植物病害可对农业生产造成严重危害。及时、准确识别植物病害是开展有效病害管理的基础和前提。随着信息技术的迅速发展,利用图像处理技术进行植物病害识别的研究和应用日益增多,提高了植物病害监测和管理水平,为保障农业安全生产提供了有力支撑。本文从植物病害图像识别、病害图像获取和预处理、病害图像分割、病害图像特征提取和选择、病害图像识别模型和应用等方面对植物病害图像识别研究和应用中存在的问题进行讨论,提出相关的解决方案,并从病害图像获取和管理、病害图像识别关键技术、多平台病害图像识别等方面对未来植物病害图像识别研究和应用前景进行展望,旨在为植物病害图像识别研究和应用提供参考,促进植保信息化和智慧植保的发展。

马铃薯疮痂病(Potato common scab)是由放线菌中的致病链霉菌(Streptomyces spp.)引起的。马铃薯疮痂病在世界马铃薯产区分布广泛,危害严重。多年来,疮痂病一直制约着马铃薯产业,特别是种薯产业的发展。本文主要从疮痂病发生、病原种类分布、病害检测、致病机制、品种抗性研究及绿色防控技术等方面进行了综述,提出了马铃薯疮痂病研究中亟待解决的问题,以期为疮痂病的深入研究及绿色防控提供新思路。

为明确内蒙古大豆种子内部和表面携带的病原菌种类和分离频率,探究大豆种子是否携带检疫性病原菌大豆疫霉(Phytophthora sojae),采用洗涤检验法和培养基培养法,分别从供试大豆种子内部获得218株真菌分离物,种子表面获得196株真菌分离物,但未分离获得P. sojae。结合菌落形态观察和ITS-rDNA序列分析对分离物进行鉴定,种子内部真菌分离物分属16个属,种子表面真菌分离物分属17个属。结合文献报道从中挑选了9个属的24株疑似病原菌进行致病力测定,发现其均可在大豆黄化苗上引起病斑。通过特异性引物检测法进一步确认了供试的大豆种子未携带大豆疫霉。上述结果为大豆种子带菌所引起病害的科学防治提供了重要参考。

为了查明引起金银花(Lonicera japonica)根腐病的病原,本研究从表现根腐病症状的金银花根系中分离病菌。经致病性测定,结合形态特征和分子生物学鉴定结果,确定引起金银花根腐病的病原菌为茄腐皮镰刀菌(Fusarium solani)和变红镰刀菌(Fusarium incarnatum),且这两种镰刀菌复合侵染时根腐病发生更严重。对这两种病原菌进行生物学特性分析,结果表明其菌丝生长最适温度均为28 ℃,在低于4 ℃和高于50 ℃条件下停止生长; F. incarnatum孢子萌发最适温度为28 ℃,F. solani孢子萌发最适温度为25~28 ℃;二者对于pH值的变化不敏感,在pH值为5~11条件下均能生长;F. incarnatum适宜在12 h光照/12 h黑暗光周期条件下生长,而F. solani适宜在全黑暗条件下生长;F. incarnatum和F. solani菌丝生长的致死温度分别为50 ℃和55℃(处理10 min);孢子萌发的致死温度均为50 ℃(水浴10 min);两种病原菌最适生长碳源同为果胶,但最适生长氮源有差异,F. incarnatum为胰蛋白胨,对其它氮源的利用效率较低,而F. solani为蛋白胨,且具有广谱碳、氮源适应性。进一步分离和筛选能抑制金银花根腐病菌的高效生防菌株,从发生根腐病的金银花田块采集健康植株周围土壤,通过菌株分离、平板对峙培养、酶活测定、温室促生防病试验最终筛选到2株能促进金银花生长并且能高效防治金银花根腐病的生防菌株。经鉴定BG1为多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa),其防效为59.41%,BS37为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis),其防效为52.47%。研究结果为金银花根腐病的防治提供了十分有潜力的生防资源,具有实际应用价值。

卵菌引起的病害对农业生产危害严重,是农林业重点研究和防控对象。为探索卵菌研究现状和发展态势,本研究以Web of Science为数据源,对1985—2023年收录的卵菌相关文献进行计量学分析,并利用CiteSpace绘制知识图谱对结果进行可视化展示。发文量统计分析显示,美、中、德等国家在卵菌研究中占主导地位,近5年中国发文量呈快速增长态势,并于2022年跃居全球第一;在研究机构排名中,美国农业部、南京农业大学和加州大学系统的发文量位列前三,且研究成果具有较高影响力。进一步对研究热点进行分析,该领域被关注的主要病菌包括腐霉属(Pythium spp.)、致病疫霉(Phytophthora infestans)、辣椒疫霉(Ph. capsici)等10种常见致病卵菌,研究内容主要包括系统获得抗性、气候变化、抗菌活性等。文献共被引聚类分析表明,卵菌领域已逐步形成以RXLR效应蛋白、趋同进化、毒力因子等为代表的重要研究方向。此外,高被引文献分类分析揭示了效应子致病机制、病害防治方法、生物防治、免疫信号调控等正受到高度关注。这些工作有利于新的卵菌研究者快速了解该领域的研究现状和前沿热点,同时对预判卵菌潜在的研究方向提供一定的参考。

为明确引起西瓜黄萎病的大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)种群结构类型、致病性差异以及对不同作物的潜在风险,通过PCR扩增技术对20株来源于西瓜的V. dahliae生理型、生理小种和交配型进行了测定,利用伤根接种法对其致病性分化进行研究,同时测定了6种其他作物来源的V. dahliae对西瓜的致病性以及西瓜来源V. dahliae对4种作物的致病性。结果表明,供试的20株V. dahliae菌株经鉴定均为非落叶型、2号生理小种和MAT1-2-1交配型。该20株V. dahliae对西瓜的致病性菌株间存在一定的差异,AUDPC值从238.92到606.81之间,其中菌株WM05和WM14的AUDPC分别为606.81和514.72,显著高于其他18株V. dahliae,致病性相对较强;而菌株WM01、WM20、WM24和WM19的AUDPC仅为238.92、249.15、256.11和257.45,致病性相对较弱。来源于棉花、茄子等6种作物的V. dahliae均能侵染西瓜,且对西瓜的致病性存在显著差异。来源于西瓜的V. dahliae能够侵染供试的4种作物,对茄子的致病性最强,对棉花的致病性最弱,对马铃薯和向日葵的致病性与对西瓜的致病性相当。研究结果将为西瓜黄萎病的防治提供技术支撑。

