【word】 新疆玉米普通锈病（Puccinia sorghi Schw）侵染生活史及初侵染源研究

【word】 新疆玉米普通锈病（Puccinia sorghi Schw）侵染生活史及初侵染源研究 新疆玉米普通锈病(Puccinia sorghi Schw) 侵染生活史及初侵染源研究 新疆农业科学2010,47(11):2238—2244 Xi~iangAgriculturalSciences 新疆玉米普通锈病(PucciniasorghiSchw) 侵染生活史及初侵染源研究 ,胡守智,马德英,黄全生,陈勋基 (1.新疆农业大学农学院,乌鲁木齐830052;2.新疆农业科学院核技术生物技术研究所,鸟鲁本齐830091) 摘要:【目的】研究玉米普通锈病在新疆自然的生境条件下,个体发育中各个孢子世代的生物表现型及其初 侵染源形式.【方法】采集玉米普通锈病孢子,夏孢子和冬孢子存活能力,并将病原菌接种于玉米上观察 发病情况.【结果】菌初侵染时期和整个夏季所生成夏孢子堆的生物特性,只是为病原在寄生生活周期内营扩 大再侵染的繁殖用.夏孢子的萌发和侵染的适宜温度为1O_8,29?,最适温度为14.9,22.4?,温度在1O? 以下萌发终止.玉米收割后,夏孢子在寄主基质上可残生时间约在55d以内,至11月26日检验其活性时,发 现许多夏孢子体内的颗粒体已消耗殆尽,形成透明的空腔,有的则失 去光泽,呈现淡灰褐色,丧失了发芽能力, 鉴此看出该病夏孢子抗逆性很差,不能逾越新疆漫长严酷的寒冬.研 究还发现,临秋时节,玉米病体上出现一 种深锈褐色的休眠夏孢子堆的菌态,此菌态有强劲抗逆性的特异功 能.在持续2个多月零下20—24?的寒冬 期后,仍具有正常的萌发力和对寄主侵染的致病毒性.【结论】在新 疆的冬季,玉米普通锈病是以休眠夏孢子 堆作为越冬世代,而且是玉米在生产中感染锈病唯一的初次感染源. 该病冬孢子世代在新疆的侵染生活史上 并无实质性的病理学意义. 关键词:玉米;PucciniasorghiSchw;生活史;初侵染;夏孢子;冬孢子;休 眠夏孢子 中图分类号:$435.13l文献标识码:A文章编号:100l一 4330(2010)11—2238—07 ResearchontheInfectionCycleofCornRust Disease(PucciniasorghiSchw.)inXinjiang }JIAJu—shengI’,HuShou—zhi,MADe—ying’, HUANGQuan—sheng,CHENXun—ii (1.CollegeofAgronom)IXinjiangtg7’icuhuralUniversity,D}unuti830052, China;2.InstituteofNuclearand BiologicalTechnology,XinjiangAcadem)ofAgriculturalSciences,Urumqi 830091,China) Abstract:【objectiveandMethod】 In2007,there”wasacorllrustdiseaseoutbreakinQitaiCounty, Xinjiang.Thisoutbreakhadanimpacton100,000acresofcornplantationandalsoinfectedtheadjacentMulei County,inwhichtherewereapproximately10,000acresofCOITtplantationinfected.Thusfar,thecauseofthiseorI1 rustdiseaseoutbreakisunclear.Fhepapmstudiesthebiologicalphenotypeofvariousontogenetiesporephasesfor then2stdiseaseunderthespecificecologicalenvironmentalconditioninXinjiang.Moreover,thispaperalso investigatestheprimary-infectionsonrceofthecornrustdiseae.