镰刀菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇脱毒菌及脱毒酶研究进展

 脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON)是由镰刀菌在侵染小麦等禾谷类作物过程中产生的一种有毒次级代谢产物,是目前小麦及其制品中污染最为普遍的一种真菌毒素。DON能够对真核细胞产生多种毒性作用,严重危害人畜健康。DON又是一种毒力因子,促进镰刀菌扩展蔓延,加重赤霉病发病程度。利用脱毒菌、脱毒酶对DON毒素进行生物脱毒是最好的脱毒方式之一,其可将DON转化成低毒或无毒代谢产物,减少毒素对人畜健康的危害。脱毒基因还可作为新型抗源用于小麦赤霉病抗性改良,加速抗性品种的选育,从源头防止DON毒素的污染。本文概述了DON毒素生物脱毒的类型、代谢产物的毒性、脱毒基因的鉴定以及脱毒材料的应用等方面的研究进展,以期为DON毒素的生物防控和小麦赤霉病抗性改良提供参考。     

小麦赤霉病穗中脱氧雪腐镰刀菌烯醇量的变化

 用JF-12菌株的子囊孢子接种5个不同程度抗感赤霉病的小麦品种,于不同时间对穗组织中脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)的量进行了测定。结果表明:感病品种(宁麦6号及扬麦3号)穗中的DON量自接种后第4~8天迅速升高,最高可达37.64μg/gdw),抗病品种(望水白)的DON含量较低(≤7.35μg/gdw),且自接种后第8天起逐渐下降,中抗(扬麦4号)和中感(宁8026)品种的DON含量居于抗、感病品种之间。DON含量与穗发病程度的相关性依品种不同而异,即在感病品种上两者有较显著的相关性(r=0.909~1.00),但在抗病及中抗品种上相关性不显著(r=0.466~0.531)。说明抗病品种可能存在降解DON的解毒机制。另外,所有供试品种均在接种后24小时、尚未表现症状时即可检测到一定量(0.46~2.41μg/gdw)的DON,表明DON可能在病菌与寄主建立寄生关系过程中有重要作用。     

脱氧雪腐镰刀菌烯醇( DON) 在小麦籽粒中的积累分析

 镰刀菌产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)污染小麦后对人畜具有较大的毒害作用。为明确DON毒素在小麦籽粒中的积累数量及其与镰刀菌菌株、接菌数量、小麦品种和病害严重度的关系,试验采用单花滴注方法在5个抗病性不同的小麦品种上分别接种9 个禾谷镰刀菌菌株,每个菌株接种1 × 106 、1 × 105 和1 × 104 个/ mL 3 个分生孢子浓度,并利用ELISA 法测定收获麦粒中DON 毒素含量。结果表明,麦粒中DON 毒素含量差异主要是由于不同禾谷镰刀菌菌株产生毒素能力不同所致。接种菌株8003、4020 的所有麦粒中DON 毒素含量均显著高于相同条件下接种其他7 个菌株的小麦。当接种产毒素能力强的菌株时,小麦抗病品种表现出在一定程度上降低DON 毒素积累的能力。不同接菌浓度对小麦赤霉病的发病程度和麦粒中DON 毒素含量有显著影响,在相同条件下,接菌浓度越高,病害严重度越高,DON 毒素含量也越高;反之,接菌浓度越低,病害严重度越低,DON 毒素含量也越低。     