由稻黄单胞菌稻生致病变种(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)引起的水稻条斑病是水稻的主要细菌性病害之一,严重影响水稻的产量和质量。开发安全、高效的生防资源对该病害的防控至关重要。本研究利用点接法和牛津杯法,筛选获得了1个对Xoc拮抗效果较好的水稻内生菌菌株XP-1,其发酵液抑菌圈直径为 (56.1±0.1) mm。XP-1对烟草青枯病菌(Ralstonia solanacearum)、水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)、烟草青枯病菌(Ralstonia solanacearum)、白菜软腐病菌(Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum)、草莓角斑病菌(Xanthomonas fragariae)和甘蓝黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv. campestris)等5种常见植物病原细菌均有较好的抑制作用。XP-1菌株具有产IAA、铁载体和解无机磷的能力,无固氮和解钾能力。室内浸种和盆栽试验结果表明:XP-1菌株的稀释发酵液能够促进水稻种子萌发及幼苗生长,对3个水稻品种(日本晴、IR24、滇禾优615)的病斑抑制率高达 63.72%~94.47%。根据形态特征、生理生化特性和分子生物学鉴定结果,XP-1菌株为菠萝泛菌(Pantoea ananatis)。XP-1菌株抑菌谱较广,是一株有益的水稻内生菌,对水稻具有较好的防病促生效果。本研究为水稻细菌性条斑病生防资源的开发奠定了基础。

马铃薯早疫病(Potato Early Blight,PEB)是马铃薯生长期叶部重要病害,在世界范围内马铃薯各主产区普遍发生,目前没有特效防治药剂或完全抗性的马铃薯品种。本实验利用马铃薯早疫病病原菌Alternaria solani接种云南省主栽品种‘合作88’(Cooperation-88)叶片上,通过AUDPC对比易感早疫病品种‘Désirée’,发现‘合作88’为抗性品种。以‘合作88’接种后不同发病阶段,分别进行早期(A. so_e,0-72 h)、中期(A. so_m,73-120 h)、晚期(A. so_l,>120 h)转录组测序和差异分析。分析发现A. so_e共有13 083个基因差异表达,其中上调表达7 438个,下调表达5 645个;A. so_m共有12 121个基因差异表达,其中上调表达3 299个,下调表达8 822个;A. so_l共有10 530个基因差异表达,其中上调表达1 686个,下调表达8 844。分析3个时期基因差异表达,有2 720个相同基因,A. so_e特有基因4 997个,A. so_m特有基因3 975个,A. so_l特有基因3 230个。通过电镜观察,结合转录组分析和qRT-PCR验证结果,推测在A. solani侵染‘C88’早期,果胶裂解酶和纤维素合成酶合成的增加参与细胞壁重塑,侵染中期‘C88’中谷胱甘肽S-转移酶、细胞色素P450明显上调表达参与解毒途径,晚期合成大量抗氧化物,激发防御机制。3个时期中bHLH、ZIP、MYB、ERF等与抗病相关的转录因子高度表达,广泛参与泛素化途径。该结果可为研究马铃薯抗早疫病提供理论基础,加速抗病育种。

南方菜豆花叶一品红病毒科(Solemoviridae)的马铃薯卷叶病毒属(Polerovirus)病毒种类繁多,寄主范围广,能侵染豆科、茄科、葫芦科、十字花科等多个科的植物,在全世界造成极大的经济损失,且常与番茄丛矮病毒科(Tombusviridae)的幽影病毒属(Umbravirus)病毒复合侵染引起严重的植物病害。为了探明马铃薯卷叶病毒属病毒(poleroviruses)在云南的发生分布情况,以及poleroviruses与幽影病毒属病毒(umbraviruses)复合侵染可能引发的爆发风险,本研究采用RT-PCR检测方法,对云南的蔬菜、水果等经济作物和作物周边的杂草开展了poleroviruses发生情况调查及病毒种类的检测鉴定。从云南省昆明市、玉溪市、保山市、大理州、楚雄州、西双版纳州和红河州7个州市采集的6科25种的669份蔬菜、烟草、马铃薯、鸡蛋果等经济作物和作物周边杂草样品中,在11种经济作物中检测到6种poleroviruses,分别为马铃薯卷叶病毒(potato leafroll virus,PLRV)、南瓜蚜传黄化病毒(cucurbit aphid-borne yellows virus,CABYV)、丝瓜蚜传黄化病毒(suakwa aphid-borne yellows virus,SABYV)、辣椒脉黄化病毒1号(pepper vein yellows virus 1,PeVYV-1)、辣椒脉黄化病毒3号(pepper vein yellows virus 3,PeVYV-3)和芸薹黄化病毒(brassica yellows virus,BrYV)。其中PeVYV-3的平均检出率最高,为6.73%,是为害云南省蔬菜、水果中poleroviruses的优势种。BrYV侵染豌豆、PeVYV-3侵染茄子、PeVYV-1侵染豌豆和蚕豆、CABYV侵染烟草和豌豆均为国内外首次报道,并且云南首次发现了SABYV的感染。Poleroviruses的寄主范围在逐渐扩大,尤其是在云南各地分布范围较广,这表明poleroviruses对作物的危害风险在逐渐增加。研究结果有助于深入了解云南主要poleroviruses的种类、分布情况以及它们的发生趋势,为综合防控poleroviruses侵染引起的植物病害提供了参考。

