不同低反应型抗锈单基因系与小麦叶锈菌互作的细胞病理学比 …

用荧光显微技术和微分干涉技术比较研究了３种不同低反应型抗锈单基因系与小麦叶锈菌互作的组织病理学表现。近免疫单基因系Ｌｒ９呈现为早期过敏性坏死反应无菌丝同步坏死同抗单基因系Ｌｒ２９呈现为早期过敏性坏死反应有菌丝同步坏死型；中抗单基因系Ｌｒ２７呈现为非亲和性反应的延迟表达型。     

小麦低反应型抗条锈性的组织病理学研究

利用荧光显微技术研究结果表明,小麦低反应型抗病性的表达出现在初生吸器母细胞形成后,表现为吸器母细胞和吸器形成减少,寄主叶肉细胞坏死,菌落生长受抑。但不同品种间条锈菌受抑程度与寄主细胞坏死的关系有很大差异,根据供试品种的组织病理学特征,可将低反应型抗条锈性区分为4个类型:①寄主细胞早期坏死型;②锈菌早期受抑型;③锈菌抑制滞后型;④晚期坏死抑制型。这一结果说明小麦品种的低反应抗锈性可能有多种机制。     

21个小麦品种(系)抗叶锈性基因推导

选用１７个小麦叶锈菌菌系对１９９９扑河北省使用的２１个小麦品种（系）进行了抗叶锈性基因的推导。通过与２１个抗叶锈单基因系的反应型比较,鉴定出Ｌｒ１、Ｌｒ１４ａ、Ｌｒ２６和Ｌｒ３７等４个抗叶锈基因。８９０４含有Ｌｒ１;５１０８和４１８５可能含有Ｌｒ１或含与Ｌｒ１不同的抗性基因;中麦９号含有Ｌｒ１４ａ及其它抗性基因;８４２５１、邯郸４５６４、７１－３、梁麦２、７１１８－８、８５９－３４、８５９－３９和矮三共８个品种（系）含有Ｌｒ２６抗性基因;２６３１、北农８、鲁麦２３、高优５０３、９７－１１、益麦１含有与供试的已知基因不同的抗性基因;冀麦３８、京３８和３１８１没有鉴定出抗叶锈基因。     

种衣剂17号包衣对小麦苗期白粉菌发育影响的研究

 采用光镜和电镜技术，研究了种衣剂17号包衣对小麦苗期白粉菌发育的影响。结果表明，种衣剂对白粉菌分生孢子萌发和附着胞形成无影响，但可增大附着胞的畸形率和降低入侵率；每一侵染点仅能产生初生吸器，并且吸器发育受抑制而呈畸形，吸器外间质内沉积有电子致密度高的物质；菌丝生长严重受抑，其顶端明显膨大；菌丝细胞壁和吸器体壁呈不规则加厚；受侵寄主细胞的坏死现象普遍，这与抗病品种表现出的过敏性坏死反应极为相似。以上结果表明，种衣剂17号不仅可直接作用于白粉菌，而且可能通过影响寄主而间接影响该病菌。     

小麦品种对条锈病低反应型抗性的组织学和超微结构研究

 采用荧光显微镜、微分干涉显微镜和电子显微镜技术 ,系统研究了非亲和组合中小麦对条锈病低反应型抗性的组织学和超微结构特征。非亲和组合分别由小麦品种牛朱特与条中 2 8号小种、杂种 4 6与条中 2 9号小种、天选 882与条中 2 9号小种组成 ,对照亲和组合由小麦品种辉县红与条中 2 9号小种组成。观察结果表明 ,小麦条锈菌在感病品种和抗病品种上发育的组织学和超微结构特征有明显差异。病菌在抗病品种上表现为菌丝生长受抑 ,菌落形成延迟或败育 ,病菌吸器母细胞和吸器数量明显减少。寄主细胞的坏死与条锈菌的发育受阻密切相关 ,免疫组合中病菌的受抑程度高于近免疫组合的。电镜观察发现 ,在抗病品种上 ,病菌胞间菌丝、吸器母细胞、吸器在细胞和亚细胞水平 ,均发生了一系列异常变化 ,其中包括原生质的电子致密度加深、液泡增多变大、菌丝细胞壁不规则增厚、细胞器排列紊乱及解体、吸器母细胞及吸器丧失其生理功能、病菌最终畸形坏死。同时发现抗病品种受病菌侵染时可迅速产生结构防卫反应 ,新形成胞壁沉积物和吸器鞘等结构 ,以阻碍病菌进一步的扩展与发育。就小麦品种与条锈菌非亲和组合中表现出的组织学和细胞学特征与小麦抗锈性表达的关系进行了讨论。     

