禾谷镰刀菌3-ADON和15-ADON菌株对接种和田间种植的冬小麦中镰刀菌穗枯病症状、镰刀菌损伤的籽粒以及霉菌毒素产生的影响

《Canadian Journal of Plant Science》：The effect of Fusarium graminearum 3-ADON and 15-ADON isolates on Fusarium head blight symptoms, Fusarium damaged kernels and mycotoxins production, in inoculated and field grown winter wheat

小麦赤霉病（FHB）由尖孢镰刀菌引起，DON是主要毒素。研究对比了3-ADON和15-ADON型F. graminearum在冬小麦‘Emmit’和‘25R40’中的致病性，发现2011年3-ADON型显著提高FHB指数（77.9% vs. 71.4%）、FDK（52.4% vs. 45.8%）和DON积累（48.4 ppm vs. 38.7 ppm），但后续年份差异不显著，同一化合型内isolates间存在显著差异。建议使用高致病性isolates进行抗病性筛选，并需持续监测毒素型别变化。

　　在加拿大，小麦的 Fusarium 头部枯萎病（FHB）是一种严重威胁作物生产的真菌病害，主要由 *Fusarium* 属的菌株引起，尤其是 *Fusarium graminearum*。该病害不仅导致产量下降，还会影响小麦的品质，并且其产生的毒素——脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）——对人类和动物健康构成潜在威胁。DON 是 *Fusarium* 菌株中最主要的毒素之一，其在加拿大和美国的小麦中普遍存在。为了评估不同小麦品种对 FHB 的抗性以及 DON 的积累情况，研究者通常采用田间喷雾接种的方法，使用 *F. graminearum* 的不同化学型菌株进行实验。在加拿大，*F. graminearum* 的主要化学型分为 15-乙酰化 DON（15-ADON）和 3-乙酰化 DON（3-ADON），前者在北美较为常见，而后者则多见于欧洲和亚洲地区。

研究的主要目标包括：评估两种化学型菌株在田间喷雾接种后对冬季小麦品种 'Emmit' 和 '25R40' 的 FHB 症状、Fusarium 损坏粒（FDK）和毒素积累的影响；探讨与 FHB 相关性状之间的关系；以及分析 FDK 与 DON 的比例变化。实验设计中，研究者采用了随机完全区组设计，并在不同的年份（2011、2012、2023 和 2024）对两种化学型菌株进行了比较。在 2011 年，3-ADON 菌株引起的 FHB 指数、FDK 水平和 DON 积累均显著高于 15-ADON 菌株，而其他年份中，尽管总体感染水平较低，但两种化学型菌株之间仍存在显著差异。此外，研究发现，即使在同一化学型组内，不同菌株在 FHB 症状、FDK 和 DON 积累方面也表现出差异，这表明菌株的致病力和毒素产生能力在一定程度上存在多样性。

在 2011 年，DON 与 FDK 的比例在 3-ADON 菌株接种后更高，达到 0.92，而 15-ADON 菌株接种后的比例为 0.84。这一结果表明，3-ADON 菌株在毒素产生方面更为活跃，可能对小麦造成更大的危害。然而，在后续的年份中，尽管总体感染水平下降，3-ADON 菌株仍表现出更高的毒素积累和 FDK 水平。值得注意的是，DON 与 FDK 的比例在不同年份中存在波动，这可能与环境条件、小麦品种的抗性以及菌株的特性有关。例如，在 2023 年，FDK 水平高于预期，而 DON 积累较低，这种现象可能与菌株的毒素产生效率或小麦对毒素的代谢能力有关。

在实验过程中，研究者采用了多种方法对 FHB 症状、FDK 和 DON 进行评估。FHB 指数是通过计算感染率和严重度的乘积得出的，而 DON 的积累则通过酶联免疫吸附测定（ELISA）和气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）进行检测。ELISA 方法适用于 DON 的初步检测，而 GC-MS 则能提供更精确的毒素含量数据。在 2011 和 2012 年，GC-MS 方法检测到了 DON、15-ADON 和 3-ADON 的具体含量，而在 2023 和 2024 年，由于 DON 含量较低，ELISA 方法无法检测到 15-ADON 和 3-ADON，因此推断这些毒素的含量接近检测限。

