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Triadimefon sensitivity and its correlation with the virulence population of Blumeria graminis f. sp. tritici in some wheat growing areas in 2012

2012年部分麦区小麦白粉菌群体对三唑酮敏感性及其与毒性的关系



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  45(2): 181 ̄187(2015)
收稿日期: 2014 ̄02 ̄12ꎻ 修回日期: 2014 ̄12 ̄12
基金项目: 国家重点基础研究发展计划课题(2013CB127704)ꎻ公益性行业(农业)科研专项(201303016)ꎻ科技支疆项目(2013911092)ꎻ
国家自然科学基金(31171793)资助
通讯作者: 周益林ꎬ研究员ꎬ主要从事小麦病害研究ꎻE ̄mail: ylzhou@ ippcaas.cn
第一作者: 史倩倩ꎬ女ꎬ山东莱阳人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事小麦白粉菌抗药性研究ꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2015.02.009
2012年部分麦区小麦白粉菌群体对三唑酮敏感性
及其与毒性的关系
史倩倩ꎬ 范洁茹ꎬ 周益林*ꎬ 邹亚飞ꎬ 段霞瑜
(中国农业科学院植物保护研究所ꎬ植物病虫害生物学国家重点实验室ꎬ北京 100193)
摘要:抗病品种和化学防治是控制植物病害最有效的两种措施ꎬ病原菌在长期选择压下可改变其群体结构ꎬ以逐步适应品
种抗性和杀菌剂压力ꎮ 本研究采用拌种离体叶段法对 2012年采自我国 9个省(市)的 129个小麦白粉病菌 Blumeria grami ̄
nis f. sp. tritici单孢堆分离物进行了三唑酮敏感性检测ꎬ同时采用 31个已知抗病基因品种(系)对其进行苗期毒性测定ꎬ并
对二者之间的相关性进行分析结果表明:129个供试菌株对三唑酮的 EC50为 109.97 mg / Lꎬ平均抗药性水平达到 52.62倍ꎬ
变异系数为 107.2ꎮ 所有供试菌株中ꎬ99.22% 的菌株产生了抗药性ꎬ其中高抗菌株占 58.91%ꎬ中抗菌株占 37.98%ꎮ 北京菌
株的抗药性水平明显高于其他 8个省市ꎮ 利用 Popgen1.32软件对 9个省(市)小麦白粉病菌群体的毒性多样性分析结果表
明ꎬ四川群体毒性基因多样性水平最高ꎬNei基因多样性 H值为 0.224 1ꎬ浙江群体最低ꎬH值为 0.096 8ꎮ 小麦白粉菌群体对
三唑酮的敏感性和毒性的相关性分析表明ꎬEC50或 EC50变异系数与毒性多样性之间均不存在显著的相关性ꎬ但 EC50与毒性
基因数目之间的关系符合对数方程ꎮ 此结果可为杀菌剂和抗性品种的合理利用提供依据ꎮ
关键词:小麦白粉菌ꎻ 三唑酮ꎻ 抗药性ꎻ 毒性ꎻ 相关性分析
Triadimefon sensitivity and its correlation with the virulence population of Blumeria
graminis f. sp. tritici in some wheat growing areas in 2012   SHI Qian ̄qianꎬ FAN Jie ̄ruꎬ
ZHOU Yi ̄linꎬ ZOU Ya ̄feiꎬ DUAN Xia ̄yu  (State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pestsꎬ Insti ̄
tute of Plant Protectionꎬ Chinese Academy of Agricultural Sciencesꎬ Beijing 100193ꎬ China)
Abstract: Host resistance and fungicides are two of the main approaches used to control plant diseases in con ̄