脱氧雪腐镰刀菌烯醇在小麦赤霉病病程中的作用

 脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)系小麦赤霉病菌——禾谷镰孢(Fusarium graminearum,有性态Gibberell azeae)产生的一种单端孢霉烯族毒素(trichothecenes,以下简称"单族毒素")。作者以病菌正常产毒的野生型菌株GZ3639及其产毒基因Tri5损坏、不能产毒的转化子GZT40(Tri5^-,TRI^-)为材料,对DON在病菌致病过程中的作用进行了研究。结果显示:GZ3639能引起典型的赤霉病症状,病害可由接种小花发展至其它小穗,病菌也可定殖于其它小穗组织;而GZT40仅在接种小花处产生鸟眼状坏死斑点,不能引起典型的赤霉病症状,病菌仅定殖于接种小花处。当病菌与一定浓度(400 μ g·mL^-1)的DON混合处理小花后,GZT40的定殖时间提前2 d (感病品种上)至4 d (抗病品种上),定殖范围可扩大到1~3个小穗,接种20 d后的病小穗率也由病菌单独接种时的2.8%提高到12.5%。DON也使GZ3639的定殖时间提前1 d (感病品种上)至2 d (抗病品种上),定殖范围更广,其所致的病害发展更迅速,接种后20 d的病小穗率由病菌单独接种时的78.0%提高到100%。因此,作者认为,单族毒素在病害发展和病菌在寄主组织内的扩展中起着决定性作用,一旦丧失产毒能力,病菌虽能侵入寄主,但不能在寄主组织中扩展。DON可以缩短病菌成功定殖寄主所需的时间,更有助于病菌在寄主组织内的扩展。     

我国不同麦区小麦镰刀菌毒素检测及毒素污染分析

为明确镰刀菌毒素在我国不同小麦产区的污染与分布,利用超高效液相色谱-串联质谱仪对全国214个小麦品种籽粒中的7种镰刀菌毒素含量进行了测定和比较分析。结果表明:7种镰刀菌毒素的平均回收率在95.02%～116.52%之间,相对标准差为6.32%～21.50%。所有测试小麦样品均被镰刀菌毒素污染,7种毒素中以雪腐镰刀菌烯醇(nivalenol,NIV)含量最高,即使在NIV含量最低的长江中下游冬麦区,平均含量也高达182.56μg/kg,虽然目前并没有关于NIV的相关限量标准,但也应该予以足够重视;脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)含量较高,在8.07～337.23μg/kg之间,低于国家限量标准1 000μg/kg;T-2含量在4.05～78.05μg/kg之间,低于现有国际限量标准100μg/kg;玉米赤霉烯酮(zearalmone,ZEA)含量在5.30～12.50μg/kg之间,低于国家限量标准60μg/kg;其它3种毒素含量较低,均低于17.73μg/kg。不同麦区间毒素比较发现,DON和3-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇的含量在长江中下游冬麦区最高,分别为43.09μg/kg和6.39μg/kg,且显著高于其它麦区;来自长江中下游冬麦组和黄淮冬麦区南片水地组的小麦品种籽粒中毒素T-2和HT-2的含量显著高于其它麦区;其余毒素在不同麦区间均无显著差异。     

小麦四种镰刀菌毒素的ELISA检测及毒素污染分析

为明确镰刀菌毒素在小麦中的污染与分布状况,选取以四种镰刀菌毒素的特异性抗体制备的ELISA试剂盒,检测了来自全国范围内的183个冬小麦、46个春小麦品种(系)样品中的镰刀菌毒素含量,并对不同麦区小麦样品中脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)、伏马(fumonisin)、单端孢霉烯醇(T-2)和玉米赤霉烯酮(ZON)四种毒素含量及污染率进行比较分析.结果表明,我国小麦品种(系)中镰刀菌毒素污染比较普遍,但污染水平较低,均符合国家规定标准.四种镰刀菌毒素中以DON毒素为主,其平均含量为73.87μg/kg.不同麦区间DON、fumonisin和T-2毒素的含量存在显著差异(P<0.01),而ZON毒素的含量在麦区间差异不显著(P>0.05),东北春麦晚熟组、长江中下游冬麦组和黄淮冬麦区南片冬水组镰刀菌毒素总体含量较高.DON与ZON毒素污染率在麦区间存在显著差异(P<0.01),而fumonisin与T-2毒素污染率差异不显著(P>0.05).在不同麦区间,东北春麦晚熟组的DON毒素的含量和污染率均为最高.     

