曹世勤 杨晓辉 袁小平 贾秋珍 孙振宇 王万军 刘卫红
摘要:小麦赤霉病已成为当前继条锈病后严重制约陇南徽成盆地小麦生产上的最主要病害,同时也是影响小麦食品质量安全的最重要的病害之一。基于近年来小麦赤霉病在陇南徽成盆地的发生特点及现状,分析了其发生的原因,从选育和种植抗病品种、提高田间管理水平、完善秸秆还田技术措施、加强监测预警、加强应急防治、及时收获等方面提出了防控对策。
关键词:小麦;赤霉病;发生;防治;徽成盆地
中图分类号:S435.121 文献标志码:A 文章编号:1001-1463(2021)10-0073-06
doi:10.3969/j.issn.1001-1463.2021.10.015
Occurrence of Wheat Fusarium Head Blight(FHB) and Control Strategy in Huicheng Basin of Southern Gansu Province
CAO Shiqin 1,2,3, YANG Xiaohui 4, YUAN Xiaoping 4, JIA Qiuzhen 2,3,5, SUN Zhenyu 2,3,5, WANG Wanjun 6,LIU Weihong 7
(1. Institute of Wheat, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou Gansu 730070, China; 2. National Agricultural Experimental Station for Plant Protection at Gangu, the Ministry of Agriculture and Rural Affairs, P. R. China, Gangu Gansu 741200, China; 3. Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests in Tianshui, the Ministry of Agriculture and Rural Affairs, P. R. China, Gangu Gansu 741200, China; 4. Huixian Agricultural Technology Extension Center, Huixian Gansu 742300, China; 5. Institute of Plant Protection, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou Gansu 730070, China; 6. Gangu Testing Station, Tianshui Agricultural Sciences, Gangu Gansu 741200, China; 7. Plant Protection and Quarantine Station of Gansu Province, Lanzhou Gansu 730000, China)
Abstract:Fusarium head blight(FHB), caused by Fusarium graminearum, is one of the most important diseases in wheat followed by wheat stripe rust in Huicheng basin, and also one of the most important diseases affecting wheat food quality and safety. In this paper, we summarize the situation of FHB occurrence characteristics and current situation, and analyze the major reasons of FHB in these years in Huicheng basin, southern Gansu