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- 36 - http://www.jma-journal.org/ Journal of Modern Agriculture April 2013, Volume 2, Issue 2, PP.36-41 Identification of Wheat Bunts in Southern Shanxi Sirui Pan 1 , Yinhong Shi 2 , Qianying Pan 3* 1 Life Science and Technology 1202, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029 2 Cotton Research Institute, Shanxi Agriculture Science Academy, Shanxi, Yuncheng, 044000 3 Foreign Languages College, Anhui Polytechnic University, Anhui, Wuhu, 241000 * Email: [email protected] Abstract Each seed of the wheat plants infected by common bunts is completely filled with black spores containing poisonous trimethylamine and giving off a fishy odor. A single infected seed, usually called ―bunt ball‖, contains at least 10 millions of teliospores that can be easily dispersed in many ways to possibly infect the next generation of wheat plants, or contaminate commercial wheat grains, food and/or feed. Infections of wheat bunts have been reported in at least 16 provinces and cities including Beijing, Shanghai and Tianjin since 1995, and which seems going to to be worse. In this study 4 samples of wheat bunts from southern Shanxi were identified using microscope and SEM. It is confirmed that they are all Tilletia foetida (Wallr.) Lindr..The average diameter of the tested teliospores is ~15 μm; the surface of the teliospores is smooth. The 4 layers of the pericarp of the bunt balls are the same as that of the healthy seed. Using mustard flour or Muscodor albus agents to control wheat bunts are worth trying in China. Using the bunt balls to produce trimethylamine, is also an alternative suggestion. Keywords: Tilletia Foetida; Muscodor Albus; Mustard Flour; Biological Control; China 晋南小麦腥黑穗病菌种鉴别与思考 潘思睿 1 ,史引红 2 ,潘前颖 31 北京化工大学生命科学与技术学院,生工 1202,北京,100029 2 山西农业科学院棉花研究所粮作室,运城,044000 3 安徽工程大学外国语学院,芜湖,241000 要:小麦腥黑穗病穗籽粒全毁,病粒果皮 4 层结构仍在,单个病粒内至少有 1000 万个冬孢子,可多渠道传播,或危 害下茬小麦,或释放三甲胺等毒物污染面粉、麦麸饲料,威胁原粮、食品、畜产品安全。1995 年以来,小麦腥黑穗病在 北京、上海、天津等 16 个省市均有发生,似呈扩大态势。但相关菌种识别却少有报道。本研究用光镜、电镜检测了晋南 的万荣、闻喜、芮城、盐湖等县区的小麦腥黑穗病原菌厚垣孢子,直径 15 μm,孢子表面平整,属小麦光腥黑粉菌 Tilletia foetida (Wallr.) Lindr. 。国外试用芥末粉拌种、Muscodor albus 菌剂拌种等生防技术控制小麦腥黑穗病,值得关 注。提出了能否用腥黑病粒生产三甲胺等一些思考。 关键词:小麦光腥黑粉菌,粉红粘帚霉,芥末粉,生物防治 前言 小麦腥黑穗病粒内全是黑色粉末——即病菌的冬孢子,极易传播,或危害下茬小麦,或释放三甲胺等 毒物污染原粮、面粉、麦麸饲料等。北京某生猪屠宰厂疏通污水管道时, 曾有 3 名工人死于其中的三甲胺急 性中毒。两伊战争中有用小麦腥黑穗病菌做武器破坏对方的传言。 小麦腥黑穗病上世纪 5060 年代在我国大面积发生,后经五氯硝基苯拌种等措施群防群治,70 年代零
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Identification of Wheat Bunts in Southern Shanxi

Mar 23, 2016

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Each seed of the wheat plants infected by common bunts is completely filled with black spores containing poisonous trimethylamine and giving off a fishy odor. A single infected seed, usually called “bunt ball”, contains at least 10 millions of teliospores that can be easily dispersed in many ways to possibly infect the next generation of wheat plants, or contaminate commercial wheat grains, food and/or feed. Infections of wheat bunts have been reported in at least 16 provinces and cities including Beijing, Shanghai and Tianjin since 1995, and which seems going to to be worse. In this study 4 samples of wheat bunts from southern Shanxi were identified using microscope and SEM.
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http://www.jma-journal.org/