小麦穗组织中脱氧镰刀菌烯醇毒素的免疫细胞化学定位

 采用免疫细胞化学技术对禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)在侵染小麦穗部过程中产生的脱氧镰刀菌烯醇毒素(deoxynivalenol,DON)进行了定位分析。在接种后24h,当菌丝在外稃、内稃的内侧表面扩展而尚未侵入寄主细胞前,病菌已分泌DON,并且DON已扩散到寄主组织内。在菌丝细胞内,DON主要被定位于细胞质、线粒体及细胞壁上;在寄主细胞中DON主要分布于细胞壁、叶绿体、细胞质和内质网上。在侵染初期(接种后2 d),菌丝仅能在寄主细胞间隙扩展,随寄主组织中DON浓度的升高,寄主细胞相应发生了一系列病理变化。随寄主细胞坏死(接种后3~4d),病菌进入坏死的寄主细胞。上述结果表明,DON在禾谷镰刀菌的侵染、致病和定殖过程中起着重要的作用。毒素标记结果表明病菌产生的毒素可通过穗轴微管束组织从侵染部位向上、向下转输,毒素向上的转输量明显高于向下转输     

玉米穗腐病菌的拮抗菌筛选、鉴定及降解DON毒素能力测定

穗腐病是玉米生产上的重要病害,在造成产量损失的同时,产生的毒素严重危害人畜健康。为获得兼具降解毒素功能的玉米穗腐病菌的生防菌株,以脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol,DON）毒素为靶标,从玉米病穗上分离筛选到一株能够降解该毒素的细菌菌株TP,经菌落形态特征、结合16S rDNA和gyrB基因序列分析,初步鉴定为贝莱斯芽胞杆菌Bacillus velezensis。对峙试验和复筛共培养结果显示,菌株TP对禾谷镰孢F18的抑制率分别达到70.63%和99.5%。经HPLC检测,TP在含DON的无机盐溶液中培养10 d后,其对DON的降解率为98.97%。以上研究结果表明,贝莱斯芽胞杆菌TP能拮抗禾谷镰孢菌,且能高效降解DON毒素,该菌株在防治禾谷镰孢菌引起的玉米穗腐病以及降低毒素危害中具有广阔的应用前景。     

黄淮麦区主栽小麦品种抗茎基腐病评价及茎秆和籽粒中毒素积累分析

为明确黄淮麦区主栽小麦品种对茎基腐病的抗性水平、不同抗性指标的相关性,以及茎杆和籽粒中镰刀菌毒素积累情况,在采用苗期茎基部滴注法和成株期混合播种法进行抗性鉴定的基础上,本研究还利用超高效液相色谱高分辨质谱联用技术,测定了小麦茎杆和籽粒中6种常见镰刀菌毒素的含量.结果表明,供试的20个小麦品种中,苗期抗病、中抗、感病和高...     

河南省首次发现梨孢镰刀菌引起的小麦赤霉病

2015年从河南省田间小麦赤霉病病穗上分离得到一种生长速度较慢的镰刀菌, 通过形态学和分子鉴定明确其分类地位, 通过田间单小花滴注法和喷雾法接种测定其致病力, 并通过高效液相色谱串联质谱分析对麦穗中的毒素种类进行测定, 明确其产毒特征?结果表明:分离得到的8个菌株均为梨孢镰刀菌, 在马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)培养基上为白色菌落, 菌落底部产生少量红色色素, 平均生长速度为13.3 mm/d; 小型分生孢子为椭球形葡萄状, 平均大小为7.1 μm×5.8 μm, 未见大型分生孢子和厚垣孢子; 致病力弱, 且不侵染穗轴, 单小花滴注法接种条件下平均病级为0.1, 喷雾法接种条件下平均病小穗率为6.5%; 供试的8个镰刀菌菌株均不产生T-2和HT-2毒素, 均产生雪腐镰刀菌烯醇(NIV)毒素, NIV毒素含量水平为371.74~5 282.80 μg/kg, 其中3个菌株产生少量脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)毒素(86.13~227.22 μg/kg)?     

