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茎基腐病(Crown rot)是主要危害小麦茎基部，并殃及穗部的严重病害，普遍发生于世界小麦产区，影响小麦籽粒产量和品质。由于缺乏抗病品种，生产上主要使用化学药剂来防止该病害的流行，效率低、不环保。推广抗病品种是最有效、环保的防止病害流行的方法。为此，筛选抗病种质、研究茎基腐病主要病原对小麦的致病性和小麦对病原的抗病机制，将有利于抗病品种选育推广和病害防治新方法的建立。本研究以分布广、致病力强的假禾谷镰刀菌(Fusarium pseudograminearum)和麦根腐平脐蠕孢菌(Bipolaris sorokiniana)为病原菌，对引自国内外的46个小麦品种(系)，抗、感品系UC1110和PI610750杂交构建的185个重组自交系(RILs)进行了抗病性鉴定;研究了病原菌对小麦根系、根际土壤、籽粒产量及品质的影响;在苗期接种病原菌后，检测了感病和中抗小麦品种茎基部差异表达蛋白，明确了小麦应答茎基腐病的主要代谢途径。主要结果如下:
1.通过室内试验，分别用假禾谷镰刀菌和麦根腐平脐蠕孢菌对231个小麦品种(株系)的幼苗进行接菌鉴定。结果表明:漯麦18、温麦19、周麦26、豫农416、UP-114、UP-93、UP-29、UP-78、UP-95、UP-28和UP-91共11个品种(株系)，对麦根腐平脐蠕孢菌表现为抗病;而另外38个品种(株系)则表现为中抗，其中包括豫农202、PI610750和合成小麦。UP-114、UP-93、UP-29、UP-78、UP-95、UP-28和UP-91共7个株系对假禾谷镰刀菌表现为抗病;而另外24个品种(株系)则表现为中抗，其中包括豫农202、PI610750和合成小麦。UC1110对以上两种病原均表现为高感。方差分析结果显示，RILs群体中不同株系苗期对两种病原抗性的差异均达显著水平(P＜0.0001)，且对两种病原的抗性表型上呈显著正相关。抗病和中抗株系的交叉数、总根长、根分枝数均高于感病和高感株系。通过UP的RILs群体抗性分离，可选育抗假禾谷镰刀菌和麦根腐平脐蠕孢菌的优良抗性种质资源。
2.通过大田试验研究，明确了小麦茎基腐病两种病原对3个小麦品种(UC1110、PI610750和矮抗58)根际土壤特性和籽粒品质的影响。感染假禾谷镰刀菌后，小麦的病级频率主要分布在3级和4级。与未接菌对照相比，植株感染麦根腐平脐蠕孢菌和假禾谷镰刀菌后，根际土壤蔗糖酶活性分别降低4.8％和42.2％，籽粒蛋白质含量分别升高6.8％和13.6％，支链淀粉含量分别降低6.4％和6.7％，总淀粉含量分别降低5.4％和5.8％。感染麦根腐平脐蠕孢菌后，根际土壤铵态氮和碱解氮含量分别升高64.1％和83.3％，硝态氮含量降低15.7％;主茎穗粒数和籽粒产量分别提高17.9％和17.5％。感染假禾谷镰刀菌后，根际土壤全氮含量升高9.7％，主茎不孕小穗数增加77.8％，每盆的穗数和籽粒产量分别降低18.2％和33.2％。结果表明，假禾谷镰刀菌对小麦的危害更严重。
3.串联质谱标签(TMT)定量蛋白质组学研究结果表明，接种3d后，中抗品种P1610750幼苗的平均根直径和根中MDA含量降低，而单株平均根尖数增加;感病品种UC1110和中抗品种PI610750的根系活力均显著增强。这表明以上两个品种在幼苗根系形态、生理生化等方面对病原的响应存在差异。通过GO富集和KEGG分析，在两个比较组UC1110_3dpi/UC1110_0dpi(163)和PI610750_3dpi/P1610750_0dpi(203)中，共鉴定出366个DEPs。苯丙烷和次生代谢物生物合成、亚麻酸和谷胱甘肽代谢、植物激素和MAPK信号转导、光合作用等，都参与了小麦茎基腐病的防御机制。蛋白质.蛋白质相互作用网络分析表明，DEPs在糖代谢和光合作用中都存在着相互作用。通过实时定量聚合酶链反应验证了16个基因的表达谱变化，与蛋白质组学数据一致。
