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1　绪论1

1.1　生物多样性与农业生物多样性1

1.1.1　生物多样性概念的提出1

1.1.2　生物多样性的定义2

1.1.3　生物多样性的组成2

1.1.4　生物多样性公约3

1.1.5　农业生物多样性4

1.2　农业的可持续发展与农作物病害的持续控制6

1.2.1　农业可持续发展所面临的挑战6

1.2.2　农作物病害的持续控制7

1.3　遗传多样性与植物病害的持续控制8

1.3.1　品种单一化大面积种植带来的病害问题8

1.3.2　利用遗传多样性持续控制水稻病害9

2　遗传多样性研究的相关分子生物学技术18

2.1　DNA限制性片段长度多态性（RFLP）技术18

2.1.1　全基因组DNA提取所需试剂与仪器19

2.1.2　DNA提取及浓度检测方法20

2.1.3 Southern杂交21

2.2　随机扩增多态性DNA（RAPD）技术25

2.2.1　全基因组DNA提取及浓度检测26

2.2.2 RAPD扩增26

2.2.3　扩增产物分析27

2.3　微卫星（SSR）技术27

2.3.1 SSR引物来源29

2.3.2 SSR实验操作步骤29

2.3.3　位点多态性与遗传多样性分析31

2.4　单链构象多态性（SSCP）技术31

2.4.1 SSCP实验操作步骤32

2.4.2 SSCP注意事项33

2.5　扩增片段长度多态性（AFLP）技术35

2.5.1 AFLP的发展及其基本原理35

2.5.2 AFLP的应用前景35

2.5.3 AFLP技术流程（以水稻为例）36

2.6 CAPS标记技术38

2.6.1　实验材料收集39

2.6.2　全基因组DNA提取39

2.6.3　引物的选择39

2.6.4　以内部转录间隔区的引物ITS1和ITS4进行PCR扩增42

2.7 RGA-PCR技术42

2.7.1　基因组DNA的提取43

2.7.2　RGA-PCR扩增43

2.7.3　变性聚丙烯酰胺凝胶电泳及银染检测44

2.7.4　结果分析44

2.8 mRNA差异显示技术（DDRT-PCR）44

2.8.1 DDRT-PCR的基本原理45

2.8.2 DDRT-PCR引物的设计及实验条件的优化46

2.8.3　操作方法47

2.9　候选抗病基因技术49

2.9.1　候选抗病基因分析的原理49

2.9.2　仪器、材料与试剂50

2.9.3　候选抗病基因分析方法51

2.10　生物芯片技术53

2.10.1　概述53

2.10.2　微点阵芯片的制作方法54

2.10.3　杂交反应57

2.10.4　检测和分析60

2.10.5　生物芯片的制备与实验流程61

2.11 Rep-PCR技术66

2.11.1　试剂及仪器67

2.11.2　全基因组DNA提取及浓度检测方法67

2.11.3 Rep-PCR扩增67

2.11.4　扩增产物分析68

2.12　营养亲和群（VCG）技术68

2.12.1　营养亲和性的遗传基础69

2.12.2　营养亲和性的研究技术71

2.12.3　营养亲和性的应用73

2.12.4　营养亲和性分析方法73

2.13　核糖体DNA基础的PCR技术74

2.13.1　概述——16S rDNA序列分析75

2.13.2 rDNA-PCR76

2.13.3 ITS-PCR76

2.13.4 扩增核糖体DNA限制性分析（ARDRA）76

2.13.5　技术路线76

2.14　无毒基因标记技术79

2.14.1　试剂及仪器80

2.14.2 DNA提取及浓度检测80

2.14.3 RAPD标记向SCAR标记的转化81

2.14.4 SCAR引物对稻瘟病菌基因组DNA扩增82

3　病原微生物致病性研究方法87