ventional agriculture. The widespread use of host resistance and fungicides selects for pathogen individuals or
populations that can overcome the host defense systems or that are resistant to the applied fungicides. One hun ̄
dred and twenty nine isolates of Blumeria graminis f. sp. tritici were collected from 9 provinces / cities in 2012ꎬ
and inoculated onto 31 differential wheat lines of powdery mildew to test the virulence. The sensitivity of the iso ̄
lates to triadimefon was tested by seed treatment and detached leaf segment methods. The correlation between
virulence diversity and triadimefon ̄resistance was carried out by SAS software. The results showed that median
EC50 of isolates to triadimefon was 109.97 mg / Lꎬthe coeffective of EC50 was 107.2ꎬthe mean resistance factor
(RF) was 52.62.The resistant frequency of all isolates to triadimefon was up to 99.22%. The mean resistant fac ̄
tors of B. graminis f. sp. tritici isolates from Beijing was higher compared to the other eight provinces. Virulence
diversity of B. graminis f. sp. tritici isolates from Sichuan Province was highest with the index of virulence gene
diversity 0.224 1. The virulence gene diversity of isolates from Zhejiang was lowest with the index 0.096 8. The
association between triadimefon ̄sensitivity and virulence diversity of B. graminis f. sp. tritici isolates showed that
there was no significant correlation among EC50ꎬ variation coefficient of EC50 and virulence diversity. Howeverꎬ
 
植物病理学报 45卷
there is a logarithmic (r =0.240 4ꎬ P=0.009 6) relationship between EC50 and numbers of virulence genes of 129
B. graminis f. sp. tritici isolates. These results may provide a reference for reasonable utilization of wheat resist ̄
ance varietiesꎬ as well as the use of triazole fungicides.