本研究采用平板对峙培养、鉴别寄主灌根接种和微卫星分子标记等方法,对2019和2020年采集自重庆市的66株辣椒疫霉(Phytophthora capsici)进行交配型、生理小种组成和群体遗传多样性分析。交配型检测结果显示A1交配型有13株,A2交配型有53株。生理小种鉴定结果显示42株P. capsici中有11株race1、28株race2、1株race3和2株race6(超级毒性小种)。利用6个已报道的微卫星分子标记位点对所有P. capsici菌株进行群体变异分析,共计获得59个不同的基因型;来自重庆地区11个P. capsici地理群体的有效等位基因数Ne为1.786~2.881,期望杂合度He为0.352~0.577,Shannon-Wiener指数H为1.242~2.079,多态标记百分率为83.33%~100%,群体之间的基因交流频繁(Nm=0.133~7.680),总群体的遗传分化处于中等水平(F_ST=0.113)。以上结果表明P. capsici在重庆各区县的遗传变异程度不同,总群体内杂合子过剩,具有丰富的遗传多样性。各地理群体的交配型组成、固定系数以及Hardy-Weinberg平衡和连锁不平衡检验提示重庆地区P. capsici可能同时存在无性和有性繁殖。AMOVA分析结果显示遗传变异主要来自群体内部。主成分分析(DAPC)表明重庆地区P. capsici菌株间存在明显差异,可划分为2个类群。Structure分析显示重庆地区P. capsici可能来自两个不同的祖先群体。上述有关重庆地区P. capsici有性生殖、生理小种组成和群体遗传结构等方面的研究结果为该地区辣椒疫病的防控奠定了基础。

由致病疫霉(Phytophthora infestans)引起的晚疫病严重危害番茄的产量和品质。番茄对晚疫病存在阶段性抗性,但具体抗性机制尚不清楚。本研究以番茄品种“小汤姆”为供试材料,发现该品种幼苗期(株龄4周)比成株期(株龄8周)更抗晚疫病。利用RNA测序和实时荧光定量PCR技术富集并验证了幼苗期番茄茉莉酸(Jasmonic acid, JA)生物合成途径中AOS1、AOS2和AOC等基因的转录水平显著高于成株期植株。植物激素检测结果也显示,番茄叶片中JA含量在幼苗期显著高于成株期。在本生烟叶片中瞬时表达AOS1、AOS2、AOC等基因均增强了烟草对晚疫病的抗性,表明这些JA合成相关基因的表达水平和植物对晚疫病的抗性水平之间呈正相关。体外喷施茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate,MeJA)能提高番茄植株对晚疫病的抗性,而喷施JA合成抑制剂DIECA则使番茄更感晚疫病,进一步证明了JA正向调控番茄对晚疫病的抗性。上述结果表明,JA合成相关基因的差异表达在番茄对晚疫病的阶段性抗性中发挥着重要作用。本研究为利用阶段性抗性防治番茄晚疫病提供了重要依据。

富含亮氨酸重复序列类受体蛋白激酶 (leucine-rich repeat receptor-like protein kinase, LRR-RLK)在植物抵抗病原菌侵染过程中发挥着重要作用。为了明确谷子LRR-RLK基因家族的基本特征,以及该家族成员在谷子对抗白发病菌(Sclerospora graminicola)中的作用,本研究利用生物信息学方法对谷子LRR-RLK基因家族进行了鉴定和分类,对其进化模式、序列特征、基因结构、启动子序列和表达模式进行了分析。进一步利用谷子抗病和感病品种受S. graminicola侵染后3个不同生育期的转录组数据,采用加权基因共表达网络分析(the weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)方法,对抗病基因共表达模块和核心基因进行鉴定。结果表明,LRR-RLK家族基因在谷子9条染色体上呈现不均匀分布;对谷子和拟南芥LRR-RLK类基因进行系统进化分析,发现这些基因主要分为4类;多数基因编码的激酶蛋白的结构域相对保守,其启动子区包含防御和应激反应、分生组织表达相关的多种顺式作用元件,表明这些基因可能受多种因子调控;利用 WGCNA 构建与抗病相关的基因共表达网络,共鉴定到 44个基因共表达模块,其中3 个为抗病相关的特异性模块(Turquoise、Blue 和Yellow) ,从中发掘到12个核心基因,功能注释结果表明这些基因参与植物抗病调控;从中选取6个基因 (Seita.9G413000、Seita.9G296000、Seita.9G557200、Seita.9G493600、Seita.3G241700 和Seita.9G163200),利用RT-qPCR分析其表达量,证实了这些基因在S. graminicola侵染的不同时期被诱导表达,推测这些基因可能在谷子抵抗谷子白发病的过程中起着重要作用。研究结果为揭示谷子抗白发病的分子机制提供了参考。

以假禾谷镰刀菌(Fusarium pseudograminearum)为主要病原引起的茎基腐病是小麦生产中的一种重要病害。为了建立一种快速、可靠的针对假禾谷镰刀菌的检测方法,本研究基于RPB序列设计了一对特异性PCR引物(Fpg-F1/R2),并通过实时荧光定量PCR(qPCR)验证了该引物的有效性。结果表明,该引物对假禾谷镰刀菌具有较高的特异性,DNA检测灵敏度为100 pg。基于引物Fpg-F1/R2建立的qPCR检测系统可用于假禾谷镰刀菌的早期快速检测,其扩增效率为87.5%,相关系数为0.99。此外,利用该检测系统确定了土壤中假禾谷镰刀菌引致病害发生的含量阈值,发现当该菌在田间土壤中含量大于213 pg·g^-1时可引发小麦茎基腐病。本研究建立的基于qPCR的假禾谷镰刀菌检测方法具有较高的特异性和灵敏度,可用于发病组织和田间土壤中该病菌的早期、快速检测。

