) | |
拟轮枝镰孢F. verticillioides | 231 | 47.63 | 139 | 35.37 | 285 | 55.23 |
层出镰孢F. proliferatum | 134 | 27.63 | 132 | 33.59 | 127 | 24.61 |
亚黏团镰孢F. subglutinans | 42 | 8.66 | 21 | 5.34 | 44 | 8.53 |
禾谷镰孢F. graminearum | 32 | 6.60 | 5 | 1.27 | 8 | 1.55 |
温带镰孢F. temperatum | 18 | 3.71 | 11 | 2.80 | 6 | 1.16 |
变红镰孢F. incarnatum | 13 | 2.68 | 3 | 0.76 | 4 | 0.78 |
新知镰孢F. andiyazi | 9 | 1.86 | 0 | 0 | 12 | 2.33 |
燕麦镰孢F. avenaceum | 6 | 1.24 | 0 | 0 | 0 | 0 |
布氏镰孢F. boothii | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 0.97 |
厚垣镰孢F. chlamydosporum | 0 | 0 | 40 | 10.18 | 6 | 1.16 |
木贼镰孢F. equiseti | 0 | 0 | 15 | 3.82 | 4 | 0.78 |
藤仓镰孢F. fujikuroi | 0 | 0 | 14 | 3.56 | 13 | 2.52 |
亚洲镰孢F. asiaticum | 0 | 0 | 1 | 0.25 | 2 | 0.39 |
尖孢镰孢F. oxysporum | 0 | 0 | 3 | 0.76 | 0 | 0 |
锐顶镰孢F. acuminatum | 0 | 0 | 3 | 0.76 | 0 | 0 |
F. ipomoeae | 0 | 0 | 6 | 1.53 | 0 | 0 |
合计Total | 485 | 393 | 516 |
表4
吉林省不同区域采集的玉米果穗真菌毒素检测"
真菌毒素Mycotoxin | HM (n=94) | DAM (n=103) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
检出率 Detection rate (%) | 阳性均值 Positive mean (μg·kg-1) | 总体均值 Overall mean (μg·kg-1) | 阳性范围 Positive range (μg·kg-1) | 检出率 Detection rate (%) | 阳性均值 Positive mean (μg·kg-1) | 总体均值 Overall mean (μg·kg-1) | 阳性范围 Positive range (μg·kg-1) | |
FB1 | 11.70 | 369.15 | 43.20 | 132.10-1481.00 | 11.65 | 795.74 | 91.82 | 64.58-3626.00 |
FB2 | 4.26 | 84.34 | 3.59 | 47.33-123.80 | 5.83 | 407.31 | 23.73 | 14.09-1094.00 |
FB3 | 2.13 | 91.26 | 1.94 | 62.02-120.50 | 3.88 | 203.88 | 7.92 | 103.30-393.80 |
DON | 7.45 | 255.94 | 19.06 | 135.80-590.80 | 14.56 | 1207.76 | 175.89 | 93.62-5115.00 |
ZEA | 4.26 | 26.81 | 0.29 | 25.10-29.41 | 8.74 | 289.90 | 25.33 | 29.18-1661.00 |
表5
蚜虫危害的玉米果穗中致病镰孢菌与毒素种类的相关性"
检测点 Monitoring point | FB (μg·kg-1) | DON (μg·kg-1) | ZEA (μg·kg-1) | 镰孢菌(蚜虫) Fusarium (aphid) | 镰孢菌(苞叶) Fusarium (bract) | 镰孢菌(籽粒)Fusarium (kernel) |
---|---|---|---|---|---|---|
大安市安广镇Anguang Town, Daan City | ND | 94 | ND | ND | F. g, F. v | F. v |
大安市两家子镇Liangjiazi Town, Daan City | ND | 108 | 34 | F. s, F. v | F. s, F. p | F. p |
洮南市郊Suburb of Taonan City | 165 | ND | ND | F. v | F. p | F. p |
镇赉县镇赉镇Zhenlai Town, Zhenlai County | ND | 290 | 31 | F. g, F. p, F. an | F. s, F. c | F. s |
镇赉县建平乡Jianping Township, Zhenlai County | ND | 1486 | 155 | F. s, F. p, F. g | F. s, F. c, F. as | F. s |