Key words: Blumeria graminis f. sp. triticiꎻ triadimefonꎻ fungicide resistanceꎻ virulenceꎻ correlation analysis
中图分类号: S432.44          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2015)02 ̄0181 ̄07
    小麦白粉病是小麦的重要病害之一ꎬ在全世界
范围都有发生ꎬ重病田产量损失可达 50%以上ꎬ严
重影响小麦的产量及品质[1ꎬ2]ꎮ 小麦白粉病的防
治主要采取推广种植抗病品种为主ꎬ化学防治为辅
的综合防治措施ꎮ 由于抗病品种的推广ꎬ病原菌受
到选择压ꎬ群体毒性结构发生变异ꎬ导致部分主栽
品种抗病性下降甚至丧失ꎬ因此化学防治也成为田
间控制白粉病的重要手段之一[3]ꎮ 目前生产上用
于防治小麦白粉病的药剂主要是 14α ̄脱甲基化抑
制剂 (14α ̄demethylase inhibitor / DMI)ꎬ代表品种
为三唑酮ꎮ 由于白粉菌是典型的气传病害ꎬ产孢量
大、传播迅速、生活周期短ꎬ加上 DMI 类杀菌剂长
期、大面积使用ꎬ增加了药剂对病菌的选择压力ꎬ从
而使病原菌群体对三唑类药剂产生了抗药性[4]ꎮ
中国农业科学院植物保护研究所从 1995年开始监
测我国小麦白粉菌群体对三唑酮的敏感性变化ꎬ发
现近年来小麦白粉菌对三唑酮的敏感性下降ꎬ病菌
的抗性水平和抗性频率均呈上升趋势[5~10]ꎬ但此
项监测一直没有关注病菌群体对杀菌剂的敏感性
与毒性之间的关系ꎮ 基于此ꎬ本研究在继续监测我
国小麦白粉病菌群体对三唑酮敏感性的基础上ꎬ进
一步分析了病菌群体对三唑酮的敏感性和毒性之
间的关系ꎬ以期揭示杀菌剂的使用对病原菌群体毒
性的影响ꎬ为制定有效的病害防治策略提供理论
依据ꎮ
1  材料与方法
1.1  供试材料
1.1.1  供试菌株  小麦白粉病菌株于 2012年分别
采自北京、山东、河南、四川、甘肃、青海、陕西、浙
江、云南等 9个省(市)的小麦产区ꎬ经分离和纯化
获得 129个单孢堆分离物ꎮ
1.1.2  供试药剂  20%的三唑酮乳油(EC)由中国
农业科学院植物保护研究所农药组通过 90%的三
唑酮原药配制而成(三唑酮 20gꎬN ̄N ̄二甲基甲酰
胺 30 mLꎬ丙酮 20 mLꎬ二甲苯 20 mLꎬ0206 10
mLꎬ加水混匀定容至 100 mL)ꎮ
1.1.3  供试小麦品种  小麦白粉病菌繁殖和药剂
敏感性检测所用的小麦品种为白粉病高感品种京
双 16ꎮ 病菌毒性鉴定的小麦品种(系)包括:Chan ̄
cellor(感病对照)、 Axminster / 8cc ( Pm1a)、MIN
(Pm1c)、 Ulka / 8cc ( Pm2)、 Asosan / 8cc ( Pm3a)、
Chul / 8cc ( Pm3b )、 Sonora / 8cc ( Pm3c )、 Kolibri
(Pm3d)、W150(Pm3e)、Mich.Amber / 8cc(Pm3f)、
Khapli / 8cc ( Pm4a )、 Armada ( Pm4b )、 81 ̄7241
(Pm4c)、Hope / 8cc(Pm5a)、Aquila(Pm5b)、Tim ̄
galen ( Pm6 )、 CI14189 ( Pm7 )、 Kavkaz ( Pm8 )、
Wembley(Pm12)、R4A(Pm13)、Brigand(Pm16)、
Amigo ( Pm17 )、 XX186 ( Pm19 )、 TAM104 /
THATCHER(Pm20)、扬麦 5 / Sub.6v(Pm21)、赤牙
糙(Pm24)、NCA5 ( Pm25)、 5P27 ( Pm30)、NCD7
(Pm34)、NCD3(Pm35)和小白冬麦(XBD)共计 31
个品种ꎮ 其中赤牙糙由河南省农业科学院植物保护
研究所刘红彦研究员提供ꎻNCA5、5P27、NCD7 和
NCD3 由中国农业大学刘志勇教授提供ꎻMIN、
XX186、81 ̄7241等由山东农业大学王洪刚教授提供ꎮ
1.2  试验方法
1.2.1  小麦白粉菌对三唑酮敏感性测定 
1)病菌的纯化和扩繁  将 9 省(市)采集的病菌无
性孢子及有性态子囊孢子进行单孢堆分离纯化ꎬ具
体参照 Xia等的方法[6]ꎮ
2)病菌对三唑酮的敏感性测定  采用拌种离体叶段
法[7]进行敏感性测定ꎮ 拌种用的药剂浓度分别为
