玉米大斑病 Northern Leaf Blight of Corn 玉米大斑病是玉米上的重要叶部病害。1876年在意大利首次报道，20世纪初期已遍及美洲、欧洲、亚洲、非洲和大洋州等玉米产区。1899年中国最早记载大斑病的发生，后遍及全国，以东北、华北北部、西北和南方山区的冷凉玉米产区发病较重。1971~1975年，吉林省就有3年大发生，感病品种减产50%左右。20世纪80年代，随着抗病杂交种的推广应用，大斑病基本得到控制。但到20世纪80年代末期，由于病原菌小种的演变，大斑病再度严重发生，生产上推广的骨干自交系8112和5003等高度感染，带有Ht基因的Mo17上也出现萎蔫斑，引起人们的极大关注。 症状     玉米在整个生育期均可感染大斑病。在自然条件下由于存在阶段抗病性，苗期很少发病，到玉米生长后期，尤其是在抽雄后发病逐渐加重。 病菌主要危害叶片，严重时也可危害叶鞘、苞叶和子粒。叶片发病后，发病部位先出现水渍状（室内）或灰绿色（田间）小斑点，随后沿叶脉方向迅速扩大，形成黄褐色或灰褐色梭形大斑，病斑中间颜色较浅，边缘较深。病斑一般长5~10cm，宽1~2cm，有时可长达20cm以上，宽可超过3cm。严重发病时，多个病斑相互汇合连片，致使植株过早枯死。枯死株根部腐烂，果穗松软而倒挂，子粒干瘪细小。田间湿度较大或大雨过后或有露时，病斑表面常密生一层灰黑色的霉状物（病菌的分生孢子梗和分生孢子）。叶鞘、苞叶和子粒发病，病斑也多呈梭形，灰褐色或黄褐色。 此外，叶片病斑类型因玉米材料（自交系或杂交种或品种）上所带抗病基因的不同分为两大类：①褪绿斑。在带有Ht基因的材料上，病斑很小，椭圆形，病斑沿叶脉扩展，常形成褐色的坏死条纹，周围黄褐色或淡褐色；②萎蔫斑。在不带Ht基因的感病材料上，病斑初期为椭圆形、黄色或青灰色的水渍状小斑点，病斑逐渐沿叶脉扩大，形成长梭形，大小不等的萎蔫斑。这些特点在室内抗病性鉴定时尤为常见。 玉米大斑病在田间的发病往往是从下部叶片开始，逐渐向上扩展。该病在田间诊断要点有二：一是看叶片上是否出现梭形大斑（一般长度为10cm左右），二是看病部有无灰黑色的霉状物出现。生产中玉米大斑病常与生理性大斑病混淆，前者病斑梭形，患部病组织极易破碎，保湿后出现大量的分生孢子；后者病斑一般不呈梭形，患部病组织不易破碎，保湿不出现大斑菌的分生孢子。 病原 学名：无性态为玉米大斑凸脐蠕孢菌Exserohilum turcicum （Pass.）Leonard & Suggs，属半知菌亚门凸脐蠕孢属。异名有：Helminthosporium turcicum Passerini，H.inconspicum Cook & Ellis, Drechslera turcicum Ito, Bipolaris turcicum Shoemaker。有性态为大斑刚毛座腔菌（Setosphaeria turcica（Luttrell）Leonard et Suggs），属子囊菌亚门座囊菌目真菌，异名有：Trichometasphaeria turcica Luttrell，Keissleriella turcica Von Arx。 病原形态：分生孢子梗多从气孔抽出，单生或2~6根丛生，一般不分枝，橄榄色，圆筒形，直立或上部膝状弯曲，2~8个隔膜。分生孢子2~8个隔膜，以4~7个隔膜为多数，大小为57.7~140.6μm×15.1~22.9μm，着生在分生孢子梗顶端或弯曲处；分生孢子直，梭形，灰橄榄色，中间宽，两端渐细，顶端细胞钝圆或呈长椭圆形，基部细胞尖锥形；孢子的脐点明显且突出于基细胞之外，萌发时由两端产生芽管，越冬期间往往形成厚壁孢子。 图3-1 玉米大斑病菌 1.分生孢子 2.分生孢子梗 自然界中很少发现玉米大斑菌的有性态，但人工培养可以产生子囊壳。子囊壳黑色，椭圆形或近球形。