2022年5月,在石家庄市农林科学研究院的颠茄试验田中发生了一种由颠茄茎基部腐烂引起整株死亡的新病害。为有效了解和防治该病害,本研究针对该病害开展了病原分离鉴定、病原生物学特性研究和防治药剂室内筛选试验。通过形态特征鉴定和rDNA-ITS序列分析以及柯赫氏法则回接试验,将该病害鉴定为由瓜果腐霉(Pythium aphanidermatum (Eds) Fitzp.)引起的颠茄茎基腐病,为国内首次报道。生物学特性研究表明,该病原菌菌丝生长、孢子囊产生、卵孢子形成的最适温度分别为35 ℃、25~35 ℃和35 ℃;最适pH分别为7.0~9.0、7.0~8.0和10.0;同时明确了其最适光照条件和培养基;瓜果腐霉菌丝生长和孢子囊产生的最适碳源分别为可溶性淀粉和葡萄糖,最适氮源分别为硝酸铵和脲。选用9种常用化学杀菌剂和1种微生物杀菌剂对P. aphanidermatum进行室内毒力测定,结果表明:35%精甲霜灵FS、250 g·L^-1嘧菌酯SC、98%噁霉灵SP和100 g·L^-1氰霜唑SC对瓜果腐霉菌丝的生长具有较明显的抑制作用,EC₅₀值分别为1.619、2.069、37.463和49.484 μg·mL^-1,为指导生产上颠茄茎基腐病合理用药提供了一定的理论依据。

稻瘟病菌在田间具有丰富的多态性。在辽宁省5个粳稻主产区采集并分离了336株稻瘟菌单孢菌株,并对其交配型分布和育性能力差异进行了检测,分析稻瘟病菌的变异机制。通过PCR技术检测交配型,发现所有供试菌株均属于单一交配型MAT1-2,群体遗传中出现了显著的交配型偏离现象。采用对峙培养杂交法,与标准菌株P9(MAT1-1)配对检测育性能力,发现所有供试菌株的平均可育性菌株比例为37.50%,平均形成子囊壳38.8个,可育菌株比例整体偏低,存在地域性分布规律,稻瘟病菌群体育性可能受积温影响。本研究首次明确了辽宁省稻瘟菌交配型分布和育性能力地域性差异。鉴于交配型的单一和可育菌株的缺乏,辽宁省粳稻主产区田间流行的稻瘟菌多是无性繁殖构成群体。

束红球菌(Rhodococcus fascians)是一种能引起植物病害的革兰氏阳性放线菌,寄主范围广泛。其致病菌株能导致植物形成叶瘿、丛簇、扁茎等异常组织,危害植物生长,甚至导致植物丧失经济价值。该菌属鉴定分类复杂,其引起的病症又与其他病原菌相似,导致国内相关研究甚少。本文综述了束红球菌的分类学地位、生物学特性、致病机制、病害症状、分离鉴定方法、传播途径和防治措施,以期为植物叶瘿病原束红球菌相关研究及精准防控提供参考。

甘蔗镰孢菌(Fusarium sacchari)是引致甘蔗梢腐病的主要病原真菌之一。为明确F. sacchari中金属蛋白酶(metalloproteinase)类效应蛋白的功能,本研究前期利用F. sacchari基因组数据对其具有分泌性的金属蛋白酶基因进行预测,从中扩增得到一个锌依赖型金属蛋白酶类效应蛋白基因Fs03538,并对其功能进行了初步研究。结果显示:Fs03538含有一个典型的锌依赖型金属蛋白酶结构域(ZnMc super family),蛋白质N端的1-18个氨基酸序列含有特定的分泌信号序列,亚细胞定位显示Fs03538能够定位于植物细胞核中;qRT-PCR分析表明Fs03538在甘蔗镰孢菌侵染甘蔗12 h到达最高峰值,之后表达量持续维持在较高水平;根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的烟草瞬时表达系统确定Fs03538可以抑制小鼠促凋亡蛋白BAX引起的烟草细胞坏死,在F. sacchari中敲除Fs03538后发现突变体在生长速度、产孢量与野生型无明显差异,但致病力显著下降。以上结果表明,Fs03538在F. sacchari入侵寄主的过程中高量表达,可能通过进入寄主细胞核中抑制寄主免疫响应,是F. sacchari重要的毒力因子。

Viral diseases in cucumber in Qudi are more and more serious in recent years. To detect and identify the main viruses, the plant samples of cucumber were collected from Qudi town, Jiyang district, and next-gene-ration sequencing technology (NGS), RT-PCR amplification and analysis of viral genome sequences were carried out. The results showed that the viruses infecting cucumber in the spring were cucumber green mottle mosaic virus (CGMMV) and watermelon silver mottle virus (WSMoV). Besides CGMMV and WSMoV, cucumber plants in the autumn were also infected with zucchini yellow mosaic virus (ZYMV). The detection rates of CGMMV, WSMoV and ZYMV by RT-PCR were 68.2%, 45.5% and 50.0%, respectively, and the detection rate of complex infection was 50%. Genetic sequence analysis revealed that the coat protein (CP) gene sequence of CGMMV [JY2-6 (GenBank accession number: OR591512) isolated in this study was similar to the sequence of CGMMV [SDRZ (GenBank accession number: KX185151)] isolated from cucumber in Rizhao, and the identity was 100%. The nucleocapsid (N) gene sequence of WSMoV [JY2-4 (GenBank accession number: OR591517) isolated in this study was similar to the sequence of WSMoV [W6412 (GenBank accession number: AM113765)] isolated from watermelon in Thailand, and the identity was 99.1%. The CP gene sequence of ZYMV [JY2-7 (GenBank accession number: OR591522) isolated in this study was similar to the sequence of ZYMV [Yaz.Ashk.S.Z (GenBank accession number: KX495623)] isolated from cucumber in Iran, and the identity was 97%. This study demonstrated that the cucumber in Qudi was mainly infected by CGMMV, WSMoV and ZYMV, and complex infection was also common. This study provided a basis for virus prevention of cucumber in Qudi.

In recent years, apple diaporthe neck and root rot has become one of the most important limiting factors for the development of apple production in Yunnan Province. In this study, the typical disease samples were collected and the fungal isolate M2g7-1 was obtained by tissue separation approach. The purified culture M2g7-1 was preliminary determined belonging to Diaporthe spp. based on the morphological features of colony, pycnidia, cirrus, two forms of conidia. The pathogenicity of M2g7-1 was further validated on apple young branches to fulfill the Koch's law. The taxonomic of pathogen M2g7-1 has been further determined with combining molecular phylogenetics. The phylogenetic tree was created with the data set of sequences from the internal transcribed spacer (ITS) of ribosomal DNA, the histone H3 (HIS) gene, the translation elongation factor 1-alpha (TEF) gene, and the beta-tubulin (TUB) gene. Based on morphological and molecular biology analysis, the pathogen M2g7-1 was finally identified as Diaporthe eres. This is the first report of D. eres as the pathogen of apple diaporthe neck and root rot. The research results provide a theoretical basis for the epidemic research and comprehensive control of this disease.