【Result】 BasedoI1thisresearch,itisshownthat startingfromtheprimar?iIffectioninthesummer,theformationofthespecificbiologicalcharactersofthe urediniosporesisonlytoprovidethereproductiveresourcesfortheexpansionandre—infectionduringtheparasitic life—period.Thesuitabletemperaturerangefortheurediniosporegerminationandinfectionisbetween10.8and 29?.andthebestrangeisbetween14.9and22.4?.Whenthetemperaturemn geisbelowl0?,thegermination willterminate.Statistically,’afterthecornis}】 alwestedfromthefield,urediniosporecanliveonthehostsubstratum for55days.OnNovember26,2007,whentheabilit5rforgerminationwasexamined,itW3Sfoundthattheparticle substanceintheurediniosporeshadbecomevoid,orlessshining,coloringingray/brownandshowingno germinationactivity.【Conclusion】 Itcanbefoundthatthecornrnsturediniosporedoesnothaveagood 收稿日期:2010—09—06 基金项目:新疆农业科学院青年基金项【I(2007(.)02) 作者简介:匡(1930—2010),舅,新弱人,剐敦授,研究万阳为植物病理 学 通讯作者:黄全生(1964一),男,新疆人,研究员.士,研究方向为植物分 子生物学,(E—mai1)hquansheg@126.corn ll期因等.新疆玉米普通锈病(Pucciniasochw愀生活史及初侵染源研 究.2239. survivabilityinthewinter.Inaddition,itisfoundthatin1ateautumn,thereiSafungi—foITnamphisomsinthe cornhost.Ithasadistinctivelybetterreversibilityandsurvivabilitytolowtemperature.Aftertwomonthsinan environmentof一20to一 24?,itstillhasagoodgerminationability,andfurtheritsvirulencetothehostalso exists.Fromtheseresults,itcarlbeconfirmedthatforthecornrustdiseaseinXi- jiang,theamphisorusisusedas themeansforoverwinteringgeneration,anditistheonlyprimaryinfectionsou rcefortheeomreproductioninthe nextcomingyear.Experimentsalsoshowthatthecornrust’steliosporedoesno thaveapracticallypathologicalrole inthelife——cycleofcorninfection. Keywords:corn;pucciniasorghiSchw;lifecycle;primaryinfection;uredinio spores;teliospore;amphispore 0引言 【研究意义】为新疆玉米锈病研究和防治提供依据【前人研究进展】. 自20世纪60年代至今,有关 玉米感染普通锈病的病原越冬以及翌年病害初次侵染源等问题,已受到我国感病区相关学者越来越多 的关注],成为当前探索研究和评论的热点,然而在研究过程中可能源于取材或者判断的角度不同, 导致所获得的试验结果各异,很难给以充分的肯定.