白粉病是引发小麦减产的最严重的真菌病害之一,白粉菌胁迫对籽粒品质的影响未见系统报道,分析籽粒中蛋白质、淀粉和可溶性糖等储藏物积累及品质的变化,便于揭示白粉病引发品质变化的机理。研究于2009-2011年在河南农业大学科教试验园区进行。采用裂区设计,4次重复。主处理为不同白粉病发病程度(3个水平),副处理为不同小麦品种。2009-2010年选用不同品质类型的白粉病感病品种,强筋品种西农979和郑麦9023、中筋品种周麦18和中原98-68、弱筋品种郑麦004.和白粉病免疫材料国麦301。2010-2011年度选用西农979、周麦18和国麦301以保证试验的连续性,另增加高抗白粉病品种周麦22。花后每隔5d取样剥取籽粒。一部分籽粒样品用于分析蛋白和淀粉及其组分含量,另一部分样品则用于分析代谢蛋白表达(采用差异蛋白质组学)。成熟期取样分析粉质、拉伸等流变学特性和黏度、膨胀势和降落值等。本研究旨在探讨白粉病对籽粒品质的影响及其分子机制,以期为生产中改善籽粒品质提供理论依据。通过以上工作得到的主要研究结果如下：1.定量分析了不同白粉病发病程度下小麦籽粒全蛋白及清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、麦谷蛋白4种蛋白组分积累及含量的变化。结果表明：(1)小麦白粉病对感病品种籽粒代谢蛋白总量的影响未达显著水平,但显著增加储藏蛋白总量,进而导致全蛋白含量显著增加,这表明白粉菌侵染改变籽粒蛋白组分。(2)在20 DAA之后,面筋蛋白含量急剧增加。该时期正值田间白粉病发病严重时期,籽粒醇溶蛋白及麦谷蛋白含量随着病情指数增加而明显提高。表明白粉病对籽粒醇溶蛋白和麦谷蛋白积累的影响较大。(3)白粉病对籽粒清蛋白含量的影响未达显著水平,说明各种代谢酶类总量的差别未达显著水平。籽粒灌浆期间,球蛋白积累差异显著,在20-25 DAA发病严重时,显示出不同程度的上调趋势,而在30 DAA至成熟期阶段病症逐渐消失,球蛋白含量逐渐恢复到一个较为恒定的水平。研究还表明,抗病品种籽粒蛋白及其组分含量的差异未达显著水平。2.利用蛋白质组学技术,研究了10 DAA和25 DAA 2个发育时期小麦籽粒代谢蛋白对白粉菌侵染程度的响应,发现感病品种感染白粉菌后籽粒的代谢蛋白发生显著变化。质谱鉴定出38个差异蛋白,其中天冬氨酸氨甲酰转移酶(ATCase)、单链核酸结合蛋白(SSB)、泛酸合成酶(PS)、GTP酶ObgE、亲环素A-2 (CypA-2)、rRNA小亚基转甲基酶(RsmH)和肽基脯氨酰同分异构酶(Pin)等蛋白合成相关酶或分子伴侣,这些蛋白参与mRNA的转录、翻译及翻译后蛋白质的折叠和修饰等过程,它们在2个时期均呈现上调趋势,这与同期籽粒全蛋白含量提高一致。参与糖酵解、淀粉合成和三羧酸循环的p-淀粉酶、质体a-1,4-葡聚糖磷酸化酶(Pho1)、蔗糖合成酶2型(SUS)和甘油醛-3磷酸脱氢酶(G3PD)显示下调或消失,表明感病植株籽粒淀粉合成受到抑制。研究同时鉴定出过氧化物氧还蛋白(Prx)、冷调控蛋白(Cld)和Tri a Bd 27K等一般的防御蛋白,以及NBS-LRR型RGA和Pm3B类似抗病蛋白2Q9等抗病蛋白,表明籽粒发生了抗性蛋白引发的一系列蛋白与蛋白间的相互作用。25 DAA前后的抗胁迫酶蛋白数量较10 DAA增加,表明25 DAA时籽粒响应胁迫环境,发生较大变化,与同时期田间白粉病病指最高是一致的。研究发现小麦籽粒非面筋蛋白储藏蛋白(包括燕麦蛋白类似蛋白、球蛋白3、球蛋白3B、球蛋白3C和gag蛋白等)均上调,显示白粉病感染促进了籽粒中某些特定球蛋白的合成,这与同期球蛋白总量的增加一致。3.定量分析了不同白粉病发病程度对小麦籽粒淀粉及其组分,以及可溶性糖积累的影响。结果表明：(1)白粉病对感病品种籽粒淀粉和可溶性糖总量的影响达显著水平,其中直链淀粉含量提高,支链淀粉含量降低,淀粉含量大幅度降低,直/支比升高,表明白粉菌侵染改变籽粒淀粉组分。同时,随白粉病病情加重,籽粒可溶性糖含量降低。(2)白粉病对感病品种籽粒直链淀粉积累的影响表现为,20 DAA至成熟期间,呈现出随病指增加而递增的趋势；而对支链淀粉积累的影响,则表现为,自10 DAA开始至成熟,一直呈现出降低的趋势。总淀粉含量的变化趋势与支链淀粉含量的变化趋势相似,直/支比显著升高。(3)籽粒可溶性糖的积累对白粉病发病程度的反应敏感,感病品种在发病初期(25 DAA之前),籽粒可溶性糖含量增加,但随后的变化趋势因品种而异,易感品种呈现降低趋势,而中感/中抗品种呈现持续增加趋势。抗病品种籽粒可溶性糖积累未达显著水平。(4)代谢蛋白的差异蛋白质组学研究结果指出,参与糖酵解和三羧酸循环的G3PD,参与淀粉合成的β-淀粉酶、Pho1、SUS均下调,表明感病植株籽粒淀粉的合成受到抑制。4.分析了小麦白粉病对面粉沉降值、粉质参数、拉伸参数及黏度等加工品质指标的影响。结果表明：(1)白粉病对淀粉品质影响较大,不同品种间的变化趋势表现一致。感染白粉病条件下,籽粒容重降低,表明籽粒饱满度下降；面粉膨胀势降低,表明面粉持水能力减弱；面粉降落值和黏度升高,表明α-淀粉酶活性降低。(2)随白粉病发病严重度增强,沉降值、形成时间、稳定时间、评价值和拉伸参数延伸度等指标升高,而拉伸阻力和拉伸比例则降低,其中强筋小麦达到显著差异水平。5.分析了小麦白粉病对籽粒产量和品质产量的影响。研究表明,随白粉病感病程度加重,籽粒产量、籽粒淀粉产量和蛋白质产量均显著降低,其中以淀粉产量的降幅为最大,而蛋白质产量的降幅为最小。这表明白粉病不仅降低经济产量,而且通过改变籽粒储藏物的相对含量,而对籽粒品质产生影响。进一步分析指出,不同品种、不同感病程度条件下,产量的降幅不同,表现为随病害严重度增加而降幅增大。综上所述,本研究可以得出以下主要结论：(1)白粉病影响籽粒营养品质,感染白粉病提高籽粒蛋白尤其是储藏蛋白含量,降低淀粉尤其是支链淀粉含量。(2)白粉病影响籽粒加工品质,淀粉品质变化与淀粉含量变化一致,蛋白品质变化与蛋白含量变化一致。(3)白粉病影响品质变化源于籽粒中代谢酶的表达改变,蛋白合成相关酶类及分子伴侣上调与储藏蛋白含量升高及蛋白品质变化一致,淀粉合成相关酶类下调与淀粉含量降低及淀粉品质变化一致。