禾谷镰刀菌对小麦种子萌发及幼苗形态的影响

辛秀竹，刘豆豆，石怡彤，张璐鑫，王惠冉，尹宝重*

（1.河北农业大学植物保护学院，河北 保定 071001；2.河北农业大学现代科技学院，河北 保定 071001）

小麦是世界第一大口粮作物，全球有35%～40%的人口以小麦为主要粮食，2016 年世界小麦种植面积居世界谷物种植总面积第1 位、产量居世界谷物总产量第3 位，主要产区集中在亚洲[1～3]。我国小麦生产中冬小麦占主要地位，其中河北省是我国冬小麦主产区之一，播种面积、总产量分别占全国总量的11%和13%左右，对保障我国粮食安全具有重要意义[4，5]。1994～2013 年黄淮海区小麦产量实现了连年增长，其中病害防治做出了重要贡献，因此小麦病害是我们科学研究的主攻方向之一，其中赤霉病（Fusarium head blight，FHB）是小麦的主要病害之一[6，7]。小麦赤霉病是由镰刀菌引起的一种世界性典型气传病害[8，9]。不同国家或地区由于生态地理环境不同，因此引起小麦赤霉病的病原组成和优势致病菌也不一样，报道较多的致病菌有禾谷镰刀菌（F. graminearum）、黄色镰刀菌（F. culmorum）、燕麦镰刀菌（F. avenaceum）、梨孢镰刀菌（F. poae）和雪腐镰刀菌（F. nivale），包括我国在内的大多数国家以禾谷镰刀菌为主[10，11]。

近年来由于气候变暖、秸秆还田面积增多以及灌溉条件由漫灌到喷灌的改变，使得小麦赤霉病发生面积不断扩大，发生区域由长江中、下游麦区向北扩展，尤其是2003 年赤霉病对河北省小麦生产造成了严重威胁[12，13]。小麦赤霉病菌侵入寄主后，不仅会造成产量降低，还会引起严重的毒素污染，毒素成分主要为脱氧雪腐镰刀菌烯醇[14]。种子感赤霉病后发芽和出苗均受到一定影响，研究表明，禾谷镰刀菌培养滤液影响小麦种子发芽过程中碳、氮类大分子物质的合成代谢，从而影响小麦幼苗的发育。而小麦产量不仅仅与种子出苗率有关，还与小麦植株长势有关[15～17]。针对近年来河北省小麦赤霉病发生面积不断增大、发生程度不断加重的特点，通过室内模拟形式研究了感赤霉病小麦种子的发芽及其幼苗生长情况，旨为揭示禾谷镰刀菌对小麦生长发育的影响效应提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试小麦品种为藁优2018、石麦15、衡4399 和冀麦585，其中藁优2018 由藁城市农业科学研究所提供，石麦15 由石家庄市农林科学研究院提供，衡4399 由河北省农林科学院旱作农业研究所提供，冀麦585 由河北省农林科学院粮油作物研究所提供；致病菌种为禾谷镰刀菌，由河北农业大学植病生态实验室气象站分离并提供。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

1.2.1.1 禾谷镰刀菌的扩繁和孢子悬浮液培养。采用常规方法分别制作PDA 培养基和CMC 培养基，并装入三角瓶（500 mL）中，装入量300 mL/瓶。用打孔器（事先已灭菌）在禾谷镰刀菌菌饼上打出直径3 mm的小菌饼，正面朝下置于PDA 培养基中，用封口膜将三角瓶封口，置于恒温培养箱中25 ℃培养3 d；然后，按照每300 mL CMC 培养基置入菌饼25～30 个将菌饼置于CMC 培养基中，在转速160 r/min、温度25 ℃条件下培养3 d，用纱布过滤，采用血球计数板计数制成孢子浓度为105个/mL 的禾谷镰刀菌孢子悬浮液（简称“菌悬液”）。

1.2.1.2 禾谷镰刀菌对小麦种子萌发及幼苗生长的影响试验。每品种选长势饱满、大小均一的种子300粒，依次用75%酒精、升汞各浸泡1 min 进行种子消毒，用蒸馏水冲洗3 min，而后置于蒸馏水中吸水2 h。将玻璃培养皿（直径90 mm）置于超净工作台上，在每个培养皿中放入2 张已事先灭菌的滤纸，用镊子将种子正面朝上单层摆放在滤纸上，每个培养皿放30 粒种子。在培养皿中加入菌悬液10 mL，使种子带菌；以培养皿中加入等量灭菌水处理作为对照（CK）。各品种的每处理均5 次重复。将培养皿盖上盖子，并做好标记，放到室内，将这天记为接种禾谷镰刀菌菌悬液后的第1 天；之后，每天开盖通风1 h。接种后第3天，统计发芽种子的数量，计算发芽率。

在每个培养皿中选取9 粒萌发后长势均匀的种子，种植于穴盘（基质为灭菌营养土与蛭石按照体积比1 ∶1混合），3 粒/穴，种子排列方式一致。将穴盘放到托盘上，进行禾谷镰刀菌孢悬液浇苗处理，以浇等量灭菌水处理为对照（CK），确保土壤湿润。分别在接种禾谷镰刀菌后第10、14、18 和22 天时测量株高，第23 天时测量茎粗，第24 天时测量植株全展叶片的长和宽。