小麦高温抗锈品种与条锈菌互作的超微结构研究

 用典型小麦高温抗锈性品种作试材 ,研究了它们与条锈菌互作的超微结构。结果表明 ,高温抗锈性的表达使病菌和寄主叶肉细胞超微结构都发生明显的变化 ,形成了侵染诱导的防卫结构和物质。条锈病菌菌丝被抑制 ,细胞器泡囊化 ,迅速解体。吸器母细胞和吸器发育受阻 ,畸形 ,坏死。吸器外质膜皱褶 ,电子致密度加深 ,并出现孔洞。寄主叶肉细胞的膜系统明显病变 ,细胞器解体 ,细胞质凝聚 ,质膜内陷 ,最终整个细胞坏死解体。除了上述典型的过敏性坏死反应特征以外 ,寄主细胞还产生了细胞壁防御结构和次生物质。在讨论中比较了高温抗病性品种防卫反应与普通低反应型抗病性的异同。     

小麦品种及单基因系与叶锈菌互作的组织学和超微结构研究

应用荧光显微镜、微分干涉显微镜和电镜技术 ,比较研究了洛 10和冀麦 3号及其相应的单基因系L r2 6和 L r3Bg接种小麦叶锈菌后的组织病理学和超微结构特征。洛 10和 L r2 6的组织学表现极其相似 ,呈典型的早期过敏性坏死反应 ,导致侵染结构败育 ;冀麦 3号和 L r3Bg的组织学表现出一定差异 ,锈菌在 L r3Bg上的发展要快于呈现出慢锈特征的冀麦 3号。超微结构研究表明 ,小麦叶锈菌在洛 10和冀麦 3号上的发育受到了程度不同的抑制 ,表现为锈菌和寄主在细胞和亚细胞水平上有一系列变化。过敏性坏死反应和胼胝质的形成是 2个重要的抗锈机制。     

黄淮麦区小麦品种抗叶锈病基因分析

选择１５个具不同毒性基因组合的叶锈菌系，采用基因推导方法分析黄淮麦区２１个小麦新品种所携带的抗叶锈病基因状况。在供试的３０个已知抗叶病基因中，推导出了７个抗性基因：Ｌｒ１、Ｌｒ３ａ、Ｌｒ３ｋａ、Ｌｒ１６、Ｌｒ２６、Ｌｒ３０和Ｌｒ３２。它们以单基因或基因组合形式分布在１４个小麦品种中，其中Ｌｒ２６是供试材料的主要已知抗叶锈病基因。还有一些品种具有不同于上述已知基因的其余品种则不含任何抗叶锈病基因。     

山西省小麦叶锈菌群体的毒性基因分析

１９９４～１９９７年间,利用２５个抗叶锈病小麦单基因系（或近等基因系）,对来自山西省１０个地（市）３１个县（市）的３３４个小麦叶锈菌株进行了测试,分析了山西省小麦叶锈菌群体的毒性基因频率。结果表明,毒性基因Ｖ１９的出现频率较低（２６３７％）,其对应的抗性基因Ｌｒ１９为目前山西省小麦叶锈菌的有效抗病基因。其次,毒性基因Ｖ１５,Ｖ２０,Ｖ２５的出现频率分别为７１５％,７６２５％,７８０８％,对应的抗性基因Ｌｒ１５,Ｌｒ２０,Ｌｒ２５具有一定的利用价值。除此以外,其余２１个毒性基因的出现频率均高于８１７４％,其对应的抗性基因为目前山西省小麦叶锈菌的无效基因,在小麦抗锈育种上没有重要利用价值。     

黄瓜抗霜霉性的组织学和超微结构研究

组织学研究表明，黄瓜霜霉菌在不同抗病类型品种上，其侵入前的过程基本相似，并且都能形成胞间菌丝和吸器。然而，随着品种抗病性的增强，吸器形成速率变慢，数目减少，同时菌丝扩展缓慢；寄主细胞坏死发生时间早，机率高。电镜观察显示，抗病品种中菌丝和吸器的细胞质中液泡数量增加，菌丝和吸器的壁与细胞质膜分离，原生质电子致密度加深，最后菌丝和吸器解体；受侵寄主细胞分泌的胼胝质，可将吸器体完全包围，从而阻止了吸器的进一步发育；在发生坏死的寄主细胞中，吸器也解体坏死。     