子囊圆筒形或棍棒状，在子囊壳中平行排列。子囊内大多含2~4个子囊孢子，成熟的子囊孢子无色透明，纺锤形，一般较直，具有3个隔膜且隔膜处缢缩。 病原生物学：菌丝生长温度范围为10~35℃，最适温度28℃；pH为2.6~10.9，最适pH为8.7。分生孢子形成的温度范围为15~33℃，最适温度23~25℃；分生孢子萌发的温度范围为5~42℃，较适宜的温度26~32℃。不同小种菌丝生长、孢子形成和萌发的温度不同。分生孢子形成和萌发都需要较高的湿度，但孢子形成后抗干燥能力很强，在玉米种子上可存活1年以上。 病菌为异宗配合真菌。自然条件下，子囊壳产生于枯死的病组织中，干燥或过湿都不利于子囊壳的形成。人工培养时，不同交配型的菌株在Sach培养基和用灭菌的大麦秆可以诱导产生子囊壳，子囊壳形成适温为26~33℃，成熟期1个月，成熟后接触水分2h，顶端破裂释放子囊孢子。 病原菌生理分化：病菌除了危害玉米外，也可侵染高粱、苏丹草、约翰逊草、稗草和野生玉米等禾本科植物。根据致病力不同分为两个专化型，即玉米专化型和高粱专化型，前者只侵染玉米，而后者可侵染玉米、高粱、苏丹草和约翰逊草。在玉米专化型中，根据对玉米中含有的显性单基因Ht1、Ht2、Ht3和HtN的致病能力的不同，又分为5个生理小种（见表3-1）。1号小种对具有Ht1、Ht2、Ht3、HtN显性单基因玉米无毒力，只引致褪绿斑，不形成孢子，在广大玉米种植区普遍存在，且为绝大多数地区的优势小种。2号小种对具有Ht1显性单基因玉米有毒力，引致萎蔫斑，并产生大量的分生孢子，但对具有Ht2、Ht3、HtN的玉米无毒力；2号小种首次在1974年发现于美国的夏威夷，中国的辽宁省在1983年也发现了2号小种，并到1986年上升为优势小种严重威胁带Ht1基因玉米的推广应用。之后，美国的佛罗里达、伊利诺斯和印第安那等7个州和中国的吉林、河北、台湾等地区都报道了2号小种。3号小种对带Ht2、Ht3基因的玉米有毒力，但对带Ht1、HtN 基因的玉米无毒力，该小种首次于1980年发现于美国的伊利诺斯和南卡罗来那州，之后中国的云南和台湾也有报道。最近人们在美国的夏威夷还发现了4号小种和5号小种。了解玉米大斑病菌的生理分化对指导玉米生产具有重大意义。此外，通过研究人们还发现了上述小种以外的致病类群，说明菌株的变异日趋频繁，小种的划分更加复杂化。 表3-1 玉米大斑病菌的生理分化 ———————————————————————————————— 小种 新命名法* 玉米基因型 毒力公式 名称 小种名称 Ht1 Ht2 Ht3 HtN （有效抗性基因/无效寄主基因） ———————————————————————————————— 1 0 R@ R R R Ht1Ht2Ht3HtN/0 2 1 S R R R Ht2Ht3HtN/Ht1 3 23 R S S R Ht1HtN/Ht2Ht3 4 23N R S S S Ht1/Ht2Ht3HtN 5 2N R S R S Ht1Ht3/Ht2HtN ———————————————————————————————— 注：*按照Leonard（1989）的小种命名方法：“S”为萎蔫斑，“R”为褪绿斑 病原菌致病性：玉米大斑病菌对玉米的致病性主要是产生致病毒素和一些酶类。早在1975年，Yoka等就曾报道病原菌在活体外（in vitro）可以产生果胶甲酯酶、纤维素酶等酶类物质和对热稳定的毒素，毒素明显抑制感病幼苗叶绿素的生物合成且活性与致病能力呈正相关。毒素滤液经氯仿提取可获得一种低分子量的带-OH的化合物，可诱导玉米产生典型的大斑病症状。迄今为止，已从大斑病菌的培养物滤液中分离到了monocerin、三肽和5-羟甲基-2-呋喃甲醛等毒性化合物；而且明确了大斑病菌不同小种的毒性成分也不相同，2号小种可以产生一种对Ht1基因玉米特异性的致病因子，这种特异性的致病因子对Ht1基因玉米膜的透性、与活性氧和抗病性有关的酶类活性同样具有专化性的影响。