province, and the corresponding prevention and control countermeasures of FHB in field were put forward from the aspects of breeding and planting resistant varieties, improving field management level, perfecting straw returning technology measures, strengthening monitoring and early warning, strengthening emergency prevention and control, timely harvesting, etc.
Key words:Wheat;Fusarium head blight(FHB); Occurence; Control; Huicheng
小麥赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是由以禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum Schw)为主的多种镰刀菌引起的、发生于小麦穗部的重要病害[1 - 2 ],也是一种世界性病害[3 ],主要发生于温暖湿润地区[4 - 5 ]。在我国黄淮麦区南部、长江中下游麦区,赤霉病自2012 年大暴发以来,其发生面积和发生程度一直处于高位,其中在2015年,河北、山东、河南、江苏、安徽等省的小麦赤霉病中等偏重到大发生,江苏、安徽发病面积占种植面积的2/3以上[6 - 7 ]。近年来,小麦赤霉病在全国范围内呈进一步北扩西移态势, 目前常发区已扩展到黄淮南部麦区,东北春小麦和西北冬春小麦上也呈逐年加重趋势。小麦赤霉病之所以成为全球范围内最主要的病害,主要原因是发生范围广、产量损失大,更为重要的是危害严重。特别是镰刀菌侵染籽粒后,将会在小麦籽粒灌浆成熟过程中不断繁殖生长,并在小麦籽粒中产生包括脱氧雪腐镰孢菌烯醇(DON)、雪腐镰孢菌烯醇(NIV)和玉米赤霉烯酮(ZEN)等在内的多种毒素,人畜误食后将会使得肌体免疫力下降,致畸致癌,导致孕妇流产等多种致病作用。王耀忠[8 ]研究并于1986年制定了相关标准,认为我国小麦和玉米中DON含量超过1 mg/kg,小麦赤霉病病粒含量超过4%时则禁止食用。陆彦等[9 ]调研发现,田间赤霉病发病级别在1级以上时籽粒中DON含量就会严重超标。谢茂昌等[10 ]研究后发现,小麦田间发病级别为2级以上时,麦粒的DON含量 > 1 000 μg/kg,病粒率为25%~40%时DON含量为1 200~2 200 μg/kg。因此,一般认为赤霉病发生时会造成减产,但从毒素含量指标来讲,当田间发病达到一定病级,或病粒率达到一定比例时,从食品安全的角度考虑,收获的小麦将不能作为粮食或作为食品食用,或许将有可能造成绝产。
在甘肃陇南的徽成盆地,受全球气候变暖、作物种植结构的调整、秸秆还田面积的增加和雨区北移影响,特别是小麦抽穗扬花期遇到连阴雨天气的概率明显增加,自2016年开始发生以来,近年在田间呈逐年加重趋势。基于甘肃省科技支撑项目的支持,我们于2018年始开展了相关调研和分析,旨在为徽成盆地小麦赤霉病的科学防控提供技术支撑。
1 发病特点
小麦赤霉病在田间发生在根部健康的植株上。症状为灌浆后期穗部的上部、下部、中间或整穗变白或发灰,若田间湿度较大,则在小穗基部和颖壳缝隙处出现砖红色胶质霉层,并产生蓝黑色子囊壳。发病籽粒皱缩、呆白,有的粒面呈紫色,或有明显的粉红色霉状物,间有黑色子囊。
2 发生原因
2.1 品种抗病性低
从徽成盆地生产种植的小麦主要品种来看,多是针对抗条锈病选育而来,而未将赤霉病作为育种目标,故一般不含有效抗赤霉病基因,存在“抗锈品种不抗赤霉病”的现象。
2.2 气候条件适宜
