感染时间以及亚洲镰刀菌（Fusarium asiaticum）的化学类型对水稻镰刀菌穗枯病及霉菌毒素积累的影响

《International Journal of Food Microbiology》：Effect of infection timing and chemotype of Fusarium asiaticum on fusarium head blight and mycotoxin accumulation in rice

水稻纹枯病不同接种时期（3、6、9、12天）和化学型别（R3和R5）对病害严重程度及毒素积累的影响研究。结果显示R3型别在AUDPC、总三孢霉毒素及真菌生物量均显著低于R5型别，且3天接种时病害最严重，毒素积累和真菌生物量最大，且AUDPC与总三孢霉毒素及真菌生物量呈显著正相关。

　　

刘新浩|张金义|金学武|蔡启龙|刘润奇|王刚|O. Olaniran Ademola|徐建红|董飞

江苏省江苏大学食品与生物工程学院，镇江市，212013，中国

摘要

确定Fusarium感染最敏感的阶段并评估不同化学型的Fusarium分离株的致病性对于管理赤霉病（FHB）至关重要。虽然已经对小麦和大麦进行了大量研究，但针对水稻的研究相对较少。本研究通过为期两年的温室实验，探讨了Fusarium asiaticum的感染时间和化学型对四种水稻品种的FHB严重程度和霉菌毒素积累的影响。结果表明，所有水稻品种在开花后0天、3天、6天、9天和12天时均可能被R3（3-乙酰脱氧雪腐烯醇化学型）和R5（雪腐烯醇化学型）感染。在所有品种中，由R3引起的病害进展曲线下面积（AUDPC）、总三萜烯和真菌生物量明显低于R5引起的。此外，在接种R3或R5后，易感品种的这些参数值高于抗性品种。值得注意的是，在开花后3天接种时，症状最为严重，总三萜烯积累量最高，真菌生物量也最大，这一结果与其他接种时间相比具有显著差异（P < 0.05），且趋势为3天 > 6天 > 0天 > 9天 > 12天。此外，AUDPC与总三萜烯、AUDPC与真菌生物量以及总三萜烯与真菌生物量之间存在显著正相关（P < 0.01）。

引言

赤霉病（FHB）是一种危害小麦、大麦等谷物作物的破坏性病害，会导致严重的产量损失和Fusarium霉菌毒素污染（Beccari等人，2017年；Beccari、Senatore、Tini、Sulyok和Covarelli，2018年；Yang等人，2008年；Qiu等人，2019年）。由于环境因素、种植制度的变化以及持续秸秆还田的做法，近年来巴西、中国、日本、韩国和尼泊尔的水稻赤霉病发病率有所上升（Desjardins等人，2000年；Gomes等人，2015年；Kim等人，2018年；Ok等人，2014年）。在中国，长江中下游地区（如江苏省、安徽省和四川省）新收获的水稻种子样本中检测到了多种Fusarium霉菌毒素，包括脱氧雪腐烯醇（DON）、3-乙酰脱氧雪腐烯醇（3ADON）、15-乙酰脱氧雪腐烯醇（15ADON）、雪腐烯醇（NIV）、伏马酮X（FUX）和玉米赤霉酮（ZEN）（Dong等人，2020a，2020b，2020c，2023年；Chen等人，2021年；Chen等人，2022年，2023年）。为了保护人们的健康，许多国家已制定了水稻中黄曲霉素B₁（AFB₁）的最大限量（ML），但DON、ZEN和NIV除外（欧盟委员会，2023年；GB 2761，2017年）。

根据以往的研究，该地区的水稻赤霉病主要由Fusarium graminearum物种复合体（FGSC）成员引起，包括F. asiaticum、F. graminearum和F. meridionale，这些菌株能够产生特定的三萜烯，如NIV及其乙酰化衍生物（NIV化学型）、DON（3ADON化学型）或DON和15ADON（15ADON化学型）（Miller等人，1991年；Ward等人，2002年）。在江苏省从水稻中分离出的FGSC菌株中，F. asiaticum最为普遍（97.5%），其次是F. graminearum（2.5%）。此外，约70%的F. asiaticum菌株为3ADON产生菌株，其余为NIV化学型菌株（Chen等人，2022年；Dong等人，2020c，2023年；Qiu和Shi，2014年）。值得注意的是，FHB在小麦和水稻中的致病性似乎受到FGSC化学型的影响。通常，具有3ADON化学型的FGSC菌株在小麦中的毒性更强，而产生NIV的菌株在水稻中更具侵袭性（Chen等人，2022年；Dong等人，2020c，2023年；Nicolli等人，2018年；Yang等人，2018年）。