此外，国内外在利用玉米大斑病菌进行品种抗病性鉴定、生理小种鉴定和进行抗病诱变育种等方面都有不少的报道，但有关毒素的作用位点、毒素产生的分子遗传、毒素的钝化及机制、大斑病菌与玉米互作后的信号传导等问题尚需研究明确。 病害循环 初侵染：此病的初侵染来源非常广泛，主要以菌丝体或分生孢子在发病的组织（病残体）中越冬；种子上和堆肥中尚未腐烂的病菌也能越冬，成为来年的初侵染来源。据研究，残留在地表、玉米秸、室内的病组织和埋在地中（10cm以上）病残体上的病菌只要遇到适宜的环境条件都能产生分生孢子，但越冬的分生孢子的萌发率不高。越冬期间的分生孢子，往往细胞壁加厚，原生质浓缩，而成为厚壁孢子。一个分生孢子可以形成2~3个厚壁孢子，厚壁孢子的抗逆性较强。 传播：病菌越冬后产生的分生孢子，主要借风雨和气流传播，一旦条件适宜，2h即可萌发。芽管大多从孢子顶端细胞中长出，孢子基部细胞甚至中间细胞也可长出芽管。 侵入与发病：分生孢子萌发产生芽管，芽管顶端首先产生附着胞，附着胞上再产生侵入丝。侵入丝大多从玉米表皮细胞或表皮细胞中间直接侵入，少数也可从气孔侵入，而且叶片两面都可以成功侵入，整个侵入过程如果温度条件适宜（23~25℃）6~12h即可完成。侵入丝侵入玉米后产生泡囊组织，再从泡囊产生次生菌丝向四周扩展蔓延。菌丝在叶片细胞中的扩展很慢，一旦侵入到木质部导管和管胞后则扩展加快。病菌从侵入到发病大约需要7~10d，但不同的品种其潜育期长短不一。 再侵染：病菌侵入10~14d以后，在潮湿的条件下，分生孢子梗从气孔伸出，并产生大量分生孢子，又可随风雨传播进行再侵染。在玉米整个生长期内可进行多次再侵染。特别是在春、夏玉米混作区，由于前者为后者提供了大量菌源，再侵染频繁。 发病条件 此病的发生流行主要决定于玉米品种的抗病性、气候条件、栽培条件和耕作制度等。 品种抗病性：目前尚未发现具有免疫的玉米品种，但玉米品种间对大斑病菌的抗性有明显差异，种植感病品种是病害大流行的主要原因。20世纪40年代，世界玉米产区大面积种植的多为感病品种，致使该病流行成灾。20世纪60年代选育和推广具有抗病基因的玉米品种后，该病未能在大范围内流行。 玉米品种对大斑病的抗病性分为数量抗性、褪绿斑抗性、褪绿点抗性和无病斑抗性等四种类型。①数量抗性。多数属于这种类型，它是由多基因控制的水平抗性（非专化性抗性）。具这类抗性的抗病材料病斑数量少，面积小，产孢量少，病叶枯死较慢；感病材料上病斑大、数量多、产孢量大、病斑枯死速度快，病斑反应型属萎蔫斑；②褪绿斑抗性。由显性单基因控制的垂直抗性（专化性抗性）。凡具有Htl、Ht2或Ht3单基因的玉米，在苗期或成株期叶片上的病斑通常较小，周围具有褪绿晕圈，中间有小的坏死斑，组织坏死迟缓，不产生孢子或产生量很少（如B68Ht1和H84等就属于这种类型）；③褪绿点抗性。Hilu和Hooker于1965年在玉米苗期发现了一种特有褪绿点症状，但到成株期则不表现，认为是一种褪绿点抗性，我国也发现在单基因鉴别寄主或多基因鉴别寄主的幼苗叶片上接种2~3d就出现很多的褪绿点；④无病斑抗性。Gevers于1975年从罗得西亚的一个墨西哥玉米品系Pepitilla衍生出来的一个新的由HtN基因控制的抗性类型，它们与Htl、Ht2或Ht3单基因控制的褪绿点抗性症状不同的是，具有HtN基因的植株叶片上通常无病斑。不同品种玉米对大斑病的抗性程度与其体内的丁布含量有关。丁布的含量以苗期较高，随着玉米的发育，含量逐渐下降。丁布是抗大斑病的化学物质基础。 气候条件：在具有足够菌量和一定面积的感病品种时，大斑病的发病程度主要决定于温度和雨水。