小麦赤霉病(FHB)抗性高通量表型分析：基于离体叶片、胚芽鞘和幼苗模型的镰刀菌毒力与宿主抗性评估新策略

本研究针对小麦赤霉病(Fusarium Head Blight, FHB)抗性育种中传统穗部接种法耗时费力的问题，开发了胚芽鞘和幼苗高通量筛选体系。研究人员通过比较四种镰刀菌(F. graminearum、F. culmorum、F. avenaceum、F. poae)在近等基因系小麦中的侵染特性，发现胚芽鞘与幼苗接种结果与标准穗部接种高度一致（相关系数达0.95），能准确区分抗性基因型并反映镰刀菌组织特异性毒力差异，为抗病品种选育提供了高效替代方案。

　　

在全球气候变化背景下，小麦赤霉病(FHB)已成为威胁粮食安全的重大病害。这种由镰刀菌复合群(Fusarium spp.)引起的病害不仅造成产量损失，更会污染具有致癌性的单端孢霉烯族毒素如脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)。然而，传统穗部接种评估方法存在周期长、环境干扰大等缺陷，且镰刀菌种间毒力差异显著（如F. graminearum毒力最强而F. poae最弱），这些因素严重制约了抗病育种进程。

瑞典农业科学大学等单位的研究人员Vahideh Rafiei等创新性地建立了三种高通量表型方法：离体叶片接种、胚芽鞘接种和幼苗接种，以携带Fhb1和Qfhs.ifa-5A抗性位点的近等基因系小麦为材料，系统比较了四种主要镰刀菌的侵染特性。研究发现胚芽鞘与幼苗接种结果与金标准穗部接种高度吻合，其中胚芽鞘茎部病斑长度与穗部病情的Spearman相关系数达0.954（P=1.76×10^-5
），而离体叶片法则在基因型区分上表现不稳定。该成果为大规模抗性筛选和病原菌毒力评估提供了可靠替代方案，发表于《Plant Methods》。

关键技术方法包括：

1. 胚芽鞘接种：切取3日龄胚芽鞘尖端，接种5μL孢子悬液（10⁶
   conidia/mL），7天后测量茎叶病斑；
2. 幼苗接种：PDA菌块接种沙培幼苗，14天后评估发病指数（0-4级）；
3. 离体叶片接种：三叶期叶片中段接种后3天测量病斑面积；
4. 穗部点接种：扬花期注射20μL孢子悬液，10-12天后统计小穗感染率。所有实验均在20℃、16/8h光周期条件下进行。

研究结果

Coleoptile assay
胚芽鞘茎部病斑分析显示，F. graminearum致病力最强（平均病斑9.6 mm），是其他菌种的2倍（P<0.001）。抗性基因型仅在叶片病斑中表现出显著差异（F. graminearum接种时感病品种病斑达36.7 mm，抗病品种仅16.4 mm）。

Seedling assays
幼苗发病指数显示F. graminearum和F. culmorum致病性最强（2.2-3.2级），而抗性品种3B5A对F. graminearum和F. poae的抗性显著优于感病品种（P≤0.002）。值得注意的是，抗性品种在F. avenaceum胁迫下根系发育更好（15.6 mm vs 13.9 mm）。

Leaf assay
离体叶片中F. graminearum病斑面积最大（约9.0%），但仅F. avenaceum接种时能区分基因型差异（P<0.001），表明该方法对组织特异性互作敏感度有限。

Head infection assay
穗部接种证实F. graminearum和F. culmorum毒力最强，抗性品种感染率显著降低（P≤0.017），而F. poae未引发可见症状。但抗性品种对F. graminearum的反应存在较大变异（感染率0-90%），提示环境因素可能影响表型。

结论与意义
该研究首次系统验证了胚芽鞘和幼苗接种作为穗部接种替代方案的可靠性，其优势体现在：

1. 实验周期缩短80%（7-14天 vs 10-12周）；
2. 保持与金标准的高度相关性（r>0.9）；
3. 能检测低毒力菌种如F. poae的致病潜力。

组织特异性毒力模式的新发现（如F. avenaceum在根系与穗部毒力差异）为理解镰刀菌侵染策略提供了新视角。研究建立的标准化流程将加速抗病种质筛选，并为解析FHB抗性基因Fhb1和Qfhs.ifa-5A的广谱抗性机制奠定方法学基础。未来需扩大菌株和小麦品种测试规模，并整合毒素检测以完善风险评估体系。