Journal of Modern Agriculture April 2013, Volume 2, Issue 2, PP.36-41

Identification of Wheat Bunts in Southern

Shanxi Sirui Pan

1, Yinhong Shi

2, Qianying Pan

3*

1Life Science and Technology 1202, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029

2Cotton Research Institute, Shanxi Agriculture Science Academy, Shanxi, Yuncheng, 044000

3Foreign Languages College, Anhui Polytechnic University, Anhui, Wuhu, 241000

* Email: [email protected]

Abstract

Each seed of the wheat plants infected by common bunts is completely filled with black spores containing poisonous

trimethylamine and giving off a fishy odor. A single infected seed, usually called ―bunt ball‖, contains at least 10 millions of

teliospores that can be easily dispersed in many ways to possibly infect the next generation of wheat plants, or contaminate

commercial wheat grains, food and/or feed. Infections of wheat bunts have been reported in at least 16 provinces and cities

including Beijing, Shanghai and Tianjin since 1995, and which seems going to to be worse. In this study 4 samples of wheat bunts

from southern Shanxi were identified using microscope and SEM. It is confirmed that they are all Tilletia foetida (Wallr.)

Lindr..The average diameter of the tested teliospores is ~15 µm; the surface of the teliospores is smooth. The 4 layers of the

pericarp of the bunt balls are the same as that of the healthy seed. Using mustard flour or Muscodor albus agents to control wheat

bunts are worth trying in China. Using the bunt balls to produce trimethylamine, is also an alternative suggestion.

Keywords: Tilletia Foetida; Muscodor Albus; Mustard Flour; Biological Control; China

晋南小麦腥黑穗病菌种鉴别与思考

潘思睿 1,史引红 2,潘前颖 3*

1北京化工大学生命科学与技术学院,生工 1202,北京,100029

2山西农业科学院棉花研究所粮作室,运城,044000

3安徽工程大学外国语学院,芜湖,241000

摘 要:小麦腥黑穗病穗籽粒全毁,病粒果皮 4 层结构仍在,单个病粒内至少有 1000 万个冬孢子,可多渠道传播,或危

害下茬小麦,或释放三甲胺等毒物污染面粉、麦麸饲料,威胁原粮、食品、畜产品安全。1995 年以来,小麦腥黑穗病在

北京、上海、天津等 16 个省市均有发生,似呈扩大态势。但相关菌种识别却少有报道。本研究用光镜、电镜检测了晋南

的万荣、闻喜、芮城、盐湖等县区的小麦腥黑穗病原菌厚垣孢子,直径 15 µm,孢子表面平整,属小麦光腥黑粉菌

Tilletia foetida (Wallr.) Lindr.。国外试用芥末粉拌种、Muscodor albus 菌剂拌种等生防技术控制小麦腥黑穗病,值得关

注。提出了能否用腥黑病粒生产三甲胺等一些思考。

关键词:小麦光腥黑粉菌,粉红粘帚霉,芥末粉,生物防治

前言

小麦腥黑穗病粒内全是黑色粉末——即病菌的冬孢子,极易传播,或危害下茬小麦,或释放三甲胺等

毒物污染原粮、面粉、麦麸饲料等。北京某生猪屠宰厂疏通污水管道时, 曾有 3 名工人死于其中的三甲胺急

性中毒。两伊战争中有用小麦腥黑穗病菌做武器破坏对方的传言。

小麦腥黑穗病上世纪 50~60 年代在我国大面积发生,后经五氯硝基苯拌种等措施群防群治,70 年代零

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星发生,80 年代后基本绝迹。进口小麦中检测到矮腥或及印腥成百批次以上也都得到及时有效处置。近年

