赖草条锈菌与小麦条锈菌有性杂交对小麦条锈菌毒性变异的研究

摘要

小麦是在全世界都有广泛种植的主要粮食作物，是三大谷物和重要的经济作物之一。小麦条锈病是我国及世界小麦种植区的主要病害之一。该病害由条形柄锈菌小麦专化型引起的小麦条锈病，其病原菌主要以夏孢子在活体小麦上重复侵染，流行年份常会造成巨大的产量损失。研究证实条锈菌的寄主除小麦外，还可以侵染大麦、黑麦及赖草、披碱草等多种禾本科植物，禾本科杂草作为辅助寄主，寄主感病程度会因为小麦条锈菌的不同小种类型而有所差异。同一小种的致病性也会因禾草种类不同而存在差异，因而，表现出一定的寄主专化性。目前根据寄主专化性，鉴定条形柄锈菌有6个专化型，分别是小麦专化型、早熟禾专化型、大麦专化型、冰草专化型 、赖草专化型和披碱草专化型。近年，随着小麦条锈菌转主寄主小檗的发现，使深入研究有性生殖与小麦条锈菌毒性变异成为可能。早期研究证实秆锈菌和叶锈菌可以通过专化型间的杂交获得新的致病类型。但是截止目前，尚无有关条锈菌专化型间杂交与毒性变异的研究报道。本研究通过利用赖草条锈菌进行室内人工接种小檗，验证小檗是赖草条锈菌的转主寄主，通过两种条锈菌专化型间的有性杂交，即条形柄锈菌小麦专化型（Puccinia striiformisf. sp.tritici, Pst;简称小麦条锈菌）与条形柄锈菌赖草专化型（P. striiformisf. sp.leymi,Psl;简称赖草条锈菌），获得了其有性杂交后代群体，小麦条锈菌亲本菌系与有性杂交后代群体在单基因（Yr）系鉴别寄主测定毒力，分析有性后代群体与小麦条锈菌亲本菌系的毒力变化，进而明确条锈菌专化型间有性杂交在小麦条锈菌毒性变异的可能性与作用。本研究取得了如下主要研究结果： 1. 确定条形柄锈菌赖草专化型和条形柄锈菌小麦专化型。获得单夏孢子菌系，通过寄主专化性、病原菌孢子形态学特征，验证并获得了条形柄锈菌赖草专化型和小麦条锈菌菌系。室内诱导产生两种菌系的冬孢子。 2. 鉴定小檗是赖草条锈菌的转主寄主，证实赖草条锈菌是转主寄生的全型锈菌。在室内条件下，利用赖草条锈菌冬孢子萌发产生的担孢子接种小檗，担孢子成功侵染小檗，并在小檗上完成其性孢子器阶段和锈孢子器阶段。锈孢子接种小麦铭贤169和赖草后，只侵染赖草并产生夏孢子，在小麦铭贤169上产生明显坏死斑，没有夏孢子产生。表明赖草条锈菌在小檗上转主寄生，完成有性生殖循环。 3. 赖草条锈菌有性自交后代对小麦表现免疫或低反应型。获得赖草条锈菌有性自交后代的30个菌系中，对小麦铭贤169表现免疫的有27个，仅有3个在小麦上产生低反应型，表现高抗。 4.小麦条锈菌与赖草条锈菌进行有性杂交，发生遗传重组，有性杂交后代群体毒性变异显著。通过有性杂交共获得52个单孢后代菌系，其中36个为与亲本不同的致病类型，致病类型变异频率为约 69%。有2 个后代菌系的毒性表型与亲本小麦条锈菌小种CYR32的毒性表型相同，而后代中有50个菌系在单基因系鉴别寄主上的毒性表型与亲本小麦条锈菌CYR32的毒性表型存在一个或者多个抗病位点的差异。与亲本菌系相比，后代群体中在1个抗病位点发生毒性变异的有13个，在2个抗病位点发生毒性变异的有4个，3个及3个以上抗病位点发生毒性变的有33个。单孢后代群体中，Yr8、Yr26毒性频率比较低为13%，对Yr24的毒性频率为19%，对Yr10和YrTr1的毒性频率为25%， Yr32的毒性频率为32%，未发现对Yr5致病的。 5. 杂交后代菌系的有性自交毒力测定。随机挑选 3 个杂交后代的菌系并制备冬孢子，接种陕西小檗，进行自交。其中SuBH-22-3没有产生锈子器，另外两个菌系产生锈子器。锈孢子接种后赖草和小麦铭贤 169 后，SuBH-7-3 侵染小麦并产生夏孢子堆，高反应型，侵染赖草后产生明显坏死，没有夏孢子堆产生。SuBH-1-3 在小麦和赖草上都没有发病，没有产生夏孢子堆。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1小麦条锈病和赖草条锈病

1.1.1小麦条锈病病原菌的生物学特性

1.1.2小麦条锈病的分布和为害

1.1.3赖草条锈病

1.2小麦条锈病的寄主范围

1.2.1小麦条锈菌的无性繁殖寄主

1.2.2小麦条锈病的有性生殖寄主

1.3小麦条锈病的流行及防治措施

1.4锈菌的毒性变异

1.4.1.有性生殖

1.4.2异核作用

1.4.3突变

1.5本研究的目的和意义

1.6前景与展望

第二章 赖草条锈菌自交及赖草条锈菌与小麦条锈菌杂交的研究

2.1材料与方法

2.1.1种植陕西小檗

2.1.2赖草移栽及赖草条锈菌冬孢子的采集

2.1.3两种条锈菌专化型的获得

2.1.4赖草条锈菌转主寄主的鉴定

2.1.5赖草条锈菌自交

2.1.6专化型间有性杂交及单孢后代的群体构建

2.1.7 单孢后代毒性鉴定

2.1.8杂交后代的冬孢子接种陕西小檗

2.2实验结果

2.2.1两种菌专化型的获得

2.2.2陕西小檗可以作为赖草条锈菌的转主寄主

2.2.3赖草条锈菌自交结果

2.2.4条锈菌专化型间有性杂交后代毒性鉴定

2.2.6单孢后代重组验证

2.3分析与讨论

结论

参考文献

附表

致谢

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