小麦也会得“癌症”？这是我国亟待解决的重大难题
2022/7/29 7:00:00 科学大院
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自2018年以来，中国科协每年都要征集评选重大科技问题难题。在今年的30个难题中，我们发现了小麦的身影：
很多人也许并不知道小麦茎基腐病，更不知道，它又被称为“小麦癌症”，呈逐年快速加重趋势，已成为我国小麦生产中主要病害之一，对粮食生产安全构成重大威胁。
这究竟是一种什么病？又为什么难以根治呢？
镰刀菌，小麦的噩梦
小麦茎基腐病，又叫做冠腐病、旱地脚腐病或者镰刀根腐病，主要是由镰刀菌引起的一种土传小麦病害，有小麦“癌症”之称。该病最早于1940年在澳大利亚首次被发现，后来在全世界传播。截至目前，小麦茎基腐病在世界各地的小麦产区，都引起了严重的小麦病害。
小麦茎基腐病
图片来源：济南市农业农村局
虽说小麦茎基腐病是由镰刀菌引起的，但是能引起该病害的镰刀菌却不止一种，如假禾谷镰刀菌、禾谷镰刀菌和黄色镰刀菌等镰刀菌都能够引起小麦茎基腐病的发生。不过，由于各地区的环境不同，小麦茎基腐病的病原菌组成也存在差异，其中黄色镰刀菌多发生于温度较低、降水充分的的地区，而假禾谷镰刀菌和禾谷镰刀菌则是温带、亚热带半干旱地区小麦茎基腐病的主要病原菌。
引起小麦茎基腐病的病原菌生存能力十分强悍，它们在面对寒冷冬天等不良环境时，会寻找土壤或植物残体等作为“掩体”，然后以菌丝体或孢子的形式躲藏在“掩体”中。在这种情况下，病原菌可以在不良环境中存活3年之久。待到环境适宜时，病原菌的菌丝体或者孢子便会在土壤表面萌发，然后从小麦的根部和胚芽鞘侵入，进入冠下节间和叶鞘，并通过气孔穿透进入茎表皮组织。
随着小麦的不断生长，病原菌逐渐聚集，当病原菌在小麦茎部定殖后，便会阻塞小麦的维管组织。而维管组织贯穿整个小麦植株，是小麦主要的输导组织，承担着植株体内长距离运输功能，专门运输水分、溶于水中的无机盐和有机养分，直接影响光合产物向籽粒的转移。因此，当病原菌侵染了小麦后，将影响小麦正常生长发育，严重时可引起小麦死亡。
害小麦，还要人命
小麦茎基腐病的侵染能力极强，在小麦整个生育期内皆可进行侵染。当小麦在萌芽阶段感染了茎基腐病后，首先种子会发生腐烂，胚根受到损伤，小麦无法正常出苗，如果一些小麦幸运地出苗了，但是根部也会产生褐色或者黑色的病斑，严重时将导致根部腐烂以及小麦死亡。
(A)变褐色茎秆；(B)感病植株茎秆内腔；(C)枯白穗；(D)干瘪麦粒
图片来源：参考文献[1]
而在分蘖(niè)拔节期，病原菌将从根部侵染到茎基部，茎基部叶鞘逐步变成暗褐色，最后小麦茎基部变为深褐色，并且在节间产生白色或粉红色霉层，同时叶鞘内部充满灰白色菌丝，严重时茎基部腐烂至折断。
在抽穗灌浆期，小麦茎基部的分蘖节枯死，麦穗出现白穗现象，籽粒秕瘦甚至无籽，而将小麦从田间拔出时，植株的茎基部易折断，植株根部的根毛和主根表皮脱落，根冠部变为黑褐色，造成小麦产量降低。
此外，小麦茎基腐病除了与人类抢小麦吃外，它还会要人命。假禾谷镰刀菌等病原菌可以产生一些有毒的次生代谢物，如脱氧雪腐镰刀菌烯醇和玉米赤霉烯酮等，可以存在小麦穗部。这些次生代谢物具有强烈的细胞毒性和抑制人体免疫的性质，人或牲畜一旦食用了含有这些毒素的小麦会导致剧烈的呕吐，严重时会导致死亡。
如今小麦茎基腐病已经蔓延至全球，在美国、加拿大、澳大利亚、突尼斯和伊朗等国都普遍发生。该病在经济上影响极大，如澳大利亚小麦产业每年因小麦茎基腐病导致的作物损失的大约为8800万澳元，严重时经济损失高达4.3亿澳元，几乎所有小麦种植区都有茎基腐病的发生，造成普通小麦平均减产25%，硬粒小麦平均减产58%。
而中国最早于1996年在江苏发现小麦茎基部出现褐色至褐棕色，于是有人将该病俗称为“酱油杆”，随后该病害不断向河南、河北、甘肃、安徽和山东等多个省份扩展蔓延，蔓延速度极快。以山东省为例，该省于2015年发现小麦茎基腐病，不到7年时间，该病已经侵袭了山东省超过1200万亩的小麦面积，遍及15个市123个县区，减产率超过30%。目前。小麦茎基腐病已上升至中国主要的小麦病害之一。
“小麦杀手”为何难以降服？
然而，目前由于人类对于小麦茎基腐病的病害循环和机理并不清晰，如今仍然不清楚该病是如何在我国各小麦种植省份疯狂传播的。而且该病还是一种土传病害，受土壤影响，农药进入土壤后很快就被稀释中和了，使用化学农药并不能完全起到防治作用。因此小麦茎基腐病至今仍然无法做到彻底解决，已有多个省份将其列为二类病虫害名录，同时也被国家列入急需迫切解决的农业难题。