来,北京、上海、江淮、西北等区域的小麦腥黑穗病似呈扩大势头,直接威胁小麦生产及其制品安全。

1995 年河南豫西[1]山区麦田零星发现小麦腥黑穗病,1999 年后很多河川平地麦田陆续隔年性发生小麦

腥黑穗病,病株率 1~3%,有的达 20%以上。山坡丘陵麦田病株率 1~5%,有的达 40%以上。

1997 年北京[2]顺义小麦腥黑穗病田 68.3 hm2,损失小麦 30 余万公斤。1997 年以后新疆[3]每年黑穗病面

积达 20~26.7×104

hm2 ,病穗率 5~20% 或以上, 年损失小麦 1×10

8 kg。大通[4]、塔什库尔干[5]多县有小麦腥

黑穗病报道。

1988 年天津[6]从引进的 23 个小麦品种中检测出小麦腥黑穗病菌,2008 年和 2010 年武清区有 66.67 hm2

小麦腥黑穗病田。1988 年贵阳市[7]花溪区谷蒙村尹世成等户小麦种子带小麦网腥黑粉菌(Tilletia caries): 冬孢

子球形或近球形, 褐至黄褐色,直径 14.5~23.5 µm, 均径 18.5 µm, 孢表有网纹, 网目 2~4 µm, 深 0.5~1.5

µm。1988 年河南渑池县[8]小麦腥黑穗病田 15 hm2;2004 年病田 0.53 万 hm

2,平均病株率 14.5%,病株率

30%以上的 0.17 万 hm2。西阳乡高桥村 120 hm

2全发病,平均病株率 12.4%,其中 0.53 hm2病株率 84.5%。

2005 年安徽颍上县[9]有 1.3 hm2麦田约 1900 kg 麦粒几乎全都黑臭,当即焚毁。检测其中 1 户 2004 年秋

播种子的病粒率仅 0.27%。2006 年耿棚、三十铺 2 乡镇病田 5.36 hm2,病穗率 0.1~5%。

2006 年河南伊川县[10]10 个行政村的腥黑穗病株率 0.5~3~5~8%。山东济宁市邹城、微山、曲阜[11]的

小麦腥黑穗发病率有达 15%者,一般减产 20%左右,直接经济损失 200 多万元。

2007 年陕西宝鸡市[12]小麦腥黑穗病田 73.33 hm2 ;2008 年 658.7 hm

2, 产量损失 910 t。麟游县郝口村、

武申村 2008 年小麦腥黑穗病田 56.8 hm2 , 产量损失 50% 。郝口村吴俊生 0.13 hm

2 小麦绝收不能食用。

2008 年河南栾川县[13]小麦腥黑穗病田 415.3 hm2,新南村病田率 30%,病株率 20~30%,有的超过

70%。

2009 年上海松江、奉贤、金山[14]区小麦光腥黑穗病田 467.53 hm2,病株率 5%以下者 226.20 hm

2,5~

20%者 187.73 hm2;20%以上者 53.60 hm

2。甘肃古浪县[15]小麦腥黑穗病田 845.8 hm2,病株率 20~30%,重

者达 50%以上。江苏苏南、苏中[16]11 个县小麦腥黑穗病田 146.7 hm

2,有的病株率超过 30%。甘肃金昌金川

区[17]小麦腥黑穗病田 0.05 万 hm2,占小麦面积的 15 %,重病田 0.02 万 hm

2,绝收 0.006 万 hm2。

上述报道菌种的仅有:新疆塔什库尔干县光腥冬孢子均径 16.7~18.6 µm[5]。陕西麟游县光腥占 85%, 网

占 15% [12]。上海[14]、山东济宁为光腥[11]。贵阳市[7]网腥冬孢子直径 14.5~23.5 µm, 均径 18.5 µm, 孢表网目

2~4 µm, 深 0.5~1.5 µm。但都无孢子照片,也无生理小种结论。

近年来山西汾阳、泽州、襄汾、翼城(浅山丘陵区病田率 25%左右,病株率 15%~40%)、安泽(病

穗率 1~5~36.7%,减产 10~15~40%)、临汾(2005 年全市病田达 25 万亩,损失小麦约 7500 万公斤;

