我国南繁区水稻纹枯病菌和稻瘟病菌的遗传多样性研究

摘要

南繁区位于我国海南岛，是我国农作物繁殖和育种的重要基地，在水稻等农作物良种繁育上具有举足轻重的地位。然而，随着南繁育种工作的迅速发展，大陆与海南岛之间水稻种子的调运日益频繁，随着这些种子的进出岛，种子上携带的病原菌对海南岛和大陆水稻的潜在危害就在所难免。为了明确南繁区水稻纹枯病菌[Thanatephorus cucumeris(Frank) Donk，无性态Rhizoctonia solaniKühn]和稻瘟病菌[Magnaporthe oryzae(Hebert) Barr，无性态为Pyricularia oryzaeCav.]的遗传多样性，本研究对南繁核心区（三亚市、乐东县、陵水县和保亭县）和非核心区（琼中县、屯昌县和定安县）水稻纹枯病菌和稻瘟病菌的形态特征、培养性状、致病力分化和DNA的AFLP多态性等方面进行了比较分析，旨在明确它们在这些方面的差异，为水稻病害防控提供依据。现将主要研究结果报道如下：
　　1、水稻纹枯病菌形态特征和培养性状的多样性。南繁核心区和非核心区的水稻纹枯病菌菌株分别为56株和51株，它们的培养性状不完全一致，呈现出一定的多样性；融合群测定和细胞核染色观察表明，这些菌株均属于多核丝核菌类、立枯丝核菌（R. solani）AG1-IA融合群；致病力测定结果表明，这些菌株的致病力类型有一定的差异，但菌株的生长速率与其致病力之间无相关性。
　　2、水稻纹枯病菌DNA的AFLP多态性。本研究从64对引物组合中筛选出8对扩增条带较丰富且多态性较高的引物，共扩增出366条DNA条带，其中331条具有多态性，多态性条带百分率为90.44％；核心区群体的多态性位点百分率（PPL）为82.24%，高于非核心区群体的67.49%；核心区群体的Shannon's信息指数（I）为0.3062，高于非核心区群体的0.2447；核心区群体的Nei's基因多样性指数（H）为0.1932，高于非核心区的0.1535，核心区群体表现出了更大的遗传多样性；聚类分析结果表明，60个菌株分为9个AFLP谱系，核心区菌株分布在9个谱系里，非核心区菌株分布在4个谱系中，表明核心区菌株间的遗传分化程度更高，与菌株的主坐标分析结果基本一致；此外，菌株AFLP谱系与其致病力的强弱并无相关性。
　　3、水稻纹枯病菌的遗传结构。核心区群体的Gst为0.1633，非核心区群体的Gst为0.3481，核心区群体的Nm为2.5627，非核心区群体的Nm为0.9365，表明遗传变异主要来自于群体内，核心区群体间的基因交流较正常，非核心区群体间的基因交流相对较困难；基于遗传一致性的群体聚类分析表明核心区群体和非核心区群体的遗传相似度较高。
　　4、稻瘟病菌的分子鉴定与培养性状的多样性。本研究从南繁区分离得到的60个稻瘟病菌菌株经ITS鉴定均表明其为稻瘟病菌；核心区和非核心区菌株在PDA培养基上的培养性状不完全一致，呈现出一定的多样性；分生孢子形态呈倒洋梨形。
　　5、稻瘟病菌无毒基因的多样性。PCR扩增结果表明，除Avr-Pik基因外，ACEI、Avr-Pia、Avr-Pita、Avr-Piz-t和PWL2这5个无毒基因在核心区和非核心区群体的分布情况均有一定的差异；同时，除Avr-Pia基因外，其余5个无毒基因在核心区和非核心区群体的分布率均较高，表明南繁区稻瘟病菌的群体结构相对较简单。
　　6、稻瘟病菌DNA的AFLP多态性。本研究从64对引物组合中筛选出9对条带较丰富且多态性较高的引物，共扩增出413条DNA条带，其中411条具有多态性，多态性条带百分率（P）为99.52%。核心区群体的多态性位点百分率（PPL）为87.89%，高于非核心区群体的81.37%；核心区群体的Shannon's信息指数（I）为0.2738，高于非核心区的0.2703；核心区群体的Nei's基因多样性指数（H）为0.1657，低于非核心区群体的0.1662，这表明核心区和非核心区菌株的遗传多样性水平相当；聚类分析表明，几乎每个菌株都各自独立成为一个群，无明显的共聚类亚群，表明核心区和非核心区菌株都存在丰富的遗传多样性，这与菌株的主坐标分析结果基本一致。
　　7、稻瘟病菌的遗传结构。核心区群体的Gst为0.1044，非核心区群体的Gst为0.1223，核心区群体的Nm为4.2897，非核心区群体的Nm为3.5892，遗传变异主要来自于群体内，两区不同群体间均存在广泛的基因交流；基于遗传一致性的群体聚类分析表明，核心区和非核心区菌株的遗传相似度很高。

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缩略词及英汉对照

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1 前言

1.1 我国南繁区农作物有害生物的种类和发生状况

1.2 水稻主要真菌病害的研究概况

1.3 分子标记技术

1.4 分子标记技术在植物病原真菌群体遗传学上的应用

1.5 水稻两种主要病原真菌遗传多样性的研究进展

1.6 本研究的目的和意义

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

3 结果与分析

3.1 南繁核心区和非核心区水稻纹枯病菌的分离和纯化结果

3.2 南繁核心区和非核心区水稻纹枯病培养性状的观察

3.3 南繁核心区和非核心区水稻纹枯病菌菌丝融合群的测定

3.4 南繁核心区和非核心区水稻纹枯病菌菌丝细胞核的染色

3.5 南繁核心区和非核心区水稻纹枯病菌致病力的测定结果与分析

3.6 南繁核心区和非核心区水稻纹枯病菌DNA的AFLP分析

3.7 南繁核心区和非核心区稻瘟病菌的分离、纯化和ITS鉴定结果

3.8 南繁核心区和非核心区稻瘟病菌培养性状的观察

3.9 南繁核心区和非核心区稻瘟病菌菌落直径的测定结果

3.10 南繁核心区和非核心区稻瘟病菌的孢子形态

3.11 南繁核心区和非核心区稻瘟病菌无毒基因的检测结果及分析

3.12 南繁核心区和非核心区稻瘟病菌DNA的AFLP分析

4 讨论与结论

4.1 AFLP技术用于水稻纹枯病菌和稻瘟病菌遗传多样性研究的可行性

4.2 南繁核心区和非核心区水稻纹枯病菌的培养特性及致病性比较分析

4.3 南繁核心区和非核心区水稻纹枯病菌的遗传差异分析

4.4 南繁核心区和非核心区稻瘟病菌的培养性状比较分析

4.5 南繁核心区和非核心区稻瘟病菌无毒基因的分布差异分析

4.6 南繁核心区和非核心区稻瘟病菌的遗传差异分析

4.7 全文结论

4.8 本论文的价值及存在的问题

致谢

参考文献

附录