【本研究切人点】2007年8月新疆奇台县首次发现 玉米上由P.sorghi感染而引起的玉米普通锈病,病情发展迅速,危害比较严重,对新疆发展玉米生产构 成潜在性的威胁,引起相关部门的重视.【拟解决的关键问题】为遏制该病扩大侵染范围,防止其在原病 区加重危害,必须彻底弄清病原的越冬场所,越冬方式,消灭其初侵染 源,这对有效治理玉米普通锈病的 发生将具有重大的经济价值与理论意义. 1材料与方法 1.1材料 2007年8月玉米收获期,奇台县,选重病田的病株(枯黄与带绿色叶的病株兼取),按30am直径捆 扎成簇,分装成4袋,带回乌鲁木齐的露天防护栏台上,备用. 1.2夏孢子萌发温度测验 设置8.3,28.7?l3个梯度的温度级作为萌发力比较测验,方法为悬滴法,处理观测时限为4h. 1.3玉米收获后夏孢子残活期的检测及评估 病株运入乌鲁木齐市后,即每问隔10d进行检测,如发现其已步入死亡临界期,则立刻缩短检测的 间隔期和延长处理时间,定期与不定期的做孢子寿命检测试验,试验处理时数:正常萌发期为4或6h, 萌发困难期为24或48h不等,萌发处理温度均控制在22—23?.休眠夏孢子的萌发处理相同. 1.4冬孢子萌发 2008年3月20日取上越冬的玉米植株,选含纯冬孢子堆的病叶,将冬孢子堆带基质作成薄切片. 载玻片擦净,垫一薄层新脱脂棉,滴无菌蒸馏水使湿润,再将冬孢子堆切片排置于脱脂棉上,把此载玻片 悬置于加有1mL水的培养皿,分别在15与22cc温度下,不间断地在显微镜下观察冬孢子萌发,为期共 15d. 1.5初侵染源致病性接种试验 将2007年病田中采收的玉米果穗脱粒,选择生长饱满的籽粒,浸渍在0.1%的升汞液中消毒5min, 用自来水冲洗10rain,晾干备用. 1.6种子传病测验 取越冬后病叶上纯的休眠夏孢子堆,用刀片将菌粉刮下集中,把消过毒的玉米籽粒先用稀释成 0.1%的胶液蘸湿,微干,然后逐个的让其在菌粉上滚动,使籽粒表面都能沾上菌粉,立即播种于含湿量 约25%的无菌土壤花盆内,播深3am,待玉米出苗后观察病情. 1.7侵染玉米叶接种试验 2008年4月1日,当花盆中非带菌种子的幼苗处于”喇叭”状态时,滴入无菌蒸馏水,至水欲溢出时 止,用牙签沾取休眠夏孢子菌粉,使其融入叶卷筒的水液中悬浮,花盆灌至饱和量水,立即罩以无色塑料 袋保湿.24h除袋,在维持22,24?的温度下,观察发病动态.以上各试验对照,除管理方法相同外,均 未作接种处理.为验证初侵染效果,将接种休眠夏孢子当代的夏孢子堆重复接种在新生长的健康玉米 新疆农业科学47卷 叶上,观察发病情况. 2结果与分析 玉米普通锈病侵染生活周期内形成的孢子世代及形态表现:玉米在其生产循环的过程中,病体上共 发现形成3种孢子世代,即夏孢子,休眠夏孢子与冬孢子世代. 2.1夏孢子世代 夏孢子堆生长在叶脉之间的叶肉中,主脉上也可生长,为椭圆形,半球状凸出叶面,起初埋生在表皮 下,於发展中许多夏孢子堆首尾连接融成一体,形成杆状,长条状或拟梭状大型的夏孢子堆,黄褐色至锈 黄褐色,成熟时表皮纵裂,溢露出肉桂色至锈黄色的菌粉.夏孢子球形,椭球形或长倒卵形,少数为矩 形,不规则形,淡褐色或金黄褐色,壁薄1.25,2.25肚m,生细密刺,体内充满了砂质黄褐色的颗粒体物 质,夏孢子大小(19.5,40)m×(17.5—29.8)m(av.28.82X24.76)易离体,着生于圆柱形大小(22.5 , 65)mx(7.59.5)m的夏孢子梗顶端. 2.2休眠夏孢子(amphispore)世代 从夏孢子世代衍化而来.休眠夏孢子堆大小及形态与夏孢子堆几近相同,惟颜色显着地深化,近黑 锈褐色,初被封闭在寄主表皮下,成熟后突破表皮,裸露出胶质态铁锈褐色至近黑色的休眠夏孢子菌粉 团,休眠夏孢子的形态及大小与夏孢子也很相似,其不同点在于颜色明显的要深,褐色至绛褐色,少数与 冬孢子的颜色逼近,其孢子壁厚,双层,单个休眠夏孢子壁的厚度不匀,约2,4.5(av.2.67)m,外壁深 褐色至黑褐色,有细刺,体内的颗粒状物质多球状,直径约5m,休眠夏孢子堆中掺杂有数量不一的冬 孢子. 2.3冬孢子世代 冬孢子堆与夏孢子堆常彼此混生在同一叶面上,且形态与大小也近似,椭圆形,短线条状直至并列 为长条或梭形的大型冬孢子堆病斑.初拱起呈半球状的封闭斑,铅黑色,成熟时突破表皮,破碎的表皮 向四周外翻,裸露黑色冬孢子的胶质菌粉团.