永吉县北大湖镇Beidahu Town, Yongji County | 383 | ND | ND | ND | ND | F. v |
东辽县白泉镇Baiquan Town, Dongliao County | 4141 | 225 | ND | F. p | F. s, F. p, F. v, F. c | F. v, F. p |
东丰县小四平镇Xiaosiping Town, Dongfeng County | 117 | ND | ND | ND | ND | F. v |
梨树县万发镇Wanfa Town, Lishu County | 1784 | ND | 29 | F. v | F. v, F. s | F. v |
双辽市王奔镇Wangben Town, Shuangliao City | ND | 2496 | ND | F. v | F. c, F. p | F. v |
伊通县伊丹镇Yidan Town, Yitong County | ND | 2542 | ND | F. v | F. v, F. ip | F. v |
前郭县吉拉吐乡Jilatu Township, Qianguo County | ND | 1600 | 518 | F. v | F. v | F. v, F. p |
乾安县余字乡Yuzi Township, Qian’an County | ND | 5115 | 99 | F. p | F. g, F. p | F. b |
乾安县乾安镇Qian’an Town, Qian’an County | ND | 2378 | 1661 | ND | F. v | F. b, F. an |
辉南县朝阳镇Chaoyang Town, Huinan County | ND | 162 | ND | F. p | F. c, F. v, F. o | F. v |
集安市青石镇Qingshi Town, Ji’an City | 220 | 1095 | 29 | F. t | F. f | F. p |
梅河口市Meihekou City | ND | 218 | ND | F. p | F. g, F. ac | F. v |
安图县明月镇Mingyue Town, Antu County | ND | ND | 53 | ND | F. t | F. p |
和龙市东城镇Dongcheng Town, Helong City | 134 | ND | ND | ND | F. p | F. p, F. in, F. c |
龙井市老头沟镇Laotougou Town, Longjing City | 773 | ND | ND | ND | F. in, F. v | ND |
图们市凉水镇Liangshui Town, Tumen City | 4800 | ND | ND | ND | F. p | F. p |
公主岭市范家屯镇Fanjiatun Town, Gongzhuling City | ND | 179 | ND | F. v | F. p, F. c, F. e, F. v | F. v |
九台区卡伦镇Kalun Town, Jiutai District | ND | 128 | ND | F. v | F. p, F. c, F. v | F. v |
双阳区鹿乡镇Luxiang Town, Shuangyang District | 110 | ND | ND | F. p, F. av | F. p, F. c, F. e, F. f | F. s |
表6
吉林省不同区域采集的玉米蚜虫危害的果穗中毒素含量超标分析"
市(县)City (county) | 检测点Monitoring point | FB (μg·kg-1) | DON (μg·kg-1) | ZEA (μg·kg-1) |
---|---|---|---|---|
东辽Dongliao | 白泉镇Baiquan Town | 4141 | - | - |
图们Tumen | 凉水镇Liangshui Town | 4800 | - | - |
集安Ji’an | 青石镇Qingshi Town | - | 1095 | - |
双辽Shuangliao | 王奔镇Wangben Town | - | 2496 | - |
伊通Yitong | 伊丹镇Yidan Town | - | 2542 | - |
镇赉Zhenlai | 建平乡Jinaping Township | - | 1486 | 155 |
乾安Qian’an | 乾安镇Qian’an Town | - | 2378 | 1661 |
前郭Qianguo | 吉拉吐乡Jilatu Township | - | 1600 | 518 |
乾安Qian’an | 余字乡Yuzi Township | - | 5115 | 99 |
[1] |
|
[2] |
赵培伟. 玉米主要害虫的性诱剂监测和玉米品种的抗虫性研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2015.
|
|
|
[3] |
王振营, 王晓鸣. 我国玉米病虫害发生现状、趋势与防控对策. 植物保护, 2019, 45(1): 1-11.
