禾谷镰刀菌是引起小麦赤霉病的优势镰刀菌种,占致病镰刀菌种的95%以上。禾谷镰刀菌生长在培养基上,可产生许多对作物有毒害的化合物。该项目研究在明确赤霉病菌产生毒素的条件、提取与分析方法以及病原菌产生毒素的性质、种类的基础上,证实赤霉毒素在病害发展中的毒力作用,开创性地应用赤霉毒素建立起小麦赤霉病快速的早期抗性鉴定技术和小麦抗赤霉病细胞突变体筛选技术,为研究病原真菌种的分类及抗病生物技术育种提供了新途径。
(1)探明了我国小麦赤霉病菌产生毒素的性质、种类及其菌株分类。首先明确中国禾谷镰刀菌可产生25种已知的次生代谢产物,其中以单端孢霉烯族化合物为主,菌株归属化学型I。
(2)根据禾谷镰刀菌产生毒素的种类,明确来自我国温暖麦区的禾谷镰刀菌菌株都属化学型IA,不产生15AC—DON,而从我国气候条件较冷凉地区首先发现有化学型IB菌株,不产生3AC—DN。证实了来源和致病力不同的菌株产生毒素的种类和能力差异显著,病原菌产毒素量随致病力的增强而提高。上述结果,为病原真菌种的鉴定和研究菌株的变异性以及高产毒素菌株的选择奠定了基础。
(3)明确了赤霉毒素是引致小麦赤霉病的毒力因子,对小麦具有强烈的生物活性,在国内外首先建立起对赤霉病的早期抗性鉴定技术。例如:小麦黄花芽鞘生测法和毒素浸渍培养法。
(4)明确赤霉病菌产生毒素的最佳培养基和培养条件,改进了毒素提取方法,以小麦籽粒为培养基,在25℃和13℃变温下培养30天,用水一乙酸乙酯两步法提取,获得了毒素的最高提取率,建立起毒素简易提取与定性定量分析流程。
(5)建立了小麦抗赤霉病突变体筛选技术体系,筛选到多个抗(耐)毒素细胞系和分化的再生植株,获得抗赤霉麦细胞突变体。如:从高度感病的Alondra's幼穗培养后代中筛选到943113和943115两个高抗赤霉病的突变体,从扬麦5号、扬麦158中筛选到高产抗赤性强的变异系。
(6)赤霉病早期抗性技术已为国际玉米小麦改良中心和加拿大农业部植物研究中心及国内有关研究单位应用于抗赤霉病育种材料的筛选。病害早期抗性鉴定技术简便易行有效,其中经该项技术筛选鉴定的扬麦5号、扬麦6号、扬麦158等耐病品种(系),在长江中下游麦区的推广面积已逾8 000多万亩;与感病品种相比较,挽回产量损失3%~5%,每亩增收10~15千克,全年增收8亿~12亿千克,折合人民币 4.8亿~7.2亿元。
(7)发表论文18篇,其中:学报级刊物15篇,18个国家20多位学者来函索取文献,并应邀在国际会议上作学术报告,在国内外有较大影响。
