由小麦条锈菌（Puccinia. striiformis f. sp. tritici）引发的小麦条锈病是威胁我国小麦生产的最重要病害之一。成株抗病性（Adult plant resistance APR）具有持久抗病性的特点，表现为苗期感病，成株期抗病，其在生产上具有巨大的应用潜力。从组织学和细胞学角度开展小麦成株抗病性互作特征研究，将为进一步解析成株抗性的分子机理奠定基础和提供依据，对选育持久抗病品种和实现小麦条锈病的可持续控制具有重要的理论和实际意义。本研究以小麦兴资9104和小麦条锈菌32号小种（CYR32）为研究对象，通过不同叶位的连续接种进行表型鉴定；对兴资从感病到抗病过程转变的关键生育期与锈菌的互作进行系统的组织学分析；通过组织化学的方法对互作过程中活性氧的积累进行检测；通过细胞学方法对成株抗性表达过程中植物与病菌的超微结构特征进行观测，从而阐明兴资9104成株抗小麦条锈病的组织学和细胞学特征。本研究的主要结果如下:1、通过对兴资9104不同叶位连续接种实验表明，兴资9104对CYR32的成株抗病性从分蘖期开始表达，随着生长发育逐渐增强，孕穗期后表现出最强的抗病性；2、光镜观测表明，三种组合中病菌均于接种后12h进入植物叶组织而形成气孔下囊，然而苗期、分蘖期和孕穗期组合中的最早的吸器形成时间分别为接种后12h、18h和24h，表明病菌的吸器分化和形成在成株期组合中明显的延迟和受抑。接种后48h，三种组合中，病菌在菌丝分枝数、菌丝长度和吸器母细胞的数量上差异并不明显，但苗期组合中，病菌从接种后48h开始，大量分化形成次生菌丝，从而促进其菌落的形成；而孕穗期组合中多数侵染点的的次生菌丝出现于接种后96h，表明病菌次生菌丝的发育明显的被抑制或延迟，并导致菌落形成的减少。病菌的侵染和吸器的形成在分蘖期和孕穗期组合中伴有植物细胞的坏死，这种典型的过敏性坏死在两种组合中分别出现于接种后18h和36h，随后含坏死细胞的侵染点比率和坏死的面积逐渐增加。接种后120h，分蘖期组合中80%的侵染点含有坏死细胞，而至接种后144h，孕穗期组合中所有的侵染点均有细胞坏死出现，部分侵染点的病菌结构完全被坏死细胞所包围，导致其并无次生菌丝的形成及败育。表明植物细胞坏死对病菌的发育具有明显的抑制作用。3、活性氧的组织化学检测结果表明，分蘖期和孕穗期组合中，于接种后24h和36h分别形成O₂迸发高峰，大量的侵染点出现NBT （Nitroblue tetrazolium）着色的时间点与吸器母细胞与植物细胞接触形成吸器的时间点一致，而NBT着色的细胞仍然保持生存状态。因此，O₂迸发早于病菌入侵细胞的坏死。而分蘖期和孕穗期组合中，被侵染的植物叶片中H₂O₂积累具有相似的双时相特征。在分蘖期中，第一个H₂O₂迸发高峰出现于接种后24h，而第二个H₂O₂迸发高峰出现于接种后72-96h；孕穗期的组合中第一个H₂O₂迸发高峰，出现于接种后48h，而第二个H₂O₂迸发高峰出现于接种后120h。H₂O₂第一个迸发时相与吸器的形成以及随后入侵细胞的坏死的时间点相一致，而其第二个迸发时相明显的与次生菌丝的形成以及随后的侵染细胞的坏死密切相关。而苗期组合中，大多数侵染点中，病菌的侵染并没有诱导O₂-和H₂O₂的产生。因此，O₂-和H₂O₂的产生和积累与寄主细胞过敏性坏死有着密切关系，在成株抗病性表达中可能起着重要作用。