由条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis f.sp.tritici,Pst)侵染引起的小麦条锈病是小麦最重要的病害之一,在世界麦区都有发生。主要以夏孢子形式随气流传播危害,在严重流行年份常暴发成灾,造成巨大损失。早期研究表明,锈菌毒性变异的主要途径有突变、异核作用(体细胞重组)和有性遗传重组。近年随着小麦条锈菌转主寄主小檗的确定,研究发现了自然条件下中国小麦条锈菌可在野生小檗上完成有性生殖。证实小麦条锈菌小种内、专化型间、小种间均可进行有性杂交,而小麦条锈菌与柄锈菌的种间有性杂交尚属空白。禾本科杂草锈菌种类众多,其中许多已明确存在转主寄生,有着完整的生活史。然而,还有其它许多锈菌,只知其无性阶段,而不知其有性阶段。鲜卑芨芨草柄锈菌(Puccinia achnatheri-sibirici,Pas)是一种侵染禾本科芨芨草属(Achnatheherum)杂草的锈菌。那么小麦条锈菌与该菌是否可以进行有性杂交发生遗传重组,产生可育的对小麦致病的新菌系。为此,本论文开展了相关研究,取得的主要研究结果如下:1.利用传统生物学与分生物学相结合的方法,证实侵染远东芨芨草A.extremiorientale(Hara)Keng ex P.C.Kuo的锈菌是鲜卑芨芨草柄锈菌。从陕西省西部宝鸡市官村的远东芨芨草上采集到了鲜卑芨芨草柄锈菌冬孢子。经纯化菌系的寄主致病力测定、夏孢子和冬孢子形态观察、序列比对与系统发育树分析,结果表明鲜卑芨芨草柄锈菌的ITS序列在NCBI数据库比对,没有与之完全匹配的锈菌种类,仅与短柄草柄锈菌(P.brachypodii)同源性最高,为94%。然而,在进化树中与短柄草柄锈菌和其他锈菌属分离,独立组成一个分支,且分支节点支持率达到92%。2.确定小檗是鲜卑芨芨草柄锈菌转主寄主,明确鲜卑芨芨草柄锈菌是大循环锈菌,完善了该菌生活史,观察了该菌的有性生殖发育过程中病原形态。通过该菌冬孢子萌发产生的担孢子人工接种陕西小檗、堆花小檗、贵州小檗、假豪猪刺和显脉小檗。结果表明,陕西小檗、堆花小檗和贵州小檗是该菌的转主寄主。从而证实鲜卑芨芨草柄锈菌是转主寄生的全型锈菌。本研究结果完善了该菌在寄主杂草和转主寄主小檗上完成整个生活史。同时表明陕西小檗是鲜卑芨芨草柄锈菌与小麦条锈菌的共同转主寄主,为进行这两个菌的有性杂交试验奠定了生物学基础。利用光学显微镜与扫描电子显微镜,对该菌侵染转主寄主陕西小檗的有性生殖发育过程的病原形态进行了观察。3.证实小麦条锈菌与鲜卑芨芨草柄锈菌可以进行种间有性杂交,后代菌系发生高度毒性变异,产生新的致病类型。揭示种间有性杂交是小麦条锈菌有性生殖的一种新的方式和导致小麦条锈菌毒性变异的新途径。用鲜卑芨芨草柄锈菌与小麦条锈菌(CYR32)萌发的冬孢子产生的担孢子分别接种陕西小檗(Berberis shensiana),以小麦条锈菌为母本(父本),鲜卑芨芨草柄锈菌为父本(母本)进行双向有性杂交,锈子器产生后,成功从19个锈子腔分离获得杂交后代单锈孢菌系85个。后代菌系和亲本在28个单基因(Yr)系鉴别寄主上进行毒性鉴定。结果表明有性杂交后代的85个菌系中,产生了56种致病类型,变异频率为65.8%。其中正向杂交(小麦条锈菌为母本)有82个后代菌系,53种致病类型,对Yr10、Yr24(=Yr26)致病的菌系的比例均为20%;反向杂交(以鲜卑芨芨草柄锈菌为母本)的后代菌系3个对Yr8致病。未发现与CYR32毒性特征相同或者对Yr5和Yr15致病的后代菌。整体来看,与亲本菌系CYR32相比,后代菌系的毒性谱变窄。本研究通过小麦条锈菌与鲜卑芨芨草柄锈菌进行有性杂交,揭示通过种间杂交重组的后代菌系毒性变异明显,是小麦条锈菌毒性变异的新途径。此结果为揭示中国小麦条锈菌遗传多样性的成因及制定小麦条锈病的防控新策略提供了重要的理论依据。