150个小麦品种（系）抗叶锈基因Lr35分子鉴定

小麦抗叶锈基因Lr35是成株抗性基因,在二叶期即表现连续抗性,被认为是有用的抗病资源。本研究利用以PCR为基础的STS、SCAR分子标记技术,对150个小麦品种(系)进行了分析,检测出8个小麦品种(6068,白蚰包,中麦9,早洋,碧玛1号,小偃7631,东方红3号和Madsen)含有Lr35基因。结合室内接种鉴定技术 (叶锈菌株为对Lr35无毒力的99-8-11-5),结果表明,这8个小麦品种虽在分子水平上含有Lr35基因,但在侵染类型上具有一定差异,其中东方红3号表现对菌株的亲和性。     

已知Lr基因小麦在叶锈菌侵染过程中PO活性及其同工酶的变化

利用２个近等基因系ＴｃＬｒ３和ＴｃＬｒ２６及３个小麦品种洛夫林１０＜Ｌｔ２６＞、阿芙乐尔＜Ｌｒ３＋Ｌｒ２６＞、和洛夫林１３＜Ｌｒ３＋Ｌｒ２６＞分别与２个毒力不同的叶锈菌（Ｐｕｃｃｉｎｉａｒｅｃｏｎｄｉｔａｆ．ｓｐ．ｔｒｉｔｉｃｉ）小种１０—２和冀７７—１，组合成亲和程度不同的品种—小种组合。对侵柒过程中过氧化物酶（ＰＯ）活性及其同工酶谱的变化进行了研究。结果表明，ＴｃＬｒ３与小种互作过程中ＰＯ活性变化是单峰曲线特征，峰值出现在接种后３６ｈ，同时在ＰＯ同工酶谱的变化中表现出ｐ１６．３，６．８处的酶带活性增强，而ＴｃＬｒ２６和其他含Ｌｒ２６的各品种与小种互作过程中ＰＯ活性变化均呈双峰曲线特征，峰Ⅰ，Ⅱ分别出现在接种后３６ｈ和８４ｈ，同时在ｐｏ同工酶谱变化中也有特征性表现。     

小麦抗叶锈病基因Lr24的TRAP分析

 【目的】获得与Lr24基因紧密连锁并可能作为探针的TRAP分子标记。【方法】应用TRAP技术,选用90对引物组合对小麦抗叶锈病基因Lr24、感病亲本Thatcher及其F2代抗感各10株组成的抗、感基因池（Br、Bs）的扩增带型差异进行分析,用筛选获得的多态性引物对TcLr24×Thatcher F2群体进一步筛选,进而用获得的特异引物对45个小麦抗叶锈病近等基因系和30个小麦二倍体材料进行分析。【结果】获得10对能够在TcLr24、Br与Thatcher、Bs间产生多态性的引物,多态性引物检出率为11.11%。其中1对在F2抗感群体中有差异且稳定扩增的TRAP引物ARBI1/RGA-2F,其161bp 扩增产物仅在F2抗病单株中出现,感病单株中缺失。用该引物对45个近等基因系和30个二倍体材料检测发现,近等基因系TcLr19、TcLr29、TcLr38、Lr42和TcLr44中有相同大小片段的扩增产物,30个二倍体材料中未出现相应扩增产物。【结论】本研究获得的一个与Lr24紧密连锁的TRAP标记,该标记可筛选含有Lr24基因的育种后代群体,可作为探针用于文库的筛选。     

Seedling and adult plant resistance to leaf rust in 46 Chinese bread wheat landraces and 39 wheat lines with known Lr genes

Wheat leaf rust,caused by Puccinia triticina(Pt),is an important foliar disease that has an important influence on wheat yield.The most economic,safe and effective way to control the disease is growing resistant cultivars.In the present study,a total of 46 wheat landraces and 34 wheat lines with known Lr(leaf rust resistance)genes were inoculated with 16Pt pathotypes for postulating seedling resistance gene(s)in the greenhouse.These cultivars and five wheat differential lines with adult plant resistance(APR)genes(Lr12,Lr22b,Lr34,Lr35 and Lr37)were also evaluated for identification of slow rusting resistance in the field trials in Baoding,Hebei Province of China in the 2014–2015 and 2015–2016 cropping seasons.Furthermore,10 functional molecular markers closely linked to 10 known Lr genes were used to detect all the wheat genotypes.Results showed that most of the landraces were susceptible to most of the Pt pathotypes at seedling stage.Nonetheless,Lr1 was detected only in Hongtangliangmai.The field experimental test of the two environments showed that 38 landraces showed slow rusting resistance.Seven cultivars possessed Lr34 but none of the landraces contained Lr37 and Lr46.Lr genes namely,Lr9,Lr19,Lr24,Lr28,Lr29,Lr47,Lr51 and Lr53 were effective at the whole plant stage.Lr18,Lr36 and Lr45 had lost resistance to part of pathotypes at the seedling stage but showed high resistance at the adult plant stage.Lr34 as a slowing rusting gene showed good resistance in the field.Four race-specific APR genes Lr12,Lr13,Lr35 and Lr37 conferred good resistance in the field experiments.Seven race-specific genes,Lr2b,Lr2c,Lr11,Lr16,Lr26,Lr33 and LrB had lost resistance.The 38 landraces showed slow rusting resistance to wheat leaf rust can be used as resistance resources for wheat resistance breeding in China.     

