CN113647387B - 苯乙醇在防治小麦赤霉病中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了苯乙醇在防治小麦赤霉病中的应用，属于植物源杀菌剂技术领域。本发明研究发现，苯乙醇对禾谷镰刀菌菌丝径向生长、对禾谷镰刀菌孢子囊的产生及孢子的产生、萌发均具有明显的抑制作用；在大田防治实验中，用苯乙醇对小麦穗进行熏蒸处理和喷施处理均能降低病小穗率，说明苯乙醇对禾谷镰刀菌具有抑制作用。与1‑苯乙醇和苯甲醇相比，在PDA培养基添加400μg/ml苯乙醇熏蒸处理下，能完全抑制禾谷镰刀菌菌丝的生长，苯乙醇的抑制效果明显优于1‑苯乙醇和苯甲醇。因此，抑制禾谷镰刀菌是苯乙醇的特性，通过对小麦穗施加苯乙醇，能够对小麦赤霉病起到有效的防治作用，对防治小麦赤霉病有重要意义。

Description

苯乙醇在防治小麦赤霉病中的应用
技术领域
本发明涉及植物源杀菌剂技术领域，具体涉及苯乙醇在防治小麦赤霉病中的应用。
背景技术
禾谷镰刀菌，又称禾谷镰孢菌，是一种半活体营养型真菌，禾谷镰孢菌能侵染小麦、大麦、水稻、燕麦等禾谷类作物的穗、茎、茎基部和根部等部位，引起穗腐、茎腐、茎基腐和根腐病等病害，也能侵染其他植物。
小麦赤霉病是由以禾谷镰刀菌为主要致病菌引发的真菌病害。2010年以来，受气候变暖、抗病品种缺乏以及秸秆大量还田等因素影响，小麦赤霉病危害地区逐渐扩散。受禾谷镰刀菌侵染后，小麦产量减产，严重时会导致小麦绝收，造成巨大的经济损失；同时小麦籽粒品质下降，食用品质和商业价值降低；并且禾谷镰刀菌毒素积累对人畜的健康有毒害作用，造成粮食安全威胁。
小麦赤霉病可以在小麦生长周期中的多个阶段发生，苗期侵染引起苗腐，中后期逐渐扩展到整个全穗，引起秆腐和穗腐，病小穗随即枯黄。禾谷镰刀菌所产生的子囊孢子是引起小麦赤霉病初次侵染的重要侵染源，并且其分生孢子也是引起小麦赤霉病再次侵染的重要侵染源。在小麦开花期，适宜的环境会使子囊孢子大量释放，在风力、雨水等外力作用下传播到扬花期的小麦穗上。随后通过萌发大量菌丝侵染宿主，使其宿主细胞坏死解体，最终导致麦穗枯死。
植物源杀菌物质在自然界中广泛存在，是寻找理想农药杀菌剂的重要来源。植物源杀菌剂是利用有些植物里含有的某些抗菌物质或诱导产生的植物防卫素，杀死或有效抑制某些病原菌的生长发育。植物体内的抗菌化合物是植物体产生的多种具有抗菌活性的次生代谢产物，包含了萜类、酚类、脂肪酸衍生物等许多不同的类型，如毛蒿素(Capillin)、皂角苷类(Saponin)。研究发现大约有4000种植物对农作物的病虫害有预防作用，具有抗菌活性的植物占所有植物的近1/3。这些植物极有可能作为农药杀菌剂。由于植物源杀菌剂中的活性成分是植物自身产生的一种成分，很容易分解，不会破坏生态平衡。因此，植物源杀菌剂已被公认为绿色农药。在未来，植物源杀菌剂的应用将会非常广泛，在生态环境的保护中，植物源杀菌剂将会发挥着越来越重要的作用。
目前防治小麦赤霉病的药物主要是氰基丙烯酸酯类药氰烯菌酯，唑类药戊唑醇、咪鲜胺、氟环唑等，苯骈咪唑类药多菌灵、甲基硫菌灵，生物源农药四霉素、多抗霉素B，甲氧丙烯酸酯类药烯肟菌酯等杀菌剂。但近年来发现，很多地区的赤霉病害对多菌灵等杀菌剂已产生高水平抗性，且有些杀菌剂的成本较高。如果找到具有新的具有药效的化合物，对防治小麦赤霉病有巨大意义。
苯乙醇是我国规定允许使用的食用香料，用量按正常生产需要，主要用以配制蜂蜜、面包、桃子和浆果类等型香精。也可用于调配玫瑰香型花精油和各种花香型香精，如茉莉香型、丁香香型、橙花香型等，几乎可以调配所有的花精油，广泛用于调配皂用和化妆品香精。此外，亦可以调配各种食用香精，如草莓、桃、李、甜瓜、焦糖、蜜香、奶油等型食用香精。目前没有关于将苯乙醇用于防治小麦赤霉病的相关报道。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供苯乙醇在防治小麦赤霉病中的应用，本发明研究发现，苯乙醇对禾谷镰刀菌菌丝径向生长、对禾谷镰刀菌孢子囊的产生及孢子的产生、萌发均具有明显的抑制作用，对防治小麦赤霉病有巨大意义。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供苯乙醇在防治小麦赤霉病中的用途，所述小麦赤霉病由禾谷镰刀菌作为致病菌引发。