为探究黄精轮作后对三七连作土壤微生物群落的影响,评估轮作及自然休耕两种方式的修复能力。本研究以三七二年连作土壤为对象,在三七连作后种植二年黄精,并以同等条件土壤休耕后再复种三七,基于微生物组学结合生信分析技术研究黄精轮作对三七连作土壤微生物结构组成及菌群变化的影响。结果显示:黄精轮作后复种三七一年存苗率可达88.33%,显著高于休耕处理;三七根腐发病率均低于20%,但相较于休耕处理差异不显著。黄精轮作后土壤真菌及细菌多样性均显著降低(P＜0.01),主坐标分析结果表明:轮作能显著影响三七连作土壤真菌及细菌β多样性(P＜0.001);轮作能显著增加子囊菌门相对丰度,降低担子菌门、被孢霉门真菌相对丰度,轮作后细菌厚壁菌门、芽单胞菌门相对丰度显著增加,绿弯菌门、不动杆菌门、拟杆菌门等显著降低。LEfSe结果表明,黄精轮作后三七根腐病病原菌镰刀菌属、Ilyonectria等真菌显著降低;芽孢杆菌属、芽单胞菌属、溶杆菌属、类芽胞杆菌属等重要细菌属显著增加。根际土壤微生物真菌主要以腐生、病理以及混合营养模式为主,经黄精轮作处理后,植物病原物真菌丰度下降,致病菌的占比有所下调,与病害有关的微生物下降,同时黄精轮作后细菌L-缬氨酸生物合成途径、L-异亮氨酸生物合成I(来自苏氨酸)途径、L-异亮氨酸生物合成II、有氧呼吸I(细胞色素C)途径显著降低。利用黄精轮作能够改善土壤微生物,对缓解三七连作障碍具有一定潜力。

桃枝枯病主要由桃间座壳菌(Diaporthe amygdali, 无性态为Phomopsis amygdali)侵染引发,是我国南方各桃主产区最重要的真菌病害之一。该病害严重制约了我国南方桃产业发展,给桃农带来了巨大的经济损失。本文综述了桃枝枯病的发生历史、分布及危害、病原及生物学特性、病害循环和发病规律、病害检测、综合防控等方面的研究进展,对潜在问题进行了分析,并对未来研究方向进行了展望,以期为该病害的深入研究提供参考。

假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum)引起的小麦茎基腐病在我国发生日益严重,已对我国小麦的产量和品质造成了严重影响。Sey1属于RHD3(Root hair defective 3)家族,其编码的类动力蛋白GTPase参与内质网的融合,而内质网参与多种病原真菌脱氧雪腐镰刀菌醇(DON)的合成,但在假禾谷镰孢中还没有相关报道。本研究对假禾谷镰孢Sey1蛋白(FpSey1)进行了亚细胞定位,发现FpSey1定位于内质网上。通过PEG介导原生质体转化和Southern杂交筛选获得了FpSEY1基因敲除突变体ΔFpSey1及其回补菌株。同野生型菌株相比,敲除突变体ΔFpSey1的菌丝生长速率、分生孢子产量以及DON合成相关基因(TRI1、TRI5、TRI10)的表达量均显著下降,在小麦胚芽鞘和大麦叶片上形成的病斑明显变小,且ΔFpSey1突变体对盐胁迫和过氧化氢(H₂O₂)敏感,但对二硫苏糖醇(DTT)耐受。上述结果表明,FpSey1参与菌丝生长、产孢和致病力形成,在假禾谷镰孢生长和侵染阶段发挥着重要作用。

近年来,由禾谷镰孢(Fusarium graminearum)侵染引起的小麦赤霉病、玉米茎腐病和穗腐病频繁发生,造成严重的农作物产量损失。为了解禾谷镰孢的遗传多样性以及挖掘其致病相关基因,本研究利用单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)技术,对93份来自世界不同地区的禾谷镰孢进行群体遗传分析和选择消除分析。利用基因组分析工具箱(Genome Analysis Toolkit 4,GATK4)对这些禾谷镰孢的全基因组重测序数据进行处理,获得了3,817,652个SNP标记。基于SNP获得的系统发育树、主成分分析(PCA)及群体遗传结构分析结果,将这些禾谷镰孢分为3个类群。基于选择性降低,对类群1和类群2进行选择消除分析,结果发现类群1受到的选择压力更大。在群体多态性(θπ)和群体分化指数(Fst)两者交集的前5%区域确定了70个受选择区域,依据基因组位置信息获得了76个蛋白编码基因。进一步通过KEGG通路富集分析,以及候选基因在禾谷镰孢-寄主植物互作过程中的转录水平分析,初步确定了其中8个基因(FGSG_05447、FGSG_05610、FGSG_10272、FGSG_10313、FGSG_01353、FGSG_05545、FGSG_10858和FGSG_12745)与禾谷镰孢的致病性密切相关。研究结果为揭示禾谷镰孢致病机理以及小麦和玉米相应抗性品种的选育奠定了基础。

为明确藜麦炭疽病的病原种类及其生物学特性,筛选适于防治该病害的化学药剂,采用组织分离法获得代表性菌株LMTJ,并依据柯赫氏法则验证其为藜麦炭疽病的病原菌。结合病原菌的形态学特征以及ACT、CHS-1、GAPDH、ITS和TUB2多基因系统发育分析结果,确定引起藜麦炭疽病的病原菌为菠菜刺盘孢菌(Colletotrichum spinaciae)。生物学特性研究结果表明,C. spinaciae LMTJ菌株在以淀粉为碳源、蛋白胨为氮源、20~25 ℃、pH6.0~7.0条件下菌丝生长最快,而在以蔗糖为碳源、硝酸钠为氮源、20~25 ℃、pH6.0条件下产孢最多。毒力测定结果表明,参试的5种药剂均能抑制LMTJ菌株的菌丝生长,其中92.8%异菌脲抑制作用较强,EC₅₀值为2.7654 mg·L^-1。本研究为藜麦炭疽病的诊断与防治提供了科学依据。

