下载:
-
开放科学(资源服务)标识码(OSID)：
-
荞麦，又称乌麦或三角麦，为蓼科(Polygonaceae)荞麦属(Fagopyrum)一年生双子叶草本作物[1]。全球广泛栽培的荞麦种包括甜荞(Fagopyrum esculentum Moench)、苦荞(Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn)和金荞麦(Fagopyrum dibotrys (D. Don) Hara)[2]。作为一种兼具药用与食用价值的特色杂粮，荞麦籽粒富含多种矿质元素、蛋白质、氨基酸以及远高于水稻、小麦等主要粮食作物的不饱和脂肪酸，被誉为“五谷之王”[3-4]。研究表明，荞麦籽粒含有多酚、黄酮类等多种活性物质，具有促进细胞增生、抑制血红细胞凝集、消炎和利尿等生理功能[5]。此外，荞麦独特的生态适应性(耐瘠薄、抗逆性强)与短生育期特性(60~70 d)，使其在改良土壤微生态、提升农田生物多样性及优化轮作系统中具有重要价值[4]。例如，使用荞麦作为前茬作物可以显著提高后茬马铃薯块茎产量约16%[6-7]。与此同时，利用荞麦与杂草在植物学和生理学上的相似性，可将其间作于主要作物中；荞麦通过化感作用竞争性抑制杂草生长，可部分替代化学除草剂，为生态农业提供可行途径[8-9]。
中国是全球荞麦核心产区，其种植面积与总产量均居世界前列。位于西南地区的重庆市是典型代表，不仅蕴藏着丰富的荞麦种质资源[10]，酉阳、城口等县域还建立了规模化栽培体系，并形成了与当地山地农业系统融合的特色荞麦产业，尤其是酉阳县，其特色品种“酉阳苦荞”已获得国家地理标志产品及全国名特优新农产品认证，并成功开发出苦荞酒、苦荞蜜等高附加值产品[11]。同时，重庆各地推广了荞麦-甘蓝间作[12]、玉米/马铃薯-荞麦轮作[13]等多种复合种植模式，协同提升了荞麦的生态与经济效益。特别是在农旅融合背景下，酉阳县后坪乡通过打造规模化荞麦花海景观，带动核心区农户年均增收超1 000元，成为山地特色农业发展的典范[13]。
然而，随着荞麦种植面积的扩大，病害的发生日趋严重，显著影响其生长、产量及农民经济收益。例如，苗期根腐病可导致高达35%的幼苗死亡，严重影响产量[14]；立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)引起的植株立枯病常造成田间缺苗断垄，带来显著经济损失[15]。同时，重庆地区特有的亚热带季风气候(年均温16.3~18.2 ℃，夏季相对湿度>80%，冬季温湿多雨)，为病原菌的增殖与传播提供了适宜条件。以荞麦褐斑病为例，其病原菌荞麦尾孢(Cercospora fagopyri)在相对湿度75%以上，温度20~30 ℃的条件下可快速萌发侵染叶片，形成圆形或椭圆形病斑，导致病叶变褐枯死；风雨媒介作用加速病害蔓延，多雨潮湿年份发病率可达8%~15%，造成荞麦严重减产[16]。
尽管酉阳荞麦种植面积达到5 333 hm2[17]，居重庆市首位[17]，但迄今尚缺乏该区域荞麦病害的系统性基础数据，制约了绿色防控技术的研发与产业的可持续发展。本研究以重庆市酉阳县板溪镇规模化荞麦种植基地为对象，系统开展荞麦主要病害种类调查、发生规律解析及病原菌分离鉴定工作，旨在填补该区域病害基础数据的空白，为构建荞麦病害综合防控体系提供科学依据。
全文HTML
-