进一步的，苯乙醇通过如下(1)-(3)至少一项途径防治小麦赤霉病：
(1)抑制禾谷镰刀菌菌丝径向生长；
(2)抑制禾谷镰刀菌孢子囊产生；
(3)抑制禾谷镰刀菌孢子产生、萌发。
优选的，所述苯乙醇为β-苯乙醇，其化学结构式如下所示：
Figure BDA0003243574840000021
本发明的第二方面，提供一种利用苯乙醇防治小麦赤霉病的方法，包括采用苯乙醇对小麦穗进行处理的步骤。
优选的，所述处理具体为：在小麦开花期，采用浓度为1000-1200mg/L的β-苯乙醇对小麦穗进行熏蒸处理。
优选的，所述处理具体为：在小麦开花期，采用浓度为1000-1200mg/L的β-苯乙醇对小麦穗进行喷施处理。
本发明的第三方面，提供苯乙醇在如下(1)或(2)中的用途：
(1)制备禾谷镰刀菌杀菌剂；
(2)制备防治小麦赤霉病的药物。
优选的，上述用途中，防治小麦赤霉病的药物的应用剂型为熏蒸剂。
本发明的第四方面，提供一种禾谷镰刀菌杀菌剂，所述禾谷镰刀菌杀菌剂以有效量的苯乙醇为活性成分。
本发明的第五方面，提供上述禾谷镰刀菌杀菌剂具有如下(1)-(2)中至少一项用途：(1)用于小麦保产；(2)保证小麦籽粒品质。
本发明的有益效果：
1、苯乙醇对禾谷镰刀菌菌丝径向生长、对禾谷镰刀菌孢子囊的产生及孢子的产生、萌发均具有明显的抑制作用，苯乙醇能够对禾谷镰刀菌起到有效的防治作用，对防治小麦赤霉病有巨大意义。
2、苯乙醇生产原料成本低，生产工艺简单、生产周期短，有利于工业化生产、运输，为杀菌剂新制剂发开应用提供了新的方法。
3、苯乙醇是天然植物提取物，用于食品领域，不易产生抗性可有效抑制小麦赤霉病的发生，同时也不会造成传统防治方法的3R现象(残留量、抗药性、再增猖獗)。
附图说明
图1为本发明抗病小麦气态挥发物中苯乙醇的质量色谱图。
图2为本发明感病小麦气态挥发物中苯乙醇的质量色谱图。
在接种禾谷镰刀菌后，用气相色谱-质谱联用仪测定了抗感病小麦品种穗部挥发物的主要成分，抗病品种穗部挥发物中的苯乙醇浓度明显高于感病品种(图1、图2)，表明苯乙醇有助于小麦对禾谷镰刀菌的防御反应。
图3为本发明苯乙醇对禾谷镰刀菌菌丝形态的影响图。
如图3所示，苯乙醇处理过的菌丝(PEA)与对照组菌丝(CK)相比，菌丝并无明显变化，但孢子囊数量明显减少，苯乙醇抑制了禾谷镰刀菌孢子囊的形成。
图4为本发明苯乙醇对禾谷镰刀菌孢子萌发的抑制图。
从图4可知，当苯乙醇浓度达2200μg/ml时，明显抑制了禾谷镰刀菌分生孢子的萌发。
图5为本发明苯乙醇采用熏蒸法对小麦赤霉病防效大田实验的防效图。
图6为本发明苯乙醇采用喷施法对小麦赤霉病防效大田实验的防效图。
图5和图6中，矩形框内或箭头所指的为发病小穗。
由图5、图6可知，在大田防治实验中，通过熏蒸法和喷施法施加苯乙醇后小麦病小穗率降低，且当施加苯乙醇浓度为1200μg/ml时，对小麦赤霉病的防治效果与常用农药戊唑醇相当。说明苯乙醇对禾谷镰刀菌PH-1具有明显的抑制作用，可以广泛应用于防治禾谷镰刀菌中。
图7为在PDA培养基上接菌后添加不同浓度苯乙醇、1-苯乙醇、苯甲醇后熏蒸的实验效果图。
通过图7实验结果发现：与1-苯乙醇和苯甲醇相比，在PDA培养基添加400μg/ml苯乙醇熏蒸处理下，能完全抑制禾谷镰刀菌菌丝的生长，苯乙醇的抑制效果明显优于1-苯乙醇和苯甲醇。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
如前所述，目前防治小麦赤霉病的药物主要是氰基丙烯酸酯类药氰烯菌酯，唑类药戊唑醇、咪鲜胺、氟环唑等，苯骈咪唑类药多菌灵、甲基硫菌灵，生物源农药四霉素、多抗霉素B，甲氧丙烯酸酯类药烯肟菌酯等杀菌剂。但近年来发现，很多地区的赤霉病菌对多菌灵等杀菌剂已产生高水平抗性，且有些杀菌剂的成本较高。
