2024年4月22日发(作者：华为麦芒)

中国不同生态地区禾谷镰刀菌种群分化及遗传多

中国不同生态地区禾谷镰刀菌种群分化及遗传多

禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)可侵染多种植物，特别是世界三

大粮食作物小麦、玉米和水稻的许多部位引起多种病害。禾谷镰刀菌

能侵染麦类作物引起苗腐、根腐和穗腐，也能引起玉米的茎基腐和穗

腐，在麦收后还能侵染水稻的穗部和稻株基部叶鞘。禾谷镰刀菌不仅

侵染作物造成产量的损失，并且侵染谷物籽粒后产生的真菌毒素对人

畜健康造成严重威胁。随着我国耕作制度的变革和全球气候变暖，禾

谷镰刀菌对作物的危害也越来越大；并且近年来国际上已经将禾谷镰

刀菌种下划分为9个进化群，并重新命名，而我国在这方面研究还很

少。因此，全面分析来自我国不同生态地区麦类赤霉病和玉米穗腐病

的病原组成，禾谷镰刀菌种群分化、系统发育、遗传多样性和产毒类

型，建立我国禾谷镰刀菌存在的进化群类型与致病力以及形态学特征

的关系，可为禾谷镰刀菌侵染籽粒的毒素检测和小麦、玉米连作条件

下病害综合治理奠定基础，具有重要的理论和实际意义。本研究对河

北、黑龙江和湖北等地的麦类赤霉病标样以及河北和甘肃等地的玉米

穗腐病标样进行病原分离，得到镰刀菌1229株，经单孢分离纯化后，

通过形态学鉴定和主要菌株的分子生物学鉴定，发现我国麦类赤霉病

病穗上有禾谷镰刀菌、木贼镰刀菌(F．equiseti)、串珠镰刀菌

(F．verticillioides(formerly known as F．moniliforme)、胶孢

镰刀菌(F．subglutinans)、层出镰刀菌(F．proliferatum)、厚垣镰

刀菌(F．chlamydosporum)、黄色镰刀菌(F．culmorum)、半裸镰刀菌

(F．semitectum)和锐顶镰刀菌(F．acuminatum)共9种镰刀菌；玉米

穗腐病病粒上有禾谷镰刀菌、木贼镰刀菌、串珠镰刀菌、胶孢镰刀菌

和层出镰刀菌共5种镰刀菌，其中禾谷镰刀菌为麦类赤霉病和玉米穗

腐病的优势菌，禾谷镰刀菌、串珠镰刀菌、胶孢镰刀菌和层出镰刀菌

在麦类赤霉病和玉米穗腐病的标样中均分离得到并且在所分离镰刀

菌中占的比例较高，而麦类赤霉病和玉米穗腐病中其他镰刀菌的组成

及分离频率在采样地区和年份间存在差异。对337个禾谷镰刀菌菌株

用禾谷镰刀菌特异性引物Fg16F／Fg16R和根据控制产毒类型基因

Tri13和Tri3的相关序列设计的引物进行

SCAR(sequence-characterised amplified region polymorphism)

