小麦籽粒脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)含量影响因素相关性分析

马跃亭 吴琴燕 杨红福 陈宏州 庄义庆

摘要：为探明小麦籽粒脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）含量与病情指数、病粒率、籽粒麦角甾醇含量的相关性，对52个小麦品种（系）自然发病病情指数（以下简称病指）、病粒率、籽粒麦角甾醇含量和DON含量进行相关性分析以及聚类分析。结果表明，籽粒DON含量与病粒率、麦角甾醇含量和病指均呈极显著的正相关关系，相关系数分别为0.858（P<0.01）、0.792（P<0.01）、0.512（P<0.01）;基于病指、病粒率和籽粒DON含量，可将52个小麦品种（系）大致聚类为7种不同抗感类型。可见，依据田间病指，尤其是病粒率，可预测籽粒DON含量情况;同时依据病指、病粒率和籽粒DON含量可初步判定不同品种（系）的抗感性类型，在生产实践中具有一定的实用性。

关键词：小麦赤霉病;DON;病情指数;病粒率;麦角甾醇

中图分类号：
S435.121.4+5文献标志码：
A

文章编号：1002-1302（2020）08-0223-06

收稿日期：2019-04-10

基金项目：镇江市农业科技支撑项目（编号：NY2018011）;句容市社会发展项目（编号：SF2018589878）。

作者简介：马跃亭（1993—），女，四川都江堰人，硕士研究生，主要从事小麦赤霉病研究。E-mail：442507087@qq.com。

通信作者：庄义庆，博士，研究员，主要从事植物保护研究。E-mail：yqzhuang@sina.com。

由玉蜀黍赤霉菌[Gibberella zeae （Schwein.） Petch]引起的小麦赤霉病，是危害较为严重的植物病原真菌之一，在世界范围内可引起小麦和其他谷物的赤霉病[1-2]。小麦赤霉病不仅会引起小麦苗枯萎腐败、茎基腐烂、穗部枯萎，甚至籽粒干枯皱缩等病症直接影响到小麦的产量[3-5]，还因产生脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）等真菌毒素而严重威胁食品安全[6-8]。近年来，在我国小麦赤霉病发病区域有不断扩大和北移的趋势，华北冬麦区和东北三江平原春麦区在多雨年份也会出现暴发成灾的局面[9]。因此，有效防控小麦赤霉病对粮食安全和食品安全非常重要。

利用抗赤霉病品种是控制小麦赤霉病最经济有效的措施。目前，应用广泛的赤霉病抗源包括中国的苏麦3号、望水白、武汉1号及其衍生系，以及巴西春小麦Frontana、Maringa和欧洲冬小麦Funo等[10]。有研究表明，赤霉病抗性可分为5种类型：抗初侵染类型（Type Ⅰ）、抗扩展类型（Type Ⅱ）、抗毒素积累类型（Type Ⅲ）、抗籽粒侵染类型（Type Ⅳ）和耐病类型（Type Ⅴ），其中Type Ⅱ、Type Ⅲ和Type Ⅴ是主要的抗源类型[11-12]，也是小麦抗赤霉病种质资源筛选的重要依据与来源。当前，小麦抗赤霉病育种仍是一个世界性难题，抗性品种选育进展缓慢，全球范围仅有少数中抗品种在推广种植[13]。

在小麦赤霉病抗性鉴定及小麦赤霉病病情调查监测中，通常以病穗率和病情指数（以下简称病指）等田间病情为判别指标，不调查病粒率，对籽粒麦角甾醇及DON含量以及DON含量影响因素相关性关注较少。本次研究通过调查52个小麦品种（系）自然发病病指，并分别检测病粒率、籽粒麦角甾醇含量和DON含量后，进行DON含量与病指、病粒率、麦角甾醇含量的相关性分析以及基于病指、病粒率和籽粒DON含量的品种（系）聚类分析，以探明籽粒DON含量与病指、病粒率、籽粒麦角甾醇含量的相关性，旨在为小麦的抗赤霉病育种、赤霉病防治和DON污染控制等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试小麦品种（系）

淮南品种（系）35个，分别为宁麦22、苏科麦1号、乐麦608、宁麦14、宁麦23、苏麦11号、扬麦16、镇麦12、龙麦169、扬麦25、望水白、苏麦188、华麦8号、扬麦23、华麦5号、苏麦8号、农丰88、扬麦22、苏麦3号、镇麦168、扬麦13、扬辐麦5号、扬辐麦4号、扬麦15、宁麦26、华麦6号、宁资126、华麦1028、扬麦27、扬辐麦1025、隆麦28、明麦133、扬麦158、扬麦28、淮麦30。淮北品种（系）17个，分别为泛麦803、俊达104、徽研22、连麦7号、伟隆169、龙科1109、丰德存麦13号、金丰205、农麦177、平安11、孟麦028、矮抗58、东麦17-61、江麦178、徐麦35、淮麦20、烟农19。