本发明经过实验发现，在抗病和感病小麦挥发物中测得苯乙醇(如图1和2所示)。本发明又研究进一步发现，苯乙醇对禾谷镰刀菌菌丝径向生长、对禾谷镰刀菌孢子囊的产生及孢子的产生、萌发均具有明显的抑制作用，对防治小麦赤霉病有巨大意义。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。其中：苯乙醇(β-苯乙醇)购自上海源叶生物科技有限公司，化学结构式如下所示：
Figure BDA0003243574840000041
1-苯乙醇的化学结构式为：
Figure BDA0003243574840000042
苯甲醇的化学结构式为：
Figure BDA0003243574840000051
禾谷镰刀菌野生型菌株PH-1来自山东农业大学。公众自申请日之前20年内可从申请人处获得以用于重复本试验。
本发明实施例中所用的培养基的组成为：
CMC(Carboxymethylcellulose)培养基配方：
Figure BDA0003243574840000052
PDA培养基(1L)：
Figure BDA0003243574840000053
实施例1：苯乙醇对禾谷镰刀菌菌丝径向生长的影响
菌种活化：用接种针挑取一小块保存的禾谷镰刀菌PH-1菌种(或吸取储存菌液200μl)，接种到PDA平板上，25℃培养箱倒置，黑暗培养3-4天。4℃冰箱保存备用，PDA菌板一般可放置1个月；实验需用时从菌落边缘无菌打孔器打取一小块菌饼接种到CMC培养基上培养即可。
将一定量苯乙醇加入到PDA培养基，配制成苯乙醇终浓度为0mg/L、1400mg/L、1600mg/L、1800mg/L、2000mg/L、2200mg/L的一系列含药培养基，将菌种活化后的禾谷镰刀菌PH-1打若干菌饼放置培养基上，以苯乙醇终浓度为0mg/L的培养基作为对照，放置在25℃培养箱中黑暗培养。实验中各个处理的菌落直径，我们采用十字交叉法来测量。计算各浓度苯乙醇对禾谷镰刀菌PH-1菌丝半最大效应浓度(EC50)、95％最大效应浓度(EC95)、99％最大效应浓度(EC99)见表1。结果显示，苯乙醇能明显抑制禾谷镰刀菌菌丝径向生长。
禾谷镰刀菌菌丝生长抑制率(％)＝[(对照菌落直径-菌饼直径)-(处理菌落直径-菌饼直径)]/(对照菌落直径-菌饼直径)×100％
表1：苯乙醇对菌丝径向生长EC50、EC95、EC99
EC50(mg/L) EC95(mg/L) EC99(mg/L)
PH-1 693.7984 1757.5642 1973.0142
实施例2：苯乙醇对禾谷镰刀菌PH-1菌丝形态的影响
取两份活化后的禾谷镰刀菌PH-1液培菌丝体，一个加入苯乙醇(1mg/ml)后静置6h，另一个不做任何处理为对照，在显微镜下观察菌丝形态。
结果如图3所示，苯乙醇处理过的菌丝(PEA)与对照组菌丝(CK)相比，菌丝并无明显变化，但孢子囊数量明显减少，抑制了孢子囊的形成。
实施例3：苯乙醇对孢子萌发的影响
孢子悬浮液的制备：取活化的禾谷镰刀菌PH-1液培，将CMC培养基全部吸出，弃掉，向培养皿中加入灭菌的自来水，浸没菌丝块，每隔10min用灭菌自来水冲洗，冲洗3次后，最后一次换水，水不要加太多，能够刚刚浸没菌丝即可，将平板于25℃黑暗放置6h。
通过血球计数板计数的方法来控制孢子悬浮液浓度达到5×105个/mL，配制使苯乙醇终浓度为0～2200μg/ml的含药培养基，加入0.1mL孢子悬浮液，用涂布器均匀涂布，观察所有处理培养基的孢子萌发情况，如图4和表2所示。从图4可知，当苯乙醇浓度达2200μg/ml时，明显抑制了分生孢子的萌发。
表2：苯乙醇对孢子萌发的影响
浓度(μg/ml) 2200 2000 1800 1600 1400 1200
苯乙醇 - + + + + +
浓度(μg/ml) 1000 800 600 400 200 CK
