摘要：由小麥孢囊線蟲引起的小麥孢囊線蟲病發生分布范圍廣，防治困難，嚴重危害我國小麥生產。在我國危害小麥的孢囊線蟲主要包括禾谷孢囊線蟲(Heteroderaavenae)和菲利普孢囊線蟲(.filipjevi)。種植抗病小麥品種是防治小麥孢囊線蟲病最經濟有效的措施，近10年來，我國科學家制定了小麥孢囊線蟲抗性評價標準，測試了我國主推小麥品種和部分引進種質資源對小麥孢囊線蟲的抗感性，鑒定到太空號、新麥11、VP1620、和Madsen等抗小麥孢囊線蟲的優良材料利用抗源創制了一系列的抗小麥孢囊線蟲種質材料，從組織細胞學、基因組和轉錄組等解析了小麥抗孢囊線蟲的機制。本文主要從小麥孢囊線蟲致病型分化、抗性評價、抗性基因鑒定、抗性機制解析和抗病基因利用等方面進行綜述。

　　關鍵詞：小麥孢囊線蟲;抗性基因;組織細胞學;寄主植物介導的基因沉默;基因編輯

　　小麥孢囊線蟲(cerealcystnematode，CCN)病已成為我國小麥生產上一種重要病害，罹病小麥一般表現為植株瘦小，黃化矮化，分蘗較少或不分蘗，麥苗稀疏，與缺肥、缺水等營養不良癥狀相似，根部表現為主根嚴重退化，側根叢生、增多，通常呈“鋼絲球”狀，在小麥的抽穗期和揚花期，根部形成的白色孢囊清晰可見[1]。目前小麥孢囊線蟲病已在河南、河北、山東、安徽等16個省份均有發生分布，常年發生面積6000多萬畝2]，平均減產高達120萬噸，經濟危害損失超過19億人民幣，嚴重危害我國小麥的安全生產。在我國，引起小麥孢囊線蟲病的病原主要包括禾谷孢囊線蟲(Heteroderaavenae)和菲利普孢囊線蟲(filipjevi)[3,。菲利普孢囊線蟲侵染周期長、致病毒力強，對小麥的危害損失較禾谷孢囊線蟲更為嚴重。

　　農作物種植論文投稿刊物：《小麥研究》論文范文參考 原名《山西小麥通訊》，由山西省農科院小麥研究所主管主辦。

　　在田間，兩種孢囊線蟲還常混合發生、復合侵染小麥6]，侵染造成的傷口有利于其他土傳病害病原物的協同侵染，加重其他土傳病害的危害和發生程度。種植對小麥孢囊線蟲抗病的品種是防控小麥孢囊線蟲病害最經濟有效的措施，然而，我國小麥主推品種對小麥孢囊線蟲大多表現為感病或高感，并且小麥孢囊線蟲致病型分化嚴重，利用抗性品種防控小麥孢囊線蟲病害仍受到限制。截止目前，在小麥孢囊線蟲致病型鑒定、抗性評價、抗性基因鑒定、抗性機制解析和以及抗病育種方面都取得了豐碩的進展。

　　1致病型分化和CCN抗性評價

　　CN的致病型最早是由Andersen用來區分歐洲國家不同群體禾谷孢囊線蟲的致病力(株系)。之后，Andersen等提出用致病型代替小麥禾谷孢囊線蟲小種或株系的概念來避免這種混亂的命名體系，并重新修訂整理了一套包含大麥、燕麥、小麥等不同抗性基因的鑒定群體，被全世界普遍采納。世界各地CCN的致病型存在較大差異，甚至在很多國家的同一地區存在多種致病型。

　　Rivoal和Cook推斷全世界至少存在30個不同的CCN致病型。截至目前，國際上已經正式命名的禾谷孢囊線蟲致病型有15個2]，菲利普孢囊線蟲致病型有個。其中我國已正式命名的致病型包括：河南須水和滎陽的Ha43群體10、北京大興和青海湟源群體的Ha91群體2]以及河南許昌的菲利普孢囊線蟲“West”-群體。Peng和Cook推斷我國至少存在個與國際正式命名的致病型不相同的新致病型。由于不同時期、不同人員的抗性鑒定評價標準不一致，導致很多群體雖然進行了致病型鑒定但尚未對其致病型命名1。

　　因此，制定一套科學的、并被接受的致病型和抗性鑒定評價標準是一項十分重要的任務。中國農業科學院植物保護研究所制定了《小麥孢囊線蟲鑒定和監測技術規程》、《小麥品種抗禾谷孢囊線蟲鑒定技術規程》等農業行業標準，明確以白雌蟲和孢囊總數()作為判定小麥品種抗感禾谷孢囊線蟲的標準，即免疫(N=0)、高抗(<≤)、抗病(<≤10)、感病(10<≤30)和高感(>30)。適合我國國情的、科學的、簡化的CCN致病型判定標準尚需盡快制定。研究發現，當土壤中線蟲卵量基數大于20個，菲利普孢囊線蟲造成減產達48%。

