甘肃省小麦禾谷孢囊线虫的发生及分布

李惠霞,　刘永刚,　朱锐东,　柳永娥,　彭德良

(1. 甘肃农业大学草业学院,草业生态系统教育部重点实验室,中美草地畜牧业可持续发展研究中心,兰州　730070; 2. 甘肃省农业科学院植物保护研究所,兰州　730070; 3. 中国农业科学院植物保护研究所,北京　100193)



甘肃省小麦禾谷孢囊线虫的发生及分布

李惠霞1*,刘永刚2,朱锐东1,柳永娥1,彭德良3

(1. 甘肃农业大学草业学院,草业生态系统教育部重点实验室,中美草地畜牧业可持续发展研究中心,兰州730070; 2. 甘肃省农业科学院植物保护研究所,兰州730070; 3. 中国农业科学院植物保护研究所,北京100193)

为了解甘肃省小麦孢囊线虫病发生程度和分布情况,2009-2012年于小麦抽穗至灌浆期,采用Z字形取样法,取根际0～20cm土壤,用漂浮法分离孢囊,统计100g土样的孢囊数量,用形态学方法鉴定线虫。从甘肃省12个地区50个县区,134个乡镇共采集到463个小麦田间土样。结果表明,孢囊平均检出率为47.9%,其中冬麦区孢囊平均检出率为61.5%,春麦区平均检出率为34.2%,冬麦和春麦混播区为52.3%,冬麦、春麦及冬春麦混播区平均孢囊数分别为3.5、6.8和3.9个/100g土样。其中平凉市灵台县和兰州市永登县孢囊线虫发生最为严重,个别地块每100g土样中孢囊数超过40个。根据孢囊形态学特征的观察,将甘肃省采集到的孢囊线虫鉴定为禾谷孢囊线虫(Heterodera avenae)。研究结果可为有效防治甘肃省麦类孢囊线虫病提供依据。

小麦孢囊线虫病;发生;分布

麦类孢囊线虫病是由禾谷孢囊线虫(Heteroderaspp.,cerealcystnematode,CCN)引起的重要病害,广泛分布于世界上温带麦类作物产区[12]。该病主要危害小麦、大麦、黑麦、燕麦及多种禾本科牧草[3],对小麦、大麦等粮食作物生产造成严重威胁。目前,世界上主要分布在澳大利亚、英国、中国和伊朗等37个小麦生产国。自1989年在我国湖北首次报道以来,目前已证实该线虫广泛分布于河南、河北、北京、内蒙古、青海、山东、山西、陕西、宁夏、甘肃、安徽、湖北、江苏、天津、西藏和新疆等16个省市,发生面积达400万hm2,约占全国小麦种植面积的10%[413]。一般造成30%以上的减产,冬小麦上尤为严重,已成为我国小麦粮食生产中的重大病害[14]。

侵染麦类的孢囊线虫有效种有12个,其中具有经济重要性的主要为禾谷孢囊线虫(Heterodera avenaeWollenweber)、菲利普孢囊线虫(H.filipjeviMadzhidov)和麦类孢囊线虫(H.latiponsFranklin)等。目前,我国报道的种主要为H.avenae[413]和H.filipjevi[1516]。近年来,随着孢囊线虫病在我国传播和蔓延,江苏、青海、陕西、宁夏、内蒙古及河北等省份对小麦孢囊线虫病的发生分布均做过较为系统的调查。甘肃省小麦的种植面积位居全国第七,2010年,叶文兴等[5]报道甘肃省发现禾谷孢囊线虫,并通过形态学和分子特征相结合的方法证实甘肃省部分地区禾谷孢囊线虫的种是H. avenae,但全省尚无系统调查研究。本研究针对甘肃省麦类孢囊线虫病的发生与分布区域进行系统调查,以期明确甘肃省麦类孢囊线虫病的分布状况和发生程度,为该病害的及时有效治理奠定基础。

1　材料与方法

1.1甘肃省小麦孢囊线虫病分布调查

2009-2012年每年5-6月于小麦抽穗扬花和灌浆期,对甘肃省冬麦区的小麦孢囊线虫病进行调查,2010-2011年每年7-8月对甘肃北部春麦区小麦孢囊线虫病进行调查。调查区域包括兰州、天水、白银、平凉、武威、张掖、金昌、庆阳、酒泉、定西、陇南和临夏等12个行政区,共计50个县463个土样。取样时采用Z字形取样法,每块麦田取15～25个样点。用取样器采集麦类作物根系及根际0～20cm土壤,然后将各样点的土壤混合在一起。每份土样约500～1 000g,装入塑料袋,详细记录采集地经纬度、海拔、乡镇名及前茬作物,然后带回实验室进行孢囊的分离。