|
|
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
迟浩文, 丁一鸣, 杜凯月, 李伟东, 殷复伟, 陈蕾, 邹珅珅, 梁元存. 禾谷镰刀菌缺氧诱导脱氢酶参与发育和致病性. 植物病理学报, 2021, 51(6): 850-860.
|
|
|
[7] |
吴梦春, 唐喆. RNA-Seq解析cAMP促进禾谷镰孢菌DON毒素产生的分子基础. 植物病理学报, 2021, 51(5): 699-709.
|
|
|
[8] |
|
[9] |
薛晓雯, 翟焕趁, 屈建航, 张帅兵, 吕扬勇, 李娜, 魏闪, 马平安, 蔡静平, 胡元森. 禾谷镰刀菌FgNST1对FgMGV1及DON毒素合成的影响. 河南农业大学学报, 2020, 54(6): 985-994.
|
|
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
魏铁松, 朱维芳, 庞民好, 刘颖超, 王振营, 董金皋. 棉铃虫和玉米螟危害对玉米穗腐病的影响. 玉米科学, 2013, 21(4): 116-118, 123.
|
|
|
[14] |
doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2013.03.012 pmid: 23587708 |
[15] |
李人杰, 魏铁松, 郭聪聪, 庞民好, 刘颖超, 董金皋. 棉铃虫危害与拟轮生镰孢侵染对玉米穗腐病发生及玉米籽粒中伏马毒素污染水平的影响. 植物保护, 2015, 41(4): 68-72.
|
|
|
[16] |
尹海峰, 曹志艳, 王宽, 李朋朋, 贾慧, 董金皋. 蚜虫危害对玉米鞘腐病发生的影响. 河北农业大学学报, 2015, 38(4): 86-91.
doi: 10.13320/j.cnki.jauh.2015.0090 |
|
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
秦子惠, 任旭, 江凯, 武小菲, 杨知还, 王晓鸣. 我国玉米穗腐病致病镰孢种群及禾谷镰孢复合种的鉴定. 植物保护学报, 2014, 41(5): 589-596.
|
|
|
[21] |
张昊, 张争, 许景升, 徐进, 张丽勍, 潘哲超, 田茜, 冯洁. 一种简单快速的赤霉病菌单孢分离方法——平板稀释画线分离法. 植物保护, 2008, 34(6): 134-136.
|
|
|
[22] |
王宝宝, 毕四刚, 肖明纲, 张冬英, 闫强, 张彦彦, 杨树龙, 朱振东, 段灿星. 黑龙江省玉米穗腐病致病镰孢菌分离鉴定及产毒基因型分析. 草业学报, 2020, 29(1): 163-174.
doi: 10.11686/cyxb2019198 |
|
|
[23] |
孙华, 张海剑, 马红霞, 石洁, 郭宁, 陈丹, 李坡. 春玉米区穗腐病病原菌组成、分布及禾谷镰孢复合种的鉴定. 植物病理学报, 2018, 48(1): 8-15.
|
|
|
[24] |
柴海燕, 贾娇, 白雪, 孟玲敏, 张伟, 金嵘, 吴宏斌, 苏前富. 吉林省玉米穗腐病致病镰孢菌的鉴定与部分菌株对杀菌剂的敏感性. 中国农业科学, 2023, 56(1): 64-78. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.01.005.
|
|
|
[25] |
陈悦. 温度对玉米拟轮枝镰孢菌和禾谷镰孢菌致病性的影响及其机制研究[D]. 保定: 河北农业大学, 2022.
|
|
|
[26] |
高文彬, 田颖超, 董乾, 马一博, 霍瑞云, 刘莎莎, 罗都强. 异色瓢虫共生真菌木贼镰刀菌次生代谢产物研究. 河南师范大学学报(自然科学版), 2019, 47(6): 110-112.
|
|
|
[27] |
赵雪怡, 柴军发, 张暄翊, 洪波, 贾彦霞. 木贼镰刀菌的鉴定及其对桃蚜的致病性测定. 中国生物防治学报, 2023, 39(1): 69-76.