0、12.5、25、50、100、200、400和 800 mg / Lꎮ 按以上浓
度处理种子ꎬ每 10 g 小麦种子拌药1 mLꎬ摇匀使其
充分吸收后ꎬ播种于直径为 15 cm的花盆中ꎬ罩上无
菌玻璃罩ꎬ隔离培养ꎬ待长到一叶一心时在超净台上
剪取第一叶的 3 cm长叶段ꎬ按拌种浓度顺序由高到
低依次排列于含 60 mg / L 苯并咪唑的水琼脂培养
基上ꎬ置于接种筒内ꎬ接种收集新鲜孢子粉ꎮ 每个菌
株 4次重复ꎬ接种后置于 17 ± 1℃培养箱内培养ꎮ
281
 
  2期 史倩倩ꎬ等:2012年部分麦区小麦白粉菌群体对三唑酮敏感性及其与毒性的关系
3)调查记录  接种后 8 dꎬ 用 5倍放大镜观察不同
浓度药剂叶段上的病菌侵染点ꎬ并记录不同浓度处
理叶段上的侵染点数目ꎮ
1.2.2  小麦白粉菌群体的毒性监测 
1)毒性鉴定   将 30 个含有已知抗白粉病基因的
小麦品种(系)播种于 36 cm×25 cm×10 cm的塑料
方盒内ꎬ同时以感病小麦品种 Chancellor 作为对
照ꎮ 套上用铁丝架撑开的透明塑料袋以防污染ꎬ置
于 18~20℃温室中培养ꎮ 待第一叶片完全展开后
(一叶一心期)ꎬ采用抖接法接种新鲜的白粉菌分
生孢子ꎬ每个菌株接种一套鉴别寄主[11]ꎮ
2)调查记录  待对照品种 Chancellor完全发病后ꎬ参
照 0~4级病情分级法[11]ꎬ记载第一叶片的反应型ꎮ
    其中 0 ~ 2 型为抗病反应ꎬ菌株记为无毒性ꎻ
3~4型为感病反应ꎬ菌株记为有毒性ꎮ
3)数据分析 
    抑制中浓度(EC50)抑制率 = (1-处理每叶段
平均侵染点数∕对照每叶段平均侵染点数)
×100%ꎬ以抑制率的几率值为 Yꎬ药剂浓度的对数
为 Xꎬ得回归方程 Y= bX+a 和相关系数 rꎬ并计算
药剂对病菌的抑制中浓度(EC50)ꎮ
    抗性水平 ( resistant factorꎬRF) = 供试菌株
EC50 /敏感菌株 EC50ꎬ本文以 2000年所测菌株中最
敏感菌株的 EC50(2. 09 mg / L) [8]作为敏感基线ꎮ
当 RF>5时认为该菌株为抗性菌株ꎮ
    抗性频率( resistant frequency) = (抗性菌株
数 /供试菌株数)×100%ꎮ
    根据毒性鉴定结果ꎬ将无毒性的菌株记为
“0”ꎬ有毒性的菌株记为“1”ꎬ构建“0 ̄1”矩阵ꎬ计算
毒性频率ꎬ并统计每个菌株所含有的毒性基因数ꎮ
毒性频率 = (有毒性菌株总数 /供试菌株总数) ×
100%ꎮ 利用 Popgen1.32软件对“0 ̄1”毒性矩阵进
行多样性分析ꎮ 反映毒性基因多样性信息的遗传
参数: Nei基因多样性指数 H(Nei′s gene diversi ̄
ty)ꎻShannon信息指数 I(Shannon′s information in ̄
dex)ꎻ多态性位点百分率 P%( percentage of poly ̄
morphic loci)ꎮ
1.2.3  病菌对三唑酮的敏感性与毒性的关系分析
    使用 SAS软件(Version 9.1.3)分析 EC50、EC50变
异系数与毒性多样性和毒性基因数目的关系ꎬ其中变
异系数 CV=(s / X-)×100 (s为标准差ꎬX- 为平均值)ꎮ
2  结果与分析
2.1  小麦白粉病菌菌株对三唑酮的敏感性
    2012年采集自我国 9个省(市)的 129 个小麦
白粉菌株对三唑酮的敏感性分布图见图 1ꎬ所有供
试菌株的 EC50中值为 109.97 mg / LꎬEC50变异系数
Fig. 1  Boxplot of triadimefon sensitivity of Blumeria graminis f.sp.tritici isolates in different provinces
Stars and circles represent the extreme valuesꎻNo. =The number of isolatesꎻ Range=Range of EC50(mg / L) ꎻ
Mid=Median of EC50(mg / L) ꎻ Mid ̄RF=Mean resistance factorꎻ C.V=Coeffective of variation of EC50(%) .