小麦赤霉病是典型的高温高湿型病害,病原菌镰刀菌侵染的适期是小麦扬花期。在扬花期,遇到2~3 d连续阴雨且气温在15 ℃以上时,田间病残体上的分生孢子和子囊壳释放子囊孢子,并借助风雨传播侵染穗部花器。子囊孢子着落于残存小麦颖壳上的花丝上后,萌发产生芽管或菌丝,从颖片外侧壁侵入寄主,通过颖片内侧或花药侵染,随即病菌横向或纵向扩展,在颖壳上呈现水渍状褐色病斑,逐渐蔓延至整个小穗,造成病菌在籽粒的繁殖和病害的流行[11 ]。分析近年来特别是2021年徽县的气象条件,小麦扬花期适逢连阴雨十分有利于病菌的侵染。与此同时,密植栽培导致田间密闭、寡照,雾霾和结露增加了田间湿度,也为病害流行成灾创造了有利条件[12 ]。
2.3 田间菌源量大
研究发现,侵染小麦穗部的病原菌主要为来自田间的病残体。病原菌通常在玉米、小麦秸秆或者其他植物病残体上越冬。这些植物病残体上的子囊壳翌年在条件适宜时释放子囊孢子,即为引起小麦赤霉病的初侵染源[13 - 14 ]。在以玉米小麦轮作方式为主的北方地区,通常认为初侵染源主要是来自玉米茬上的子囊孢子[2 ]。从2021年在徽县小麦上的田间调查结果看,前茬为玉米时残留于地表的病残体多,且绝大多数病残体上均有大量黑色的子囊壳,由此造成田间病穗率相对较高,平均为3.62%。大豆和小麦套种的地块,残留于地表的病残体较少,病残体上的子囊壳数量也相对较少,田间病穗率较低。
2.4 防治措施落实不到位
小麦齐穗期到扬花末期或灌浆初期是赤霉病防治的关键时期。而此时,对农户来说,一是提前防治意识不强,二是扬花期喷药影响小麦授粉和产量,三是降水后喷药作业较为困难,常常错过最佳防治时期,关键防治措施落实不到位,影响了防治效果。与此同时,药剂选择的不精准和用水量的不足,也是造成防治效果不高的原因之一。
3 防控对策
3.1 选育和种植抗病品种
多年的研究表明,种植抗病品种是防治小麦赤霉病最经济有效的措施,也是降低田间毒素污染,保障粮食安全最绿色环保的措施。国内长江中下游地区相关小麦育种和植保、食品加工单位对赤霉病重视程度高、研究时间早、阶段性成果多,率先培育出在国际上赤霉病抗性育种中广泛应用的小麦品种苏麦3号和望水白等。但从总体情况看,抗性品种仅有郑麦9023、西农511、宁麦9号等极少数,绝大多数表现中感或高感。抗病品种的鉴定评价和抗病基因的挖掘利用,是抗赤霉病育种的基础性工作。
从近年来抗病资源鉴定评价看,寄主对赤霉病的抗性分为抗初侵染(typeⅠ)、抗扩展(type Ⅱ)、抗毒素积累(type Ⅲ)等多种类型[15 ]。国内学者从近3 500份包括国内小麦资源材料、国外引进材料、小麦属其他稀有资源材料、山羊草属材料和小黑麦材料中,筛选出望水白、白三月黄、温州红和尚、翻山小麦、苏麦3号、黄方柱、海盐种、黄蚕豆等1 796份抗性材料,这些材料主要分布于四川及湖南、湖北、上海、江蘇、浙江等长江中下游地区[7 ]。
从抗病基因挖掘和利用看,目前国内外已定位出抗赤霉病QTL有100余个,分布在小麦的21条染色体上,其中抗病基因Fhb1~Fhb7已被正式命名[16 - 23 ],以位于3B染色体短臂的Fhb1抗性最强,且稳定。研究发现,不同遗传背景下,Fhb1的效应有一定差异,但高病害压力下仍可平均降低赤霉病严重度20%左右[24 ]。Fhb1还可将DON 转化为低毒的脱氧雪腐镰刀菌烯醇-3-葡萄糖苷(DON-3G),减轻毒素危害[25 ]。抗病基因既有小麦近缘种,如从日本披碱草(Elymus tsukushiensis)中克隆得到基因座Fhb6,将其导入小麦能显著提升小麦对赤霉病的抗性[26 ];从十倍体长穗偃麦草(Thinopyrum ponticun)中克隆的Fhb7基因座,可与Fhb1协同作用,显著提升小麦对赤霉病的抗性水平[23 ];也有小麦特别是农家品种自身的,如从农家品种苏麦3号中标记出抗病基因Fhb1,位于3BS染色体上,并以其为亲本,在长江中下游麦区育成了宁7840和鄂恩1号,在黄淮麦区育成了郑麦9023和西农979等品种[27 - 28 ]。山东农业大学孔令让教授团队成功克隆了来源于长穗偃麦草的抗赤霉病主效基因Fhb7,该基因编码一种谷胱甘肽S-转移酶(GST),对包括DON在内的很多主要的单端孢霉烯族毒素如NIV、T2、HT-2等都具有广谱的解毒功能。Fhb7基因的长穗偃麦草染色体片段在不同背景小麦中对产量性状没有产生明显的负面影响,是禾谷类作物种质改良和创新难得的好基因[29 ]。