FGSC可以通过多种途径感染谷物作物，包括颖片、外稃和内稃的腹面（Brown等人，2010年；Goswami和Kistler，2004年；Siou等人，2014年）。然而，伸出的雄蕊被认为是主要感染部位，因为它们可以捕获Fusarium孢子并提供促进菌丝生长的营养物质（Brown等人，2010年；Siou等人，2014年；Strange等人，1974年）。先前的研究表明，谷物作物在开花后大约5-10天内对Fusarium感染最为敏感（Alisaac等人，2021年；Brown等人，2010年；Cowger和Arellano，2010年；Siou等人，2014年）。不过，这一敏感期的持续时间可能因环境条件、品种抗性和Fusarium物种而异。关于环境因素，多项研究表明，开花后期湿度增加会导致病害发生率、严重程度和霉菌毒素积累增加（Cowger和Arellano，2010年，2013年；Cowger等人，2009年；Xu等人，2007年）。在品种抗性方面，有报道称，在易感小麦穗中，DON含量在开花后0天接种时最高，而在抗性品种中，DON积累峰值出现在开花后10天（Alisaac等人，2021年）。

为了有效管理FHB和霉菌毒素污染，识别Fusarium感染的最敏感阶段至关重要。尽管已有许多研究针对小麦和大麦进行了这方面的探讨，但在水稻上的研究相对较少（Kim等人，2018年）。抽穗和开花阶段是实现高产量的关键农艺时期，这些阶段可能持续长达两周（Sheng等人，2022年；Yuan等人，2022年）。基于这些发现，本研究的目的是在受控环境条件下，探讨感染时间和化学型对不同水稻品种的FHB严重程度、霉菌毒素积累和真菌生物量的影响。

实验部分

植物材料

实验在连续两年（2022年和2023年）进行。选择了四种对FHB敏感程度不同的粳稻品种：中等抗性的南京9108和扬州15，以及易感品种淮5和武运京30（Chen等人，2023年）。种子浸泡在水中3天后，在受控温室条件下播种（温度28 ± 1°C，相对湿度65 ± 10%，光照周期16小时/黑暗8小时）。之后

水稻穗中AUDPC的平均水平

总体而言，在受控环境条件下，R3和R5菌株均能够感染所有中等抗性和易感水稻品种（表1）。对于每个品种，R3引起的AUDPC平均值显著低于R5引起的AUDPC平均值，除了2022年的武运京30（在开花后6天）和南京9108（在开花后9天），以及2023年的扬州15（在开花后0天、9天和12天），淮5（在开花后6天和9天），武运京30（在开花后6天和9天）（图1.A和B）。比较不同品种时

讨论与结论

近年来，长江中下游地区的水稻赤霉病发病率有所上升（Dong等人，2020a，2020c，2023年；Chen等人，2021年），该地区也是小麦赤霉病的流行区（Dong等人，2016年；Qiu等人，2019年）。F. asiaticum的3ADON和NIV化学型的增加与持续秸秆还田的做法有关（Shu等人，2024年）。虽然感染时间是FHB的关键因素

CRediT作者贡献声明

刘新浩：撰写——初稿、方法学、数据整理。张金义：可视化、软件操作。金学武：软件操作、方法学、调查。蔡启龙：验证。刘润奇：方法学、调查。王刚：可视化、验证、资金筹集。O. Olaniran Ademola：概念构思。徐建红：监督、项目管理。董飞：撰写——审阅与编辑、验证、项目管理、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：32001859）和农产品质量与安全生物和化学威胁管理国家重点实验室（编号：2021DG700024-KF202513）的支持。