由禾谷镰刀菌引起的小麦、玉米赤霉病,不仅降低作物产量,更重要的是病菌在侵染过程中产生的毒素,直接累积存留在谷类籽粒中,危害人、畜健康;我国赤霉病发生面积大、各病区农业生态环境差异悬殊,然而却没有关于我国禾谷镰刀菌种群、毒素化学型及其地理分布的系统研究;同时由于抗赤霉病资源匮乏,在小麦及其近缘物种中没有发现免疫或高抗赤霉病的资源,导致抗赤霉病育种长期徘徊不前。因此,利用从全国各赤霉病区收集的菌株,分析其系统群及毒素类型;在小麦中表达鉴定抗体融合蛋白的抗赤霉病性,对于鉴定分析抗赤霉病品种、降低镰刀菌毒素危害、保证食品安全、培育高抗赤霉病品种具有重要意义。而在水稻中,稻瘟病和纹枯病每年造成巨大损失,因此鉴定表达多基因的水稻对稻瘟病和纹枯病的抗性,对培育稻瘟病及纹枯病品种具有重要意义。本论文围绕赤霉病菌、抗赤霉病性和抗稻真菌病性改良,开展了三个方面的研究:(1)禾谷镰刀菌的系统群及产毒类型分析;(2)转镰刀菌特异抗体融合蛋白小麦的分析与鉴定;(3)转抗菌肽水稻的分析与鉴定。主要研究结果如下:1.以禾谷镰刀菌特异引物Fg16F/R,分析鉴定了来自我国13省(市)的小麦、玉米禾谷镰刀菌菌株460份,发现我国的禾谷镰刀菌群(Fusarium graminearum clade)可以分为两种类型:SCARⅠ型和SCARⅤ型。从两种类型中随机选择来源不同的30个菌株,序列测定其镰刀菌毒素解毒酶基因(Tri101)、类还原酶基因(reductase-likegene)和组蛋白(Histone 3)基因,根据国际最新种群分类法中确定的固定核苷酸序列,分析、比较了这三个基因序列及其特点,结果表明,我国禾谷镰刀菌群中存在两种类群,即亚洲型(Fusarium asiaticum)和禾谷型(Fusarium graminearum)。这两种类群与SCAR类型完全一致,即SCARⅠ型属于禾谷型,SCARⅤ型为亚洲型。这是首列禾谷镰刀菌群系统群与SCAR类型完全一致的报道。在所分析的460个菌株中,342株为亚洲型,118株为禾谷型,因此亚洲型菌株是我国目前禾谷镰刀菌群的优势种类。结合我国赤霉病流行地区30年(1970年～1999年)年均温度资料分析表明,亚洲型菌株主要分布在年均温度高于15℃的长江流域及以南一带,而禾谷型菌株则主要来分布于年均温度15℃或更低的东北、黄河流域等地区。因此就优势菌种地域分布而言,禾谷型菌株是我国年均温度较低地区的优势菌种,亚洲型菌株为我国温暖地区的优势菌种。2.根据禾谷镰刀菌毒素代谢路径关键基因(Tri5-Tri6、Tri3-Tri8、Tri7、Tri3)保守序列,设计多对毒素化学型鉴定引物,通过一系列不同PCR,鉴定了来自我国13个省(市)342株禾谷镰刀菌群的毒素化学型。结果表明,我国禾谷镰刀菌群存在三种毒素化学型,其中3-AcDON型176株,占51.46%;15-AcDON型113株,占33.04%;NIV型53株,占15.50%;同时,我国存在两种不同的15-AcDON型菌株,在Tri7基因中存在11 bp重复序列的为禾谷型,没有该重复序列的属于亚洲型,这种类型迄今未见文献报道,我们将其暂定为新15-AcDON毒素型。这些研究结果还表明,这个11 bp重复序列可以作为鉴别15-AcDON型菌株为禾谷型或亚洲型的分子标记。3.以基因枪法转化小麦未成熟胚,首次将镰刀菌特异抗体—抗菌肽融合蛋白转入小麦,经除草剂筛选获得15株阳性再生植株。将T1代植株种植后,在开花期单花接种赤霉病菌,于接种后7d、14d、21d调查病情指数。结果表明,接种21天后仍有7个抗性显著提高的单株,PCR和RT-PCR分析表明这些抗病植株整合和表达了抗体融合蛋白基因。进一步对这7个单株的T2代接种赤霉病菌,鉴定获得6个抗性显著提高的转基因株系,其抗扩展性与目前最好的抗病品种苏麦3号相当。因此,镰刀菌特异抗体-抗菌肽融合蛋白介导的抗赤霉病性,能够稳定遗传,可作为优良抗赤霉病新基因,用于小麦分子育种,提高小麦的抗赤霉病性。4.利用基因枪法转化水稻成熟胚,将小麦几丁质酶基因(Chi)、曲霉抗菌肽基因(AG)、玉米抗菌肽基因(MBP)与潮霉素标记(Hyg)同时转入水稻。经潮霉素筛选、PCR分析鉴定出36个转基因株系,其中17个含有三个目的基因的转基因株系,Southern blot和Western blot分析证实了目的基因的整合及表达。对T2代植株抗稻瘟病性和抗纹枯病性的接种鉴定表明,6个株系兼抗稻瘟病和抗纹枯病,两种抗性均达到中抗以上水平,这些结果说明多基因共表达可改良植株的抗病性状。同时,PCR及Southern blot分析证实,在T2代株系中分离出不含潮霉素标记基因、但含有目的基因的抗病株系,说明将抗性标记基因和目的基因分别构建在不同载体后共转化植株,可以获得不含抗性标记的转基因植株,为进一步筛选无抗生素标记转基因水稻打下了基础。