1.2孢囊分离方法

分离孢囊时将土壤风干并充分混匀,称取100g,采用简易漂浮法分离孢囊线虫。分离时,将混合均匀的样品放入3L的塑料桶中,加4/5容器体积的水后充分搅拌,静置2min以上,然后把桶中上层悬浮液依次过20目和60目套筛。重复3次,至桶中无漂浮的残渣。再用自来水冲洗20目筛,然后取掉20目筛,用自来水冲洗60目筛至流出的水干净为止。随后用洗瓶将60目筛上物冲洗至带滤纸的漏斗上,做好标记。待滤去水分后,在体式显微镜下,统计孢囊数量。

1.3形态学鉴定

每样点随机挑取2个饱满的孢囊,水中浸泡24h后,用解剖刀小心切取孢囊阴门锥。参照冯志新的方法[17],将切下的阴门锥制成临时玻片,在显微镜下直接观察。按照王明祖等[18]的方法对孢囊线虫种类进行鉴定。

2　结果与分析

2.1小麦孢囊线虫病在甘肃省不同地区的分布状况

共采集了甘肃省12个地区50个县区,134个乡镇463个小麦田间土样,孢囊检出率为47.9%(表1)。冬麦区孢囊平均检出率为61.5%,春麦区为34.2%,冬麦和春麦混播区为52.3%。在春麦种植区,以武威和张掖检出率最高,金昌、酒泉次之,白银和兰州孢囊检出率最低。其中与祁连山接壤的兰州市永登县山区春麦上孢囊检出率较高,达75%以上。冬麦种植地区中,平凉地区孢囊检出率最高,为74.4%;庆阳次之,为57.7%;天水和陇南检出率较低,分别为43.3%和36.8%。冬麦区孢囊检出率最高的是黄土高原沟壑区的平凉市灵台县,达80%以上。在抽样调查的2个冬麦和春麦混播区中,高寒阴湿的临夏市孢囊检出率高达77.8%,而属于半干旱区的定西市孢囊检出率相对较低,为34.4%。

2.2小麦孢囊线虫病在甘肃省不同地区的发生程度

取样调查结果表明,不同地区小麦孢囊线虫的发生程度不同,同一地区不同地块的孢囊密度差异也较大(表2)。所采集到的463个土样中检出孢囊的样品222个,每百克土中的平均孢囊数为4.6个。每百克土样中,武威春麦区的平均孢囊数为6.7个,张掖春麦区为5.9个。金昌和酒泉春麦区虽然种植面积较小,但每百克土壤的孢囊线虫数不低,分别为7.3个和6.1个。兰州地区田间孢囊数的分布很不均匀,每百克土壤的孢囊线虫数为6.1个,且孢囊线虫主要分布在北部的永登县。白银地区发生程度较轻,百克土中平均孢囊数为2.7个。

冬麦区,平凉地区百克土中平均孢囊数为4.8个,该地区灵台县个别地块孢囊数超过40个。天水地区,百克土中平均孢囊数为5.1个,39.4%的地块百克土中孢囊数为1～20个,庆阳地区和陇南地区发病田块平均孢囊数分别为2.6个和1.6个。在甘肃中部冬麦和春麦混播区,临夏地区百克土中平均孢囊数为5.4个,8.9%的地块孢囊数为21～30个,个别地块孢囊数超过40个。而定西地区小麦孢囊线虫发生极不均匀,百克土中平均孢囊数为1.4个。12个地区中,金昌地区小麦孢囊线虫密度最高,百克土中孢囊数为7.3个,密度最低的是定西地区,孢囊数为1.4个。

表1　甘肃省小麦孢囊线虫在不同地区的分布与发生情况

表2　小麦孢囊线虫病在不同地区的发生程度

2.3甘肃省禾谷孢囊线虫的形态鉴定结果

经测定, 采集的孢囊线虫群体的孢囊宽度为307～537μm,平均393μm,长度为488～732μm,平均603μm。阴门锥双半膜孔,阴门裂长9.7～4.6μm,平均12.5μm。孢囊线虫群体形态一致,孢囊阔柠檬型,阴门锥较突出,暗褐色至深暗褐色(图1a)。阴门锥双半膜孔,阴门裂较短,无下桥,泡状突明显(图1b)。符合Heterodera avenae的形态特征,故鉴定为Heterodera avenae。