冬孢子主要为棍棒状或圆筒状,少数为椭球形,双细胞,分 隔处缢缩或缢缩不明显,有时其中也有许多单细胞的,顶端有的为宽弧圆形,略增厚,而有的则呈钝锥形 或锐锥形的增厚,黑褐色,顶端的厚度为4一l2.5m,柱状冬孢子上下细胞约等粗,双细胞长度约相等, 少量的不等,下细胞底圆锥状削细或平截,孢身深褐色或略淡,单,双细胞的冬孢子,每一细胞均各具一 直径57.5ITI的空泡,双细胞的冬孢子大小为2652.5mX15—28(av.35.1×22.4)m;单细胞冬孢 子为(15,32.5)mX(15,22.5)m(av.25×18.8).具有很长的冬孢子梗,近无色,其大小为(47.5— 152.5)m×(5,10.5)m,是冬孢子体长的1.09,4.4倍,这是鉴定与玉米多堆锈菌(P.P0oro,)在分 类地位上显着差别的形态特征_6l7_. 2.4夏孢子萌发与温度的关系 研究表明,该菌系一种偏喜中低温的寄生锈菌,在蒸馏水悬滴下萌发正常.其夏孢子萌发的适宜温 度约为10.8,29?,最适温度为14.922.4cc.萌发速度测定表明,在21,24?,约经过1.4h即可开 始萌发,在l8.6,20?时,需延长至2.13h才见有萌发的.在18,23?处理4h,夏孢子的平均萌发率 为43.3%,在22,29?的情况下4h,夏孢子的平均萌发率为l4.7%,说明在允许夏孢子萌发的温度条 件下,温度偏高对该菌夏孢子的萌发势具有一定程度的抑制.图I 8931()81:34ld918218719.72242{I32,1225529 温度(?) 图1夏孢子在不同温度下的萌发率 Fig.1Theurediniosporesgerminationrateatdifferenttemperatures l1期f贾菊生f等:新疆玉米普通锈病(Pucciniasorghischw)侵染生活 史及初侵染源研究.2241.II’Z斗I’ 2.5玉米收获后该菌夏孢子在寄主秸秆基质上生命力 萌发试验的全部过程都是在22—23?的温度下进行.结果表明,越冬期内,夏孢子在残体上的活 性是随着时间的向前推移而逐渐的步人衰竭而死亡,似与低温死亡的缘由无直接关联.试验中夏孢子 的萌发率出现下降,并非全是由死亡原因所致,其主要机制可能是夏孢子长时期处在无生机的干旱生活 条件下,得不到水分及营养补给导致衰竭直至死亡.若在试验的同期增加试验的时数,则其萌发数量也 许会得到适当程度的提高.鉴别夏孢子死亡的特征第一是看其体内颗粒状物质是否已消耗殆尽,中空 透明.第二是看其个体是否已失去光泽呈暗淡的淡灰褐色.据统计夏孢子在干燥的寄主基质上,维持 其生命活性最多约55d.表1 表1在玉米残体上P.sorghi夏孢子寿命 TablelP.sorghiurediniosporeslifeoncornresidues 2.6休眠夏孢子的生存耐力 继夏孢子濒临死亡期时,偶然发现休眠夏孢子具有顽强的生命力表现.在11月6日的一次萌发试 验中,意外观察到,在22?同样的温度条件下,历时6h,检查统计萌发率竞高达57.5%.根据这一特 点,在夏孢子表现失活的情况下,继续了休眠夏孢子的抗冻耐活性试验.结果显示,从11月6日初次测 验玉米P.sorghi休眠夏孢子的抗寒活力开始,连续经过l8次共169d的活性检验,其萌发率总是维持 在7.8%,57.5%(av.26.05%)即或是在经过了一22,一24qC的极至低温考验之后,萌发率还出现了一 次44.7%,说明玉米普通锈菌的休眠夏孢子具有很高强度的耐寒力,在新疆现实的环境条件下完全可 以安全地逾越严寒的冬季.表2 2.7越冬后的休眠夏孢子对玉米侵染致病性 在22和24?的温度情况下,用休眠夏孢子接种的玉米叶经过2d,即可见到被接种的叶面呈现褪绿 色斑区,第4d在褪绿色斑区上生长稀疏微小的疱状初生夏孢子堆,疱状物初为黄色,长大时色深,直至 成熟后表皮破裂溢粉,夏孢子堆深铁锈色.在同一个褪绿色的斑区,夏孢子堆的出现时期和生长分布 量,叶背总要优先于叶表,发病株率100%,潜育期为4,5d.图3 2.8冬孢子萌发 由越冬后3月1日开始,即进行该菌冬孢子的萌发试验.选择相对恒定在18和22?的2个温度条 件下培养,不定期地随机取样,做切片在显微镜下检查,截至4月1日止.另外还包括自11月6日以后 18次休眠夏孢子萌发试验的检查,在全部28次的细心查看中,始终未发现有冬孢子的萌发.