内蒙古本氏针茅根腐病病原真菌的分离、鉴定及致病性测定

《Frontiers in Plant Science》：Isolation, identification, and pathogenicity determination of fungal pathogens causing root rot of Stipa bungeana in Inner Mongolia, China

　　

摘要：本氏针茅（Stipa bungeana Trin.）是中国北方暖温带草原的优势草种，然而其根腐病尚未得到系统研究。本研究从中国内蒙古呼和浩特市土默特左旗沙尔沁研究基地采集了100份具有典型根腐病症状的本氏针茅根样品。基于形态学特征以及内转录间隔区（ITS）、翻译延伸因子1-α（TEF1-α）和RNA聚合酶II第二大亚基（RPB2）基因的多位点序列分析，共分离并鉴定出76株真菌分离物，归属8个种。其中，Curvularia spicifera（25株，占32.89%）和Microdochium bolleyi（24株，占31.58%）为优势种。在温室条件下对健康本氏针茅幼苗进行的致病性测定表明，所有8个种均能诱导根腐病症状，从而满足柯赫氏法则。值得注意的是，C. spicifera和M. bolleyi的致病力显著高于镰刀菌属（Fusarium）及其他分离真菌，导致更高的发病率和植株死亡率。本研究首次全面报道了中国本氏针茅根腐病相关病原真菌，并首次证明C. spicifera和M. bolleyi是与针茅属（Stipa）根腐病相关的主要且致病力最强的病原体。这些发现填补了草原植物病理学中一个重要的关键知识空白，并为自然草原生态系统中病害管理提供了科学基础。

**论文解读：内蒙古本氏针茅根腐病病原真菌的分离、鉴定与致病性研究**

**1. 研究背景与科学问题**

草地是全球分布最广的陆地生态系统之一，约占全球陆地面积的40%，在维持生态平衡、保护生物多样性和支撑人类生计方面具有关键作用。然而，气候变化、土地利用集约化、过度放牧以及植物病害的日益频发，正对全球草地构成前所未有的威胁。其中，病原微生物引起的病害可显著降低植物生物量、改变群落组成，并损害草地生态系统的整体健康与恢复力。因此，准确及时地鉴定植物病原体是有效开展病害管理和保护自然生态系统的根本前提。

本氏针茅（*Stipa bungeana* Trin.）是禾本科多年生丛生草本植物，也是欧亚大陆南部暖温带典型草原和荒漠草原的优势种及建群种。该物种为中国特有，主要分布于黄土高原及其周边地区，对改善区域生态环境和防治荒漠化具有重要作用，同时作为优质乡土牧草，在中国西北农牧交错带的放牧利用和退化草地恢复中具有重要价值。然而，由于农业扩张和开垦，本氏针茅的自然植被已严重破碎化并处于不稳定的演替阶段。与许多重要草地物种类似，本氏针茅易受多种病害侵扰。尽管已有研究开始关注这些关键禾草的病原体，例如鉴定出引起羊草（*Leymus chinensis*）叶斑病的链格孢（*Alternaria alternata*），以及记录了内蒙古多种乡土禾草上由柄锈菌属（*Puccinia*）引起的锈病流行，但针对针茅属植物病害的系统研究仍极为匮乏。截至目前，国内外均未见对本氏针茅或其他针茅属植物根腐病的系统报道。根腐病是一种破坏性土传病害，它损害根系，影响水分和养分吸收，常导致植株萎蔫和死亡。在自然生态系统中，病原体接种体可在土壤中长期积累，造成严重影响。鉴于过度放牧、气候变化和草地退化等现实挑战，根腐病的发生频率和严重程度可能进一步上升。因此，开展本氏针茅根腐病病原菌的鉴定与致病性研究具有重要的生态学意义和实践价值。

2025年5月上旬，研究者在内蒙古呼和浩特市土默特左旗沙尔沁研究基地的田间调查中发现，典型农牧交错带中野生本氏针茅种群发生普遍且严重的根腐病。罹病植株表现为春季不能完全返青、地上部枯死，多数丛株呈不均衡分蘖黄化和部分枯死；根系解剖显示皮层褐变、组织坏死及根生物量显著减少，并伴随原生草原植被覆盖度的明显下降。然而，迄今尚无系统性研究全面阐述本氏针茅或其它针茅属植物根腐病的病原复合体，这构成了温带草原植物病理学的关键知识空白。

**2. 主要技术方法**

研究人员于2025年5月采用五点取样法，在内蒙古呼和浩特市土默特左旗沙尔沁研究基地（40°33′N，111°30′E）5公顷样地内对角线设置5个10 m × 10 m样方，每点随机选取20株，共采集100份表现典型根腐病症状的根样品。采用标准植物病理学分离方法进行真菌分离，通过形态学观察初步归类，并结合内转录间隔区（ITS）、翻译延伸因子1-α（TEF1-α）和RNA聚合酶II第二大亚基（RPB2）三个基因位点的PCR扩增与测序，利用最大似然法构建多基因系统发育树进行物种鉴定。致病性测定采用燕麦粒接种物与灭菌土按5:1混合的土壤接种法，在温室条件下对本氏针茅幼苗进行接种，于接种后45天和80天调查发病率、死亡率，并进行病原菌再分离以完成柯赫氏法则验证。数据采用SPSS 26.0进行卡方检验或Fisher精确检验统计分析。

**3. 研究结果**

**3.1 田间症状观察**

田间观察发现，罹病本氏针茅植株春季地上部完全黄化枯死，或同一丛株内部分分蘖正常返青而其余仍维持黄色，叶片从尖端或边缘开始黄化枯萎，呈现不均衡返青和丛株部分枯死。对比健康植株，病株根系表现为大面积褐变、皮层腐烂和根数量显著减少。根腐病症状在试验样地内普遍分布，病丛均匀而非零星出现。