1.2 毒素标准品和化学试剂

DON毒素的标准样品购自ROMER国际贸易（北京）有限公司，标准品质量浓度为100 mg/mL。将标准样品用乙腈配制成1.0 mg/mL的混合标准溶液，密闭保存在-20 ℃冰箱中备用。麦角甾醇标准品（质量分数为100%）购自上海麦克林生化科技有限公司。异辛院、乙腈、甲醇和无水乙醇等化学试剂（色谱纯），均购自西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司。

1.3 田间试验设计及病情调查

试验于江苏丘陵地区镇江农业科学研究所农业科技创新中心及江苏省句容市白兔镇试验田内进行，试验田土壤为壤质土，pH值为7.2左右，有机质含量中等，近年小麦赤霉病均发生较严重。试验采用完全随机区组设计，每个小区内播种2行供试小麦品种（系），每行长1.0 m，行距为0.25 m，每行播种100粒，重复3次[14]。田间管理照常规，使用除草剂和杀虫剂，但不使用杀菌剂。小麥赤霉病发生稳定后调查各小区病情，调查并记载病穗数和严重度，并分别计算病情指数[15]。

1.4 病粒率检测

分别随机选取各供试小麦品种（系）籽粒50粒，用无菌水冲洗2次后置于直径为15 cm的培养皿中保湿培养，温度为25 ℃，光照度为3 000 lx，光暗比为 12 h ∶12 h ，各品种（系）设3次重复。培养4～8 d后分别调查各供试小麦品种（系）籽粒的病粒数（以产出粉红色分生孢子堆等小麦赤霉病病菌形态特征为标准），计算病粒率。

3 讨论

小麦受玉蜀黍赤霉菌侵染，引起小穗不育或产生籽粒萎缩、畸形和变色的病粒，从而导致小麦产量损失[13，19]。目前，小麦病粒率检测大多采用肉眼鉴别病粒后统计病粒率的方法，常因人为的鉴别差异以及病菌已侵染籽粒但未显症的可能性而导致病粒率统计误差较大。在本研究中，将小麦籽粒用无菌水冲洗后置于培养箱中适温保湿培养，以是否产出粉红色分生孢子堆等小麦赤霉病病菌形态特征为标准判别病粒后统计病粒率，操作简便并能较为准确地统计病粒率。

本研究结果表明，52个供试小麦品种（系）在自然发病条件下，籽粒DON含量与病粒率、麦角甾醇含量和病指均呈极显著的正相关关系，籽粒DON含量与病粒率的相关性最高，这与前人研究结果[20-21]相同。这表明，依据田间病指，尤其是病粒率，可较好地预测籽粒DON含量情况，在生产实践中具有一定的实用性。

在许多发达国家测定小麦籽粒中毒素的相对

含量已成为抗赤霉病育种的一种常规程序，而遗憾的是这种常规程序对于包括我国在内的发展中国家却关注较少，因此为了这些国家的粮食和饲料安全而把毒素检测列为抗赤霉病育种的常规程序，应该是刻不容缓的一件大事[22]。在本研究中，基于病指、病粒率和籽粒DON含量的品种（系）聚类分析结果表明，52个供试品种（系）可大致分为7种类型，第Ⅰ类为籽粒DON含量较低，病粒率略高，病指波动较大的品种（系），即抗毒素积累能力较好;第Ⅱ类为籽粒DON含量、病指和病粒率均较低的品种，即抗初侵染、扩展和毒素积累均较好;第Ⅲ类为籽粒DON含量及病指均为中等水平，而病粒率偏高的品种，即籽粒易被侵染;第Ⅳ类为籽粒DON含量和病粒率均较高，而病指较低的品种，即籽粒易被侵染和毒素积累类型，略抗扩展;第Ⅴ类为籽粒DON含量、病指及病粒率均为中等水平，即抗性均不突出;第Ⅵ类为籽粒DON含量和病粒率都较高，病指中等的品种，即籽粒易被侵染和毒素积累类型;第Ⅶ类为籽粒DON含量、病指和病粒率均较高的品种，即高感类型。第Ⅰ类和第Ⅱ类中，除东麦17-61外，均为淮南品种，这表明江苏省小麦品种（系）淮南小麦品种（系）的抗病性普遍优于淮北品种（系）。可见，依据病指、病粒率和籽粒DON含量可初步判定不同品种（系）的抗感性类型，在品种选育及生产实际中具有一定的指导意义。

本研究仅进行了52个供试小麦品种（系）在自然发病条件下1年1地的田间及室內试验研究，小麦籽粒DON含量与病粒率、麦角甾醇含量和病指的相关系数，尤其是基于病指、病粒率和籽粒DON含量的品种（系）抗感类型聚类分析还有待进一步研究与优化。

参考文献：

[1]Bai G，Shaner G. Scab of wheat：prospects for control[J]. Plant Disease，1994，78：760-766.