小麦抗叶锈基因Lr37 ISSR分子标记的初步研究

利用ISSR(内部简单重复序列)技术对感病品种Thatcher及20个以Thatcher为轮回亲本的小麦抗叶锈病近等基因系进行分析，找到1个与Lr37基因连锁的ISSR标记。经过多次重复发现，在一套ISSR引物中，引物UBC812在小麦抗叶锈基因Lr37近等基因系间表现多态性。当用这个引物对已知含Lr37基因的3个抗病材料及其它不含Lr37基因的感病材料进行检测时，多态性标记UBC812-1200可以从3个含Lr37基因的抗病材料中检测到1条1200bp的多态性带，而在其它感病材料中均未出现。     

17个粗山羊草品种(系)抗叶锈基因的鉴定

为鉴定17个粗山羊草品种(系)中可能含有的抗叶锈病基因,用10株具有不同毒力的小麦叶锈菌混合菌对17个粗山羊草品种进行成株期抗叶锈性鉴定,筛选出7个在田间对叶锈菌有抗性的材料。用抗叶锈基因Lr1、Lr9、Lr19、Lr21、Lr24、Lr28、Lr29和Lr34的STS、SCAR或CAPS标记对这些品种进行分子辅助鉴定。初步明确粗山羊草CN40033和CN30823中可能含有Lr1基因;CN42471中可能含有Lr9基因;CN30942中可能含有Lr21;供试的17个粗山羊草品种中都不含有Lr19、Lr24、Lr28、Lr29和Lr34。     

小麦抗叶锈基因Lr44的AFLP分子标记

利用AFLP技术借助于小麦抗叶锈近等基因系和TcLr44×ThatcherF2代分离群体材料,获得4个Lr44的分子标记,分别为Paag:Mcta300,Paac:Mcgt85,Paag:Mcta395和Paac:Mcgt90,与目的基因的遗传距离分别为0 01cM、1 1cM、3cM、2 2cM和2 8cM,为分子辅助育种、构建密集的遗传图谱、克隆Lr44以及研究基因编码特性等奠定基础。     

Histology and Ultrastructure of Incompatible Combination Between Puccinia striiformis and Wheat Cultivars with Low Reaction Type Resistance

The incompatible combinations between races of Puccinia striiformis and wheat cuitivars withlow reaction type resistance were examined by means of fluorescent microscopy, differential interference con-trast microscopy and electron microscopy. The incompatible combinations consisted of wheat cultivar Niuzhuteplus CY28, Hybrid46 plus CY29 and Tianxuan882 plus CY29, while the compatible combination was wheatcultivar Huixianhong plus CY28. The observation revealed a striking difference in the fungal development andthe host responses between susceptible and resistant wheat cuitivars following infection by the pathogen. Themain histological manifestation of the pathogen development in the resistant wheat cultivars include inhibitionof hyphal growth, delay of hyphal branching and colony formation, decrease of formation of haustorial mothercells and haustoria, and occurrence of host cell necrosis. The observation by electron microscopy demonstratedthat a series of abnormal changes occurred in intercellular hyphae, haustorial mother cells and haustoria dur-ing pathogen development in the resistant wheat cultivars. The cytoplasm became more electron-dense and vac-uoles in the cytoplasm increased in number and size. The cell walls of hyphae, haustorial mother cells werethickened irregularly. The organeiles were disorderly distributed in the cytoplasm and the haustorial mothercells and haustoria lost their physiological function. In the final stage of the pathogen development, the inter-cellular hyphae, haustorial mother cells and haustoria became necrotic and collapsed. The structural defensereactions such as formation of cell wall apposition, collar and encasement of haustorium were essentially morepronounced in the infected wheat leaves of the resistant cultivars than in the susceptible one. In addition, therelationship between the host resistance expression and the histological and cytological features occurred in theincompatible combination was discussed in this paper.