小麦赤霉病是一种世界范围内极具毁灭性且防治困难的真菌病害，由镰刀菌属真菌侵染而导致，堪称小麦‘癌症’，不仅影响小麦产量和品质，其真菌产生的毒素还会威胁人体健康，严重影响粮食和食品安全。

扬州大学农学院李韬教授团队经过多年的研究，发现了可以通过合成甲基硒代半胱氨酸提升小麦赤霉病抗性的关键基因——TaSMT，并在此研究基础上，携手扬州大学化学化工学院俞磊教授团队共同开发了一种制备成本低、硒生物强化效果好的生物强化制剂——甲基硒葡萄糖。这些发现为硒生物强化和赤霉病防治提供了新思路和新方法。

硒生物强化有效提升小麦赤霉病抗性

“我国农业科学工作者开展小麦赤霉病相关研究已有半个世纪之久，但是小麦种质资源中可用的抗赤霉病效果好的基因非常稀少，加上赤霉病鉴定难度和小麦基因组的复杂性，培育兼具抗病、高产与优质的小麦品种仍非常困难。”李韬告诉记者，现在生产上防治赤霉病的部分化学药剂，虽然可降低病害严重度，但也存在农药残留、菌株抗药性、诱导毒素积累等风险。

因此，生产中迫切需要一种经济有效并且环保的小麦赤霉病防治策略。如何才能解决这个问题？李韬告诉记者：“硒生物强化是指利用植物自身与硒吸收、转运和合成代谢相关基因，结合农艺硒强化，提高植物体内总硒含量或特定有机硒含量的一种技术。”团队通过不断探索实践，将小麦硒生物强化和赤霉病抗性研究相结合，为解决赤霉病世界性难题开辟了新路径。

团队博士研究生咸莉梅告诉记者，“在前期研究中我们发现不同形态的硒均能抑制禾谷镰刀菌的生长，但抑制效果取决于硒的具体形态。”

为探究硒在小麦生产上对于提升赤霉病抗性的作用，团队同时用无机硒和有机硒等不同形态硒外源喷施感赤霉病小麦植株，发现甲基硒代半胱氨酸这一有机硒化合物处理，能有效缓解小麦赤霉病并显著降低穗部毒素含量。“经对处理后禾谷镰刀菌进行转录组和蛋白质组联合分析，我们的初步结论是：甲基代半胱氨酸很可能是通过干扰真菌的DNA代谢和翻译，阻碍其细胞周期进程，进而抑制其生长的。”咸莉梅告诉记者。

提升小麦赤霉病抗性的基因挖掘

在发现甲基硒代半胱氨酸可有效缓解小麦赤霉病后，团队进一步挖掘提高小麦籽粒中甲基硒代半胱氨酸的含量的关键基因，希望通过分子遗传手段来提高小麦的赤霉病抗性，为小麦赤霉病抗性改良提供新的路径。

“小麦赤霉病抗性很复杂，抗性类型包括抗侵染、抗扩展、抗毒素积累和籽粒抗性，均是多基因控制的典型数量性状”。团队青年教师孙政玺说，育种上被广泛利用的“明星”抗性基因 Fhb1被证明介导抗扩展和抗毒素积累，但并不介导抗侵染和籽粒抗性。

团队在小麦中克隆了参与甲基硒代半胱氨酸合成的关键基因TaSMT并进行了转基因验证，结合施用无机硒，病害严重度可降低18%—29%，这为小麦品种改良提供了新的有利基因资源。

咸莉梅向记者解释该基因的潜在功能：“TaSMT催化形成的甲基代半胱氨酸可进一步生成挥发性气态硒，在气传病原真菌接触麦穗之前进行抑菌，从而降低植株感染率。此外，甲基代半胱氨酸在穗部和籽粒的积累也有利于抑制病原菌在小麦内部的扩散，并抑制毒素产生，理论上与小麦赤霉病抗性的四种类型全部相关。”

节本增效的创新成果

甲基硒代半胱氨酸等有机硒生产成本高昂，不利于大规模农业应用，生产上亟需一种低成本、安全、有效提升作物硒含量的甲基硒代半胱氨酸类似化合物。

因此，李韬教授团队联合扬州大学化工学院俞磊教授，合作研发了一种制备成本低、硒生物强化效果好、抑制禾谷镰刀菌效果好的化合物——甲基硒葡萄糖。团队对其小麦硒生物强化效果进行研究发现，甲基硒葡萄糖处理后的小麦籽粒硒含量是无机硒处理的2—3倍，咸莉梅作为第一作者，将该成果发表于知名学术期刊Chinese Chemical Letters（《中国化学快报》）。

“甲基硒葡萄糖具有易制备、低成本、利用效率高和安全的优点。该甲基硒化学物质的制备方法已申请发明专利，并投入商业生产。”团队合作者俞磊教授告诉记者，相关成果的应用有利于功能农业的发展，并生产富含有机硒的功能性食品。

“小麦是我国的三大主粮作物之一，也是富硒能力最强的主粮作物，因此通过甲基硒葡萄糖对小麦进行硒生物强化，可有效补充人体硒营养，有助于提高人体免疫力和促进人体健康。”李韬告诉记者，团队将进一步探究不同甲基硒化合物在提升小麦赤霉病抗性上的效果及机理，为小麦“癌症”的防控提供更多方案。

新华日报·交汇点记者 叶真