该病的发病适温为20~25℃，超过28℃对病害有抑制作用；适宜发病的湿度条件是相对湿度在90%以上，这对孢子的形成、萌发和侵入都有利。因此，7~8月份，如果温度偏低，多雨高湿，日照不足，均有利于大斑病的发生和流行。中国北方各玉米产区，6~8月气温大多适于发病，这样降雨就成为大斑病发病轻重的决定因素。 耕作与栽培措施：玉米连作地病重，轮作地病轻；单作地病重，间套作地病轻。合理的间套作和适时轮作，可改变田间小气候，利于通风透光，减低田间湿度，减少田间菌源，从而减轻病害的发生和危害。无论春玉米还是夏玉米，晚播都比早播的病重，原因是由于玉米生长后期抗病性降低，又赶上雨季，利于发病。此外，栽培过密的玉米地块要比栽培较稀的地块病重；远离村边或玉米秸秆的玉米地块病轻，地势低洼的地块病重。凡田间病斑出现较晚的年份，不管后期气候条件如何，大斑病的发生都不会太严重；而田间病斑出现较早的年份，除非玉米抽雄后相当长的一段时间遇上严重干旱的年份，一般发病都较严重。 病害控制 防治策略以推广和利用抗病品种为主，加强栽培管理，及时辅以必要的药剂防治。 1.种植抗病品种 种植抗病品种是防治玉米大斑病主要而最经济有效的措施。20世纪40~60年代期间，许多国家利用的玉米品系大多属多基因控制的水平抗性，这些品系可减少萎蔫病斑的数量和大小，在控制玉米大斑病的发生和流行方面起到了重要作用。我国70年代后期至80年代初期所推广的大多数品系也属于这些类型，如吉单101等。这些抗大斑病材料在多年来流行性强、流行过程长的东北玉米产区发挥了积极作用。80年代末期，各国纷纷将一些单基因（Ht1、Ht2、Ht3和HtN）转移到农艺性状优良的自交系中，如我国在80年代中后期推广的丹玉13（Mo17Ht1×E28）就曾在生产上发挥过重要作用。目前，我国推广的抗大斑病的自交系、杂交种或品种各地差别较大，主要有：Mo17、掖单系列品种（如掖单13等）、登海系列品种、吉单101、吉单111、中单2、郑单2、吉713、四单12、四单16、掖107、沈试29等。 在选育和推广抗病品种时必须注意以下几点：①充分利用我国丰富的抗大斑病资源。目前，我国已筛选出一批重要的抗大斑病种质资源，高抗的有白鹤黏，吉770，属自交系的抗病材料有唐四平头、百黄混、赤403、铁205、铁222、78-6M01、吉818、大风71、罗吉、F544和L105等。②密切注视大斑病菌生理小种的分布和消长动态；合理地利用单基因的抗病品种。由于单基因抗性抗病程度较高，对环境的反应较稳定，在育种时容易转育。③必须与优良的栽培管理措施相结合，使抗病性得以充分发挥。④利用亲本抗病性时，应首先考虑水平抗性或一般抗性类型。⑤注重抗源基因的合理布局，避免抗性基因的大面积推广。⑥注重抗病基因的定期轮换，防止强毒力小种的出现。 2.加强栽培管理，及时清除菌源 玉米大斑病菌属于弱寄生菌，当植株从营养生长过渡到生殖生长时最易受到病菌的侵染，因此增施粪肥可提高寄主的抗病能力，如施足基肥，适时追肥，氮、磷、钾合理配合。由于该病存在阶段抗病性问题，可适当早播以避免病害的发生和流行。此外，应注意合理密植，以降低田间湿度，一般来讲高产地块掌握在45,000株/ hm2，中等肥力地块在35,000株/ hm2，低肥力地块在30,000株/ hm2。 在病残体中越冬的病菌是第二年的初侵染来源，因此搞好田间卫生，及时清除病株（叶）效果较好，如深埋病残体，及时打除底叶等。 3.药剂防治 尽管使用化学药剂防治玉米大斑病在生产上较难推广，但在极端情况下（抗病品种大面积丧失抗性）以及在发病初期仍不失为一种补救措施。目前，防治大斑病的有效药剂有：10%世高、70%代森锰锌、70%可杀得、50%扑海因、50%菌核净、新星等，还有一些老品种如50%多菌灵、50%退菌特、75%百菌清、70%甲基硫菌灵等在生产上都曾发挥过较好的作用。