2006 年 9 月抽检 112 个样品(13 个品种共 1150 万公斤种子),带菌率 22.3~75.9%,平均 43.82% )、运城

等均有小麦腥黑穗病报道,但皆未知菌种。

本研究用光镜、电镜检测确认晋南流行的是小麦光腥黑粉菌(Tilletia foetida (Wallr.) Lindr.),孢子直

径~15 µm,明显小于新疆的 16.7~18.6 µm,或许生理小种不同。现将鉴别结果及文献综述成文,或有裨益

于更针对性地防治小麦腥黑穗病的。

1 材料和方法

1.1 病穗、病粒取样

收获前在运城市郊盐湖区麦田拍照(图 1)。后又从万荣、闻喜、芮城征集到病粒样本(图 2)留样密

封保存,其余所有带菌样本及包装材料等全部隔离焚毁。

1.2 光学显微镜观察

载玻片涂抹病菌孢子、上镜观察、焚毁样品。(北京光学仪器厂,宁光 XSI-107 显微镜)

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图 1 盐湖区病穗、粒

图 2 闻喜、万荣、芮城病粒

1.3 电镜观察

样台贴导电膜、放置孢子等,JFC-1600 镀膜仪喷金 20mA/240s ,JSM-7500F 型扫描电镜观察,拍照

108 张,示例如(图 3,4,5)。

2 结果

2.1 直观观察结果

病田病穗呈聚集型分布,取样方内病穗基本呈均匀分布。病穗上所有籽粒全黑无一粒例外,健康穗上则

无一粒感病。病株与健株高度一致,穗头偏瘦且颜色灰暗。病粒果皮灰褐易碎、内部全是黑色粉末有臭味。

2.2 光镜观察结果

透射显微镜不同倍数下看,孢子表面边缘浑晕,很难判定就是光腥黑粉菌孢子。

2.3 电镜观察结果

病粒果皮仍有 2 层纵细胞,1 层横细胞,1 片层,共 4 层结构(图 3),与正常麦粒的果皮结构[27]完全

相同,但果皮颜色变灰褐,说明腥黑菌并不利用麦粒的果皮部分。

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图 3 果皮外表向内依次 2纵细胞层 1横细胞层

低倍电镜下孢子(图 4)均匀一致,球形,表面平整,无网纹,孢子平均直径 14.5±0.09 µm(图 5)。

网腥与光腥孢子形态最明显区别就是网腥孢表有网纹,光腥孢表平整。据此得菌种鉴别结论:万荣、闻

喜、芮城的腥黑穗病原菌都是小麦光腥黑粉菌(Tilletia foetida (Wallr.) Lindr.)。

图 4 孢子 SEM照(闻喜 500×, 万荣 800×, 芮城 1000×) 图 5孢子平均直径约 14.5 µm

3 讨论

3.1 晋南小麦腥黑穗病原菌是光腥但生理小种未定

腥黑穗菌属担子菌亚门(Basidiomycotinha)→冬孢菌纲(Teliomycetes)→黑粉菌目(Ustilaginales)→腥黑粉菌

科(Tilletiaceae)→腥黑粉菌属(Tilletia)。小麦腥黑穗病有 4 种病原菌:网腥黑粉菌 Tilletia caries、光腥黑粉菌

Tilletia foetida、 矮腥黑粉菌 Tilletia controversa、 印度腥黑粉菌 Tilletia indica。前两种为我国对内检疫对

象,后两种是对外检疫对象。

根据病原菌对不同小麦品种的侵染力差异,已鉴分出 30 个网腥生理小种 T1~T30,16 个光腥生理小种

L1~L16,17 个矮腥生理小种 D1~D17[18]。已知有 10 个抗光腥、网腥、矮腥基因 Bt1~Bt10(分别位于 1B、

2B、2D染色体上),其中 Bt4与 Bt6近似且紧密连锁[19]。

3.2 单个病粒内光腥孢子数量 1000 万

试粗略估算如下:1 mm3(立方毫米)=10

9 µm

3(立方微米)。以单孢子体积 300 µm3概算并以 50%间隙