doi: 10.16409/j.cnki.2095-039x.2022.07.002 |
|
|
[28] |
宋漳. 从桔蚜上分离的一种致病镰刀菌. 林业科学, 2001, 37(6): 66-70.
|
|
|
[29] |
|
[30] |
孟繁磊, 范宏, 谭莉,
|
|
|
[31] |
|
[32] |
|
[1] | 桂翠林, 马亮, 王银莹, 谢富贵, 赵彩宏, 王文淼, 李鑫, 王青, 高夕全. 玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性种质资源鉴定及抗性基因挖掘[J]. 中国农业科学, 2024, 57(13): 2509-2524. |
[2] | 朱佐银, 赵含珂, 程海生, 韩梦怡, 裘知, 王杰, 周新丽, 杨俊花. 2021—2022年上海地区大米、玉米、大豆和面粉中多种真菌毒素混合污染特征和交互作用分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(12): 2454-2466. |
[3] | 渠清, 刘宁, 邹金鹏, 张雅璇, 贾慧, 孙蔓莉, 曹志艳, 董金皋. 拟轮枝镰孢与玉米籽粒互作的差异基因筛选及代谢通路分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1086-1101. |
[4] | 柴海燕,贾娇,白雪,孟玲敏,张伟,金嵘,吴宏斌,苏前富. 吉林省玉米穗腐病致病镰孢菌的鉴定与部分菌株对杀菌剂的敏感性[J]. 中国农业科学, 2023, 56(1): 64-78. |
[5] | 杨虹,曹文明,陈何妍,卫学青,束莉丹,李彤. 谷物及制品中修饰型真菌毒素的风险与防控[J]. 中国农业科学, 2022, 55(6): 1213-1226. |
[6] | 薛仁风,丰明,黄宇宁,Matthew BLAIR,Walter MESSIER,葛维德. PvEG261对普通菜豆镰孢菌枯萎病抗性和抗旱性的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(20): 4274-4285. |
[7] | 李琴珵,石洁,何康来,王振营. 化学防控玉米蛀穗害虫对减轻拟轮枝镰孢穗腐病及伏马毒素的作用[J]. 中国农业科学, 2021, 54(17): 3702-3711. |
[8] | 范楷,祭芳,徐剑宏,钱鸣蓉,段劲生,聂冬霞,唐占敏,赵志辉,史建荣,韩铮. 长三角地区市场常见农产品中40种真菌毒素的污染状况和特征分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(13): 2870-2884. |
[9] | 王宝宝,郭成,孙素丽,夏玉生,朱振东,段灿星. 玉米穗腐病致病禾谷镰孢复合种的遗传多样性、致病力与毒素化学型分析[J]. 中国农业科学, 2020, 53(23): 4777-4790. |
[10] | 刘树森,马红霞,郭宁,石洁,张海剑,孙华,金戈. 黄淮海夏玉米主产区茎腐病主要病原菌及优势种分析[J]. 中国农业科学, 2019, 52(2): 262-272. |
[11] | 渠清,李丽娜,刘俊,王绍新,曹志艳,董金皋. 我国部分常用玉米种质资源对镰孢菌病害的抗性评价[J]. 中国农业科学, 2019, 52(17): 2962-2971. |
[12] | 杜青, 唐照磊, 李石初, 上官玲玲, 李华娇, 段灿星. 广西玉米穗腐病致病镰孢种群构成与毒素化学型分析[J]. 中国农业科学, 2019, 52(11): 1895-1907. |
[13] | 葛波,王宝宝,郭成,孙素丽,陈国康,王晓鸣,朱振东,段灿星. 玉米根际土壤中镰孢菌的构成与定量分析[J]. 中国农业科学, 2018, 51(19): 3683-3693. |
[14] | 马红霞,孙华,郭宁,张海剑,石洁,常佳迎. 禾谷镰孢复合种毒素化学型及遗传多样性分析[J]. 中国农业科学, 2018, 51(1): 82-95. |
[15] | 李志霞,聂继云,闫震,张晓男,关棣锴,沈友明,程杨 . 果品主要真菌毒素污染检测、风险评估与控制研究进展[J]. 中国农业科学, 2017, 50(2): 332-347. |
|