图4 3讨论 通过系统地观察与研究,已明确在新疆奇台县所发生玉米普通锈病(P.sorghi)的侵染生活史,其在 主循环过程中各孢子世代出现的轨迹线及其生物学特性与功能.研究显示该病在其生活始终是通过三 个孢子阶段即夏孢子世代,休眠夏孢子世代及冬孢子世代.图5 新疆农业科学47卷 表2越冬期间玉米残体上的P.sorghi休眠夏孢子的生命活性测定 Table2P.sorghiamphisporelifeoncornresiduesduringthewinter 3.1夏孢子世代 在春夏期间的扩大再侵染中,占有着无可估量的作用.夏孢子细胞壁薄,色泽浅褐,对外界环境的 变化感应敏锐,吸湿性快,萌发的适宜温度为l0.8,29?,在最适温度2l,24?的条件下,1.4h即可开 始萌发,在平均温度20,23?时,潜育期一般为4,6d,繁殖力特强,最快5,7d为一个小循环周期,惟 夏孢子抗逆性差,尤其是在玉米收获后,夏孢子堆在断绝了营养与水分补给的恶劣条件下,即迅速地衰 竭,甚至完全丧失萌发活性,统计其存活的时间约为55d.因此该菌的夏孢子堆不能作为翌年侵染下一 季玉米生产的越冬世代.研究结果与国内其他学者的看法基本一致_8J. 3.2冬孢子世代 9月在被感染的叶和花穗轴上形成大量黑色的冬孢子堆几乎布满整个的感染器官,但越冬后的冬 孢子在多次试验中均未发现有萌发的迹象,尽管目前还尚未能完全判断出冬孢子在逾越冬季以后是否 仍维持其活性的结论,但由于新疆自然条件不适于玉米普通锈病的砖株寄主酢浆草(Oxalisstricta)的生 存,因此,冬孢子即便翌年能够萌发,也不可能直接侵染玉米成为主循环进程中的侵染链. 图2玉米P.sorghi休眠夏孢子的萌发势态 Fig.2GerminationtrendofCornP.sorghiamphispore ll期困等:新疆玉米普通Pucciniasochw)侵染生活史及初侵染源研究.2243. 图3用休眠夏孢子接种后玉米叶片上产生第1代的玉米叶锈病的夏孢子堆 Fig.3The1stgenerationurediniumofcornleafrustinoculatedwithamphispo re 图4在萌发试验的30d内冬孢子的表现形式 Fig.4Theperformanceofteliosporewithin30daysofgerminationtest 3.3休眠夏孢子世代 正值夏孢子生命力的测试已达最低极限时,在任意多点取样的萌发试验中,偶然发现其中个别样点 的夏孢子萌发率却仍十分正常,有的竞高达57.5%,由此对此现象的进一步研究.通过仔细观察,这种 孢子在形态结构上与夏孢子基本相似,不同点在于细胞壁厚,约2.5,4.5(av.2.67)m,色深,深褐至黑 褐色,外层有的厚度不匀,孢子体中腔的营养物质浓度高,颗粒状物质球体状,直径约5m左右,抗逆性 很强,对外界环境的变化迟钝,萌发缓慢,早期需经过4,6h始可萌发,隆冬时节在22,23?的温度情 况下需14,16h(甚至20h)方可达到萌发试验的统计.鉴于这种特性,将这种孢子暂称作休眠夏 孢子世代. 综上所述可以看出,在夏孢子,休眠夏孢子,冬孢子的三个世代中,冬孢子世代并不是翌年的侵染 源,它在新疆的侵染生活史上并无实质性的病理学意义,而真正依赖的是夏孢子和休眠夏孢子两个世 代,夏孢子是在春夏季期问营繁殖扩大再侵染的作用,休眠夏孢子则是翌年玉米生产中感染普通锈病唯 一 的初次侵染源. ? 2244?新疆农业科学47卷 4防治意见 春 夏 休眠夏孢子萌发侵染冬 图5新疆玉米普通锈病P.sorghi生活史发育动态 Fig.5DevelopmentalDynamicsofcorlllrustP.sorghiofXinjiang 秋 4.1凡是感染玉米普通锈病的田块,在玉米成熟后至翌年4月初之前,应不失时机地将秸秆割掉,加以 烧毁或沤肥,绝不能堆放在田问,地头,田埂.根茬也应及时翻入土中,以防菌源扩散. 4.2播种前对玉米种子必须进行药剂处理,可用三唑酮按种子重量0.6%有效成分进行拌种. 4.3种子出苗后34叶期,可用世高10%WG有效成分l000倍液进行叶面喷洒. 参考文献: [1]谌多仁.玉米锈病研究简报[J].植物保护,1963.2(4);446—447. 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