重新界定中国小麦条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici）的越夏区域，为病害防控指引新方向

为解决小麦条锈菌（Pst）越夏区域界定问题，西北农林科技大学研究人员开展相关研究，明确了 Pst 主要小种高温生存温度及越夏区域，对防控条锈病意义重大。

　　

一、研究背景：条锈病威胁小麦生产，越夏区域界定存难题

在广袤的麦田里，一场无声的 “战争” 时常上演，小麦条锈病就是这场 “战争” 的罪魁祸首。小麦条锈病是由小麦条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici，简称 Pst）引起的，它就像麦田里的 “幽灵”，悄无声息地侵蚀着小麦植株。Pst 是一种专性寄生真菌，能在小麦整个生长季发动攻击。在气候条件适宜时，对于高感品种，它能让小麦减产高达 100% 。中国作为世界上最大的小麦条锈病流行区之一，历史上多次遭受其害，在 1950 年、1964 年、1990 年、2002 年和 2020 年，分别因条锈病造成约 600 万吨、320 万吨、180 万吨、130 万吨和 24 万吨的产量损失。

监测 Pst 的越夏情况，对防治小麦条锈病至关重要。以往研究认为，Pst 适宜在凉爽气候下生存，日均温连续 10 天超 22°C 的地区不适合其越夏。基于此，前人划分了一些 Pst 越夏区域。但随着全球气候变暖，中国 20 世纪年均温上升了 0.74°C，且预计到 21 世纪末还将上升 1.1 - 6.4°C，同时小麦种植制度也在改变，Pst 对高温的适应性也可能发生变化。有研究表明，新的 Pst 小种对温暖环境的耐受性有所增强，中国也有耐高温 Pst 菌株的报道。然而，目前中国主要的 Pst 小种，如 CYR32、CYR33 和 CYR34，是否适应高温仍不清楚。若这些小种能适应高温，其越夏区域可能扩大，进而增加秋季小麦苗期条锈病爆发的风险。所以，重新界定 Pst 的越夏区域迫在眉睫。

二、研究概况：西北农林科技大学研究人员探寻条锈菌越夏奥秘

为了解决这些问题，西北农林科技大学的研究人员挺身而出，开展了一项意义重大的研究。他们旨在确定中国主要 Pst 小种的最高生存温度，并结合连续 10 天的最高平均气温来界定 Pst 的越夏区域。该研究成果对调整中国小麦条锈病的防控策略具有重要的指导意义，相关研究发表于Phytopathology Research期刊。

研究人员在实验过程中用到了多种关键技术方法。首先是数据收集，他们从中国气象科学数据中心网站获取了 1960 - 2017 年中国 34 个省份 839 个气象站的气象数据，从地理空间数据云网站下载了数字高程模型（DEM）数据，从中国国家统计局网站获取了小麦种植面积数据。其次，利用 Pst 小种和小麦品种进行实验，选取了中国主要的 Pst 小种 CYR32、CYR33 和 CYR34，以及易感小麦品种明县 169（MX169）。最后，运用回归分析和神经网络模型，通过地理空间数据（经度、纬度和海拔）与平均气温进行回归分析，利用反向传播神经网络模型来探索它们之间的关系，进而估算全国的平均气温，并据此重新界定 Pst 的越夏区域。

三、研究结果

1. 主要 Pst 小种的最高生存温度：研究人员通过接种实验，让小麦幼苗感染不同的 Pst 小种，然后将其置于不同温度环境下培养。结果发现，随着温度从 16°C 升高到 27°C，CYR32、CYR33 和 CYR34 的发病率显著下降，病斑数量也大幅减少。在 27°C 时，CYR34 的发病率和病斑数量接近零。此外，2023 年从云南、四川、湖北、陕西和甘肃采集的 5 个其他小种，最高可在 24°C 下存活，其中云南的小种能耐受 26°C，甘肃的小种能耐受 27°C。
2. 连续 10 天的最高平均气温：研究人员计算了 2008 - 2017 年 7 月 1 日至 8 月 31 日连续 10 天的平均气温，发现中国 7 月下旬通常是气温最高的时候，像甘肃、青海和宁夏等目前被认为是 Pst 主要越夏区域的地方，在此时温度较高。而中国西南部的云南和贵州等地，7 - 8 月气温相对稳定。最终，研究人员选择 7 月下旬的平均气温作为界定 Pst 越夏区域的阈值。
3. 平均气温与地理空间数据的关系：为了更准确地获取不同地点的平均气温，研究人员分析了平均气温与地理空间因素（纬度、经度和海拔）的相关性。利用反向传播神经网络，他们发现平均气温与这些地理空间数据高度相关，相关系数（r 值）在训练集、验证集和合并数据集上分别达到 0.987、0.985 和 0.987，预测平均气温的均方误差为 0.73，这表明利用地理空间数据模拟平均气温是可行且可靠的。
4. 中国 Pst 越夏区域的界定：基于主要 Pst 小种的生存温度和小麦种植区域，研究人员预测了 Pst 的潜在越夏区域。考虑到实际自然条件，他们选择 24°C 作为界定越夏区域的阈值。与 1965 年以连续 10 天平均气温低于 22°C 确定的越夏区域相比，此次发现甘肃东部和山西南部原本被认为不适合 Pst 越夏的地区，现在已被归类为越夏区域；四川西北部因小麦种植面积大幅下降，其作为重要越夏区域的地位有所下降；内蒙古东部和黑龙江北部出现了大面积的越夏区域；中国西南部的越夏区域除贵州西部有一些扩张外，其他地区变化不大；新疆越夏区域面积则没有明显变化。
5. 核心越夏区域的确定：在界定越夏区域的过程中，研究人员发现了一些更为重要的区域，将其定义为核心越夏区域（CORs）。这些区域包括甘肃南部、宁夏南部（六盘山山脉）和青海东部海拔 2000 米以上的春小麦种植区和晚熟冬小麦区。在这些区域，小麦收获期从 7 月下旬持续到 9 月，7 月中旬后，这里是唯一有处于生长阶段小麦的地方，对保存和提供 Pst 夏孢子至关重要，在小麦条锈病的年度流行循环中起着关键作用。

四、研究结论与意义

这项研究明确了中国主要 Pst 小种 CYR32、CYR33 和 CYR34 在受控条件下，能在高达 27°C 的平均温度下生存和生长，但发病率会降低。Pst 对高温的适应性使其越夏区域范围扩大，这无疑给中国小麦条锈病的防控带来了更大挑战。同时，研究确定了三个重要的核心越夏区域，这些区域在条锈病的传播中扮演着关键角色。重新界定 Pst 的越夏区域意义非凡，它为中国监测和防控小麦条锈病提供了宝贵的指导。在未来的小麦条锈病防控工作中，可以针对核心越夏区域采取更有针对性的措施，减少 Pst 的初始菌源，从而降低条锈病的发生几率和危害程度，保障中国的小麦生产安全。