图1　孢囊线虫的形态特征Fig.1　Morphological characteristics of the cyst nematode

3　讨论

孢囊线虫主要包括孢囊线虫属(Heterodera)、球孢囊线虫属(Globodera)、仙人掌孢囊线虫属(Cactodera)等。小麦孢囊线虫和大豆孢囊线虫均属于孢囊线虫属,它们也是大田中最易发生的2种孢囊线虫,在镜检时应根据孢囊的形态来区分。禾谷孢囊线虫和大豆孢囊线虫的区别:禾谷孢囊线虫是阔柠檬形,新鲜时有亚结晶层,阴门锥双膜孔,无阴门下桥;大豆孢囊线虫是柠檬形,颈部和尾部明显突出,阴门锥双半膜孔,阴门裂较长,阴门下桥明显[19]。经形态学鉴定,本试验采集的孢囊线虫与叶文兴等[5]鉴定的甘肃省7个小麦孢囊线虫群体的鉴定结果一致,均为禾谷孢囊线虫。

小麦孢囊线虫病是我国乃至世界上小麦生产中的重要线虫病害,属于土传病害,在田间可通过农机具、农事操作、水流等近距离传播[21]。调查数据显示,小麦跨区联合收割机携带土壤可传带小麦孢囊线虫[14]。小麦孢囊线虫病在我国呈快速蔓延的趋势,1989年首次在湖北发现,目前湖北、安徽、河北、河南、山东、山西、陕西、甘肃、内蒙古、宁夏、北京、江苏、青海、天津、新疆和西藏共16 个省(自治区、直辖市)的小麦或大麦上有不同程度发生[1213,20],严重威胁我国小麦的安全生产。本研究对甘肃省小麦孢囊线虫的发生分布进行了调查,确定了该线虫在甘肃省主要麦区的发生范围和发生程度,对于甘肃省小麦孢囊线虫病的防控具有重要的意义。

小麦是甘肃省主要的粮食作物,近年来随着种植结构调整,种植面积虽有下降,但常年仍维持在92.3万hm2左右,其中冬小麦61.50 万hm2,春小麦30.80 万hm2左右[22]。本研究结果显示,甘肃省小麦孢囊线虫的平均检出率为47.9%,因此可推算出甘肃省小麦孢囊线虫病的发生面积约为44.2万hm2。甘肃的小麦生产区域根据种植小麦的冬春性可分为河西走廊春麦区、陇东南冬麦区和中部冬春麦混播区。张掖和武威春麦区为祁连山雪水灌溉区,这些地区土壤肥沃、水肥条件较好,是小麦的高产区,孢囊的检出率和田间基数较高。河西走廊地势平坦,农业机械化程度较高,联合收割机跨区作业非常普遍,容易造成该病害的传播,应注意防止农机具携带土壤传播。酒泉、白银和金昌春麦区由于主要为工业区和经济作物种植区,小麦种植较少,取样数目较少,孢囊检出率较低。中部的白银和兰州春麦区为沿黄灌区或干旱区,虽然孢囊线虫检出率较低,但该地区小麦孢囊线虫种群密度差异较大,祁连山山区个别地块孢囊数较高。青海省早在1994年就发现禾谷孢囊线虫[5],推测与青海相邻的祁连山山区孢囊密度较高,可能是由于孢囊线虫传入较早所致。平凉和庆阳冬麦区地势平坦、土壤肥沃,该地区近年来已成为甘肃省小麦的主产区,调查中发现孢囊线虫的田间基数较高的地块多是由于连作和使用单一的品种造成。天水和陇南冬麦区以丘陵山地为主,多为传统耕作,较少使用农机作业,小麦常常与马铃薯、油菜、大豆等轮作,田间孢囊密度较低。甘肃中部的临夏冬春麦混播区,属于高寒阴湿的二阴地区,田间较为湿润,在所有调查地区中该地区孢囊密度最高。定西冬春麦混播区孢囊检出率最低,该地区干旱少雨、缺乏灌溉条件,为小麦的低产区,在山区小麦常年与马铃薯轮作,因此孢囊线虫发生率较低。

