2017年-2021年江苏省小麦赤霉病菌群体对4种杀菌剂的抗药性监测

徐 超,陈宏州,吴雨琦,吴佳文,杨红福*

(1.江苏丘陵地区镇江农业科学研究所,句容 212400;2.江苏大学,镇江 212000;3.江苏省植物保护植物检疫站,南京 210000)

小麦赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是由镰刀菌Fusariumspp.引起的一种重要病害,该病在全世界普遍发生,在湿润多雨的温带地区发生尤为严重[1-2]。据报道,在全球引起小麦赤霉病的优势致病菌有11种,目前我国的优势致病菌主要为长江以南地区的亚洲镰孢F.asiaticum和黄河以北地区的禾谷镰孢F.graminearum[3]。小麦赤霉病的发生不仅对小麦的产量造成难以估量的损失,同时感病籽粒中产生的赤霉毒素更是严重威胁人畜的健康[4]。我国针对小麦赤霉病的防治主要依靠化学防治、生物防治、农业防治和培育抗性品种等方法。由于缺乏高抗赤霉病的小麦品种,目前我国仍将化学药剂作为赤霉病防治的主要手段。近年来我国用于防治小麦赤霉病的杀菌剂种类主要有:苯并咪唑类、三唑类、2-氰基丙烯酸酯类和琥珀酸脱氢酶抑制剂类等[5]。但由于上述药剂单一的作用位点,长期使用易造成田间赤霉病菌菌株抗性水平的快速发展,药剂防治效果变差。

江苏省小麦种植面积约有235万hm2,2010年赤霉病在江苏省大发生,发病面积达到131.72万hm2[6]。目前,由于抗药性风险大,多菌灵和甲基硫菌灵已经不是防治小麦赤霉病的首选药剂[7]。因此为了江苏地区防治小麦赤霉病科学合理用药,掌握田间赤霉病菌对常用杀菌剂的抗性发展水平,本研究于2017年-2021年间,分别从苏南、苏北和苏中地区采集田间赤霉病菌菌株,对常用杀菌剂多菌灵、氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺的抗性发展水平进行监测。

1 材料与方法

1.1 供试药剂

97.09%多菌灵(carbendazim)原药由上海升联化工有限公司提供,用0.1 mol/L的盐酸溶液溶解,配制成10 000 μg/mL的母液置于4℃保存备用;95.2%咪鲜胺(prochloraz)原药由江苏辉丰农化股份有限公司提供,98.3%氰烯菌酯(phenamacril)原药由江苏省农药研究所股份有限公司提供,95%戊唑醇(tebuconazole)原药由盐城利民农化有限公司提供,以上3种原药均用丙酮进行溶解,配制成 10 000 μg/mL 的母液置于4℃保存备用。

1.2 菌株的采集与分离

2017年-2021年,分别从苏南(常州、镇江和无锡)、苏北(盐城、宿迁和徐州)及苏中(扬州、泰州和南通)9个地级市小麦种植区采集小麦病穗样品,每个病穗样品分别存放于纸质样品袋中,防止交叉污染。将采集的病穗样品带回实验室干燥保存,挑取具有赤霉病特征的病穗粒,利用张昊等[8]的平板稀释划线法对病样进行小麦赤霉病菌的单孢分离,随后利用形态学特征对分离的菌株进行鉴定,经鉴定后的菌株置于4℃保存备用,样品采集数及编号见表1。

表1 小麦赤霉病菌菌株采集信息Table 1 Information on the isolates of Fusarium asiaticum in this study

1.3 小麦赤霉病菌对多菌灵、戊唑醇、咪鲜胺和氰烯菌酯的抗药性测定

采用区分剂量法检测江苏省小麦赤霉病菌对4种杀菌剂的抗药性频率。多菌灵的鉴别浓度为10 μg/mL,戊唑醇、咪鲜胺和氰烯菌酯的鉴别浓度均为5 μg/mL。分别取适量多菌灵、戊唑醇、咪鲜胺和氰烯菌酯的母液,加入到冷却至60℃的PDA培养基中,使其终浓度分别为10、5、5 μg/mL和5 μg/mL,随后将含药培养基倒入直径90 mm的一次性培养皿中,以不含药剂的PDA培养基作为空白对照,用于后续菌株的活化及抗药性鉴定[9]。将保存的供试菌株转接到空白PDA平板中,在25℃下活化3 d,然后在菌落边缘用打孔器打取直径为5 mm的菌碟,并分别接入上述含药和空白PDA平板中,25℃下培养3 d,每个处理重复3次。供试菌株能在含药平板上生长,则鉴定为抗性菌株(R),不能生长的鉴定为敏感菌株(S)[10]。

