《小麦白粉病菌原变异及病害流行规律和防控关键技术研究》

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小麦是中国第二大粮食作物,常年播种面积4亿亩左右。由专性寄生菌布氏禾谷白粉菌小麦专化性引起的白粉病是小麦最重要病害之一,中国每年发病面积1亿亩左右,一般经防治每年仍然损失粮食30亿公斤。围绕小麦白粉菌越夏方式不明、流行传播路径不清、全国范围内白粉菌群体毒性结构未知、主栽及后备品种在生产上抗性有效性评价不够、病原菌群体对常用药剂敏感性如何和可替代药剂筛选与创制、建立轻简、高效、科学防控技术体系等问题,在国家部委相关项目资助下,历经18年研究,主要取得以下结果:

系统阐明了小麦白粉菌有性世代和无性世代在越夏及流行中的作用,发现有性世代子囊果是白粉菌越过夏天无寄主和高温时段的重要菌源体,病残体上子囊果释放的子囊孢子侵染小麦越夏自生苗,子囊果在干燥条件下能越过夏季直接释放子囊孢子侵染大田秋苗。这一发现纠正了以往认为白粉菌仅以无性分子孢子在自生麦苗上越夏的错误认识。通过自生苗和病残体调查并结合地理经、纬度以及温度分析,界定了从云南临沧到甘肃平凉覆盖地域面积约32万km2区域内的小麦种植区为中国小麦白粉病主要越夏区。越夏区及其临近麦区为越冬区。明晰了小麦白粉菌在中国小麦主产区的三条传播路径,一是云贵川越夏越冬区白粉菌种群向长江中下游麦区传播,二是甘肃高海拔越夏越冬区菌群向华北黄淮麦区传播,三是长江流域种群和黄淮麦区种群春季存在相互交流传播。越夏区的界定和流行传播路径的解析为防控策略的制定和品种抗性布局奠定理论基础。

对采自中国不同生态麦区自然群体的100个小麦白粉菌株和近100份人工杂交菌株进行了全基因组测序,构建了全球最大的小麦白粉病菌全基因组信息数据库。克隆1个无毒基因AvrPm2,文章发表在New Phytologist,2017;鉴定1个产孢相关基因STPK2,无毒基因AvrPm3和抗性基因Pm3的研究发现小麦白粉菌与小麦抗病基因的互作机制存在单一基因对基因关系(AvrPm2与Pm2)、非单一基因对基因关系(AvrPm3a2/f2及其SvrPm3a1/f1与Pm3)、多个寄主来源的白粉菌无毒蛋白能被小麦抗病蛋白识别(Pm3B、Pm3C、Pm3D和AVRPm3B2/C2和AVRPm3D3)等三种形式,文章发表在New Phytologist,2018。这一新发现揭示了白粉菌和小麦寄主互作中基因对基因关系的新机制,也为解析其它病原菌和寄主系统中基因对基因互作关系提供了新视角。全国范围内明确了小麦主产区白粉菌群体毒性结构,评价了覆盖中国80%种植面积的68个主栽品种的抗性有效性,创新了持久抗性鉴定方法,鉴定评价后备品种(系)4544份。利用鉴定材料为亲本,构建双单倍体群体,育成抗病品种鄂麦DH16并在生产中推广应用,同时鉴定抗白粉病主效QTL1个,微效QTL3个,为抗病育种提供了抗源和有效信息。全国大范围的菌源群体毒性结构和主栽及后备品种抗性的全面评价,为实施异地菌源治理和品种抗性阻隔提供了科学依据。

针对小麦白粉菌对现有药剂三唑酮已产生抗药性,筛选出苯菌酮、硝苯菌酯、丙硫菌唑、叶菌唑和喹氧啉等高效低毒的替代药剂,筛选出对白粉菌有高活性的蜡样芽孢杆菌ZY-1、植物内生真菌LPS-1;创制出防治小麦白粉病的0.5%大黄素甲醚水剂并获得国家农药登记证。高效化学和生物源药剂的筛选为小麦白粉病防治提供了物质储备。

构建了轻简、节本、高效、科学的以药剂拌种和消除自生苗压低越夏、越冬区病原基数为前提,以异地布局抗病品种阻断流行为基础,依据春季病情实施药剂防控抓关键,加强保健栽培夺丰收的小麦白粉病防控技术体系。依托农技部门进行技术培训、发放明白纸和技术资料、举办核心示范样板和利用新闻媒体宣传等多种形式,在鄂、豫、皖、云、贵、川、甘等小麦白粉病发生区推广应用,近三年累计推广面积3296万亩,白粉病防效平均85%以上,新增经济效益15.0亿元,投入产出比平均为1:5.60。经济、社会、生态效益显著。

项目累计发表学术论文27篇(SCI论文8篇,其中影响因子7分以上2篇)、出版著作3部、获国家专利金奖1项、发明专利4项、农药登记证书1个,审定品种1个,获中国科协农林优秀论文特等奖1项,培养博士研究生2名,硕士研究生4名。

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