In this study, the fungal strain LD-11 was isolated from the infected plant of Lonicera caerulea (cv Lanjingling) collected in the horticulture experimental station of Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang Province. The strain was identified as Epicoccum nigrum by morphology, rDNA-ITS, LSU, TUB, RPB2 gene sequence amplification and phylogenetic tree construction. The experimental results showed that E. nigrum LD-11 could grow on PDA, OA and MEA medium. The optimal culture medium was OA, and the optimal culture conditions were growth temperature of 25 ℃, pH 6, carbon source is starch and nitrogen source is yeast extract, and full light conditions were conducive to mycelial growth. This study is the first time to isolate and identify E. nigrum, the pathogen of leaf spot disease in L. caerulea, which will provide an important source of pathogenic fungi for future research on control of plant disease.

象耳豆根结线虫(Meloidogyne enterolobii)具有致病性强、寄主范围广以及扩散迅速等特点,可对作物造成毁灭性危害。为深入解析M. enterolobii的致病机理,本研究以前期转录组数据为基础,以筛选出的番茄根系组织中受M. enterolobii侵染诱导的上调表达基因T106为研究对象,通过RACE技术获得其全长cDNA(423 bp),同源比对和结构模型预测结果显示该基因编码类防御素蛋白。利用TRV病毒诱导的基因沉默技术沉默番茄植株中的T106基因,再对T106沉默和未沉默的植株接种M. enterolobii,观察线虫在番茄根系中的发育情况以及线虫诱导产生的巨型细胞的发育情况,测定根结百分率和线虫产卵量。结果表明,构建的沉默载体能够有效沉默番茄T106基因,沉默效率达85%;沉默植株根结百分率无显著减少,但根结内M. enterolobii的发育受到抑制,产卵量与对照相比减少了79.3%;同时观察到巨型细胞面积相比T106未沉默的对照植株,在各个侵染时期也均有减小。综上所述,T106可能是M. enterolobii靶向的感病基因。挖掘线虫靶向的植物感病基因对于寻找持久抗线虫病的新途径具有重要意义。

In 2021, typical leaf samples of Rosa chinensis black spot disease were collected from the South Tropical Garden in Kunming, Yunnan Province, China, and a strains were obtained by tissue isolation method. According to Koch's rule, morphological characteristics and phylogenetic analysis of ITS, TEF1 and TUB gene sequences, the pathogen was identified as Gnomoniopsis rosae. This is the first report that G. rosae caused R. chinensis black spot disease in China.

由灰葡萄孢(Botrytis cinerea)引起的灰霉病害可造成农作物严重减产,而分泌蛋白在灰葡萄孢的侵染过程中起着重要作用。但迄今为止,对灰葡萄孢分泌蛋白功能和作用机理的研究仍有待进一步的深入。本研究从灰葡萄孢侵染时期的分泌蛋白组中筛选到1个分泌蛋白BcSGP1,该基因在灰葡萄孢侵染期上调表达。将BcSGP1基因敲除后,基因敲除转化子的致病力降低,但生长速度、产孢量和抗逆性没有变化。通过农杆菌注射法在本氏烟草叶片中瞬时表达BcSGP1后能引起叶片坏死,并且其诱导植物坏死的活性依赖于植物中的类受体激酶BAK1,但不依赖于类受体激酶SOBIR1。此外,BcSGP1还能诱导植物对灰葡萄孢的抗病性。以上结果表明,BcSGP1是一个致病相关分泌蛋白,并参与诱导植物的抗性,在灰葡萄孢与植物互作中起着重要作用。研究结果增强了对灰葡萄孢致病机制的理解,为灰霉病害的有效防治提供理论依据和基因资源。

含PilZ结构域蛋白是目前最大的一类c-di-GMP受体,但该类受体在猕猴桃溃疡病菌(Pseudomonas syringae pv. actinidiae, Psa)中的功能及其作用机制都未见报道,揭示其在Psa中的功能及调控机制,为猕猴桃溃疡病的防治提供新思路。首先对Psa M228进行全基因组分析及序列比对,对PilZ结构域蛋白进行鉴定及c-di-GMP结合保守位点分析;同源重组法构建单基因缺失突变体,叶盘真空渗透、软琼脂平板和生长曲线测定法分别测定突变体与野生型的致病力、运动性及生长速率差异;qRT-PCR测定T3SS和鞭毛相关基因的转录量分析PSA_2195是否对Psa的致病力和运动性存在转录调控。结果显示Psa M228中共有8个含PilZ结构域蛋白,其中PSA_2195和PSA_1975没有与c-di-GMP结合的保守基序RxxxR和(D/N)xSxxG。8个含PilZ结构域蛋白存在功能分化,与野生型M228相比,ΔPsa_1116、ΔPsa_2195、ΔPsa_2203、ΔPsa_762、ΔPsa_4490和ΔPsa_4763的致病力显著减弱,ΔPsa_2195、ΔPsa_762、ΔPsa_1116和ΔPsa_3989的泳动和群集运动能力显著减弱,生长速率之间没明显差异。其中,PSA_2195通过在转录水平上调控鞭毛合成、T3SS等相关基因影响Psa的运动性和致病性。总而言之,本研究对Psa M228中的8个含PilZ结构域蛋白功能进行了系统研究,并重点揭示了PSA_2195调控运动性和致病性的分子机制。

水稻是世界上重要的粮食作物。虽然针对水稻上为害严重的稻瘟病和白叶枯病,目前已克隆并鉴定了一些抗病基因,但相应的抗病资源依旧匮乏。本研究发现乙烯途径转录因子OsEIL4参与调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性反应。通过实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR, qPCR)检测发现OsEIL4基因在稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)和白叶枯菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)侵染时均诱导表达。所构建OsEIL4转基因水稻植株的抗病性分析结果显示,相比于野生型材料,OsEIL4基因编辑(OsEIL4敲除)和基因沉默水稻植株对这两种病原菌的抗性减弱,而OsEIL4过表达植株对二者的抗性增强。此外,qPCR检测发现,乙烯信号通路标记基因和防御基因OsPR1a和OsPR5在OsEIL4基因编辑稻株中下调表达,而在OsEIL4过表达稻株中上调表达,表明OsEIL4作为乙烯途径的正调控因子可通过调控防御基因表达介导水稻抗病性。亚细胞定位和酵母单杂交结果表明OsEIL4具有转录因子的特性,预示其可能通过行使转录调控功能参与水稻免疫反应。本研究挖掘到了一个具有广谱抗性的基因资源,将为水稻抗病分子育种提供新思路。

