瑞典小麦叶斑病与穗病真菌多样性解析及镰刀菌跨界致病机制揭示

为应对小麦复杂病害（含32种农艺重要病害）的诊断与治理挑战，瑞典农业科学大学联合多国团队开展全国性调查，首次系统性分离鉴定小麦叶斑病（Zymoseptoria tritici等）与穗病（Fusarium Head Blight (FHB)复合体及Alternaria属霉菌）的病原真菌库。研究发现：1）传统FHB病原Fusarium graminearum和F. culmorum可跨界侵染叶片引发叶斑症状；2）瑞典北部病害由Microdochium nivale和F. avenaceum主导；3）构建940株菌株资源库，为抗病育种及病原监测提供关键支持。该研究为气候变暖下病害演替预警奠定基础。

　　

论文解读

小麦作为全球重要粮食作物，面临32种具有重大农艺影响的病害威胁，其中叶斑病和穗病是驱动化学杀菌剂使用的关键因素。在瑞典，小麦叶部常受Zymoseptoria tritici（引起Septoria tritici blotch）、Pyrenophora tritici-repentis（引起Tan spot）和Parastagonospora nodorum（引起Septoria nodorum blotch）侵染，而穗部则受镰刀菌(Fusarium sp.)复合体引发的赤霉病(Fusarium Head Blight, FHB)及Alternaria属霉菌污染。这些病害不仅降低产量，其产生的真菌毒素（如脱氧雪腐镰刀菌烯醇DON、玉米赤霉烯酮ZEN）更威胁人畜健康。然而，田间症状复杂交错，传统目视诊断难以区分病原物种，加之气候变暖可能促使病原分布北移，亟需厘清瑞典小麦病害的病原谱系。

为此，瑞典农业科学大学（Swedish University of Agricultural Sciences, SLU）联合瑞典农业委员会植物保护推广服务中心，在全国8个省份开展为期三年的系统性调查。研究人员通过经典真菌分离技术结合核糖体ITS区及RNA聚合酶II(rpb2)基因测序，对小麦叶片病斑和穗部样本进行病原鉴定，构建包含940株菌株的资源库，并验证镰刀菌的跨界致病能力。研究发现：

主要技术方法

1. 全国采样：从瑞典8个小麦主产省（含最北端皮特奥地区）采集具典型叶斑（坏死斑+黄晕）或穗病（穗变色/萎蔫）症状的样本；

2. 双轨鉴定：

   • 形态学：依据分生孢子结构（如F. graminearum子囊壳、Z. tritici分生孢子器）及菌落特征初筛；

   • 分子标记：ITS通用条形码初步分型，FHB菌株辅以rpb2、种特异引物（如FgGO/Fc03）确认；

3. 致病性验证：对分离自叶斑的镰刀菌株（F. graminearum HK48、F. culmorum HK50）进行离体叶片接种实验，评估30个春小麦品种的感病性。

研究结果

1. 叶斑病病原多样性远超预期

从叶片病斑分离的菌株中，除经典病原Z. tritici（占比27%）、P. tritici-repentis（19%）和P. nodorum（15%）外，镰刀菌属（Fusarium sp.）占比达21%（图3B）。离体接种证实：F. graminearum在50%的春麦品种（15/30）、F. culmorum在17%（5/30）上诱发典型坏死斑（图3D-E），首次揭示镰刀菌可作为叶斑病病原，挑战传统病害分类框架。

2. 穗病病原分布存在组织特异性

穗部分离菌株以镰刀菌（42%）和链格孢菌（Alternaria sp., 31%）为主，但种子与颖壳栖息真菌差异显著：种子中菌群多样性高（含Epicoccum sp.等），而颖壳几乎被镰刀菌垄断（图4B-C）。品种特异性分析显示，Alternaria sp.在所有测试品种中普遍定殖，而镰刀菌分布具品种选择性（图4D）。

3. 北部病害由非典型病原主导

瑞典最北端皮特奥（Pite?）的穗病样本中，F. avenaceum（非优势FHB种）与雪霉病菌Microdochium nivale成为主要分离菌（图4F），且后者同时从叶斑中检出。这表明高纬度地区病害驱动因子可能与南部迥异。

结论与意义

本研究通过构建瑞典首个小麦病原真菌资源库，揭示三大核心规律：

1. 病原跨界现象：传统穗病病原F. graminearum/F. culmorum可侵染叶片引发叶斑症状，警示田间症状诊断需结合分子鉴定；

2. 生态位分化：镰刀菌在颖壳的绝对优势提示其抢占生态位能力，而Alternaria sp.的广谱定殖突显其环境适应性；

3. 地理特异性：北部病害由低温适应种（M. nivale/F. avenaceum）主导，为气候驱动病原演替提供证据链。

该资源库不仅支撑抗病品种选育（如验证30个品种对镰刀菌叶斑的抗性差异），其“分离-保藏-鉴定”策略更为真菌病害监测提供可推广框架。随着北欧气候变暖延长小麦生育期，此研究为预测病原种群变迁、制定精准防控策略奠定基石。