　　在我國，當土壤中禾谷孢囊線蟲卵量達到10個時，產量損失高達16%55%。在栽培小麥品種中，CCN抗性資源匱乏，絕大多數小麥品種對CCN表現為感病，通過田間病圃鑒定結合室內人工接種鑒定方法發現太空號、中育號、新麥11、新麥18、華麥1號、淮麥29等我國栽培小麥品種，以及VP1620、6R(6D)、BATAVIA、SUNR23、AUS4930、MACKELLER、Waskana、Waskowa、Madsen、VENTURA(SUN376G)、CROC1/AE.SQUARROSA(224)//OPATA*A和CROC_1/AE.SQUARROSA(224)//OPATA*B等引進的小麥種質資源對我國禾谷孢囊線蟲多個致病型具有一定的抗性。

　　然而，對155份黃淮麥區主栽品種和引進自CIMMYT的小麥種質資源進行菲利普孢囊線蟲抗性鑒定，僅有份品種表現高抗。近年來，采用室內盆栽結合田間病圃鑒定出對菲利普孢囊線蟲表現為高抗的品種，如矮早八、Mirzabey2000、Patwin和MV17/3/Azd/Vee"s"//Seri82/Rsh/4/Fln/Acc//Ana/3/Pew"s"/5/Rsk/CA8055//Cham6。此外，還鑒定出對菲利普孢囊線蟲具有部分抗性的小麥品種，如太空號、中育號、濮麥號、豫農201等小麥品種，以及Madsen、6R(6D)、MACKELLER、CP1133842等國外小麥種質資源。

　　2抗性候選基因鑒定

　　目前已鑒定的CCN抗病基因或QTL主要有Cre1、Cre2、Cre3、Cre4、Cre5、Cre6、Cre7、Cre8、QCrema7D、Cre8V、CreR、CreV、CreX、CreY、Ha1、Ha2、Ha3、Ha4和Rha2等(表)。除Cre1和Cre8來源于六倍體普通小麥(Triticumaestivum)外25，其它抗病基因或QTL來自小麥野生近源種和大麥，如Cre2、Cre5、Cre6和QCrema7D來源于偏凸山羊草(Aegilopsventricosa),30,3，Cre3和Cre4來源于節節麥(Triticumtauschii)，Cre7來源于鉤刺山羊草(Aegilopstriuncialis)，CreR來源于黑麥(Secalecereale)，CreV來源于簇毛麥(Haynaldiavillosa)，Cre8V、CreX和CreY來源于易變山羊草(Aegilopsvariabilis)，Ha1、Ha2、Ha3、Ha4和Rha2等均鑒定自大麥(Hordeumvulgar)。從野生燕麥Avenaesterilis鑒定分離到抗性基因R1和個主效抗病基因(A,B,C)41。

　　不同抗病基因對不同CCN致病型具有完全抗性或部分抗性。Nicol和Rivoal報道，某些Cre基因的抗性僅對特定的禾谷孢囊線蟲小種和不同的致病型才表現抗性。Hajihasani等50報道CreR和Cre1可以有效抵抗禾谷孢囊線蟲鄭州群體，但對Ha91致病型群體和河北群體卻表現出高感23。

　　Cre2基因可以有效抵抗禾谷孢囊線蟲Ha71和Ha11群體，但是對HgIHgIII和Ha13群體無抗性。攜帶Cre3基因的小麥品種VP1620和CrocA對北京大興Ha91致病型表現抗病，攜帶Cre1、Cre2、Cre7、Cre8和CreR基因的小麥品種對Ha91致病型群體表現感病。攜帶Cre1、Cre3和Cre8基因的品種對澳大利亞致病型Ha13的抗性程度差異較大，攜帶Cre3基因的抗性程度最強25。

　　據報道，CreR和QCrema7D可有效抵抗菲利普孢囊線蟲32,49,50,53]，但對多個禾谷孢囊線蟲群體沒有抗性32,51,54,55]。攜帶不同Cre基因的品種對西班牙致病型Ha71有效抗性程度依次為Cre1≥Cre4≥Cre5≥Cre2>Cre7>Cre8>Cre3>Cre6。

　　CCN抗性機制解析CCN侵染抗性小麥通常引起寄主的過敏性反應，在細胞組織、生理生化、防御相關基因表達、植物激素信號通路等不同時空層面均發生顯著變化。植物寄生線蟲成功侵入寄主的前提是尋找到寄主，根系分泌物吸引和誘集線蟲侵入。

