西班牙西北部普通小麦（Triticum aestivum L.）作物中链格孢属与镰孢属的大气动力学及多样性

《Journal of Crop Health》：Atmospheric Dynamics and Diversity of Alternaria and Fusarium in a Common Wheat (Triticum aestivum L.) Crop in NW Spain

　　

本研究调查了西班牙西北部普通小麦作物大气气溶胶和植物组织中的链格孢属（Alternaria）和镰孢属（Fusarium）物种多样性。研究人员分析了大气真菌孢子浓度与天气条件之间的关系。为此，将非活性和活性空气生物学监测方法与从表现出真菌感染症状的植物中分离的菌株相结合。通过形态学特征和1-α延伸因子（TEF-1α）的系统发育分析对分离株进行鉴定。使用冗余分析（RDA）量化延迟的能量和水分因子对孢子动态的影响权重。全局RDA模型显著，解释了总方差的15.8%。链格孢属与风速和温度相关，而镰孢属与前一天的降水和湿度相关。研究证实了空气中与植物上的链格孢属物种的一致性。然而，尽管在植物组织中鉴定出高度多样的镰孢属物种，但空气中以尖孢镰孢（F. oxysporum）为主。这些发现强调了未来需要物种特异性流行病学模型以及能够全面表征农业生态系统的监测系统。

**论文解读：西班牙西北部小麦作物中链格孢属与镰孢属的大气动力学及多样性研究**

**研究背景与目的**
普通小麦（*Triticum aestivum* L.）是全球重要的粮食作物，但真菌病害可造成15%–20%的产量损失，在适宜条件下可达60%。链格孢属（*Alternaria*）和镰孢属（*Fusarium*）是危害小麦的两类主要病原真菌，前者可引起黑胚病和面粉品质下降，后者可导致赤霉病（FHB）和镰孢根腐病（FFR）。由于这两个属包含大量系统发育不同的物种，且形态可塑性大，物种鉴定需要结合形态学和分子系统学方法。目前，多数研究仅采用单一空气采样方法或仅从植物组织分离病原，缺乏对空气传播和田间侵染过程的综合监测。为此，研究人员在西班牙西北部加利西亚自治区奥伦塞省A Limia地区的小麦田（当地品种Caaveiro）中，于2023年5月24日至8月9日整个生长季内，同步监测大气和植物组织中的链格孢属与镰孢属物种多样性，并分析其与气象因子的关系。

**主要技术方法**
研究采用非活性和活性两种空气生物学采样方法。非活性方法使用Lanzoni VPPS 2010孢子捕捉器连续采样，通过显微镜计数链格孢属分生孢子和镰孢属镰刀形大分生孢子；活性方法每周使用SAS Super 100?生物采集器在10:00–11:00采集空气样品，接种于马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基，计算菌落形成单位（cfu/m3）。同时，从小麦植株出现症状（叶片坏死斑点、穗部变色等）的组织中分离真菌，经表面消毒后置于水琼脂（WA）上培养，再转接至PDA纯化。所有分离株先进行形态学鉴定，再提取DNA，扩增ITS区和翻译延伸因子1-α（TEF-1α）基因片段，通过BLAST比对和最大似然法系统发育分析确定物种。环境数据包括温度、湿度、降水、风速、日照时数和叶片湿润度，并采用冗余分析（RDA）和方差分解评估气象因子的影响。

**研究结果**
**1. 小麦物候期内空气和植物上交替链格孢属与镰孢属的检测**
小麦营养周期共78天，覆盖出苗（S2）至衰老（S9）阶段。非活性方法在所有物候期均检测到两类孢子，最高浓度出现在面团期（S8）。日内变化分析显示，链格孢属孢子浓度高峰在15:00–16:00，镰孢属孢子高峰在3:00–4:00。活性方法共获得141个真菌分离物，其中114个鉴定到属，包括枝孢属（*Cladosporium*，61）、葡萄孢属（*Botrytis*，20）、链格孢属（17）、附球菌属（*Epicoccum*，12）、镰孢属（3）和白粉菌属（*Erysiphe*，1）。植物组织在S6至S8阶段共分离到6个链格孢属和7个镰孢属菌株。

**2. 链格孢属和镰孢属孢子动态与气象因素的关系**
冗余分析（RDA）模型显著（p = 0.008），校正后的决定系数（R_adj²）为0.158，解释总方差的15.8%。沿第一轴，两属明显分离：链格孢属与风速、日照时数和平均温度呈正相关，而镰孢属与前一日降水、相对湿度和叶片湿润度（均采用滞后1天，Lag1）相关。方差分解显示，能量因子（温度、风速、日照）的单独解释量为5.87%（p = 0.066），水分因子（降水、湿度、叶片湿润度）的单独解释量仅0.01%（p = 0.381），但两组的共同解释量达9.9%，表明前一日湿度降低与能量因子增加存在耦合。

**3. 真菌分离物的鉴定**
通过形态学和TEF-1α基因系统发育分析（自展值82%–99%），共鉴定17个链格孢属分离株，分别属于Alternaria组和Infectoriae组，其中*Alternaria alternata*（分离自空气T77和植物E28）和*Alternaria infectoria*（分离自空气和植物多个菌株）均在空气和植物组织中发现。另有一个分离株T21位于Infectoriae组的基部，被归为未定隐存种。镰孢属方面，空气中仅鉴定到尖孢镰孢（*F. oxysporum*，T48和T126），而植物组织中则鉴定出*F. acuminatum*（E14）、*F. avenaceum*（E23）、*F. cerealis*（E6）和*F. udum*（E4），呈现明显的分布差异。ITS区域无法有效区分这两个属的物种，而TEF-1α提供了足够的分辨率。

**讨论与结论**
研究首次在西班牙西北部小麦生长季内综合空气和植物样本分析了链格孢属和镰孢属的多样性。链格孢属在干燥、有风条件下更易传播，其大型有色分生孢子适应风力释放；镰孢属则依赖前一日的高湿条件促进产孢和气溶胶化。然而，模型仅解释15.8%的方差，表明其他未量化因子（如局部菌源、冠层微气候）也起重要作用。空气与植物中链格孢属物种的重叠支持局部侵染循环，但镰孢属空气与植物组分的差异可能源于物种气溶胶化能力差异和采样方法的偏倚。值得注意的是，未检测到欧洲主要病原如禾谷镰孢（*F. graminearum*）和黄色镰孢（*F. culmorum*），说明区域流行不等于局部发生，监测需本地化。研究还揭示活性采样的时间（10:00–11:00）适合链格孢属，却低估了清晨释放的镰孢属，未来需调整采样策略。结论指出，链格孢属的传播倾向干燥有风条件，镰孢属则依赖前日湿度；气象模型仅解释部分方差；空气与植物中*Alternaria alternata*和*Alternaria infectoria*的对应支持局部流行病学关联，但外部来源也有贡献；镰孢属的差异提示物种生物学气溶胶化能力和方法学偏倚共同作用。研究强调应批判性评估基于培养的方法，并在未来预警系统中整合滞后气象模型与多种监测手段，以实现农业生态系统的全面流行病学表征。该成果发表于《Journal of Crop Health》。