中国农业科学 | 中国农业科学院棉花研究所联合河北农业大学农学院解析温度对棉花黄萎病发生及寄主防御反应的影响

棉花是一种重要的天然纤维作物，作为战略物资在国民经济中的地位举足轻重。棉花黄萎病是由大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）侵染引起的典型土传维管束病害，造成棉花产量和品质严重下降，已成为威胁棉花产业绿色可持续发展的重要因素之一。棉花黄萎病的发生流行取决于病原菌、寄主植物和环境三要素的综合作用，其中温度是最重要的环境因素之一。全球温度升高、极端气温波动是未来几十年气候变化的一个重要趋势，可能改变病害的流行区域、消长动态并导致新致病菌株和病原菌的流行。因此，解析不同温度对棉花黄萎病发生的影响以及调控寄主防御反应的机理，揭示温度对病原菌和寄主的双重作用，对该病害的绿色防控和温度调控研究具有重要意义。

近期，河北农业大学农学院/华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省作物种质资源重点实验室联合中国农业科学院棉花研究所/棉花生物育种与综合利用全国重点实验室完成的题为“温度对棉花黄萎病发生及寄主防御反应的影响”的研究论文在《中国农业科学》2023年第56卷23期正式发表

该研究以棉花抗病品种中植棉2号（ZZM2）、感病品种冀棉11（JM11）为试验材料，采用室内实验与病圃实验相结合，设置恒定温度（22、25、28和32℃）、自然变温两个处理，检测温度对大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）生长、侵染定殖、棉花黄萎病发生的影响；通过调查活性氧（ROS）爆发、过氧化氢（H2O2）含量、胼胝质积累、防御相关基因表达水平等植物防御相关指标，解析温度调控棉花寄主防御反应的机制。

恒定温度对棉花黄萎病发生的影响

在培养基上，25℃是大丽轮枝菌菌丝生长最适温度，22—28℃范围内适宜产孢；与培养基相比，不同棉花品种的叶片提取液对大丽轮枝菌生长均有促进作用，感病品种JM11促进作用更强；当温度为25—28℃时，ZZM2和JM11植株黄萎病发生均较重，低温22℃、高温32℃均不利于黄萎病发生。

温度对棉花防御相关基因表达的影响

同时，在25℃处理下，棉花中大丽轮枝菌侵染定殖能力强，感病品种JM11比抗病品种ZZM2更易受到大丽轮枝菌的侵染，与棉花黄萎病病情指数的结果基本一致；进一步，温度显著影响了棉花寄主防御反应：与22—28℃相比，无论是否接种大丽轮枝菌，ZZM2和JM11在32℃处理下产生的ROS爆发更强烈；在25℃处理下，ZZM2和JM11叶片中H2O2含量最低；在32℃处理下，ZZM2和JM11叶片胼胝质积累量较高，分别为817、575个/mm²，是未接菌对照的2.04、1.80倍；棉花叶片中PAL、POD、PPO防御相关基因在25—28 ℃处理下表达量降低，低于22、32℃处理。

自然变温对棉花黄萎病发生的影响

温度对大丽轮枝菌生长、寄主防御反应具有双重作用，进而影响棉花黄萎病发生。其中无论恒定温度、自然变温，25—28℃均有利于大丽轮枝菌在棉花中侵染定殖，显著降低寄主防御反应，导致棉花黄萎病严重发生。

该研究获得国家自然科学基金（32201752）、第七师胡杨河市财政科技计划项目（2023C07）、中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP-ICR）的资助。

论文链接：

《温度对棉花黄萎病发生及寄主防御反应的影响》

引用本文：

张亚林, 蒋艳, 赵丽红, 冯自力, 冯鸿杰, 魏锋, 周京龙, 朱荷琴, 马峙英. 温度对棉花黄萎病发生及寄主防御反应的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(23): 4671-4683.

ZHANG YaLin, JIANG Yan, ZHAO LiHong, FENG ZiLi, FENG HongJie, WEI Feng, ZHOU JingLong, ZHU HeQin, MA ZhiYing. Effect of Temperature on the Occurrence of Cotton Verticillium Wilt and Host Defense Response[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(23): 4671-4683.