不同小麦品种(系)对赤霉病的抗性和麦穗组织中DON毒素积累分析

 为明确不同小麦品种(系)对赤霉病的抗性和麦穗组织中DON毒素积累水平,培育和利用抗赤霉病和DON毒素积累的品种提供资源和依据,本研究采用单小花滴注接种法对河南省的106个小麦品种(系)抗赤霉病性进行鉴定分析,并用ELISA测定了病穗组织中DON毒素水平。结果表明不同小麦品种(系)对赤霉病的抗性有显著差异,106个小麦品种(系)中未发现抗病和中抗材料,中感品种(系)有华育198、郑麦103和春丰0021等14个,占13.2%;感病的有曌式2010-06、百农898和中麦63等92个,占86.8%。不同小麦品种(系)籽粒、颖壳和穗轴中DON毒素积累水平有显著差异,籽粒中DON毒素水平在(0.70~287.63)mg/kg之间,其中郑03876、豫保1号和中麦63 的DON毒素水平在2 mg/kg 以下,为抗毒素材料;其他的103个品种DON毒素水平大于2 mg/kg;颖壳和穗轴中的DON毒素水平在(51.03~392.87)mg/kg之间,普遍比籽粒中DON毒素含量高。籽粒中DON毒素水平与小麦品种(系)的平均病害严重度间呈极显著正相关。     

Integrated control of fusarium head blight and deoxynivalenol mycotoxin in wheat

Fusarium head blight (FHB), a devastating disease that affects wheat, is caused by a complex of Fusarium species. The overall impact of Fusarium spp. in wheat production arises through the combination of FHB and mycotoxin infection of the grain harvested from infected wheat spikes. Spike infection occurs during opening of flowers and is favoured by high humidity or wet weather accompanied with warm temperatures. Available possibilities for controlling FHB include the use of cultural practices, fungicides and biological approaches. Three cultural practices are expected to be of prime importance in controlling FHB and the production of mycotoxins: soil preparation method (deep tillage), the choice of the preceding crop in the rotation and the selection of appropriate cultivar.     

增效剂对菜蚜茧蜂杀虫剂敏感性的影响

以田间菜蚜茧蜂为试虫,采用药膜法研究了增效剂胡椒基丁醚(PB)、磷酸三苯酯(TPP)和马来酸二乙酯(DEM)对6种杀虫剂的增效作用。结果表明,三种增效剂对6种杀虫剂均有显著增效作用,其大小依次为PB>DEM>TPP。PB对甲胺磷、阿维菌素、氟虫腈、氰戊菊酯、氯氰菊酯和吡虫啉的增效比达5.0～9.6倍。TPP和DEM对甲胺磷、DEM对氟虫腈的增效比达2.6～3.0倍,但TPP和DEM对阿维菌素、氰戊菊酯和氯氰菊酯、TPP对氟虫腈的增效比均在1.9倍以下。PB、TPP和DEM对吡虫啉的增效比分别高达9.6、6.8和8.2倍。体内抑制试验结果显示,PB、TPP和DEM对菜蚜茧蜂AChE活性无明显抑制作用,而PB和TPP对羧酸酯酶(CarE)、DEM对谷胱甘肽S转移酶(CST)活性有显著抑制作用。由此认为,菜蚜茧蜂对所用的6种杀虫剂的耐药性与多功能氧化酶(MFO)、CarE和GST的解毒作用有关。     