稻曲病菌(Villosiclava virens)可侵染水稻引发稻曲病,目前对于V. virens是以菌核还是厚垣孢子越冬存在争议。2021和2022年,浙江省杭州市萧山区的一处稻田均发生了较严重的稻曲病。本研究于2021年10月—2022年11月对该稻田中V. virens的菌核和厚垣孢子进行持续监测,并检测了厚垣孢子的萌发能力,以明确V. virens的越冬方式。结果显示,5次采集的稻田土样(每次在田埂和田内分别随机选取9个采样点),除2022年1月和5月从田埂采样点采集的土壤样品中未镜检观察到厚垣孢子外,其余都至少有1个采样点的土样可镜检到厚垣孢子。进一步利用巢式PCR进行分子检测,所有田内和田埂采样点中,都至少有1个采样点的土样可检测到V. virens。23 ℃和4 ℃条件下稻曲球厚垣孢子的存活期分别约为7和13个月。4 ℃条件下保存6个月后,土样中的厚垣孢子仍有萌发能力。2021年10月—2022年10月经田间调查以及对采集的土样进行镜检,均未发现菌核,仅于2022年11月9日从稻曲球上检查到菌核,菌核携带率仅为3.14%。因此,判断本研究采样的稻田2021年V. virens以厚垣孢子形式在土壤中越冬,并作为主要初侵染源引发次年的稻曲病。

炭疽病是大豆生产上一种常见的真菌病害,不但影响大豆产量,而且严重影响籽粒活力、鲜豆荚的外观和食用品质。本研究从江苏省徐州市大豆产区采集大豆炭疽病病样,经过组织分离和纯化,从同一株大豆病株的茎秆上获得4株真菌分离物XZ-1~XZ-4。根据分离物的形态学特征以及基于ITS-TUB2多基因序列的系统发育分析结果,将分离物XZ-1和XZ-2菌株鉴定为平头炭疽菌(Colletotrichum truncatum),将XZ-3和XZ-4菌株分别鉴定为层出镰刀菌(Fusarium proliferatum)和木贼镰刀菌(Fusarium equiseti)。致病性测定结果表明这4种真菌均为致病菌,说明田间存在炭疽菌和镰刀菌复合侵染的现象。采用两种接种方法(离体豆荚菌丝液接种法、黄化苗下胚轴菌丝块接种法)分别对56个大豆材料的抗炭疽病性进行鉴定,结果显示:这两种接种方法的病情指数虽略有差异,但对大豆材料抗、感炭疽病的等级划分基本为同一类型,匹配率达92.9%;供试的56个大豆品种(系)中有3个表现抗病,19个表现中抗,未发现高抗和免疫品种,抗病材料占比39.3%。本研究从多种病菌复合侵染的大豆茎秆中成功分离到了具有较强毒力的大豆炭疽病菌,并通过改良豆荚接种方法和新设计的黄化苗下胚轴接种方法,快速准确地对不同大豆材料进行了抗炭疽病评价,筛选出部分大豆抗病品种(系),为抗病亲本的筛选和利用以及抗大豆炭疽病基因的发掘奠定了基础。

果胶杆菌属(Pectobacterium)是导致全球农作物经济损失的重要病原细菌之一,抗生素抗性菌株的产生加大了该病害的防控难度。本研究以不同寄主植物分离获得的果胶杆菌为材料,利用平板分析,获得一株野外形成的链霉素抗性菌株。通过基因组测序及比较基因组研究,明确其分类地位,并预测链霉素抗性基因。研究表明,自不同寄主分离的8个菌株中,云南黄花马蹄莲发病株获得的NJAU2,对链霉素存在高度抗性。NJAU2基因组总长5 062 459 bp,GC含量51.83%,N50长度306 378 bp,共有4 568个编码基因。基于果胶杆菌8个管家基因(fliA、fusA、glyA、gyrB、purA、rpoA、rpoS和secY)的MLSA多位点序列分析结果显示NJAU2与标准菌株P. aroidearum SCRI 109^T及已报道的菌株P. aroidearum PC1聚类在同一个分支,该结果与基于16S rRNA基因序列构建的系统发育关系一致,进一步NJAU2与各果胶杆菌的平均核苷酸一致性(ANI)、DNA-DNA杂交(isDDH)分析也支持这一结果。为此,将自然形成的链霉素耐性菌株NJAU2归属于果胶杆菌的新种:Pectobacterium aroidearum,命名为Pectobacterium aroidearum NJAU2。NJAU2的基因组中携带编码链霉素耐药基因集。抗生素耐药性综合数据库(CARD)比对发现NJAU2含有与7类耐药相关的328个耐药基因。此外,NJAU2基因组注释表明:其含有15个编码氨基糖苷类抗生素抗性基因,其中与链霉素抗性相关的基因有rpsL和gidB。马蹄莲软腐病病原菌NJAU2的发现,为果胶杆菌在链霉素抗性方向的研究提供了新材料。