1.4 统计分析

采用Excel软件对抗性菌株数量及发生频率进行统计。

抗性频率=抗性菌株数/供试菌株总数×100%。

2 结果与分析

2.1 2017年-2021年苏南、苏北及苏中小麦赤霉病菌对多菌灵的抗药性监测分析

2017年-2021年连续5年对从苏南、苏北和苏中田间采集的小麦赤霉病菌进行多菌灵抗药性鉴定,结果如表2所示。

表2 2017年-2021年苏南、苏北及苏中小麦赤霉病菌对多菌灵的抗药性Table 2 Resistances of Fusarium asiaticum in southern,northern and central Jiangsu to carbendazim from 2017 to 2021

由表2可知,2017年度,苏中、苏南、苏北和江苏省小麦赤霉病菌对多菌灵的抗性频率分别为56.04%、56.68%、63.86%和58.44%;2018年度,苏中、苏南、苏北和江苏省小麦赤霉病菌对多菌灵的抗性频率分别为60%、46.67%、65.63%和56.30%;2019年度,苏中、苏南、苏北和江苏省小麦赤霉病菌对多菌灵的抗性频率分别为51.06%、42.94%、40.79%和44.68%;2020年度,苏中、苏南、苏北和江苏省小麦赤霉病菌对多菌灵的抗性频率分别为51.79%、38.13%、54.02%和48.28%;2021年度,苏中、苏南、苏北和江苏省小麦赤霉病菌对多菌灵的抗性频率分别为53.66%、41.22%、46.12%和46.39%。综上表明,江苏省各地区小麦赤霉病菌对多菌灵已产生严重抗药性,随着多菌灵等苯并咪唑类药剂的停止施用,江苏省田间赤霉病菌对多菌灵的抗药性呈现逐步降低的趋势,说明江苏省田间对多菌灵的抗性治理已取得初步成效。此外,江苏省不同地区赤霉病菌对多菌灵的抗药性也呈现地区间差异性,苏北地区赤霉病菌对多菌灵的抗性频率最高,其次是苏中地区,抗性频率最低的是苏南地区。

2.2 2017年-2021年江苏省小麦赤霉病菌对氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺的抗药性监测分析

2017年-2021年对江苏省小麦赤霉病菌对氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺的抗药性监测结果表明,2017年-2020年,未在田间采集到抗氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺的菌株;2021年,在田间采集到抗氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺菌株,抗氰烯菌酯菌株有5株(常州5株),抗性频率为0.45%;抗戊唑醇菌株有10株(徐州3株,盐城3株,扬州2株,宿迁2株),抗性频率为0.89%;抗咪鲜胺菌株有1株(无锡1株),抗性频率为0.09%(表3、图1)。

表3 2021年江苏省小麦赤霉病菌对氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺的抗药性Table 3 Resistances of Fusarium asiaticum in Jiangsu to phenamacril,tebuconazole and prochloraz in 2021

图1 2021年江苏省抗氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺小麦赤霉病菌菌株菌丝生长情况Fig.1 Mycelial growth of resistant strains of Fusarium asiaticum in Jiangsu to phenamacril,tebuconazole and prochloraz in 2021

2.3 2021年小麦赤霉病菌对多菌灵、氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺的多重抗性分析

对2021年分离得到的1 121个赤霉病菌菌株进行多重抗性分析,发现2株具有多菌灵、戊唑醇双重抗性,分别采集于徐州和扬州;发现1株具有多菌灵、咪鲜胺双重抗性,采集于无锡;未发现具有多菌灵、氰烯菌酯,戊唑醇、氰烯菌酯和多菌灵、氰烯菌酯、戊唑醇的双重或多重抗性菌株。以上结果说明,江苏省田间已部分出现双重抗药性的菌株群体,田间抗性上升问题日益严峻。