[2]Dweba C C，Figlan S，Shimelis H A，et al. Fusarium head blight of wheat：pathogenesis andcontrol strategies[J]. Crop Protection，2017，91：114-122.

[3]康振生，黄丽丽，韩青梅，等. 禾谷镰刀菌侵染引致小麦穗部组织细胞壁成分变化的细胞化学研究[J]. 植物病理学报，2007，37（6）：623-628.

[4]Pritsch C，Muehlbauer G J，Bushnell W R，et al. Fungal development and induction of defence response genes during early infection of wheat spikes by Fusarium graminearum[J]. Molecular Plant-Microbe Interactions，2000，13：159-169.

[5]Kang Z S，Buchenauer H. Cytology and ultrastructure of the infection of wheat spikes by Fusarium culmorum[J]. Mycological Research，2000，104：1083-1093.

[6]Jiang C，Zhang C K，Wu C L，et al. TRI6 and TRI10 play different roles in the regulation of deoxynivalenol （DON） production by camp signaling in Fusarium graminearum[J]. Environmental Microbiology，2016，18（11）：3689-3701.

[7]Tralamazza S M，Bemvenuti R H，Zorzete P，et al. Fungal diversity and natural occurrence of deoxynivalenol and zearalenone in freshly harvested wheat grains from Brazil[J]. Food Chemistry，2016，196：445-450.

[8]Zhang J B，Wang J H，Gong A D，at al. Natural occurrence of fusarium head blight，mycotoxins and mycotoxin-producing isolates of Fusarium in commercial fields of wheat in Hubei[J]. Plant Pathology，2013，62（1）：92-102.

[9]陆维忠，程顺和，王裕中. 小麦赤霉病研究[M]. 北京：科学出版社，2001.

[10]McCartney C A，Somers D J，Fedak G，et al. Haplotype diversity at fusarium head blight resistance QTLs in wheat[J]. Theoretical and Applied Genetics，2004，109（2）：261-271.

[11]Schroeder H W，Christensen J J. Factors affecting resistance of wheat to scab caused by Gibberella zeae[J]. Phytopathology，1963（53）：831-838.

[12]Miller J D，Young J C，Sampson D R. Deoxynivalenol and fusarium head blight resistance in spring cereals[J]. Phytopathol，1985，113：354-367.

[13]Wegulo S N，Baenziger P S，Nopsa J H，et al. Management of fusarium head blight of wheat and barley[J]. Crop Protection，2015，73：100-107.

[14]朱展望，杨立军，佟汉文，等. 湖北省小麦品种（系）的赤霉病抗性分析[J]. 麦类作物学报，2014，34（1）：137-142.

[15]江苏省植物保护站. 农作物主要病虫害预测预报与防治[M]. 南京：江苏科学技术出版社，2006.

[16]谢 翎，陈红梅，陈安徽，等. 超声波破碎法提取球孢白僵菌麦角甾醇的条件优化研究[J]. 徐州工程学院学报（社会科学版），2007，22（2）：10-13.

[17]王禄禄，栗铭鸿，李官浩，等. 响应面法优化超声辅助提取元蘑麦角甾醇工艺[J]. 食品工业，2017（11）：38-42.

[18]国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局. 食品安全国家标准 食品中脱氧雪腐镰刀菌烯醇及其乙酰化衍生物的测定：GB 5009.111—2016[S]. 北京：中国标准出版社，2017.

[19]Jin F，Bai G H，Zhang D D，et al. Fusarium-damaged kernels and deoxynivalenol in Fusarium-infected U.S. winter wheat[J]. Phytopathology，2014，104：472-478.

[20]徐 飞，杨共强，宋玉立，等. 不同小麦品种（系）對赤霉病的抗性和麦穗组织中DON毒素积累分析[J]. 植物病理学报，2014，44（6）：651-657.

[21]徐 飞，宋玉立，王俊美，等. 不同侵染时期对小麦赤霉病发生和籽粒中DON积累的影响[J]. 植物保护，2018，44（6）：129-135.

[22]刘大钧. 小麦抗赤霉病育种——一个世界性难题[C]//21世纪小麦遗传育种展望——小麦遗传育种国际学术讨论会文集，2001.