为开展河南省山药病毒种类及遗传变异的系统性研究,通过高通量测序(high-throughput sequencing)和RT-PCR检测疑似病毒病的山药样品188份,结果表明从山药样品中检测出5种病毒:日本山药花叶病毒(Japanese yam mosaic virus, JYMV)、油菜花叶病毒(youcai mosaic virus,YoMV)、山药潜隐病毒(yam latent virus, YLV)、蚕豆萎蔫病毒 2(broad bean wilt virus 2, BBWV 2)和淮山药黄斑花叶病毒(yam yellow spot mosaic virus, YYSMV)。JYMV、YoMV、YYSMV、 BBWV 2 和YLV的检出率分别为94.15%、87.23%、68.09%、42.02%和29.79%,其中98.94%的山药样品都存在复合侵染现象。本研究统计188份样品中共有20种复合侵染类型,其中JYMV+YYSMV+YoMV是主要复合侵染类型,检出率是26.60%。序列分析结果表明,YoMV和JYMV较保守,其次是YYSMV,YLV和BBWV 2变异较大,遗传进化树分析结果表明本研究获得的分离物与同一地区的分离物亲缘关系较近。同时HTS分析结果表明在山药上检测到其他未明确分类地位的病毒种类,因此后续还需全面系统地对河南省山药病毒的种类开展研究。

Foxtail millet (Setaria italica (L.) Beauv.), a novel model species in C₄ gramineae crops, plays a principal role in food security in Africa and Asia and in the adjustment of the crop planting structure in China. It is sensitive to continuous cropping, which is a serious constraint to the production and the quality. Root rot di-sease is typical for the diseased foxtail millet in continuous cropping fields. In this study, a fungus was obtained from the rotten root millet samples and grouped according to their colony morphology, namely, YDSi-1, YDSi-2 and YDSi-3. According to pathogenic tests fulfilling the Koch’s postulate, YDSi-3 showed a strong pathogenicity for root rot of foxtail millet. Based on morphological and molecular identification, YDSi-3 was identified as Fusarium oxysporum. This is the first report of F. oxysporum causing root rot of foxtail millet in China, and will provide a theoretical basis and technical support for the control on the continuous cropping of foxtail millet in the future.

Citrus is one of the most important fruits in China and is cultivated extensively in southern China. Fusarium fujikuroi has been reported to cause diseases on various plants excluding citrus worldwide. In this study, by using tissue separation method, 23 Fusarium-like isolates were isolated from diseased citrus leaves from eight different citrus planting areas in Hubei province. STJ-4 was selected as a representative isolate for further analysis, which included analyses of morphological characteristics, partial sequences of ITS, EF-1α, and RPB1 genes, phylogenetic trees based on the three genes and pathogenicity. Results showed that the STJ-4 isolate was identified as F. fujikuroi, which is the first report of F. fujikuroi causing leaf rot disease on citrus. Our study is important for developing the prevention strategies against F. fujikuroi in the future.

番茄褐色皱纹果病毒(tomato brown rugose fruit virus,ToBRFV)近年来在全球番茄产区快速发生蔓延,造成严重的经济损失。云南建水番茄上出现疑似ToBRFV感染的症状,并对周边番茄产区产生危害。本研究对云南建水田间疑似ToBRFV感染的番茄果实样品进行电子显微镜观察及RT-PCR检测鉴定,并进一步对分离株进行全基因组测序分析,构建系统进化树分析其与其它ToBRFV分离株的进化关系。结果表明,从感病的番茄果实上发现杆状病毒粒体,大小约18 nm×300 nm,具有烟草花叶病毒属病毒的典型形态特征;用ToBRFV特异性检测引物进行RT-PCR扩增得到591 bp目的片段,经NCBI blast比对,与ToBRFV具有最高一致率(达99%以上),将该分离株命名为ToBRFV-2022-JS(GenBank登录号:OR593752)。测序发现ToBRFV-2022-JS基因组全长6 386 nt,具有4个ORFs,分别编码126 kDa和183 kDa复制酶,30 kDa运动蛋白MP和17.5 kDa外壳蛋白CP。进化树分析显示该分离株与ToBRFV银川分离株(GenBank登录号:OR500698.1)的亲缘关系最近,核苷酸序列一致率为99.73%。上述结果表明云南建水番茄果实受到ToBRFV感染。该结果为ToBRFV在云南番茄产区的监测与防控提供了依据。

茄腐镰孢菌(Fusarium solani)寄主范围广泛,可引发生产上的毁灭性病害—根腐病。分泌蛋白在病原菌对植物的侵入、定殖和扩展等致病过程中起着重要作用,本研究利用SignalP、TMHMM、WoLF PSORT和PredGPI等软件对F. solani全基因组编码的17654条蛋白序列进行了分泌蛋白和效应子的预测分析,结果表明:F. solani基因组中有1032个分泌蛋白基因,占编码蛋白基因总数的5.85%。进一步利用dbCAN3等软件对经典分泌蛋白中的碳水化合物活性酶 (Carbohydrate-active enzymes, CAZymes) 进行预测,发现其中258个为CAZymes,以糖苷水解酶亚家族成员最多。分泌蛋白中效应蛋白(effector)的预测结果表明,F. solani中有185个潜在的效应蛋白,其中183个蛋白的功能可被PHI数据库注释到。利用农杆菌介导的植物瞬时表达系统,在本氏烟中对其中5个注释为增加F. solani毒力的效应蛋白进行验证,发现其中2个候选效应蛋白(XP_046140852.1 和XP_046131041.1)能够抑制由Bcl2关联X蛋白BAX (BCL2-associated X protein) 引起的细胞程序性死亡,可能在F. solani侵染致病过程中起重要作用。研究结果有助于揭示F. solani的致病分子机制,同时为F. solani与植物互作的深入研究提供了理论依据。

由链核盘菌引起的褐腐病严重危害核果和仁果类水果的生产,极大影响我国水果的远距离销售与出口。基于对实生链核盘菌(Monilinia fructicola)基因组学和侵染早期转录组学分析,筛选到MfHMG5和MfHMG6基因在桃褐腐病菌侵染早期各时间段的表达量变化趋势相同,都在侵染1 h后显著下降,而后逐渐上升。为阐明两者的生物学功能,对MfHMG5的敲除和过表达转化子,MfHMG6的敲除和回补转化子的表型进行观察,发现MfHMG5基因的缺失和过量表达都降低褐腐病菌的生长速率和产孢能力,但不影响其致病力。MfHMG6基因的缺失降低了褐腐病菌的生长速率、致病力和产孢能力,且导致MfHMG5基因的表达量升高。本研究结果说明MfHMG5和MfHMG6参与调控桃褐腐病菌的生长与致病。