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赤霉病是由镰刀菌(Fusarium)引起的广泛流行于世界上潮湿和半潮湿地区,发生于小麦、大麦、燕麦、黑麦和黑小麦等谷物上的一种毁灭性病害。其中在小麦上的危害最为严重,不仅引起小麦产量损失,而且其主要病原菌能够产生对人畜健康构成严重危害的真菌毒素,从而对小麦的生产和食品安全构成严重威胁。本研究通过比较分析稻桩、杂草上的腐生有性镰刀菌群体与小麦赤霉菌群体的种群、毒素化学型组成和优势群体遗传结构,旨在明确中国南方麦区小麦赤霉菌的初侵染源,揭示越冬载体对镰刀菌群体的选择作用及对其流行演化趋势的影响,从而为拓展赤霉病防治时期及通过轮作控制病害提供重要依据。1.稻麦轮作区越冬寄主-稻茬上镰刀菌群体与小麦赤霉菌群体结构比较分析对我国南方地区5个省市9个采样点,从同一田块来源的小麦赤霉病穗和带菌稻茬上分离鉴定的1246株镰刀菌进行种和毒素化学型鉴定分析。发现稻桩上的有性镰刀菌群体与引起小麦赤霉病的病原菌在群体结构及组成上具有良好的相关性,从而确定稻桩上的有性镰刀菌群体是引起稻麦轮作区小麦赤霉病的主要初侵染源。明确了小麦对产生3-acetyldeoxynivalenol(3ADON)的亚洲镰刀菌(F.asiaticum)具有选择作用,而水稻对产生Nivalenol(NIV)毒素的群体具有明显的偏好性。2.非小麦产区镰刀菌群体区域分布特征通过对非小麦产区湖南、福建、广西稻桩有性镰刀菌群体与长江流域麦区群体的基因组重测序比较分析,发现地理隔离和耕作制度对F.asiaticum群体结构具有显著影响,长江中下游地区及湖南洞庭湖平原的3ADON菌株属同一遗传群体,说明小麦产区与非小麦产区间存在菌株交流。与3ADON群体相比,绝大部分NIV形成一个大的群体,群体内部的多样性丰富且分化显著,由于四川特殊的地理条件及复杂的耕作方式使该地区的群体与其他地区的群体存在明显差异,同时来源于非小麦产区福建、湖南的NIV群体也存在一定程度的分化。3.西南麦区与长江中下游麦区越冬寄主-杂草上镰刀菌群体与小麦赤霉菌群体遗传结构比较分析对采集自湖北和四川48个采样点,893株镰刀菌进行种和毒素化学型的鉴定,发现在小麦和杂草上F.asiaticum均为优势种。对优势毒素化学型群体进行可变数目串联重复序列多态性(Variable number of tandem repeats,VNTR)分析,结果显示杂草群体表现出比小麦群体更高的多样性水平,说明镰刀菌在杂草上完成有性生殖是维持群体多样性的重要途径。连锁不平衡分析表明杂草分离群体与小麦赤霉菌为同一遗传群体,证明杂草上有性镰刀菌是小麦赤霉病重要初侵染来源之一。根据贝叶斯杂合模型可将测试菌株划分为两个独立群体,群体组成与毒素化学型具有部分相关性,其中小麦对POP1群体具有显著的选择作用,而杂草对POP2群体具有偏好性。