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稻曲病菌接种技术、群体遗传结构及致病力分化研究

贾切  
【摘要】:稻曲病是由子囊菌门、麦角菌科真菌(Villosiclava virens)引起的水稻穗部病害。自上世纪八十年代以来,随着水稻栽培模式的改变、氮肥施用量的增加和密穗型杂交水稻品种的应用,稻曲病在我国逐年加重。它广泛分布于我国各大水稻主产区,在水稻成熟时危害水稻穗部,导致稻谷严重减产。稻曲病菌不仅降低粮食产量,而且还能够产生对人和畜造成危害的毒素,严重威胁着我国的粮食安全和食品安全。本研究从稻曲病菌室内人工接种技术研究入手,建立了稳定高效的接种稻曲病体系,采用田间和室内相结合的方法,筛选抗病种质资源,为稻曲病菌的抗病育种研究提供材料;通过分析我国稻曲病菌的群体遗传多样性,研究稻曲病菌株的致病力分化,明确菌株变异特性,为抗病品种合理布局提供理论依据。研究的主要结果如下:1.在室内控制的条件下,通过稻曲病菌HWD-2(1×106孢子/ml分生孢子液人工接种感病水稻品种粤优938,比较不同幼穗分化期、温度、保湿时间和湿度对稻曲病发生的影响。结果表明,幼穗分化后期接种的水稻病穗率(90%以上)显著高于幼穗分化前期接种的结果(66.5%).温度和保湿时间对接种效率存在显著影响,在20℃一25℃时,接种病穗率随着保湿时间的延长而迅速升高。用分生孢子接种后,在25℃、95±5%RH条件下保湿120 h的水稻病穗率达到最高(92.9%)。利用改进的Weibull方程,阐明了稻曲病发生与温度及保湿时间变化的关系,该模型的拟合性较好,相关系数R2为0.951。利用该模型可以建立稻曲病菌接种病穗率关于温度和保湿时间的等值线分布图,预测不同的温度和保湿时间条件下的接种效率。另外,接种后期不同温湿度对稻曲病发生影响的结果表明,28℃水稻病穗率显著高于20℃结果,而不同的湿度对病穗率无显著影响。温度是后期培养条件中影响稻曲病发生的最主要的因素之一。2.根据农业部行业计划暂行的田间稻曲病抗病评价标准,于2010-2011年在湖北省远安县、黄石市阳新县对259份水稻品种进行了稻曲病田间抗病性评价。其中高抗品种8份、抗病品种125份、中抗品种57份、中感品种47份、感病品种21份及高感品种1份。不同类型水稻的抗病性表现为,常规稻杂交稻,早稻中晚稻。用HWD-2和44-A两个菌株对8份田间表现高抗的水稻品种进行了室内接种鉴定。结果表明,品种HG25及抗病对照品种IR28对2个菌株均表现为高抗,而其它品种对2个菌株表现的抗病性不一致,如水稻品种HG27和杰优493对菌株44-A表现为感病,而对HWD-2则表现为免疫,推测其原因可能与稻曲病菌致病力分化有关。此外,20份相同水稻品种2010-2011年在宜昌远安试验场和黄石阳新试验场的抗病性鉴定结果表明,同一品种在不同年份和地区的抗性结果差异可能与水稻孕穗期温湿度气候条件变化影响相关。3.基于Illumina技术,对稻曲病菌株HWD-2的基因组进行了双向测序。通过拼接的基因组序列检测到403个微卫星标记位点并设计其引物。用不同地理来源的8个稻曲病菌株,对按比例选取的122个微卫星位点多态性进行了评价。结果表明,20个微卫星标记位点具有多态性,其中uvssr114标记位点的多态性最高(等位基因平均数为4.81,uvssr12标记位点的多态性最低(等位基因平均数为1.7);混合型结构微卫星位点出现多态性的频率较高,单一型结构微卫星位点出现的多态性频率较低;motif单元片段越大,微卫星位点出现多态性的频率越高。利用所开发的20个微卫星分子标记,对中国水稻主产区10个省份的95份稻曲病菌株的群体遗传多样性和结构进行了分析。结果表明,广西壮族自治区群体的多样性最高(等位基因平均数为3.7),河南省群体的多样性最低(等位基因平均数为2.1),中国10个省份的稻曲病菌群体大致可分为两大群体,其中A群体包括吉林、辽宁、陕西、河南、湖北、湖南、江西和浙江等地的稻曲病菌,B群体包括广西和福建两地的稻曲病菌。Mantel检验结果表明,虽然不同地理来源稻曲病菌群体的遗传距离与其空间距离之间存在显著地低度相关性,但不同省份群体间的遗传变异并不显著,其遗传总变异主要来自群体内部。4.通过接种三个水稻品种(IR28、黄华占和晚籼98),测定了湖北省5个水稻主产区的40份稻曲病菌株致病力的分化,分析了不同致病型稻曲病菌株的生物量、产孢量及粗毒素对幼芽抑制率的差异,并结合7个微卫星标记分析了不同致病群体菌株的遗传特性。结果表明:(1)同一品种对不同菌株的抗病性以及同一菌株对不同品种的致病力均表现出显著的差异。根据40个菌株对3个品种的致病力将菌株划分为4个致病型,其中I型菌株致病力中等,对晚籼98和黄华占表现出一定致病力(病情指数范围为0一50),对IR28不致病;II型菌株为强致病型,对3个水稻品种均表现致病,其中对晚籼98接种病情指数最大可达89.5;Ⅲ和Ⅳ型菌株为弱致病型,仅对品种晚籼98或黄华占中的某一个品种表现一定致病力,对IR28均表现为不致病;(2)不同致病型稻曲病菌群体的生物量、产孢量及粗毒素对幼芽抑制率存在显著差异,且强致病型菌株的生物量及产孢量显著高于其它致病型稻曲病菌株;(3)不同致病型稻曲病菌群体存在显著的遗传变异,来自群体之间变异的比例达34%。通过Shared-allele遗传距离构建邻接树的方法,将湖北省40个稻曲病菌株划分为3个遗传群体,遗传群体与致病型之间存在—定的相关性。


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