381
 
植物病理学报 45卷
为 107.20ꎬ敏感性分布范围广ꎬ其平均抗性水平为
52.62倍ꎮ 不同地区菌株的敏感性也存在一定差异ꎬ
其中以浙江的菌株最为敏感ꎬ且敏感性较为集中ꎬ
EC50为 35.33 mg / Lꎬ抗性水平为 16.90 倍ꎻ北京菌株
的 EC50最高ꎬ达 184.31 mg / Lꎬ抗性水平为 88.18倍ꎻ
同一地区不同菌株之间的敏感性也存在较大差异ꎬ
如北京菌株的 EC50范围是 16.16 ~ 752.04 mg / Lꎮ
    供试菌株的抗性频率为 99.22%ꎬ除河南有一
株敏感菌株ꎬ北京和四川有两株低抗菌株外ꎬ其他
六个省(市)全部为中高抗菌株ꎮ 参试菌株抗性水
平大于 40倍频率接近 60%(表 1)ꎮ
2.2  病原菌群体毒性及其多样性分析
    由表 2可以看出ꎬ各省市病菌群体其平均毒性
基因数目范围分布在 15.00-19.36 之间ꎬ其中青海
群体平均毒性基因数目最多ꎬ其次为甘肃、云南、北
京ꎬ浙江群体平均毒性基因数目最少ꎮ
    不同地区小麦白粉菌群体其毒性基因多样性
(Nei基因多样性 H值)存在一定的差异ꎬ其中四川
群体最高ꎬH 值为 0.224 1ꎬ其次是云南ꎬH 值为
0.200 7ꎻ浙江群体的毒性基因多样性水平最低ꎬH值
为 0.096 8ꎻI值和 P%值也显示类似的结果(表 2)ꎮ
Table 1  Triadimefon ̄resistant frequencies population of Blumeria graminis f. sp. tritici
in different provinces / cities in 2012
Location
Sensitive
frequency
/ % Rf≤5
Resistant Frequency / %
5<Rf≤10 10<Rf≤40 Rf>40 Total
The highest
resistance factor
Beijing 0 5.55 16.67 77.78 100.00 359.83
Henan 3.85 3.85 69.23 23.07 96.15 152.65
Sichuan 0 5.00 45.00 50.00 100.00 221.65
Gansu 0 0 26.67 73.33 100.00 208.97
Qinghai 0 0 27.27 72.72 100.00 305.33
Shaanxi 0 0 28.57 71.43 100.00 452.55
Zhejiang 0 0 100.00 0 100.00 20.94
Yunnan 0 0 22.22 77.78 100.00 117.02
Shandong 0 0 16.67 83.33 100.00 378.49
Total 0.78 2.33 37.98 58.91 99.22 452.55
  Table 2  Virulence diversity and the mean number of virulence genes population of
Blumeria graminis f. sp. tritici in nine provinces / cities in 2012
Location The number of isolate H I P /%
The mean number
of virulence gene
Beijing 18 0.180 3 0.286 3 64.52 18.12
Henan 26 0.167 6 0.264 2 58.06 16.32
Yunnan 9 0.200 7 0.307 7 61.29 18.44
Shaanxi 14 0.159 5 0.239 4 45.16 16.92
Gansu 15 0.199 3 0.308 8 64.52 18.46
Shandong 12 0.187 7 0.277 0 48.39 16.82
Qinghai 11 0.194 6 0.286 2 51.61 19.36
Zhejiang 4 0.096 8 0.139 6 22.58 15.00
Sichuan 20 0.224 1 0.344 4 74.19 18.00
Total 129 0.227 2 0.343 7 77.42 17.56
  Note:H = Nei′s (1973) gene diversityꎻ I=Shannon′s information index [Lewontin (1972)]ꎻ P% =The percentage of poly ̄
morphic loci.
481
 
  2期 史倩倩ꎬ等:2012年部分麦区小麦白粉菌群体对三唑酮敏感性及其与毒性的关系
2.3  病菌群体对三唑酮的敏感性、病原菌毒性多
样性及毒性基因数目的关系
    利用 SAS 软件对供试小麦白粉菌群体对三唑
酮的 EC50中值、EC50变异系数、毒性多样性进行相
关性分析ꎬ结果表明小麦白粉病菌群体对三唑酮的
EC50中值和毒性多样性之间不存在显著地相关性ꎻ
EC50变异系数与毒性多样性之间也不存在显著地
相关性(表 3)ꎮ
    利用 SAS软件对病菌群体 EC50(x)和毒性基
因数目(y)关系分析结果发现ꎬ EC50值在 3.97 ~
461.09 mg / Lꎬ二者之间符合对数方程 y = 0. 65ln
(x)+14.57( r = 0.240 4ꎬ P=0.009 6)ꎬ如图 2 ꎮ
Table 3  Correlation analysis between triadimefon sensitivity of isolates of Blumeria graminis
f. sp. tritici and virulence gene diversity of pathogen population
Parameter H        I      P / %      Mid        C.V of EC50      
H 1.000 00
r= 0.991 24
P<0.0001
r= 0.901 46
P= 0.000 9
r= 0.344 33
P= 0.364 2
r= 0.525 42
P= 0.146 3
I 1.000 00
r= 0.949 47
P<0.0001
r= 0.324 57
P= 0.394 1
r= 539 34
P= 0.134 0
P% 1.000 00
r= 0.224 54
P= 0.561 4
r= 0.530 26
P= 0.14 20
Mid
1.000 00 r= 0.511 14
P= 0.159 6
C.V of EC50 1.000 00
  Notes: r = Correlation coefficientꎻ P=Level of different significanceꎻMid = Median of EC50(mg / L)ꎻ C.V of EC50 = Coeffec ̄
tive of EC50(%) .