3.1　稻瘟病菌生理小种鉴定方法87

3.1.1　菌株的分离、培养88

3.1.2　鉴别品种的演变及组成88

3.1.3　播种与育苗89

3.1.4　苗期温室接种方法89

3.1.5　反应型的分级标准89

3.1.6　生理小种命名原则90

3.2　小麦条锈菌生理小种鉴定方法90

3.2.1　小麦条锈菌的分离与纯化90

3.2.2　鉴别品种的组成90

3.2.3　苗期接种方法91

3.2.4　反应型的分级标准91

3.2.5　生理小种的命名原则91

3.3　马铃薯晚疫病菌生理小种鉴定方法91

3.3.1　鉴别品种的组成92

3.3.2　苗期温室接种方法92

3.3.3　接种反应型的观察记录92

3.3.4　晚疫病菌生理小种的划分及命名方法93

3.4　玉米大斑病菌生理小种鉴定方法93

3.4.1　鉴别品种的组成93

3.4.2　玉米大斑病菌孢子悬浮液的制备93

3.4.3　苗期温室接种方法94

3.4.4　反应型的分级标准94

3.4.5　生理小种的划分及命名方法94

3.5　根结线虫生理小种鉴定方法95

3.5.1　北卡罗来纳鉴别寄主试验操作程序96

3.5.2　北卡罗来纳鉴别寄主试验的特点及其局限性97

3.6　水稻白叶枯病菌生理小种鉴定方法98

3.6.1　鉴别品种的组成98

3.6.2　接种方法100

3.6.3　调查记载与抗、感反应型的分级标准101

3.6.4　生理小种的划分及命名方法102

4　遗传多样性控制作物病害的田间试验研究方法104

4.1　常用的田间试验方法104

4.1.1　分期播种法104

4.1.2　多点试验法104

4.1.3　同田对比试验法105

4.2　田间试验误差105

4.2.1　田间试验误差产生的原因106

4.2.2　田间试验误差的控制106

4.3　田间试验的常用设计108

4.3.1　顺序排列试验设计109

4.3.2　随机区组试验设计111

4.3.3　拉丁方设计112

4.3.4　裂区设计114

4.3.5　正交设计114

4.4　植物病原物的田间接种方法117

4.4.1　土壤传播病害的田间接种117

4.4.2　气流和雨水传播病害的田间接种117

4.4.3　种子传播病害的田间接种118

4.5 田间试验的观察和记载118

4.5.1　作物生育状况的观察和记载118

4.5.2　田间病害调查120

4.6　田间试验资料的统计分析121

4.6.1　简单试验的统计分析121

4.6.2　对比与互比试验的统计分析122

4.6.3　随机区组试验的统计分析122

4.6.4　拉丁方试验的统计分析126

4.6.5　二裂式裂区试验的统计分析127

4.6.6　正交试验的统计分析129

4.7　水稻遗传多样性控制稻瘟病田间试验设计方案举例129

4.7.1　不同种植模式水平对稻瘟病的控制效果设计举例129

4.7.2　不同品种搭配组合对稻瘟病的控制效果设计举例130

4.7.3　不同品种组合不同种植模式对稻瘟病的控制效果设计举例130

4.8　SAS统计软件在遗传多样性控制病害中的应用130

4.8.1　统计假设检验131

4.8.2　单因素试验结果的方差分析133

4.8.3　多因素试验结果的方差分析141

4.8.4　正交设计试验资料的方差分析167

4.8.5　线性相关与回归分析的SAS程序173

4.8.6　多元回归分析的SAS程序177

4.8.7　通径分析178

5　作物抗病基因多样性187

5.1　作物抗病基因研究概况187

5.1.1　植物的抗病性187

5.1.2　植物抗病基因的克隆188

5.1.3　抗性基因的结构、功能特点189

5.2　水稻抗稻瘟病基因的多样性193

5.2.1　水稻稻瘟病抗性遗传193

5.2.2　水稻抗稻瘟病基因的定位194

