稻曲病历史上是一个次要病害,长期以来有关其发生规律的研究没有受到足够的重视。但近年来长江中下游地区稻曲病已经成为水稻最重要的病害,造成严重的产量损失。因此,近年来中国、日本等国家加强了稻曲病的研究,主要在稻曲病病原菌生物学、稻曲病菌接种技术、稻曲病菌毒素、稻曲病菌遗传多样性及分子生物学等方面均取得了一些重要进展,但很多方面如稻曲病菌生活史、侵染机制等问题上尚存在诸多争议。对此本文主要对稻曲病菌生活史和侵染机制中存在的若干问题进行了研究,研究结果如下:1.对稻曲病菌厚垣孢子萌发率测定的方法进行改良后,发现光照和变温处理能明显促进厚垣孢子的萌发。休眠的厚垣孢子萌发需要5-30 d时间,因此传统的萌发测定方法严重低估了厚垣孢子的萌发能力。进一步对不同储存时间的厚垣孢子进行萌发试验,结果表明,在室内干燥和低温环境条件下的厚垣孢子可长时间保持萌发活力,其中冷藏保存21个月的墨黑色厚垣孢子累计萌发率可达到72.3%。越冬后稻田地表厚垣孢子萌发率高于土壤中厚垣孢子。田间地表稻曲球上厚垣孢子在来年3-7月仍然能够萌发产生分生孢子。模拟田间淹水试验表明,厚垣孢子易被土壤中微生物降解而无法萌发。以上结果表明,田间及室内保存稻曲球上厚垣孢子在干燥条件下能够安全越冬,且数量远远大于以前研究所报道的比例。但厚垣孢子只能在相对干燥环境下越冬,稻田灌水不利于厚垣孢子越冬。因此稻曲病菌厚垣孢子在病害流行中的作用仍然有待进一步的研究。2.近几年本实验室对稻曲病菌菌核在中国亚热带地区稻曲病流行中的作用进行了研究。发现稻曲病菌在我国亚热带地区也可形成大量菌核;晚秋气温偏低时,稻曲病菌菌核数量显著增加,菌核单位面积的数量远超温带稻区。形成于亚热带的稻曲病菌菌核成熟度似乎比温带地区菌核低;田间条件下只有3%的菌核可以成功越冬,但菌核基数大,且单个菌核可萌发产生大量子囊孢子,并进一步形成大量的分生孢子。因此,菌核在我国亚热带稻区稻曲病流行过程中发挥了重要作用;大范围种植产量高、生育期长的水稻品种导致水稻后期处于相对较低的温度条件下,加重了稻曲病的发生和菌核的形成,这可能是稻曲病在我国重灾区不断扩大的重要原因。3.通过对水稻不同发育阶段、接种菌源、接种后的光照等参数的比较分析后,发现对水稻品种甬优12的最佳接种方法。利用智能气候箱培养水稻,使用液体培养5-6d的菌株Zj010,在甬优12破口前1周左右,向水稻穗子的中上部接种,培养条件为接种前6d湿度100%,12h暗/20℃,12h光/26℃,此方法接种后发病率高达100%。接种后发现稻曲病菌不同菌株之间致病性差异明显,培养基上传代培养大于3年的菌株,接种发病率较低。接种甬优12、沈新麦穗和WFB-3水稻品种后发现,接种时选择叶枕距为4-7 cm的稻穗进行室内接种实验,发病率和病粒数是最高的。4.利用稻曲病菌接种水稻和大麦花丝结果发现,稻曲病菌主要侵染水稻的花丝并进行细胞间生长,也可侵染大麦花丝及幼嫩的浆片并可在细胞间和细胞内扩展。进一步对大麦花丝的组织与细胞结构研究,其表皮和皮层细胞排列疏松,细胞间空隙大。在开花前后,水稻和大麦花丝均快速伸长到原来的数倍。超微结构研究发现,大麦花丝细胞壁纤维素微纤丝排列非常稀疏,细胞壁染色很浅,呈半透明状,细胞壁柔软而富有弹性,易折叠;稻曲病菌主要在不含纤维素的细胞壁中层进行扩展,在大麦和水稻花丝细胞中均不会降解微纤丝。上述结果从细胞学上阐明了稻曲病菌主要侵染具备高度伸长能力的寄主植物组织,这些具备伸长特性的细胞壁结构是导致稻曲病菌侵染的重要原因。5.本实验室利用GFP标记菌株和Zj010菌株对水稻胚根进行接种。超微结构研究结果表明,稻曲病菌只能侵染根的表皮层,且菌丝在细胞间隙中生长。稻曲病菌无法穿越根的细胞壁高度加厚的内皮层细胞、不能进入根的内部组织。稻曲病菌早期可侵入个别水稻胚芽鞘表皮细胞的角质层,不能侵入水稻叶片。Real-timePCR表明稻曲病菌接种后前10天在水稻根部大量快速增殖,在10-20天时生长缓慢,20天后生长开始下降。稻曲病菌对水稻根部的侵染在一定程度上影响了水稻的株高和根的长度。以上结果明确了稻曲病菌可短期侵染水稻苗期的幼根等伸长能力较强的组织,但无法形成系统性侵染。6.利用Illumina Hisep2000/2500系统测定被稻曲病菌侵染发病的水稻小花和健康未接种小花内部器官的转录组,分析水稻与稻曲病菌的互作情况。研究表明,病原菌侵染后导致水稻小花中1859个基因差异性表达,其中870个基因表达上调,989个基因下调表达。差异表达基因主要涉及到细胞凋亡、Toll-like受体信号、色氨酸代谢、视黄醇的新陈代谢、戊糖和葡萄糖醛酸酯互变等途径。稻曲病菌侵染后48个水稻抗病基因出现显著性差异表达,其中包括15个PR病程相关基因显著性上调表达,还有CNGC、JAZ、NBS-LRR、RPM1及ERF、DREB、WRKY、NAC和Myb等转录因子在转录水平上发生变化。发病水稻小花有106个糖代谢相关基因发生显著性变化,其中蔗糖转运体基因SUT3,糖激酶HXK5,己糖转运体基因(HWH2)和果糖激酶基因(FRK)显著性下调表达,但单糖转运体基因MST3和MST4及SWEET11、SWEET14、SWEET15和己糖载体基因(HEX6)呈显著上调表达。淀粉合成类基因GBSS1,淀粉脱支酶(ISA3)、谷蛋白(Os02g0456100)、分支酶SBEIIb、β-淀粉酶和可溶性淀粉酶(OsPUL)的基因明显下调表达,灌浆相关基因也大多下调表达。同时稻曲病菌侵染后抑制了花药和花粉相关基因的表达。这表明稻曲病菌可能主要是利用单糖作为营养物质。