本研究基于USDA Fungal Databases、国际主流数据库(Web of Science Core Collection和PubMed)与中文核心数据库(中国知网和万方数据知识服务平台)，多平台协同检索中英文文献，基于主题词与自由词的组合检索，构建检索式(Buckwheat or Fagopyrum)and(Disease or Pathogen or Infection or Fungal Disease)；中文检索词包括“荞麦病害”or(“荞麦”and“病害”or“真菌性病害”)。系统提取并分析文献中涉及的病害类型及病原菌种类。
-
于2023年10月在重庆市酉阳县板溪镇荞麦种植基地(28°44′31.60″N，108°49′13.29″E)，对当地荞麦主要栽培品种甜荞(F. esculentum cv.)“酉甜绿荞”和苦荞(F. tataricum cv.)“酉荞1号”病害的发生严重程度与分布情况进行调查。调查区域总面积约2.89 hm2，其中甜荞为2.01 hm2，苦荞为0.88 hm2。结合系统调查，重点调查主要病害症状及发病部位，并计算病叶率。基于调查结果，结合重点调查病症的发生程度，制作病害发生情况调查表，发病程度可分为轻度、中度与重度，分别用符号“+”“++”和“+++”表示[18]。
采用五点取样法，采集具有典型症状的病样，并拍摄田间症状，记录采集地点、时间等信息。将获得的样本放入自封袋内并编号，带回实验室进行下一步实验。
-
将用于分离病原菌的病样拍照留存后，用1%次氯酸钠消毒2 min，75%酒精消毒30 s，然后用灭菌水冲洗3次，并在灭菌纸巾上吸干水分。随后，用灭菌手术刀切取样品病健交接处组织，置于90 mm含有PDA培养基的塑料培养皿，在25 ℃恒温黑暗条件下培养7 d。将最后一次冲洗病样的灭菌水涂布于PDA培养基上，继续培养7 d，观察是否有杂菌生长，确保无菌。每日观察并记录，将产生的新菌落转移至PDA培养基上培养，随后将纯化菌株进行编号并保藏于4 ℃斜面培养基上。菌株保存于西南大学农学与生物科技学院。
-
将供试菌株在PDA培养基上培养3~5 d后，用直径6 mm的灭菌打孔器切取菌落边缘的菌丝块，转接至PDA培养基平板(直径90 mm培养皿)中央。在25 ℃恒温黑暗条件下培养7 d，随后观察菌落形态，记录表面质地等特征，并测量菌落直径。
-
将目标菌株在PDA培养基上培养5 d后，采用改良CTAB法提取菌丝总DNA[19]。对其ITS基因片段进行PCR扩增，所用引物为ITS4(TCCTCCGCTTATTGATATGC)/ITS5(GGAAGTAAAAAGTCGTAACAAGG)[20]。使用体积为25 μL的2×Taq预混PCR反应体系，PCR扩增采用以下热循环参数。初始变性在95 ℃持续5 min；接着进行30次循环扩增，每个循环包括94 ℃下变性40 s，50 ℃退火60 s，72 ℃下延伸1 min；最后在72 ℃下进行终末延伸10 min。扩增产物与新型核酸染料Goldview(安徽白鲨生物科技有限公司)混合，经琼脂糖凝胶电泳(120 V，20 min)检测，使用凝胶成像仪确认条带明亮清晰，由北京擎科生物科技有限公司完成测序。2024年4月13日将获得的基因序列在NCBI网站进行BLAST比对，并下载相关序列。使用MEGA11软件中的Clustal W程序对获得的基因序列进行校排，基于邻接法(Neighbor-Joining，NJ)构建系统发育树。
1.1. 荞麦真菌性病害的病原谱系研究
1.2. 病害调查及病样采集
1.3. 荞麦病原菌的分离
1.4. 荞麦主要病原菌的鉴定
1.4.1. 形态学鉴定
1.4.2. 荞麦主要病原菌的分子生物学鉴定
-