**3.2 病原菌形态学鉴定**

从100份症状根样品中共获得76株真菌分离物。根据菌落形态（颜色、质地、生长速率）和产孢结构（分生孢子梗及分生孢子的形态、大小、隔膜数）等微观特征，将分离物初步划分为8个形态学类群。代表性菌株在PDA培养基上呈现白、灰、褐、粉、鲑鱼色等多样菌落颜色；显微特征显示各形态类群具有独特的分生孢子和产孢结构特征。

**3.3 分子鉴定与系统发育分析**

对每个形态类群的代表性菌株进行ITS、TEF1-α和RPB2基因测序，并基于联合序列构建最大似然系统发育树。系统发育分析清晰地将8株代表菌株划分为8个支持良好的单系分支，分别对应Curvularia spicifera、Microdochium bolleyi、Fusarium equiseti、Mortierella alpina、Phaeosphaeria nodorum、Fusarium solani、Fusarium redolens和Fusarium oxysporum。所有主要分支的自展支持值均≥70%。

**3.4 分离菌群组成与丰度**

在76株真菌分离物中，*C. spicifera*和*M. bolleyi*为优势种，分别占25株（32.89%）和24株（31.58%）。其余6个分类单元共占35.52%。镰刀菌属共15株（19.73%），包括*F. equiseti*（7株）、*F. solani*（4株）、*F. redolens*（2株）和*F. oxysporum*（2株）。另外还分离到*P. nodorum*（5株）和*M. alpina*（7株）。

**3.5 致病性测定**

采用土壤混合接种法对8种代表菌株进行致病性测定。接种后45天，*C. spicifera*和*M. bolleyi*处理的幼苗出现严重的根系褐变和皮层腐烂，伴随叶片黄化、萎蔫和株高降低；镰刀菌属及其余菌株处理的症状较轻，且各处理间的发病率尚无显著差异。在45天刈割后，于80天进行第二次调查，*C. spicifera*和*M. bolleyi*处理的发病率和死亡率显著高于其他处理。其中，*C. spicifera*的发病率最高（83.33%），死亡率达72.67%；*M. bolleyi*的发病率为74.67%，死亡率为64.67%。四种镰刀菌呈现中等发病率（24.00%~44.00%）和低死亡率（0%~12.67%）。其余两个分类单元仅引起轻微症状，发病率≤20%且无死亡。阴性对照组在整个试验期间无任何病症。从症状根上再分离获得的真菌与原始接种菌株一致，并经ITS序列分析确认，完整满足柯赫氏法则。

**4. 讨论与结论**

本真菌群落组成与同区域栽培饲草作物的根腐病病原报道存在显著差异。此前内蒙古的多项研究一致认为镰刀菌属（尤其是*F. acuminatum*、*F. solani*、*F. oxysporum*和*F. equiseti*）是苜蓿根腐病的主要病原，而本研究中镰刀菌仅占分离物的19.73%，且致病力中等至较弱。相反，*C. spicifera*和*M. bolleyi*合计占所有分离物的64.47%，并表现出最强的致病力。这种差异可能源于寄主特异性——本氏针茅作为长期在自然草原栖息地演化的多年生乡土丛生禾草，可能与当地原生病原真菌形成了独特的病理体系；此外，取样点位于相对未受干扰的农牧交错带典型草原，其土壤微生物群落和病原库与长期耕作施肥的农业系统显著不同，稳定的自然环境可能有利于适应针茅属寄主的专性病原菌的持续存在和优势化。

*C. spicifera*（旧称*Bipolaris spicifera*）是全球性植物病原菌，寄主范围广泛，尤其侵染禾本科植物，曾报道引起野牛草叶枯病、水稻褐斑病、甘薯黑腐病、番茄叶斑病及草莓叶枯病和果腐病等。其在*S. bungeana*上表现的高致病力与其已知的致病潜力一致，提示其对草原生态系统健康与稳定构成显著威胁。*M. bolleyi*通常与谷物和禾草相关，在农业系统中常被视为弱寄生或机会性病原体，但本研究证明其可作为*S. bungeana*的强攻击性病原体，病害严重度与*C. spicifera*相当，表明其致病性可能受寄主种类或环境条件的强烈影响，从而在自然草地生态系统中演变为重要病原体。

研究方法上将经典形态学观察与ITS、TEF1-α、RPB2多位点系统发育分析相结合，尤其对ITS鉴别力不足的分类群（如*Curvularia*属）实现了准确可靠的物种鉴定，并通过完成柯赫氏法则验证了病原性。本研究的局限性包括：仅在一个采样点、一个时间段（2025年5月）取样，无法完全代表整个分布区的病原群落组成；温室条件下的致病性测定不能完全再现自然田间复杂的生物与环境互作；病害评估仅限发病率和死亡率，尚缺乏标准化的严重度分级体系。未来需要跨区域多点采样、多季节调查以及长期田间试验，以阐明这些病原菌的流行病学特征和生态学意义。

综上所述，本研究首次全面揭示了中国重要生态草种*S. bungeana*根腐病的病原真菌组成，并确定*C. spicifera*和*M. bolleyi*为优势且致病力最强的病原体，显著增进了对自然草原生态系统病害动态的理解。这些发现为病原监测、生态影响评估以及制定可持续的病害管理策略，进而保护*S. bungeana*及其所支撑的草地生态系统奠定了重要基础。该论文发表在《Frontiers in Plant Science》。