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小麦LMW-GS基因类群品质效应及茎基腐病遗传特性研究

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目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1 高低分子量谷蛋白研究进展

1.1 低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)的染色体定位

1.2 低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)结构

1.3 低分子量谷蛋白亚基的等位变异及对小麦品质的影响

2 矮秆基因研究进展

2.1 矮秆基因与产量性状的关系

2.2 矮秆基因对环境反应

3 茎基腐病

3.1 经济损失

3.2 茎基腐病病症

3.4 环境因素影响病害发展

3.5 茎基腐病的控制

4 防卫基因研究进展

4.1 防卫基因的克隆

4.2 防卫基因的结构特点

4.3 防卫基因的表达与调控

5 立题依据

第二章 四川小麦地方品种高低分子量谷蛋白亚基等位基因变异及对品质的影响

1 前言

2 材料与方法

2.1 植物材料

2.2 LMW-GS基因的PCR鉴定

2.3 品质测定方法

2.4 统计分析

3 结果与分析

3.1 低分子量谷蛋白亚基基因的等位变异

3.2 品质相关指标的变异

3.3 LMW-GS基因与品质指标的关系

4 讨论

第三章 小麦矮秆基因与茎基腐病抗性的关系

1 前言

2 材料与方法

2.1 植物材料

2.2 株高测量

2.3 菌种及接种体准备

2.4 茎基腐病抗性评价

2.5 外源赤霉素处理

2.6 数据分析

3 结果与分析

3.1 茎基腐病抗性与株高及苗长的关系

3.2 外源赤霉素(GA)对茎基腐病抗性的影响

4 讨论

第四章 茎基腐病病原菌诱导防卫相关基因在小麦株高近等基因系中的表达模式

1 前言

2 材料与方法

2.1 植物材料

2.2 菌种及接种体准备

2.3 病菌接种

2.4 RNA样品准备

2.5 RT-qPCR分析防卫基因表达

3 结果与分析

3.1 F.pseudograminearum诱导小麦防卫基因的表达

3.2 Rht基因在单对近等基因系中调控防卫基因的表达

3.3 Rht基因在4对近等基因系中调控防卫基因的表达

4 讨论

第五章 麦类作物茎基腐病病原菌侵染特性

1 前言

2 材料与方法

2.1 植物材料

2.2 茎基腐病痛原菌及接种体准备

2.3 茎基腐病病原菌接种

2.4 DNA样品准备

2.5 茎基腐病病原菌含量的测定

3 结果与分析

3.1 茎基腐病病原菌侵染小麦的阶段划分

3.2 不同侵染阶段小麦品种间的相对菌含量比较

3.3 茎基腐病病原菌侵染大麦的阶段划分

3.4 茎基腐病病原菌侵染麦类作物过程的比较

3.5 不同侵染阶段大麦品种间的相对菌含量比较

3.6 大麦品种与小麦品种在不同侵染阶段的相对菌含量比较

4 讨论

第六章 大麦茎基腐病抗源的筛选与评价

1 前言

2 材料与方法

2.1 植物材料

2.2 菌种及接种体准备

2.3 病菌接种

2.4 病情分级

2.5 抗病性评价

2.6 数据处理

3 结果与分析

3.1 大麦主栽品种茎基腐病抗性表现及评价

3.2 大麦种质资源茎基腐病抗性表现及评价

3.3 不同国家来源的大麦种质资源茎基腐病抗性差异

4 讨论

参考文献

附录 附录1.995份大麦种质资源茎基腐病抗性表现

致谢

攻读博士学位期间发表论文

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摘要