我国荞麦病害研究呈现阶段性特征。1960—2000年，《吉林省栽培植物真菌病害志》《中国真菌总汇》及《真菌鉴定手册》等经典著作初步记载了荞麦假黑斑病、轮纹病、褐斑病、白粉病、霜霉病、斑点病、白霉病及立枯病等病害[15]，奠定了研究基础。随后的十余年里，新病害种类及系统性研究较少。直至2013年，卢文洁等[21]对我国云南、山西、内蒙古等地区荞麦立枯病的危害及病原菌—立枯丝核菌(R. solani)的形态学特征进行了调查研究；其后续研究结合分子生物学技术，分析了云南荞麦轮纹病病原菌—草茎点霉属(Phoma herbarum)的特性，为荞麦病原菌的分子鉴定提供了依据[22]。2018年，时春利[23]描述了辽西地区荞麦病害症状，但未深入鉴定病原。齐杨菊[24]揭示了西北地区荞麦全生育期病害谱，鉴定出9属11种病原真菌，其中链格孢属与灰葡萄孢属构成核心致病群落。李芍庆[25]从湖南苦荞叶片分离出木樨黑孢霉(N. osmanthi)和交链格孢(A. alternata)，并分别建立了针对这两种病原菌的实时荧光定量PCR(qPCR)检测方法，检测限分别达2.6×106 copies/mL和3.3×107 copies/mL，检出率分别为81.8%和66.7%，比肉眼诊断提前2 d。目前，根据USDA真菌数据库(
https://fungi.ars.usda.gov/ )，我国已报道的荞麦病原真菌种类涉及20个属，主要包括Alternaria，Bipolaria，Botryosphaeria，Botrytis，Cercospora，Colletotrichum，Didymella，Erysiphe，Melanopsichium，Nigrospora，Phyllosticta，Ramularia，Rhizoctonia，Septoria，Sphacelotheca，Stemphylium等。然而，较多病原菌的发病特征、致病机理仍缺乏深入研究，特别是西南山地等主产区的病原多样性信息尚属空白。构建覆盖全生育期、多生态区的病原动态监测网络，已成为保障荞麦产业可持续发展的迫切需求。 -
采用踏查法在重庆市酉阳县板溪荞麦种植基地进行病害调查，共采集48份病样，通过组织分离培养法获得72株菌株。基于菌落形态差异，选取8株代表菌株进行鉴定，分别为YZU234174、YZU234187、YZU234168、YZU234159、YZU234170、YZU234182，YZU234136和YZU234131(图 1)。在PDA培养基上生长7 d后，菌株YZU234182、YZU234136和YZU234131生长迅速，菌落长满90 mm培养皿；菌株YZU234187、YZU234168和YZU234159生长速度适中，菌落大小约75 mm；菌株YZU234174与YZU234170生长较缓慢，菌落大小约55 mm(图 1)。
通过对供试的8株菌株的ITS基因进行PCR扩增和测序，获得目标DNA序列后，利用BLASTn进行比对，并构建NJ系统发育树。结果显示，这8个菌株分别隶属于4个属，分别为链格孢属(YZU234174与YZU234187)、草茎点霉属(YZU234168与YZU234159)、镰刀菌属(YZU234170与YZU234182)和黑孢属(YZU234136与YZU234131)(图 2)。
-
实地调查结果显示，该基地未见明显茎秆病害，但叶部病害较为严重，整体病叶率达30.9%，主要发生在中、老叶上。在病害分布方面，甜荞的叶片病害发生较为严重，病叶率为48.2%，且大部分病害为中度(++)；相比之下，苦荞的病害发生较轻，病叶率为13.6%，表现为轻度病害(+)。病害主要分布在植株基部的衰老叶片。