3 结论与讨论

小麦赤霉病主要发生于长江中下游麦区,中度流行期可造成10%～20%的产量损失,大暴发时期产量损失可高达20%～50%,近年来由于气候变暖及秸秆还田等耕作制度的改变,小麦赤霉病有加重发生的趋势[11-12]。目前,药剂防治仍是防治小麦赤霉病的主要技术,截至2019年8月我国登记用于防治小麦赤霉病的制剂产品中的活性成分主要以多菌灵、甲基硫菌灵、三唑酮和福美双为主,占登记产品的85%以上[13]。随着制药工艺的不断革新,一些拥有全新作用机理的新型杀菌剂也被投入市场,如氰烯菌酯、氟唑菌酰羟胺、丙硫菌唑等[14-15]。研究表明,小麦扬花期使用苯并咪唑类、三唑类和氰烯菌酯杀菌剂防治小麦赤霉病是目前最常用的化学防治手段,但长时间的使用过程中容易产生较高的抗性[16]。

本研究选定了4种用于防治小麦赤霉病的常用杀菌剂(多菌灵、氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺),于2017年起,连续5年监测江苏省小麦赤霉病菌群体对以上4种杀菌剂的抗药性情况。结果表明,田间对多菌灵的抗药性已经十分严重,多菌灵从20世纪70年代初就被引进用于防治小麦赤霉病,属于苯并咪唑类杀菌剂,作用于病原菌的β2-微管蛋白,由于单一的作用位点和长期的大剂量施用,田间已经产生众多的多菌灵抗性群体,这意味着多菌灵对赤霉病的防治效果已显颓势,与多菌灵同属于苯并咪唑类药剂的甲基硫菌灵也存在着严重的抗性风险。有研究报道,多菌灵会刺激田间多菌灵抗性菌株的产毒能力,增强病穗中毒素含量[6，17-19]。连续5年的监测结果表明,江苏省田间小麦赤霉病菌对多菌灵的抗性呈现逐年下降的趋势,这与近年来多菌灵的停用与新型杀菌剂的使用有密不可分的关系,意味着多菌灵抗性治理在江苏省已初显成效。

由于多菌灵等苯并咪唑类杀菌剂的停止使用,市场上目前常用于防治小麦赤霉病的药剂有氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺等单剂或复配药剂[20-21],研究报道,氰烯菌酯和戊唑醇由于作用位点单一,存在中高度抗性风险,且已在室内通过药剂选择、紫外诱变等方法诱导出抗性菌株[22-25]。咪鲜胺与戊唑醇都是通过抑制真菌体内麦角甾醇的生物合成达到抑菌效果[26],本研究发现具有咪鲜胺抗性的菌株并不具有戊唑醇抗性,相反亦如此,说明咪鲜胺与戊唑醇可能存在不同的作用位点。在2021年首次在田间采集到氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺抗性菌株,抗性频率分别为0.45%、0.89%和0.09%。同时还在田间采集到2株具有多菌灵、戊唑醇双重抗性的菌株和1株具有多菌灵、咪鲜胺双重抗性的菌株,说明田间部分抗性菌株已经发生多个位点的突变,从而应对不同杀菌剂的高选择压力,因此尽快制定田间抗性问题治理措施并及时实施迫在眉睫。

单一作用位点的杀菌剂长期使用,病原菌极易产生较高的抗药性,为延缓抗药性的形成,一般将不同作用位点的杀菌剂进行交替使用,或将不同作用机理的杀菌剂进行复配,用于田间病原菌的抗性治理。对于江苏省田间小麦赤霉病菌对常用杀菌剂的抗性治理办法,建议继续停止使用多菌灵,同时对于氰烯菌酯、戊唑醇和咪鲜胺等药剂,虽目前田间抗性水平较低,但应尽早选择其他新型作用位点的杀菌剂进行复配或交替使用,以减缓田间抗性水平的提升,如氟唑菌酰羟胺、丙硫菌唑等。同时,强化赤霉病菌抗药性检测;培育、引选高抗赤霉病小麦品种,减少药剂使用量和使用次数;结合科学栽培技术,合理施肥,提高小麦的抗病能力。