图片来源：济南市农业农村局
此外，小麦茎基腐病除了受病原菌影响导致发病外，还有多个“队友”助攻也导致容易引发该病。如小麦连作、秸秆还田、土壤免耕、氮肥过多、碱性土壤和气候湿润等因素都有利于茎基腐病的发生。
而且小麦茎基腐病更像是慢性毒药，初期侵染时十分隐秘，在苗期基本没有明显发病症状，需要在拔苗后才能看到，然后在拔节孕穗期症状才逐渐显现，最后灌浆期才呈现“白穗”症状。然而待症状显现后基本已错过最佳防治期，造成小麦严重减产。
通常来说，要想解决农业病害，筛选培育抗病品种向来是首选方法，然而这种方法在小麦茎基腐病上却表现得不尽人意。绝大部分小麦品种面对小麦茎基腐病的侵袭，基本无抵抗能力。近二十年来，我国科研人员对市面推广的超过800个小麦栽培品种进行了抗病性筛选，然而却只筛得几十个有抗性水平的小麦品种，而这些小麦的抗性水平却只表现出中抗。由此可见，我国抗病品种种质资源的匮乏，也是国内小麦茎基腐病泛滥成灾的主要原因。
因此综上所述，由于小麦茎基腐病的致病机理难以解析、多因素诱发该病、发病隐秘以及小麦抗病能力不强等因素，导致小麦茎基腐病的防治十分困难，抗病之路，仍然任重道远。
科学防控，打持久战
图片来源：河北省植保总站
如今小麦茎基腐病犹如刚入世的“麦兽”，口吞万亩麦田，一副咄咄逼“麦”，誓要占领所有小麦种植区的样子，人类苦于不了解它的弱点，只能暂避锋芒，转入战略防御阶段。在这几十年的防御战中，人类也总结了一些可以减少小麦茎基腐病发生的防御战术：
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防御战术
1、避免秸秆还田，加强土壤翻耕
小麦感染了茎基腐病后，整株都会带有病原菌，而田间染病秸秆如果未经过腐熟而直接还田，会造成病原菌直接接触土壤表层，使得病原菌数量不断增加，加重茎基腐病的发生。因此需要将秸秆清理出田间，并将土壤进行中耕和深翻，在烈日下暴晒，以减少田间病源菌数量。
2、改变栽种方式，合理施肥
根据小麦品种特性适时播种，避免过早播种。同时切忌单子叶作物连作，适时将小麦与油菜、棉花、豆类、烟草和蔬菜等双子叶作物进行轮作。在施肥时减少氮肥使用，适当增施磷钾肥和锌肥，以有效减轻茎基腐病发生程度。
3、药剂处理种子，从源头提高小麦免疫力
除了在栽培管理等措施上进行防控，更要从源头抓起，做好种子包衣或拌种技术，可以有效预防小麦茎基腐病，这是小麦病虫害绿色防控的基础。而药剂拌种和种子包衣是最简便有效的防治手段，如苯醚·咯·噻虫悬浮种衣剂、戊唑醇·吡虫啉悬浮种衣剂或吡唑醚·灭菌唑种子处理悬浮剂包衣或拌种处理小麦种子，可在一定程度上减轻该病的发生。
4、加强返青期施药预防
小麦返青期的生长作用主要是生根、长叶和分蘖，是决定小麦植株健壮和成穗率高低的关键时期。因此在小麦返青早期可选用含有戊唑醇、氟唑菌酰羟胺、丙环唑和嘧菌酯等成份的药剂喷施小麦茎基部，可进一步控制茎基腐病的危害，同时也能预防小麦返青期纹枯病和白粉病的发生，防治效果更佳。
结语
小麦在中国已有5000多年的种植历史，是中国的第二大粮食作物，维护小麦种植安全，关乎我国粮食安全。
小麦茎基腐病作为一种主要的小麦病害，给中国小麦种植造成了无法估量的损失。维护国家粮食安全已迫在眉睫。然而小麦茎基腐病由于多种因素导致防治困难，因此破解该病仍需群策群力，通力合作，方能为中国小麦种植闯出一条希望之路。
参考文献：
[1]范学锋. 中国小麦茎基腐病病原菌群体组成及遗传结构分析[D].中国农业科学院,2021.
[2]栾冬冬,贾吉玉,王光州,张俊伶.中国小麦茎基腐病的发生现状及防治策略[J].麦类作物学报,2022,42(04):512-520.
[3]李伟东. 小麦茎基腐病菌消长规律及其病害综合防治研究[D].山东农业大学,2021.
[4]周海峰,杨云,牛亚娟,袁虹霞,李洪连.小麦茎基腐病的发生动态与防治技术[J].河南农业科学,2014,43(05):114-117.
[5] http://www.moa.gov.cn/ztzl/ddymdzfhjs/jszd_29063/202202/t20220224_6389608.htm
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