美国小麦赤霉病研究现状
2000年07月17日 15:18 来源：农博网
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赤霉病已成为美国最严重的小麦病害，几乎每年都在美国的一些地区造成严重危害。过去10年间，赤霉病在伊利诺州、印第安纳州、密执安州、明尼苏达州、北达科他州、俄亥俄州和南达科他州暴发，造成的损失超过10亿美元。受侵染的小麦子粒常表现为子粒皱缩并褪色，并且还会聚集由真菌产生的化合物——真菌毒素，这些天然化合物中最引入注意的是脱氧瓜萎镰菌醇(deoxynivalen01)。赤霉病不但会导致小麦不适于磨粉或不能作为谷类食用，由于毒性太强也不能当做饲料麦销售。目前，美国农业部农业研究局的6个实验室正在探索一系列控制小麦赤霉病菌的对策。 一、抑制毒素 探讨对拟分枝镰孢霉(F．sporotichioides)有抑制作用的机制，这种菌是禾谷镰刀菌的亲缘种，它用自身的毒素来保护自己，称之为T—2。由于这两种镰刀菌以相同的方式产生毒素，它们抑制毒素的过程也许相似。N．J．A1exander等在伊利诺州进行有关研究，目的是从拟分枝镰刀菌中找到一种T—2抗性基因，即TRI—R基因。 这一基因暗示真菌能制造一种改变毒素结构的酶，该酶通过在毒素上放置一种保护性化学组分来改变毒素的结构，改变后的毒素对真菌的危害极小。如果能将这种抑制赤霉病毒素的基因导入小麦和大麦，有可能产生一种新的保护形式。 二、排除毒素 用于制作面包的啤酒酵母带有PDR5基因，该基因能将毒素泵出它的细胞之外。Alexander等正在将PDR5基因重组在植物体内并让其表达。北达科他州实验室的科学家正在把PDR5和TRI—R导入大麦，而加州的科学家正在把这两种基因导入小麦。 北达科他州的L．S. Dahleen已获得了一些转基因植株，它们体内含有正常作用的TRI—R及其他能够激发PDR5的基因。他的目标是将上述两种基因导入较好的商用品种或者优良的大麦品种中并使其正常表达，科学家已获得带有PDR5或者TRI—T的转基因小麦，AnnE．Blechl等用基因枪法将带有这些基因的质粒打入小麦细胞，目前正在进行镰刀菌抗性试验。 三、蛋白质破坏镰刀菌 科学家正在研究可以破坏病原菌的小麦基因，由这些基因控制产生的蛋白质能阻止另一种与禾谷类镰刀菌有关的尖镰刀菌(F. oxysporum)。苏黎士大学提供了其中一个基因，该基因能使植物产生一种类奇(异果)甜蛋白。第二个基因是由K．F．McCue分离出来的，它能使植物产生一种叫做嘌呤硫堇的蛋白。目前只在大麦子粒内发现了这些蛋白质，科学家希望在植物体内重建这种基因，以便镰刀菌开始侵染的植物子粒周围能够产生这类蛋白质。 四、抗病基因标记 北达科他州大学的研究人员与农业部的科学家合作进行二粒小麦与栽培硬粒小麦杂交，目的是把野生二粒小麦的抗性基因导入小麦，他们还用野生二粒小麦和非整倍体小麦进行杂交。利用带有二粒小麦特定染色体的 非整倍体可以确定二粒小麦带有抗病基因的染色体，还能定位抗病基因在染色体上的位置，或者至少是与它有关的标记基因。当找到带有抗病基因或标记基因的普通小麦——二粒小麦杂种时，就能选择最好的植株进行进一步选育。 Anderson是发现小麦抗赤霉病标记基因的最早成员之一，总共发现了5个标记基因。其做法是用中国的抗病小麦品种苏麦3号同北达科他州中等感病的小麦品种Stoa进行杂交，然后对其后代进行研究。选择中国品种作为亲本之一是因为中国小麦表现出最好的自然抗性，目前找到的5个标记中，两个标记基因似乎对赤霉病的抗性有明显的影响，其他3个标记基因的贡献较小。 伊利诺州大学的科学家则发现了其他有希望的标记基因。他们用抗病的中国小麦品种宁7840与印第安那的感病品种Clark杂交，其中一个标记与一个可以解释50％抗性的抗病基因连锁，其他几个标记基因中有两个起微效作用，它们可以解释另外20％的抗性。 五、抗性鉴定方法 所有试验中抗性表现最好的品系都要参加赤霉病联合区域试验，其主要任务对有苗头的品系进行田间鉴定，由Busch培育的一个耐赤霉病品种已通过审定。试验表明，只有常规育种和生物技术相结合，才能培育出高产并且更抗赤霉病的小麦。 W．R．Bushnell正在研制新的试验方法，以便快速低成本地鉴定抗赤霉病基因是否能帮助细胞击退镰刀菌，他将正在进行抗赤霉病试验的基因和另一个引起植物产生花青甙的基因连锁在一起，后者合成一种天然色素可使秋叶变红。将该基因射进植物组织后，含有合成花青甙基因的细胞变红，这表明它们可能带有潜在的抗赤霉病基因。当植株组织接种镰刀菌并在显微镜下观察时，这种特殊的颜色能够快速简便地分辨这些关键细胞。 六、微生物控制 除利用新的高效基因提高赤霉病的抗性之外，科学家正在深入研究大约700种微生物，以便明确它们做为潜在生物控制的可能性。 农业研究局植物病理学家D．A．Schisler和在俄亥俄州州立大学的同事正在检测这些微生物吞并两种化合物(胆碱和甜菜碱)的能力。在镰刀菌侵染小麦穗时，这两种化合物会自然出现。当真菌从小麦雄蕊到达它能侵染的子粒时，他们可为真菌的生长提供营养。目前正在完善液体发酵培养基以便廉价生产最有效的微生物，这些培养基可在开花期喷施。
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