目前, 防治禾谷孢囊线虫病的主要措施有轮作、化学防治及种植抗性品种等[21,23]。但由于化学防治成本高和高效低毒杀线剂的缺乏,使得化学防治难以推广应用。我国种植的大部分品种为感病品种, 缺少高产抗病的优良品种。即使与非寄主作物轮作后, 一旦种植寄主植物, 禾谷孢囊线虫仍能迅速大量繁殖[24]。此外, 禾谷孢囊线虫寄主范围广,且存在致病性分化[25],从而增加了防治的难度。禾谷孢囊线虫发生后, 生产上缺乏快速有效的防治措施, 短期内难以彻底控制其危害。因此, 系统研究禾谷孢囊线虫病的发生规律和调查不同地区的致病型,明确侵染主要时期和防治的关键时期,同时有针对性地筛选高产抗病品种和研制高效低毒防治药剂, 才能安全高效地防治禾谷孢囊线虫病,保障我国小麦安全生产。

4　结论

甘肃省小麦主要种植区孢囊线虫所有群体均为Heterodera avenae。冬春麦混播区的临夏地区、冬麦区的平凉和庆阳地区及春麦区的张掖和武威地区,小麦孢囊线虫发生率高、分布广,应采取措施积极防治。位于甘肃东南部的冬麦种植区和中部的半干旱春麦种植区,包括白银地区、兰州地区和定西地区,目前小麦孢囊线虫发生率和孢囊基数较低,但仍应注意监测。

[1]NicolJ,RivoalR,BolatN,etal.ThefrequencyanddiversityofthecystandlesionnematodeonwheatintheTurkishCentralAnatolianPlateau[J].Nematology, 2002,4(2):272.

[2]NicolJ,RivoalR,TaylorS,etal.Globalimportanceofcyst(Heteroderaspp.)andlesionnematodes(Pratylenchusspp.)oncereals:distribution,yieldloss,useofhostresistanceandintegrationofmoleculartools[J].NematologyMonographs&Perspectives, 2004, 2:233251.

[3]王明祖, 雷智峰, 肖炎农. 小麦禾谷孢囊线虫寄生范围的研究[J]. 植物保护, 1996, 22(1):35.

[4]郑经武, 林茂松, 程瑚瑞, 等. 安徽省小麦上两个孢囊线虫群体的鉴定[J]. 江苏农业学报, 1996, 12(1):3135.

[5]叶文兴, 徐秉良, 彭德良, 等. 甘肃小麦禾谷孢囊线虫rDNA-ITS和28SrDNA-D2/D3区序列特征及ITS-RFLP分析[J]. 植物保护, 2010, 36(3):5865.

[6]欧师琪, 彭德良, 李玉, 等. 河南郑州小麦禾谷孢囊线虫(Heterodera avenae)的核糖体基因ITS序列和RFLP分析[J]. 植物病理学报, 2008, 38(4):407413.

[7]王暄, 梁中伟, 裴世安, 等. 江苏省小麦禾谷孢囊线虫群体核糖体DNA-ITS区序列分析[J]. 南京农业大学学报, 2010, 33(6):5562.

[8]欧师琪, 彭德良, 李玉. 青海、陕西部分地区禾谷孢囊线虫rDNA-ITS-RFLP的特征分析[J]. 植物病理学报, 2011, 41(4):411420.

[9]赵杰,张管曲,钮绪燕,等.陕西省小麦禾谷孢囊线虫rDNA-ITS区序列与RFLP分析[J].植物病理学报,2011,41(6):561569.

[10]魏利辉, 赵雷, 张红艳, 等. 苏皖鲁豫麦田小麦孢囊线虫调查以及rDNA-ITS序列特征分析[J]. 麦类作物学报, 2011, 31(6):11581163.

[11]杨远永, 赵洪海, 彭德良. 小麦禾谷孢囊线虫在山东省的分布新报道[J]. 青岛农业大学学报(自然科学版), 2010, 27(1):1720.

[12]彭德良, 黄文坤, 孙建华, 等. 我国天津发现小麦禾谷孢囊线虫[M]∥廖金铃, 彭德良, 段玉玺, 等. 中国线虫学研究(第四卷), 北京:中国农业科学技术出版社,2012:162163.