　　研究發現感病和抗病小麥對CCN均有吸引誘集作用，通常感病品種的誘集能力高于抗病品種。雖然CCN均能侵入感病和抗病小麥根內，但抗性品種根組織表現為木質素層增厚，合胞體形成和發育滯后且緩慢，合胞體周圍細胞壞死，合胞體體積變小、液泡破裂，導致合胞體凋亡降解等。

　　由于寄主的防御反應，導致CCN在抗病小麥品種中的發育明顯受到抑制，表現為侵入根內的幼蟲發育遲緩，低齡幼蟲向高齡幼蟲轉變的數量和比例下降，大量幼蟲死亡，只有部分幼蟲可以轉變成高齡幼蟲，而且轉變的部分高齡幼蟲的形態也發生變化，通常體積萎縮變小且呈畸形，只有少數的高齡幼蟲可以完成生活史，最終形成的孢囊數量較少，且體積變小形態畸形 。種植抗性品種后可明顯減少根際土壤中的線蟲數量，降低危害風險。

　　CCN抗性育種種植抗病品種是防治小麥孢囊線蟲病最為經濟、有效、安全的措施。育種家運用遠緣雜交和染色體工程等技術，將小麥近源物種含有的CCN抗病基因通過“基因滲入(genetransgression)”或者“基因轉移(genetransfer)”等方式導入栽培小麥，創制了大量的遺傳育種抗病新材料，選育出抗CCN的新品系40。如將節節麥(tauschii)的Cre3和Cre4基因導入普通栽培小麥，選育出高抗Ha13致病型的小麥品種。

　　將偏凸山羊草(Aeventricosa)的Cre2基因通過“Steppingstone”轉入普通小麥，培育出高抗西班牙Ha71致病型和英國Ha11致病型的可穩定遺傳新品系。我國科學家中國農業科學院作物科學研究所李洪杰研究員團隊研究發現引自美國的小麥品種Madsen對我國禾谷孢囊線蟲和菲利普孢囊線蟲均表現為高抗，但其生育期長極其晚熟且不抗白粉病，為利用其CCN廣譜抗源并克服其農藝缺陷，將Madsen與我國抗白粉病的主栽小麥品種良星99進行雜交，選育出同時抗白粉病和CCN兩類病害且生育期適當的新品系，可作為抗病蟲的新種質加以利用。

　　基于RNAi的寄主植物介導的基因沉默(hostinducedgenesilencing,HIGS)技術已成功應用于病蟲害的防控。如在玉米中表達玉米根瑩葉甲(Diabroticavirgifera)的ATPase基因，可顯著減輕玉米根瑩葉甲的為害。在病害防控中，以小麥赤霉病菌禾谷鐮孢(Fusariumgraminearum)FgChs3b為靶標構建的HIGS小麥即使到F5代仍對禾谷鐮孢具有明顯的抗性70。

　　展望

　　隨著新一代測序技術的發展，CCN多個致病型的基因組以及寄主作物小麥和大麥基因組逐漸被解碼74,75，CCN與寄主的互作機制也將會逐步解析。Chen76通過高通量測序比較分析吸引階段CCN幼蟲的轉錄應答反應，發現幼蟲在侵染前的吸引階段，CCN幼蟲比寄主代謝更活躍。Qiao等分析比較CCN幼蟲侵染高感品種溫麥19的響應調控因子發現，組織細胞氧化還原，寄主抗性誘導和抑制和轉運相關的基因均可能參與互作。崔江寬通過GWAS數據分析，發現小麥2B、6A、7B和7D染色體上均有顯著抗性基因標記位點(數據未發表)。小麥基因組龐大，轉基因技術和基因編輯的應用相對困難。因此開展CCN寄主抗性機制和抗性基因鑒定相關的研究，將為植物線蟲的抗性機制解析和分子育種提供重要的理論依據。

　　參考文獻

　　[1]ChenPS,WangMZ,PengDL.PreliminaryreportofidentificationoncerealcystnematodeofwheatinChina[J].ScientiaAgriculturaSinica(中國農業科學),1991,24(5):8991.

　　[2]CuiJ,HuangW,PengH,etal.AnewpathotypecharacterizationofDaxingandHuangyuanpopulationsofcerealcystnematode(Heteroderaavenae)inChina[J].JournalofIntegrativeAgriculture,2015,14(4):724731.

　　[3]CuiJ,HuangW,PengH,etal.EfficacyevaluationofseedcoatingcompoundsagainstcerealcystNematodesandrootlesionnematodesonwheat[J].PlantDisease,2017,101(3):428433.

　　[4]PengDL,YeWX,PengH,etal.FirsteportofthecystnematodeHeteroderafilipjevionwheatinHenProvince,China.PlantDisease.2010,94(10):1262.

　　作者：孔令安1#，崔江寬2#，彭煥1，黃文坤1，彭德良