Fig. 2  Association between EC50   to triadimefon and the number
of virulence genes population of Blumeria graminis f. sp. tritici
581
 
植物病理学报 45卷
3  结论与讨论
    Ma等[12]发现采自山东烟台的小麦白粉病菌
株对三唑酮的敏感性下降ꎬ其 EC50值 1992 年为
1988年的 4~8 倍ꎬ说明我国小麦白粉菌对三唑酮
出现了抗药性ꎻ1994 年 Yang 等[13]在湖北部分地
区发现了小麦白粉菌株对三唑酮敏感性下降的群
体ꎬ此后 Yu[14]于 2000 年在该省也发现了抗性水
平达 370的抗性菌株ꎮ 本实验室从 1995年起就开
展了小麦白粉菌对三唑酮的抗药性监测工作ꎬ结果
发现ꎬ我国主要麦区小麦白粉菌群体对三唑酮的抗
性水平逐年上升ꎬ1995~2000年大部分菌株的抗性
水平为 10 ~ 40 倍[5ꎬ8]ꎬ自 2007 年以来ꎬ小麦白粉
菌的平均抗性水平一直保持在 40 倍以上ꎬ并且其
中高抗菌株所占的比例持续增加[7ꎬ9ꎬ10ꎬ15]ꎬ2008 年
的监测结果表明小麦白粉菌的平均抗性水平达到
45.14倍ꎬ其中抗性菌株的比例达到了97.25%[9]ꎬ
2012年我国部分麦区的 129 个小麦白粉菌株对三
唑酮的平均抗性水平达到 56.62 倍ꎬ几乎是 2008
年的 1.25倍ꎬ抗性频率高达 99.22%ꎬ表明小麦白
粉病菌对三唑酮的抗药形势日趋严峻ꎮ
    抗病品种和化学防治是控制植物病害的最有
效的两种措施ꎬ而病原菌在长期的选择压下ꎬ与寄
主抗性和杀菌剂协同进化ꎬ从而改变其群体的结
构ꎬ以适应品种抗性和杀菌剂压力ꎮ Yang 等[16]报
道了 Mycosphaerella graminicola 对 DMI类杀菌剂
的抗药性与毒性呈正相关ꎮ Limpert(1990) [17]报
道欧洲大麦白粉菌(B. graminis f. sp. hordei)与杀
菌剂三唑酮抗性相关的基因和毒性相关基因之间
存在正相关性ꎮ 本研究中小麦白粉病菌对三唑酮
的敏感性与其携带的毒性基因数目之间也具有相
关性ꎬ即随着病原菌对三唑酮抗药性的增加ꎬ病原
菌的毒性基因数量也存在增加的趋势ꎮ 出现这种
正相关性的原因可能是由于寄主受病原菌侵染后
防御系统会产生一些化学物质来阻止病原菌的侵
染及繁殖ꎬ而这些化学物质和三唑类杀菌剂可能存
在结构和功能上的一些相似性ꎬ从而使得适应寄主
中防御类化学物质的病原菌菌株对三唑类杀菌剂
也有相对应的适应性ꎬ这导致病原菌毒力和耐药性
的同步增长ꎮ 据报道ꎬ当寄主遭受病原菌侵染时ꎬ
寄主体内的 MgrA蛋白和 ABC转运蛋白介导广谱
性抗菌物质的产生和运输ꎬ对病原菌形成选择压
力ꎬ使其毒性及抗药性增加[18ꎬ19]ꎮ
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责任编辑:曾晓葳
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