叶片主要病害类型包括叶斑病、轮纹病、斑枯病及枯萎病(图 3)。病原学分析表明，链格孢菌(Alternaria spp.)与草茎点霉菌(Phoma spp.)所致病害发生频率及严重度显著高于镰刀菌(Fusarium spp.)与黑孢菌(Nigrospora spp.)(表 1)。典型症状表现为：链格孢菌侵染时，叶片上形成不规则或椭圆形的病斑，具深浅交替的同心轮纹，病斑边缘呈黄褐色晕圈，病健交界清晰；随着病程发展，病斑中央组织坏死并穿孔，多个病斑融合后导致叶片大面积枯死(图 3a)；草茎点霉菌侵染时，病斑沿叶脉定向扩展，叶正面出现区域性褪绿斑，主要出现在植株基部的衰老叶片(图 3b)；镰刀菌侵染则引发叶片与花序的系统性枯萎，初期叶缘出现浅褐色不规则斑块，在干旱条件下，病部迅速失水并形成脆性坏死区(图 3c)；黑孢菌侵染时，除了引起普通叶斑症状外，叶正面还散布不规则的黑色斑块，斑缘伴随黄化现象，但叶背面组织结构保持完整，呈现典型的“单面显症”特征(图 3d)。
2.1. 我国荞麦主要真菌病原菌种类与研究进展
2.2. 重庆地区荞麦真菌病害病原菌种类
2.3. 重庆地区荞麦病害发生情况及严重程度
-
荞麦是一种营养丰富的重要杂粮作物，生育期短，具有耐寒、耐贫瘠和适应性强的特点，同时也是一种极具开发潜力的优质饲草资源[8]。然而，近年来，随着荞麦种植从传统小规模模式向现代机械化生产转型，病害频发，严重降低了其营养价值和饲用品质[15]。目前国内报道的荞麦病害以叶部病害为主，主要包括白粉病、立枯病、叶斑病、褐斑病、白霉病、斑枯病、轮纹病、灰腐病等[15, 22, 26]。本研究的调查结果与此一致，发现叶部病害发病率显著高于根茎部病害，这可能与茎秆的营养成分较低且木质素水平较高有关。通过对采集病样进行病原菌分离培养，并结合菌落形态学观察及ITS分子鉴定，本研究确定重庆山地区域荞麦的主要病原菌为链格孢属(Alternaria spp.)、草茎点霉属(Phoma spp.)、镰刀菌属(Fusarium spp.)和黑孢属(Nigrospora spp.)。其中，首次发现镰刀菌属病原菌能够侵染荞麦叶片并引发病害，扩展了该属病原菌对荞麦的危害范围(此前仅报道其侵染荞麦籽粒)[27]。调查还显示，甜荞的病害发生率显著高于苦荞，这可能与苦荞中具有抑菌活性的黄酮类化合物水平显著高于甜荞有关[28-29]。吴朝昕等[30]指出，海拔是影响荞麦生长、产量及品质的关键生态因素，而苦荞黄酮水平与海拔呈显著正相关。结合酉阳山地种植区的特点，推测高海拔诱导的黄酮类次生代谢产物积累可能是苦荞抗病性增强的重要机制。
当前，我国荞麦病害防控仍高度依赖化学防治(如播前拌种和发病期靶向喷施)[31]，以及农业生态调控(如轮作倒茬和病残体清除等)[31-33]，整体防控体系仍显单一。针对这一局限，本研究借鉴其他作物病害防控的经验，基于多技术协同的理念，提出“遗传抗性-生物生态协同防控”绿色技术体系。该体系在现有化学防治和农业生态调控的基础上，强调两方面的协同：一方面，加大力度选育抗病荞麦新品种，利用我国特有野生荞麦种质中的丰富抗性基因资源[34]，通过远缘杂交将优良抗性基因导入栽培荞麦，培育并推广综合抗病能力强的新品种；另一方面，加强微生物及其代谢物等生物防治剂在荞麦病害防控中的应用研究[35]。生物防治剂不仅能直接拮抗病原菌，还能诱导植物系统性抗性，优化土壤微生物群落，促进养分循环，从而提升农业生态系统的可持续性[36]。这一技术路径为荞麦病害防控向“减药增效”的绿色可持续模式转型提供了理论支撑与实践指导。未来研究将聚焦于以下几个方面：①选育并推广高抗病性荞麦新品种；②深入阐明重庆山地病原菌的生态适应性机制；③开发能靶向降低发病率并减少药剂残留的生物防治剂。通过多技术融合策略，推动荞麦病害防控向绿色化发展，为山地农业的可持续发展提供范式支撑。