[13]李惠霞, 柳永娥, 魏庄, 等. 新疆和西藏发现禾谷孢囊线虫[M]∥廖金铃, 彭德良, 段玉玺, 等. 中国线虫学研究(第四卷),北京:中国农业科学技术出版社, 2012:164165.

[14]刘刚. 农业部种植业管理司提醒:跨区收割可传带小麦孢囊线虫[J]. 农业市场信息, 2009(16):42.

[15]LiHL,YuanHX,SunJW.FirstrecordofthecerealcystnematodeHeterodera filipjeviinChina[J].PlantDisease, 2010, 94(12):1505.

[16]FuBo,YuanHongxia,ZhangYu.MolecularcharacterisationofcerealcystnematodesinwinterwheatontheHuang-HuaifloodplainofChinausingRFLPandrDNA-ITSsequenceanalyses[J].AustralasianPlantPathology, 2011, 40(3): 277285.

[17]冯志新. 植物线虫学[M]. 北京:中国农业出版社, 2001:132135, 176.

[18]王明祖, 彭德良, 武学勤. 小麦孢囊线虫病的研究Ⅰ:病原鉴定[J]. 华中农业大学学报, 1991, 10(4):352356.

[19]PerryRN,MoensM.PlantNematology[M].简恒,译.北京:中国农业大学出版社,2011:9798.

[20]彭德良, 李惠霞, 王锡锋, 等. 我国小麦禾谷孢囊线虫的新发生分布地区[M]∥ 廖金铃, 彭德良, 段玉玺. 中国线虫学研究(第二卷), 北京:中国农业科学技术出版社,2008:344345.

[21]刘静, 吴海燕, 彭德良. 小麦孢囊线虫的发生、防治及控制策略的思考[J]. 安徽农业科学, 2010,38(3):16291632.

[22]刘效华,虎梦霞,王世红. 甘肃小麦生产中存在的问题及解决途径[J]. 甘肃农业科技,2010(7):4849.

[23]郑经武,林茂松,程瑚瑞,等. 麦类作物对禾谷胞囊线虫的抗病性[J].植物保护学报,1999,26(3):250254.

[24]王振跃, 高书峰, 李洪连, 等. 不同小麦品种(系)对禾谷孢囊线虫病的抗性鉴定[J]. 河南农业科学, 2006(5):5052.

[25]郑经武,程瑚瑞,方中达. 小麦禾谷胞囊线虫致病型研究[J]. 植物病理学报,1997,27(3):309314.

(责任编辑：杨明丽)

OccurrenceanddistributionofHeterodera avenaeinGansuProvince

LiHuixia1,LiuYonggang2,ZhuRuidong1,LiuYong’e1,PengDeliang3

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity,KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem,MinistryofEducation,Sino-U.SCentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China; 2.InstituteofPlantProtection,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070,China; 3.InstituteofPlantProtection,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China)

In2009-2012,soilsamplesindepthof020cmwerecollectedbyzigzagsamplingfromheadingtofillingstageofwheat.Cystsofcerealcystnematode(CCN)wereseparatedusingfloatingmethodandcountedper100gsoil,andthenidentifiedbymorphologicalcharacteristics.Fourhundredandsixty-threesoilsamplescovered50countiesin12regionsofGansuProvincewerecollectedinthesystematicinvestigation.Theresultsshowedthatthetotalincidenceofcystnematodesofwheatwas47.9%.Andtheincidenceofcystnematodesinwinterwheat,springwheatandmixedwinterwheatandspringwheatregionwere61.5%, 34.2%and52.3%,respectively.Theaveragedensityofcystsinwinterwheat,springwheatandfrommixedwinterwheatandspringwheatregionwere3.5cysts/100gsoil, 6.8cysts/100gsoiland3.9cysts/100gsoil,respectively.ThehighestcystdensityoccurredinLingtaiCountyofPingliangCityandYongdengCountyofLanzhouCitywithmorethan40cysts/100gsoil.AllthecystnematodesofwheatinGansuwereidentifiedasHeterodera avenaebasedonthemorphologicalcharacteristics.ThisworkcanprovideabasisforeffectivepreventionofwheatcystnematodeinGansuProvince.

Heterodera avenae;occurrence;distribution

20150302

20150408

公益性行业(农业)科研专项(201503114)；国家自然科学基金(4031460463)

E-mail:lihx@gsau.edu.cn

S432.45

ADOI：10.3969/j.issn.05291542.2016.03.030