河南省小麦赤霉病菌种群组成及致病力分化

 为明确河南省小麦赤霉病种群组成和致病力分化情况,2007—2014年对河南省15个市84个田块的327个小麦赤霉病菌进行种群鉴定、毒素化学型分析和致病力分化研究,结果表明:Fusarium graminearum s. str.和F. asiaticum是河南省小麦赤霉病的优势种群(97%),F. pseudograminearum(2.1%)、F. culmorum(0.3%)、F. equiseti(0.3%)、F. verticillioids(0.3%)为次要种群;对于禾谷镰刀菌复合群来说,豫北地区分布只有F. graminearum s. str.,豫中地区F. graminearum s. str.和F. asiaticum都存在,以F. graminearum s. str.为主,豫南地区F. graminearum s. str.和F. asiaticum都存在,以F. asiaticum为主;291个F. graminearum s. str.都为15ADON类型,26个F. asiaticum菌株中22个为3ADON,1个为15ADON,3个为NIV类型;F. graminearum s. str.(15ADON)也存在致病力分化,强、中、弱致病力的菌株在河南省的比例约为2:2:1。     

江苏省水稻赤霉病病原菌分离鉴定与致病力分析

为明确江苏省水稻赤霉病的病原菌组成及致病特征,于2018—2019年从江苏省13个市41个县区采集341份水稻样品,采用组织分离法对病原菌进行分离纯化,基于翻译延伸因子（translationelongation factor-1α,TEF-1α）序列分析对分离菌株进行鉴定,通过TRI11基因序列鉴定及产毒力测定对其产毒化学型进行分析,并按照柯赫氏法则对其致病力进行验证。结果显示,从水稻样品中共分离获得病原菌392株,其中亚洲镰刀菌Fusarium asiaticum为385株,禾谷镰刀菌F. graminearum为7株。亚洲镰刀菌分为3-乙酰化脱氧雪腐镰刀菌烯醇（3-acetyldeoxynivalenol,3ADON）化学型和雪腐镰刀菌烯醇（nivalenol,NIV）化学型菌株,分别占亚洲镰刀菌总菌株数的 66.8% 和 33.2%;禾谷镰刀菌均为（15-acetyldeoxynivalenol,15ADON）化学型。产3ADON的亚洲镰刀菌在全省范围内为优势群体,而产15ADON的禾谷镰刀菌仅在淮北地区被发现;产NIV的亚洲镰刀菌对水稻的致病性要显著高于产3ADON的亚洲镰刀菌。不同产毒化学型亚洲镰刀菌对水稻均有一定致病性,但NIV化学型亚洲镰刀菌对水稻的致病力最强。     

不同杀菌剂对小麦赤霉病及籽粒DON毒素的控制效果

为探明不同杀菌剂对小麦赤霉病和小麦籽粒DON毒素(包括DON、3-ADON和15-ADON)的控制效果, 采用菌丝生长速率法测定了12种药剂对禾谷镰刀菌野生型菌株PH-1的室内活性, 同时采用液相色谱-串联质谱法(LC-MS)测定了这些药剂对DON毒素的抑制效果, 并开展了小麦赤霉病及籽粒DON毒素的田间防治试验。结果表明, 12种原药对菌丝生长抑制活性强弱依次为氟唑菌酰羟胺>咪鲜胺>戊唑醇>丙硫菌唑>叶菌唑>氰烯菌酯>氟环唑>多菌灵>甲基硫菌灵>吡唑醚菌酯>嘧菌酯>井冈霉素A。氟环唑EC50和EC90离体胁迫均刺激DON毒素产生, 其他杀菌剂EC50和EC90胁迫均抑制DON毒素产生。田间试验结果表明, 200 g/L氟唑菌酰羟胺SC、30%丙硫菌唑OD和20%叶菌唑WP病指防效和DON防效为87.68%~94.77%; 430 g/L戊唑醇SC、25%氰烯菌酯SC、45%咪鲜胺EW、25%氟环唑SC、50%多菌灵WP和70%甲基硫菌灵WP病指防效和DON防效为57.63%%~85.49%; 250 g/L吡唑醚菌酯EC和250 g/L嘧菌酯SC病指防效分别为72.18%和51.98%, DON防效分别为43.06%和-7.96%; 24%井冈霉素A AS病指防效和DON防效分别为42.37%和62.87%。药剂离体和田间控毒效果不完全一致, 赤霉病有效防控是DON防控的前提, 病害防效与DON防效不完全一致, 本研究为小麦赤霉病及籽粒DON毒素防控提供了科学依据。     