麦类作物包括小麦、大麦、燕麦、黑麦和小黑麦。其中小麦(TriticumaestivumL.)是我国乃至全世界最重要的粮食作物之一,和水稻、玉米一起并称世界三大粮食作物,其种植面积和产量均居禾谷类作物之首,在农业生产中占有十分重要的地位。大麦(HordeumvulgareL.)是全球第四大禾谷类作物,具有生育期短、适应性广、耐瘠、抗逆性强等生育生理特点,且用途广泛,集经济作物、粮食作物和饲料作物于一体。虽然前人围绕着加强抗性、提高产量和改善品质开展了卓有成效的工作,但是随着全球人口增长与气候变化,对小麦和大麦的抗性、产量和品质提出了新的要求。本论文主要围绕改善小麦加工品质,加强小麦和大麦茎基腐病抗性两方面做一些研究。在改善小麦加工品质方面主要研究了四川小麦地方品种低分子量谷蛋白亚基等位基因变异及其对品质的影响;在小麦和大麦茎基腐病抗性研究方面,系统解析了茎基腐病病原菌侵染机理,并对大麦种质资源的茎基腐病抗性进行了评价和筛选;同时,对小麦茎基腐病抗性机制进行了探索。取得了以下主要研究结果:
   1.利用分子标记技术,对67份四川小麦地方品种的低分子量谷蛋白亚基等位基因位点进行了鉴定,结果表明低分子量谷蛋白亚基等位基因变异较大,在Glu-3位点发现13种不同类群LMW-GS基因组合的类型,其中a组合类型(包括第一、第二和第八类群的LMW-GS基因)、f组合类型(包括第三和第四类群的LMW-GS基因)和i组合类型(包括第五、第六、第七和第九类群的LMW-GS基因)分别为Glu-A3、Glu-B3和Glu-D3位点的优势类型。通过对低分子量谷蛋白亚基等位基因变异对品质相关指标影响的分析,在Glu-A3位点,发现第二类群的LMW-GS基因对小麦蛋白质含量、沉降值、湿面筋含量和稳定时间均具有负效应;在Glu-B3位点,发现第四类群的LMW-GS基因小麦面粉的面团稳定时间具有正效应;在Glu-D3位点,发现第五类群的LMW-GS基因对小麦湿面筋含量具有正效应,而第七类群的LMW-GS基因对小麦湿面筋含量具有负效应。
   2.利用小麦株高近等基因系,研究了小麦株高与茎基腐病抗性的相关性,发现在全部12对近等基因系中,矮秆基因型均比相对应的高秆基因型表现更好的茎基腐病抗性。同时,对12对近等基因系的赤霉素处理实验发现,赤霉素处理后导致所有基因型茎基腐病抗性下降,并且茎基腐病抗性变幅与苗长变幅呈负相关。因此,证实了矮秆基因增强茎基腐病抗性,外源赤霉素负向调节茎基腐病抗性,并推测细胞密度是造成高矮秆基因型茎基腐病抗性差异的重要因素之一。
   3.利用RT-qPCR技术测定了4对小麦株高近等基因系中9个防卫相关基因在不同生长发育时期被茎基腐病病原菌诱导的表达模式。结果发现PR3和PR4基因在不同生长发育时期和不同基因型中均被茎基腐病病原菌显著诱导上调表达,表明PR3和PR4基因是小麦茎基腐病病原菌侵染过程中的关键防卫反应基因。同时,分析了防卫相关基因分别在矮秆基因型和相对应的高秆基因型中的表达模式,没有发现在全部矮杆基因型中都一致被强诱导上调表达的防卫相关基因,表明矮秆基因型比高秆基因型具有更好茎基腐病抗性的原因可能不是由于矮秆基因调控防卫反应基因造成的,这对下一步寻找小麦株高近等基因系中高矮秆基因型茎基腐病抗性差异的原因提供了线索。
   4.利用RT-qPCR测定了不同时期茎基腐病病原菌在三个小麦品种(Kennedy、Sunco和Wolloroi)和六个大麦品种(Commander、Dash、Franklin、Gairdner、Lockyer和Mundah)茎基部的相对含量。发现茎基腐病病原菌侵染小麦及大麦茎基部有三个明显的阶段:1)品种茎基腐病病原菌相对含量显著上升的阶段:2)品种茎基腐病病原菌相对含量显著下降的阶段;3)品种茎基腐病病原菌相对含量再次显著上升的阶段。同时,通过比较大麦与小麦的相对茎基腐病病原菌含量,发现大麦相对菌含量明显高于小麦相对菌含量,表明大麦比小麦更易感茎基腐病。
   5.对1047份大麦种质资源进行了茎基腐病抗性鉴定,结果表明:当今大麦主栽品种抗性较差,全部高感茎基腐病,因此挖掘具有茎基腐病抗性的大麦资源,培育抗茎基腐病品种迫在眉睫;在澳大利亚冬季谷物中心随机选择的993份大麦资源材料中,没有发现茎基腐病免疫材料,但发现高抗材料33份,占总数的3%,包括147982、148012、140093、140961、151952、148090等,中抗材料47份,占总数的5%,其余92%的大麦种质资源均为感病材料。该结果明确了大麦种质资源的茎基腐病抗性,发现了一些优异的茎基腐病抗性资源材料,为改良大麦主栽品种的茎基腐病抗性提供了物质基础。

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