4、透射电镜观测表明，兴资对条锈菌成株抗病性的典型的结构防卫反应包括显著的细胞壁相关的抗性、入侵细胞的大量坏死以及吸器鞘的形成，这些亚细胞水平的防卫结构与抑制病菌的生长、加速病菌的衰老、导致侵染结构的细胞死亡密切相关。非寄主抗病性（non-host resistance NHR）是整个植物物种，对特定的病菌物种的所有菌株所表现出的抗病性，是植物所表现出的最普遍的抗病形式，其具有持久抗性的特点，因此，在农业生产中具有广阔的应用前景。作为重要的农作物，小麦是柄锈菌属的寄主，长期遭到条锈菌、叶锈菌（P. triticina）和杆锈菌（P. graminis f. sp. tritici）的危害，但其对以与其亲缘关系较远的豆类植物作为寄主的单胞锈菌却保持抗病性，其中的非寄主抗病性的机制知之甚少。因此，本研究以小麦（Triticum aestivum）与蚕豆锈菌构成了一个新的研究体系，通过组织学和细胞学的研究，对病菌的发育进程和小麦的防卫反应进行观测；通过组织化学的方法检测互作过程中活性氧的迸发情况；通过实时定量PCR （quantitativeRT-PCR qRT-PCR）检测防卫相关基因和活性氧代谢相关基因的表达情况。本研究结果将揭示小麦对与其协同进化关系较远的豆类锈菌的非寄主抗病性的细胞学特征和分子基础，有助于对小麦抗锈性的全面理解。其主要研究结果如下：1、光镜观测表明蚕豆锈菌在小麦叶片上能有效的萌发形成芽管，但蚕豆锈菌在小麦叶片上的气孔侵入率显著下降，超过98%的芽管（萌发体）不能准确的定位气孔并于其上方形成附着胞而进入叶组织。少数萌发体能进入气孔形成侵染点，从而分化形成胞间菌丝和吸器母细胞，但大多数的吸器母细胞未能侵入叶肉细胞而形成吸器。接种后96h，侵染点中吸器的形成率不到4%。2、透射电镜观测表明病菌吸器母细胞的入侵诱导了植物细胞壁的加固和胞壁沉积物以及乳突的形成，入侵栓尽管能穿透细胞壁，但不能穿过乳突而于细胞内形成吸器。因此细胞壁相关的抗病性导致了病菌的败育，说明小麦对蚕豆锈菌的抗病性主要为吸器前抗性。尽管少数病菌的入侵栓能够穿透植物细胞的细胞壁而形成吸器，但光镜观测发现吸器被类似胼胝质的沉积物所包围，并发出强烈的自发荧光，这种吸器鞘状的结构可能限制吸器的发育和功能的发挥。同时吸器的形成并未激发植物过敏性坏死的形成，这与接种蚕豆锈菌后小麦叶片无任何症状的表型相一致。3、活性氧的组织化学检测结果表明，蚕豆锈菌的侵染诱导了小麦细胞中H₂O₂的积累，但无O₂形成。H₂O₂主要分布于与病菌接触的细胞壁、正对吸器母细胞的乳突结构和吸器鞘部位，这些形成于防卫结构中的H₂O₂，可能有助于通过交联而加固病菌接触部位的细胞壁和乳突以及吸器鞘结构，并进而阻止了病菌在小麦组织中的发育。4、qRT-PCR分析结果表明， TaPR1（病程相关蛋白1）、 TaPR2（-1,3-葡聚糖酶）、 TaPR3（几丁质酶）、 TaPR5（类甜蛋白）、 TaPAL （苯丙氨酸解氨酶）, TaSOD （超氧化物歧化酶）、TaCAT （过氧化氢酶）和TaAPX （抗坏血酸-过氧化物酶）基因在互作中呈现出不同的表达特征，但所有基因于接种后12-48h之间呈现出一到多个上调表达的时间点，表明活性氧代谢相关基因和防卫相关的基因同样参与了小麦对蚕豆锈的非寄主抗病性，前者可能通过代谢调控活性氧的产生并避免活性氧的过量积累而激发细胞的坏死，后者参与小麦的非寄主抗病性则表明小麦对锈菌的非寄主抗病性和其基础抗性可能存在交叉和重叠。