苯乙醇 + + + + + +
注：“+”有分生孢子萌发；“-”无分生孢子萌发
实施例4：苯乙醇对小麦赤霉病防效大田实验
禾谷镰刀菌接菌：
采用单花滴注法，选取扬花盛期小麦植株进行致病性测定。制取禾谷镰刀菌PH-1的孢子悬浮液，调整孢子浓度为5×105个/mL；吸取10μL孢子悬浮液滴入麦穗中部小穗外稃和内稃中间的小花处。套袋保湿72h。
防效处理：
考虑到苯乙醇浓度过高可能会对植物安全性造成影响，因此，在大田试验中对苯乙醇的浓度进行了适当降低，用蒸馏水配制成苯乙醇终浓度为0μg/ml、600μg/ml、800μg/ml、1000μg/ml、1200μg/ml的一系列含药溶液，将含有不同浓度的苯乙醇溶液分别采用熏蒸法和喷施法施加在接菌小麦穗上；将作施加苯乙醇终浓度为0mg/L处理记为阴性对照，记为CK0；将作施加常用农药戊唑醇处理记为阳性对照(戊唑醇处理按照使用说明：43％的戊唑醇悬浮液15ml兑水30L)，记为CK1。7d、14d后统计病情指数，并拍照记录(图5和图6)。计算病小穗率以判断赤霉病的严重程度。
病小穗率(percentage of scabbed spiklet，PSS)＝(发病小穗数/总小穗数)×100％
14d后各处理的病小穗率的统计结果见表3。
表3：14d后病小穗率统计结果
浓度(μg/ml) CK0 600 800 1000 1200 CK1
喷施法 69.70％ 63.00％ 53.80％ 53.00％ 27.60％ 37.30％
熏蒸法 68.20％ 55.60％ 45.20％ 38.60％ 25.10％ 25.70％
结果表明：在大田防治实验中，施加苯乙醇后病小穗率降低，病小穗率的降低程度与施加的苯乙醇的浓度呈一定的正相关性；当施加苯乙醇浓度为1200mg/L时，对小麦赤霉病的防治效果与常用农药戊唑醇相当。
另外，苯乙醇的施加方式也会影响对禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病的防治效果，与喷施法相比，将苯乙醇熏蒸使用的防治效果更优。
实验说明苯乙醇对禾谷镰刀菌PH-1具有明显的抑制作用，可以广泛应用于防治禾谷镰刀菌中。
实施例5：禾谷镰刀菌防治效果对比实验
上述试验表明：苯乙醇对禾谷镰刀菌菌丝径向生长、对禾谷镰刀菌孢子囊的产生及孢子的产生、萌发均具有明显的抑制作用，苯乙醇能够对禾谷镰刀菌起到有效的防治作用。
为进一步考察上述作用是β-苯乙醇的特性，还是芳香醇类物质的共性，本发明选取1-苯乙醇和苯甲醇进行了实验效果对比试验。具体如下：
在PDA培养基上接禾谷镰刀菌PH-1后，在培养皿顶部放置高压灭菌滤纸，在滤纸上添加不同浓度(200μg/ml、400μg/ml)苯乙醇(β-苯乙醇)、1-苯乙醇、苯甲醇后进行熏蒸处理，以添加等量的蒸馏水作为空白对照(CK)。实验效果图如图7所示。
通过图7实验结果发现：与1-苯乙醇和苯甲醇相比，在PDA培养基添加400μg/ml苯乙醇熏蒸处理下，能完全抑制禾谷镰刀菌菌丝的生长，苯乙醇的抑制效果明显优于1-苯乙醇和苯甲醇。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (2)

1.苯乙醇作为唯一活性成分在防治小麦赤霉病中的用途，所述小麦赤霉病由禾谷镰刀菌作为致病菌引发；
所述苯乙醇为β-苯乙醇，其化学结构式如下所示：
Figure FDA0003842161270000011
所述苯乙醇通过如下(1)或(2)途径防治小麦赤霉病：
(1)抑制禾谷镰刀菌孢子囊产生；
(2)抑制禾谷镰刀菌孢子产生、萌发。
2.一种利用苯乙醇防治小麦赤霉病的方法，其特征在于，包括采用苯乙醇对小麦穗进行处理的步骤；
所述处理具体为：在小麦开花期，采用浓度为1000-1200mg/L的β-苯乙醇对小麦穗进行熏蒸处理。
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