1.2.3 数据处理方法 利用SPSS 20.0 软件进行差异显著性分析，采用LSD 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 禾谷镰刀菌对小麦种子萌发的影响

菌悬液处理的参试小麦品种发芽率除冀麦585 与CK 一致、石麦15 较CK 略有降低外，其他2 个品种均显著＜其CK；发芽率降幅为0～28.7%，其中藁优2018 降幅最大（表1）。总体来看，禾谷镰刀菌会抑制小麦种子萌发，其中对冀麦585 和石麦15 影响较小，对衡4399 和藁优2018 影响明显。

表1 禾谷镰刀菌对小麦种子萌发的影响Table 1 Effect of F. graminearum on seed germination of wheat （%）

2.2 禾谷镰刀菌对小麦幼苗株高的影响

菌悬液处理的参试小麦品种株高均＜其同期CK，但接种后不同时间的差异幅度有所不同（表2）。表明禾谷镰刀菌会抑制小麦株高生长，但对不同品种的抑制效果不同。接种后第10 天，菌悬液处理的冀麦585和衡4399 株高与其CK 差异不显著，其他2 个品种与各自CK 差异均达到了显著水平；株高降幅为1.06%～17.98%，其中衡4399 降幅最小、藁优2018 降幅最大。接种后第14 天和第22 天，菌悬液处理的参试小麦品种株高均较其CK 显著降低，降幅分别为10.12%～24.44%和13.88%～29.31%，且均以衡4399 降幅最小、藁优2018 降幅最大。接种后第18 天，菌悬液处理的石麦15 和衡4399 株高与其CK 差异不显著，其他2个品种与各自CK 差异均达到了显著水平；株高降幅为3.85%～22.99%，其中衡4399 降幅最小、藁优2018 降幅最大。综上分析可以看出，禾谷镰刀菌对衡4399 株高生长抑制作用最小，其次是石麦15 和冀麦585，测定期间始终对藁优2018 株高生长抑制明显。

表2 禾谷镰刀菌对小麦幼苗株高的影响Table 2 Effect of F. graminearum on plant height of wheat seedlings

2.3 禾谷镰刀菌对小麦幼苗茎粗的影响

菌悬液处理的参试小麦品种茎粗均显著＜其CK，降幅为4.79%～24.84%，其中藁优2018 降幅最小、石麦15 降幅最大（表3）。表明禾谷镰刀菌会显著抑制小麦茎粗生长，其中对藁优2018 影响最小，对石麦15 影响最大。

表3 禾谷镰刀菌对小麦幼苗茎粗的影响Table 3 Effect of F. graminearum on stem diameter of wheat seedlings

2.4 禾谷镰刀菌对小麦幼苗叶面积的影响

菌悬液处理的参试小麦品种第1 片全展叶面积较其CK 增减不一，其中冀麦585 和石麦15 表现为增大，其他2 个品种均为降低，指标值除藁优2018 显著＜其CK 外，其他品种与各自CK 差异均不显著；第2 片全展叶面积均＜其CK，降幅为3.28%～27.16%，除石麦15 与CK 差异不显著外，其他品种指标值与各自CK 差异均达到了显著水平，其中藁优2018 降幅最大；第3 片全展叶面积均显著＜其CK，降幅为21.71%～28.00%，其中衡 4399 降幅最小、藁优2018降幅最大（表4）。表明禾谷镰刀菌会抑制小麦出叶进程，其中对石麦15 出叶速度影响相对最小，其次是衡4399 和冀麦585，测定期间始终对藁优2018出叶速度影响明显。

表4 禾谷镰刀菌对小麦幼苗叶面积的影响Table 4 Effect of F. graminearum on leaf area of wheat seedlings

3 结论与讨论

王康君等[17]研究表明，与无菌水对照相比，盐胁迫条件下小麦根中的α-淀粉酶活性和可溶性蛋白含量降低，幼苗株高、根干重和植株干重显著降低。而傅雪琳等[15]的禾谷镰刀菌培养滤液对小麦种子萌发代谢影响试验结果显示，禾谷镰刀菌培养滤液条件下小麦根中的α-淀粉酶活性低于对照（无菌水），但可溶性蛋白含量高于对照。本研究结果显示，总体来看，接种禾谷镰刀菌菌悬液条件下，小麦种子萌发率以及幼苗株高、茎粗和叶面积均低于无菌水对照，种子萌发和幼苗生长受到抑制；但也有一些指标表现为非下降状态，如冀麦585 的种子发芽率，冀麦585 和石麦15的第1 片全展叶面积。

种子萌发是植物生活周期中最重要和最脆弱的阶段，且决定植物进入自然和农业生态系统的时间，直接影响作物产量[18，19]。研究表明，环境胁迫影响小麦种子内含物质的含量，从而影响其后期的幼苗生长[20]。本研究结果表明，接种禾谷镰刀菌菌悬液条件下，冀麦585和石麦15 种子发芽率较高，藁优2018 最差；出叶速度总体表现为石麦15 最快，其次是衡4399 和冀麦585，藁优2018 受到明显抑制。本研究是在室内模拟条件下进行的，试验条件与田间环境存在一定差异，今后需进一步在大田自然条件下继续开展试验，以使结果更好地应用于生产实际。