本研究的主要结论有:(1)假禾谷镰刀菌是小麦茎基腐病的优势菌，通过UP的RILs群体可选育抗假禾谷镰刀菌和麦根腐平脐蠕孢菌的优良种质资源。(2)假禾谷镰刀菌和麦根腐平脐蠕孢菌侵染对根际土壤特性和籽粒品质的影响不同，假禾谷镰刀菌危害严重。(3)UC1110和PI610750对假禾谷镰刀菌的防御机制存在差异，PI610750对假禾谷镰刀菌的防御主要与糖代谢和光合作用相关。
1.通过室内试验，分别用假禾谷镰刀菌和麦根腐平脐蠕孢菌对231个小麦品种(株系)的幼苗进行接菌鉴定。结果表明:漯麦18、温麦19、周麦26、豫农416、UP-114、UP-93、UP-29、UP-78、UP-95、UP-28和UP-91共11个品种(株系)，对麦根腐平脐蠕孢菌表现为抗病;而另外38个品种(株系)则表现为中抗，其中包括豫农202、PI610750和合成小麦。UP-114、UP-93、UP-29、UP-78、UP-95、UP-28和UP-91共7个株系对假禾谷镰刀菌表现为抗病;而另外24个品种(株系)则表现为中抗，其中包括豫农202、PI610750和合成小麦。UC1110对以上两种病原均表现为高感。方差分析结果显示，RILs群体中不同株系苗期对两种病原抗性的差异均达显著水平(P＜0.0001)，且对两种病原的抗性表型上呈显著正相关。抗病和中抗株系的交叉数、总根长、根分枝数均高于感病和高感株系。通过UP的RILs群体抗性分离，可选育抗假禾谷镰刀菌和麦根腐平脐蠕孢菌的优良抗性种质资源。
2.通过大田试验研究，明确了小麦茎基腐病两种病原对3个小麦品种(UC1110、PI610750和矮抗58)根际土壤特性和籽粒品质的影响。感染假禾谷镰刀菌后，小麦的病级频率主要分布在3级和4级。与未接菌对照相比，植株感染麦根腐平脐蠕孢菌和假禾谷镰刀菌后，根际土壤蔗糖酶活性分别降低4.8％和42.2％，籽粒蛋白质含量分别升高6.8％和13.6％，支链淀粉含量分别降低6.4％和6.7％，总淀粉含量分别降低5.4％和5.8％。感染麦根腐平脐蠕孢菌后，根际土壤铵态氮和碱解氮含量分别升高64.1％和83.3％，硝态氮含量降低15.7％;主茎穗粒数和籽粒产量分别提高17.9％和17.5％。感染假禾谷镰刀菌后，根际土壤全氮含量升高9.7％，主茎不孕小穗数增加77.8％，每盆的穗数和籽粒产量分别降低18.2％和33.2％。结果表明，假禾谷镰刀菌对小麦的危害更严重。
3.串联质谱标签(TMT)定量蛋白质组学研究结果表明，接种3d后，中抗品种P1610750幼苗的平均根直径和根中MDA含量降低，而单株平均根尖数增加;感病品种UC1110和中抗品种PI610750的根系活力均显著增强。这表明以上两个品种在幼苗根系形态、生理生化等方面对病原的响应存在差异。通过GO富集和KEGG分析，在两个比较组UC1110_3dpi/UC1110_0dpi(163)和PI610750_3dpi/P1610750_0dpi(203)中，共鉴定出366个DEPs。苯丙烷和次生代谢物生物合成、亚麻酸和谷胱甘肽代谢、植物激素和MAPK信号转导、光合作用等，都参与了小麦茎基腐病的防御机制。蛋白质.蛋白质相互作用网络分析表明，DEPs在糖代谢和光合作用中都存在着相互作用。通过实时定量聚合酶链反应验证了16个基因的表达谱变化，与蛋白质组学数据一致。
本研究的主要结论有:(1)假禾谷镰刀菌是小麦茎基腐病的优势菌，通过UP的RILs群体可选育抗假禾谷镰刀菌和麦根腐平脐蠕孢菌的优良种质资源。(2)假禾谷镰刀菌和麦根腐平脐蠕孢菌侵染对根际土壤特性和籽粒品质的影响不同，假禾谷镰刀菌危害严重。(3)UC1110和PI610750对假禾谷镰刀菌的防御机制存在差异，PI610750对假禾谷镰刀菌的防御主要与糖代谢和光合作用相关。