度计,1 mm3至少计有 600 万个孢子。单个病粒体积 10 mm

3计有 6000 万个孢子。以 15~20%健全孢子计,

1 个病粒至少有 1000 万个孢子可供参考的。每个病穗以 10 个病粒计至少有 1 亿个孢子。

沙土中孢子存活期至少 10 年,黏土中短一些;过腹牛羊的粪便中的孢子仍具有侵染活力,而过腹猪鸡

的粪便中的孢子都丧失侵染活力[20]。

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3.3 小麦腥黑穗病是积累性的单循环系统侵染性病害

小麦腥黑粉菌的厚垣孢子附着在种子上或混入粪肥、土壤中越夏或越冬。只有当孢子积累到一定数

量,才可能侵染小麦。小麦发芽出苗期间,厚垣孢子萌芽形成先菌丝后再发展出较细的双核侵染丝,经胚

芽鞘侵入至生长点,潜伏至成粒期才肆虐可见。小麦出苗后非有伤口即不再被侵入。

3.4 小麦腥黑粉菌的鉴种方法与技术

小麦腥黑粉菌种的鉴定,多采用寄主症状学和孢子形态学方法。捷克[21]用 PCR(引物:TILf_5’-CAC

AAG ACT ACG GAG GGG TG_3’和 TILr 5’_CTC CAA GCA ACC TTC TCT TTC_3’)扩增出 361bp 序列,可

成功鉴别矮腥与网腥。

3.5 小麦腥黑穗病的田间调查方法

麦田腥黑穗病株呈点片聚集型分布, 聚集群内病穗呈均匀分布。五点法、对角线法、Z 字形法、棋盘式

等取样方法抽查的发病率,与全田调查的平均发病率间均无显著差异[22]。

3.6 抗腥黑穗病的小麦品种资源

抗病品种是最环境友好经济有效的技术。美国种质资源信息网 PCGRIN 中高抗光腥、网腥的小麦品种

有 1011 个,高抗矮腥的小麦品种有 105 个。Kalyansona 和 Brebor 两个品种对腥黑免疫[19]。土耳其抗矮腥品

种 PI178383 带 Bt8、Bt9、Bt10 和一个未知抗性基因。国内报道的抗腥黑穗病的小麦品种有:泰山一号,

7556,安农 79-75 ,临麦 2 号等[23]。

3.7 小麦腥黑穗病的防治方法的思考

化学防治经济有效但对环境不友好。欧洲 19 世纪有用热水热湿气、20 世纪初还有用热水清洗小麦种子

病菌的。2005 年瑞典用热蒸气流处理大批量麦籽除菌效果良好[24]。

2005 年丹麦[25]用芥末粉拌小麦种子对腥黑穗病有效且不影响出苗势。

2011 年欧洲[26]在大田条件下用 Muscodor albus 真菌生物熏蒸全身沾满腥黑孢子的小麦种子,防治效果

良好。Muscodor albus 菌若能利用成功,既能生产生物柴油解决工业能源问题,又能环境友好解决农作物多

种病害问题,值得高度关注。【2001 年蒙大纳州立大学在洪都拉斯的肉桂树(Cinnarnomum zeylanicum)小枝

条上分离到一株新型内生菌 Muscodor albus (粉红粘帚霉是已知的一种菌类——粘帚霉(Gliocladium)的变

种),已申报新菌种专利,分解纤维素生成生物柴油同时释放挥发性气体抗生素。】

诸多生物生态防治技术前景看好,但仍有许多技术瓶颈有待攻克。

3.8 用腥黑病粒生产三甲胺的思考

重病麦田或麦粒多被焚毁处理。如果能用之生产三甲胺,既灭菌又增收,岂不减少麦农损失?未见有

此类尝试报道。

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【作者简介】

1潘思睿,北京化工大学,生命科学与技术学院在读。曾获 2011 年全国中学生生物竞赛铜牌,并在 2011 年全国中学生英语能

力竞赛中获三等奖。 #潘前颖,安徽工程大学外国语学院,讲师。获太原理工大学学士学位和陕西师范大学硕士学位。曾多次以中文或英文发表原

创论文和译文。