类型和产毒化学型分析，明确了我国存在7C

1、6A5种群和一类未知种群。通过用EF-1α(elongation

factor-1α)基因序列进行的系统发育分析和用RAPD(random

amplified polymorphic DNA)进行的遗传多态性分析，确定这3个种

群分别为禾谷镰刀菌lineage 7(Fusarium graminearum)、禾谷镰刀

菌lineage 6(Fusarium asiaticum)和禾谷镰刀菌lineage

3(Fusarium boothii)。这3类进化群在我国存在不同的地域和寄主

来源，禾谷镰刀菌lineage 7分布广泛，在全国范围内均有存在，禾

谷镰刀菌lineage 6主要分布于我国的湖北和黑龙江地区，禾谷镰刀

菌lineage 3(Fusarium boothii)只在玉米上发现，其中禾谷镰刀菌

lineage 3在中国的存在和分布是世界上首次发现；同时RAPD分析

发现每一类群内各地理来源菌株间存在丰富的遗传多样性；通过禾谷

镰刀菌的产毒类型分析，明确了禾谷镰刀菌3种产毒类型

—3-ADON(3-acetyldeoxynivalenol)、

15-ADON(15-acetyldeoxy-nivalenol)和NIV(nivalenol)化学型在我

国均有存在，并且它们的分布与地域有关，产NIV的菌株主要分布于

湖北和黑龙江等赤霉病常发区，产3-ADON的菌株主要分布在湖北等

温暖地区，而产15-ADON的菌株主要分布在甘肃、河北和黑龙江等冷

凉地区，这也是国内首次利用分子生物学方法快速检测禾谷镰刀菌产

毒的3种化学型。通过对75个不同来源禾谷镰刀菌菌株的菌丝生长

速率、产孢量、子囊壳产生量以及对化学药剂多菌灵的敏感性等生物

学特性进行测定，发现各来源菌株间在以上生物学指标上都存在差

别，进行不同来源地理种群菌株的群体比较，发现分离自玉米上的菌

株菌丝生长速率比小麦上菌株快，产孢量也多，来自河北和黑龙江小

麦上的菌株比湖北大麦上的菌株菌丝生长速率快、产孢量多；在子囊

壳产生量上，来自河北玉米和河北小麦上的菌株子囊壳产生量最大，

其次是来自黑龙江的春小麦和湖北大麦上的菌株，来自甘肃玉米上的

菌株子囊壳产生量最少；用10μg·mL~(-1)浓度的多菌灵对337个

禾谷镰刀菌菌株进行对多菌灵抗药性检测，未发现对多菌灵的抗药性

菌株，用2μg·mL~(-1)浓度的多菌灵对75个禾谷镰刀菌菌株进行

敏感性测定，同一来源菌株间对多菌灵的敏感性存在差别，不同来源

种群群体间对多菌灵的差别不是很大，其中以湖北大麦和黑龙江春小

麦上的菌株对多菌灵的敏感性最低。通过对小麦胚芽鞘、茎秆和穗部

接种，测试不同来源菌株间致病力的差异，3种致病力测定方法得到

的结果基本一致。从玉米上分离得到的菌株对小麦致病力弱，来自河

北和黑龙江小麦上的菌株比湖北大麦上的菌株致病力强。通过与禾谷

镰刀菌的进化群及菌株的生物学特性比较，致病力的强弱主要与禾谷

镰刀菌的进化群类型有关，此外，还可能与菌丝生长速率与产孢量有

一定相关性。 摘要4-6Abstract6-12引言12-17第一章 禾谷镰刀菌

的分离及相关镰刀菌的鉴定17-321 材料和方法17-19

1.1 培养基17

1.2 样品的采集17-18

1.3 病原菌的分离、鉴定18-192 结果与分析19-31

2.1 201X年小麦赤霉病的病原组成19

2.2 201X年小麦赤霉病的病原组成19

2.3 玉米穗腐病的病原组成19-22

2.4 镰刀菌的鉴定及形态描述22-313 讨论31-32第二章 禾谷镰

刀菌的种群分化和产毒类型分析32-581 材料与方法32-38

1.1 材料32-34

1.2 方法34-382 结果与分析38-56

2.1 禾谷镰刀菌的种群分化和产毒分析38-48

2.2 禾谷镰刀菌 SCAR 类型序列测定48-51

2.3 禾谷镰刀菌的核糖体 ITS 鉴定51-563 讨论56-58第三章 禾

谷镰刀菌的系统发育及其遗传多态性研究58-86第一节 禾谷镰刀菌

的群体遗传结构分析58-751 材料与方法58-60

1.1 材料58-59

1.2 方法59-602 结果与分析60-75

2.1 PCR 扩增和测序结果60-70

2.2 供试禾谷镰刀菌菌株间的系统发育分析70-75第二节 不同来

源禾谷镰刀菌的遗传多样性分析75-861 材料与方法75-76

1.1 材料75

1.2 方法75-762 结果与分析76-84

2.1 RAPD-PCR 扩增结果76-80

2.2 禾谷镰刀菌的群体遗传多样性分析80-843 讨论84-86第四章

禾谷镰刀菌生物学特性研究86-1001 材料与方法86-90

1.1 材料86-88

1.2 方法88-902 结果与分析90-97

2.1 不同来源禾谷镰刀菌菌丝生长速率测定结果90-91

2.2 不同来源禾谷镰刀菌产孢量测定结果91-93

2.3 不同来源禾谷镰刀菌子囊壳产生量的测定93-95

2.4 禾谷镰刀菌对多菌灵的敏感性测定95-973 讨论97-100第五

章 不同种群禾谷镰刀菌的致病力测定100-114第一节 小麦不同品

种抗赤霉病性鉴定100-1041 材料与方法100-102

1.1 材料100-101

1.2 方法101-1022 结果与分析102-104

2.1 201X年小麦抗赤霉病性鉴定结果102

2.2 201X年小麦抗赤霉病性鉴定结果102-104第二节 禾谷镰刀菌

的致病力测定104-1141 材料与方法104-106

1.1 材料104

1.2 方法104-1062 结果与分析106-112

2.1 禾谷镰刀菌对小麦胚芽鞘的致病力测定106-109

2.2 禾谷镰刀菌对小麦茎秆的致病力测定109-110

2.3 禾谷镰刀菌对小麦穗部的致病力测定110-1123 讨论112-114

结论114-115

参考文献

115-124附录124-127在读期间发表的学术论文127-128作者简

介128-129致谢129-130附130-137