与小麦条锈病或白粉病相比较,抗病基因为主效QTL,而非质量遗传的主效基因,因此抗病育种的成效及种质资源的鉴定较为困难,资源数量也相对较少,这也是小麦抗赤霉病育种面临的世界性难题。需要采用常规技术与现代分子生物学技术相结合,进行进一步的鉴定、标记、聚合和应用,从而创制新种质,选育新品种。
3.2 提高田间管理水平
目前,由于机械收割,种子混杂较为严重。减轻品种收获混杂,使扬花期相对整齐,将会降低病菌侵染的几率。要做到适期、精量播种,使得群体适宜,以防因高产密植栽培而导致的田间密闭、寡照等造成病害流行的小气候条件。开展平衡施肥,降低氮肥用量,适当提高磷钾肥的用量,降低植株茂密风险,提高植株抵抗病原菌能力。在此基础上,调整作物种植结构,尽可能压缩玉米秸秆还田面积,以降低翌年赤霉病发生流行的风险。
3.3 完善秸秆还田技术措施
在秸秆还田条件下,前茬作物对小麦赤霉病的发生有显著影响。前茬为玉米的田块,小麦赤霉病病情指数是大豆茬田块的1.66~2.97倍[12 ]。通过调查发现,前茬为玉米地块,平均病穗率3.62%。前茬为大豆和小麦地块,病穗率仅为0.15%和0.07%。故有条件的地方,可将粉碎的秸秆用翻耕机进行深翻,翻耕至30~35 cm的土壤中,辅以腐熟剂加快秸秆腐熟分解,降低菌源基数。提倡秸秆资源化利用,减少病菌在田间的繁殖基质,有效压低菌量。在此基础上,播种期用石灰氮或98%棉隆颗粒剂进行土壤熏蒸处理,可杀灭田间病残体上有害生物,降低初侵染源和翌年赤霉病的发生流行。
3.4 加强监测预警
小麦赤霉病的防治适期仅为从抽穗到灌浆初期的约20 d时间,若此时进行有效防治,将会对后期的防治打好基础。小麦赤霉病的初侵染适期与雨期密切相关,降雨后短暂的雨停期或天晴期是赤霉病防治的关键时期。但此时群众防治意識薄弱,且田间人工操作难度大,组织难度相对较大。进一步加强病原基数调查,特别是明确玉米茬和大豆茬田间病残体状况,密切关注小麦生长发育进度和从抽穗期到灌浆初期的约20 d时间内当地的天气情况。加强与当地气象部门的衔接与沟通,及时与农业主管部门、种子管理部门、农业推广部门等密切合作,随时会商赤霉病发生动态,利用电视、广播、各类短视频等线上形式和组织现场会、观摩会等形式,向全社会准确发布预报预警信息,明确最佳预防控制时期,指导农民(合作社、种子/种植企业)合理选用药剂,采用多种方法进行防控,提高病害防控的精准性和有效性,降低农药用量及生产成本。
3.5 加强应急防治
基于目前抗病品种的缺乏和秸秆还田粗放的现实,利用化学药剂进行应急防治仍是赤霉病防治最重要的措施,立足预防为主这一思想不动摇是前提,齐穗期至灌浆初期全面落实药剂预防措施,是赤霉病防治成功与否的关键。为提高防治效果,扬花期如遇持续连阴雨,第1次喷药后5~7 d需进行第2次和第3次用药。目前,我国长江中下游、江淮、黄淮南部等赤霉病常发区,小麦赤霉病病菌已对多菌灵产生了较强的抗药性[30 ],鉴于此,徽成盆地也应停用以多菌灵为代表的单剂或混剂(复配剂),建议加大氰烯菌酯、丙硫菌唑及戊唑醇、戊唑·咪鲜胺等新药剂的应用[31 - 32 ]。特别是戊唑醇、戊唑·咪鲜胺,不仅可有效防治赤霉病,而且对条锈病和白粉病也有较好的防治效果[33 - 34 ]。赤霉病防治期雨水较多,且药液需粘附在穗部,故在药液和助剂的选择上,更需要粘附性强且耐雨水冲刷的剂型,同时需要农药利用率高的植保器械,才能保证防治效果。
3.6 及时收获
小麦蜡熟末期至完熟初期及时收获并晾晒干,尽可能避免收获和储存过程中由于湿度过高而导致的病菌继续在种子上生长繁殖、产生毒素,造成二次污染。
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(本文责编:杨 杰)
收稿日期:2021 - 07 - 26
基金项目:甘肃省重点研发计划“陇南徽成盆地小麦赤霉病监测与防控”(20YF3NA023)。
作者简介:曹世勤(1971 — ),男, 甘肃临洮人,研究员,博士,主要从事小麦有害生物综合防控技术研究工作。Email:caoshiqin6702@163.com。