此外，研究者还探讨了 FHB 相关性状之间的相关性。在 2011 和 2012 年，FHB 指数与 FDK 水平和 DON 积累之间存在显著的正相关，而 2023 年和 2024 年的相关性则不显著。这可能与当年的环境条件、小麦品种的抗性水平以及菌株的特性有关。在自然感染条件下，DON 的积累与 FDK 的数量之间存在一定的脱节，这可能是由于毒素在植物体内被代谢或转化，如 DON 与葡萄糖结合形成 DON-3-β-D-葡萄糖苷（DON-3G），该物质在哺乳动物肠道中可被水解回 DON。因此，DON 的积累不仅取决于病原菌的致病力，还可能受到植物自身代谢机制的影响。

研究还指出，FHB 抗性在小麦中通常被认为是水平抗性，即不依赖于特定的菌株或品种之间的相互作用。然而，在某些情况下，如 2011 年，3-ADON 菌株在 FHB 症状和 DON 积累方面表现出更高的致病力，这可能意味着某些化学型菌株在特定环境下具有更强的侵染能力。此外，不同化学型菌株对小麦品种的影响也存在差异，例如在 2011 年，某些 3-ADON 菌株在 DON 积累和 FDK 水平上表现出显著差异，而 15-ADON 菌株之间的差异则相对较小。这种差异可能与菌株的基因型、环境条件或小麦品种的抗性机制有关。

在实验设计方面，研究者采用了严格的控制措施，包括在接种前后设置隔离区，防止菌株之间的交叉感染。同时，为了提高实验的准确性，他们使用了标准化的田间操作流程，如在接种后安装喷雾系统以模拟自然感染条件，并在收获时采用实验室脱粒机和种子清洁设备，以确保 FDK 和 DON 的准确测量。这些措施有助于减少实验误差，提高数据的可靠性。

研究还强调了 FHB 抗性筛选的重要性。由于 FHB 指数和 DON 含量之间并不总是呈正相关，因此在抗性筛选过程中，不能仅依赖 FHB 症状来评估品种的抗性，而应结合 DON 含量的分析。这种综合评估方法能够更全面地了解小麦品种对 FHB 的抗性水平以及其对毒素积累的控制能力。此外，研究建议在未来的抗性筛选中使用高致病性的菌株，以更真实地模拟自然感染条件，并评估小麦品种在不同致病力下的表现。

在结论部分，研究者指出，尽管 3-ADON 菌株在某些年份中表现出更高的致病力和毒素积累能力，但不同化学型菌株之间的差异在不同环境中存在变化。因此，针对不同化学型菌株的抗性筛选和评估需要结合具体环境条件进行。此外，研究团队还计划在未来的实验中扩展研究范围，包括接种不同抗性水平的小麦品种，并分析菌株与品种之间的相互作用。同时，他们也将纳入近期报道的 15ADON/NX 产生菌株以及同化学型菌株的混合接种，以进一步探讨 FHB 抗性与毒素积累之间的复杂关系。

研究的最后部分表达了对技术支持和资金援助的感谢。研究团队在实验过程中得到了多位技术人员和学生的帮助，特别是在田间操作和实验室分析方面。此外，他们还获得了 Mitacs Accelerate、SeCan 和 C&M Seeds 等机构的资助，这些支持对于实验的顺利进行至关重要。通过这样的合作与支持，研究者能够更深入地了解 *F. graminearum* 在不同化学型下的致病特性，为加拿大小麦的抗性育种提供科学依据。

综上所述，这项研究为理解 *F. graminearum* 不同化学型对小麦 FHB 抗性的影响提供了重要的数据支持。通过比较 3-ADON 和 15-ADON 菌株在不同年份和环境下的表现，研究者揭示了菌株致病力和毒素积累能力的差异，并强调了在抗性筛选过程中综合考虑 FHB 症状和 DON 含量的重要性。此外，研究还指出，随着菌株化学型的演变，未来需要对 FHB 抗性进行动态监测，以确保小麦品种能够有效应对不断变化的病原菌威胁。这些发现对于提高加拿大小麦生产的可持续性和安全性具有重要意义。