不同杀菌剂防治小麦赤霉病及减少籽粒中DON毒素积累的效果

为明确不同杀菌剂防治小麦赤霉病和减少小麦籽粒中DON(脱氧雪腐镰刀菌烯醇)毒素积累的效果,于大田人工接菌条件下进行了不同杀菌剂对小麦赤霉病的防治试验,并于收获期测定了不同药剂处理的小麦籽粒中DON毒素含量。结果表明:两种处理方式下,50%多菌灵WP,30%多·酮SC,25%戊唑醇WP,25%氰烯菌酯SC和70%甲基硫菌灵WP处理中,除先喷药后接菌条件下25%戊唑醇WP在病粒率和籽粒中DON积累上没有显著防治效果,接菌后1d喷药条件下50%多菌灵WP、25%戊唑醇WP在病粒率上没有显著防治效果;30%多·酮SC在病粒率和籽粒中DON积累上没有显著防治效果外,各处理对小麦的病穗率、病情指数、病粒率和籽粒中DON积累都有显著的防治效果(P0.05)。各处理的病穗率防效在42.4%~83.5%,病情指数防效在44.9%~88.2%,病粒率防效在34.7%~69.4%,籽粒中DON防效在48.0%~86.9%。上述几种杀菌剂具有明显的保护作用,其在先喷药后接菌条件下的防治效果均明显优于接菌后1d喷药的防治效果。两种处理方式下,30%己唑醇悬浮剂、25%嘧菌酯悬浮剂和12.5%烯唑醇可湿性粉剂处理在病穗率、病情指数、病粒率和籽粒中DON积累与清水对照处理没有显著性差异(P0.05)。     

不同侵染时期对小麦赤霉病发生和籽粒中DON积累的影响

为明确不同侵染时期对小麦赤霉病发生和籽粒中DON的积累情况,在2015年和2016年于河南省焦作市温县黄庄镇西虢村田间进行小麦(‘豫保1号’和‘周麦18’)不同生育期接种对病穗率、病情指数、病粒率和籽粒中DON毒素积累的影响试验。结果表明:小麦赤霉病菌在抽穗盛期(DAA=-6,Zadoks=55～57)至灌浆中期(DAA=14或15,Zadoks=75)都能侵染麦穗,但在始花期前3～4 d的齐穗期(DAA=-3或-4,Zadoks=59)至始花期后4 d的灌浆初期(DAA=4,Zadoks=71)处理的病穗率、病情指数和病粒率显著高于其他处理(P0.05),其中盛花末期(DAA=1,Zadoks=69)处理的侵染率最高,为小麦赤霉病菌侵染发病的关键生育期。此外,在套袋保湿2 d的条件下赤霉病菌在小麦始花期前6 d的抽穗盛期(DAA=-6,Zadoks=55～57)和始花期后10 d的乳熟期(DAA=10,Zadoks=73)也能有较高的侵染率。在籽粒中DON积累方面,‘豫保1号’所有处理的籽粒中DON含量与病穗率、病情指数和病粒率的趋势一致,都是盛花末期(DAA=1,Zadoks=69)处理的籽粒中DON含量最高(P0.05),且间隔时间离盛花末期(Zadoks=69)越近籽粒中DON含量越高;而‘周麦18’齐穗期(DAA=-4,Zadoks=59)至灌浆中期(DAA=14,Zadoks=75)处理的没有显著性差异,说明小麦赤霉病菌在始花期后14 d的灌浆中期侵染也能引起籽粒中DON的大量积累。