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https://doi.org/10.1186/s42483-023-00159-z
小麦锈病 (Wheat rusts),包括小麦条锈病 (Wheat stripe/yellow rust)、叶锈病 (Wheat leaf/brown rust) 和秆锈病 (Wheat stem/black rust),是世界小麦生产上的毁灭性病害,其病原菌(简称小麦锈菌)可随气流远距离传播数百上千公里,易暴发成灾,造成大幅减产,危害巨大。小麦锈病分别由同一个属——柄锈菌属 (Puccinia) 的不同种引起。小麦条锈病是由条形柄锈菌小麦专化型 (Puccinia striiformis West. f. sp. tritici Eriks.) 引起,简称小麦条锈菌;小麦叶锈病是由小麦柄锈菌 (P. triticina Eriks.) 引起,简称小麦叶锈菌;小麦秆锈病是由禾柄锈菌小麦专化型 (P. graminis Pers. f. sp. tritici Eriks.) 引起,简称小麦秆锈菌。这三种病原菌在形态、大小、颜色、侵染及生长发育温度等均有所不同。就温度而言,条锈菌喜凉怕热,需要在较低温度范围侵染及生长发育;秆锈菌的侵染及生长发育温度范围最高;叶锈菌介于两者之间。尽管三种锈病均可以危害小麦的所有地上绿色组织,但主要危害部位不尽相同,条锈病与叶锈病主要危害叶片,秆锈病主要危害茎秆。小麦锈菌是转主寄生的大循环锈菌,侵染两种不同属种植物产生5种不同类型的孢子以完成整个生活史,包括侵染小麦和禾本科杂草进行无性繁殖,以夏孢子重复侵染造成危害;以及侵染转主寄主完成有性生殖。小麦锈菌是活体营养专性寄生真菌,只能在活的寄主体上生长繁殖,不能在人工培养基上培养。
在我国,小麦锈病是古老病害,自小麦传入我国就可能发生,较早的文献记载可见于北魏贾思勰所著农书《齐民要术》(完成于约公元533–554年)。小麦锈病对我国小麦生产危害严重,如1950年我国小麦条锈病大流行,造成减产高达120亿公斤;1956年小麦秆锈病大流行,仅江苏和安徽两省就造成减产10亿公斤;上世纪七十年代华北麦区三次叶锈病大流行,也造成了非常严重的减产。目前,小麦锈病在我国小麦种植区均有发生,但主要流行区域不同,其中条锈病是危害最严重的,先后导致我国八批次的主栽小麦品种丧失抗病性和更换,2020年被列为我国一类农作物病虫害防治对象;其次为叶锈病;秆锈病自上世纪七十年代以来通过利用抗病品种已得到有效控制,仅零星发生。
小麦 (Triticum aestivum L.) 起源于西亚两河流域“新月沃土 (The Fertile Crescent)”地带,约4000–5000年前传入我国,是我国四大主要粮食作物(水稻、小麦、玉米和马铃薯)之一。我国是全球最大的小麦生产和消费国,2021年我国小麦种植面积约2360万公顷,产量达约1.37亿吨。我国是农业大国,人口众多,粮食安全是“国之大者”,我国始终高度重视粮食安全。近年来,随着气候和国际形势变化,粮食安全显得更为重要。2022年3月我国实施高标准农田建设,保障粮食生产安全,让中国人的饭碗装中国粮。有效防控锈病的危害,减少产量损失,是保障小麦稳产的重要环节。
Phytopathology Research在线发表了西北农林科技大学康振生团队题为“Fighting wheat rusts: a look back and into the future in China”的综述文章。该论文从以下10个方面综述了我国小麦锈病流行与综合防控等方面的主要研究进展:1)发生、流行性危害与影响:主要分布、发生历史与当前发生态势;不同发生阶段的流行对产量损失的重大影响;2)寄主范围、生活史;3)流行区和病害循环:锈病不同的流行区与发生特点;病菌越夏、越冬、有性生殖及转主寄主在病害循环中作用;4)小种鉴定与毒性演化;5)变异区:易变区分布及其病原菌群体遗传多样性特点;6)病原菌高温适应性:全球气候变暖,温度升高,耐高温菌系的出现与病害发生变化;7)抗药性:单一三唑类杀菌剂的长期大量使用,抗药性菌系的出现与潜在隐患;8)新小种风险:我国小麦锈菌新小种的出现与潜在风险;国外小麦秆锈菌新小种Ug99及其变异菌系传入我国的潜在可能性及其对小麦生产安全的潜在巨大威胁;9)有性生殖与菌源:我国小麦锈菌有性生殖的研究历史、最新研究进展;10)我国小麦锈病综合防控策略与技术措施。此外,论文还对小麦锈病研究和防控所面临的问题与技术瓶颈进行了讨论与展望。

Fig. 1 Life cycle of Puccinia striiformis f. sp. tritici
西北农林科技大学植物保护学院植物免疫团队康振生教授和赵杰教授为本文的共同通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划 (2021YFD1401000)、国家自然科学基金 (32072358, 31871918, 32272507, 31071641)、小麦产业技术体系 (CARS-03) 、陕西省自然基金重点项目 (2020JZ-15) 和“111”项目 (BP0719026) 的资助。
西北农林科技大学植物保护学院李振岐院士和康振生院士领衔的植物免疫团队自上世纪五十年代创建以来,长期围绕小麦条锈病流行规律、毒性变异、病原菌与寄主互作、寄主抗病性与病害治理等方面的生物学、分子生物学、组织学、细胞学、分子机理、抗病性鉴定与利用等方面开展研究,特别是近些年来,在小麦条锈菌转主寄主、有性生殖与毒性变异、以及新的条锈病综合防控技术体系等方面取得了一系列创新性研究成果,为保障我国小麦生产安全做出了重要贡献。