5.2.3　水稻抗稻瘟病基因的克隆196

5.2.4　稻瘟病抗病相关基因研究196

5.3　植物非寄主抗性研究197

5.3.1　非寄主抗性与过敏性反应197

5.3.2　非寄主抗性与防卫反应198

5.3.3　非寄主抗性的分子机制199

5.3.4　非寄主抗性有关基因研究200

5.4　麦类作物抗病基因多样性201

5.4.1　麦类作物抗白粉病基因201

5.4.2　小麦抗锈病基因204

5.4.3　小麦抗禾谷胞囊线虫基因208

5.5　茄科作物抗病基因多样性209

5.5.1　番茄抗叶霉病基因210

5.5.2　番茄抗枯萎病基因212

5.5.3　番茄抗根结线虫基因212

5.5.4　番茄抗球胞囊线虫基因213

5.5.5　番茄抗青枯病基因214

5.5.6　番茄抗斑萎病基因215

5.5.7　马铃薯抗晚疫病基因215

5.5.8　马铃薯抗病毒基因217

5.5.9　马铃薯抗胞囊线虫基因217

6　植物病原物的致病相关基因225

6.1　植物病原菌基因组研究概述225

6.2　植物病原细菌的比较基因组学研究233

6.3　植物病原物基因组中致病相关基因的分布及特点238

6.3.1　罗尔斯通氏菌（Ralstonia solanacearum）的基因组序列分析238

6.3.2　依赖于Ⅲ型分泌系统的效应蛋白240

6.3.3 R.solanacearum基因组中毒性基因的进化241

6.3.4 R.solanacearum与其他细菌基因组的比较242

6.3.5 稻瘟病菌基因组结构特征的初步分析245

6.3.6　稻瘟病菌基因组中SSR的组成和分布246

6.4　植物病原物效应蛋白的多样性255

6.4.1　植物病毒的效应蛋白255

6.4.2　植物病原细菌的效应蛋白257

6.4.3　植物病原真菌的效应蛋白262

6.5　植物病原菌效应蛋白与寄主抗病基因之间的互作268

6.5.1　丁香假单胞杆菌Ⅲ型效应蛋白与拟南芥中相应分子的互作269

6.5.2　亚麻锈菌无毒基因AvrL567在吸器中表达产物及其与抗病基因的互作279

6.6　稻瘟病菌分泌蛋白质的研究282

6.6.1　稻瘟病菌基因组中分泌蛋白的计算机分析283

6.6.2　稻瘟病菌基因组中分泌蛋白中酶类功能的分析283

6.6.3　氮饥饿培养获得的稻瘟病菌分泌蛋白的致病性研究286

6.6.4　稻瘟病菌分泌型小蛋白的多态性分析287

6.6.5　稻瘟病菌表达序列标签（EST）中分泌型EST的计算机分析293

7　病原微生物群体结构的遗传多样性研究299

7.1　植物病原真菌遗传多样性研究299

7.1.1　稻瘟病菌遗传多样性研究299

7.1.2　棉花黄萎病菌遗传多样性研究302

7.1.3　马铃薯和番茄晚疫病菌遗传多样性研究321

7.1.4　烟草黑胫病菌遗传多样性的研究325

7.2　植物病原细菌的遗传多样性研究336

7.2.1　水稻白叶枯病菌遗传多样性研究336

7.2.2　水稻细菌性条斑病菌遗传多样性研究338

7.2.3　云南烟草野火病菌遗传多样性研究339

7.3　植物病原线虫遗传多样性研究339

7.3.1　根结线虫的遗传多样性341

7.3.2　胞囊线虫遗传多样性344

7.3.3　伞滑刃属线虫遗传多样性345

7.3.4　其他植物线虫的DNA多态性分析346

7.3.5　结束语和展望347

8　遗传多样性控制病害的遗传学基础352

8.1　基因对基因学说352

8.2　寄主与病原物协同进化的遗传学基础352

8.2.1　病原菌无毒蛋白与寄主植物R蛋白354

8.2.2　植物R蛋白与病原菌无毒蛋白相互作用的分子模型356

8.2.3　抗病信号转导356

8.3　混栽田间诱导抗性与抗病相关的信号转导的作用机制358

8.4　水稻遗传多样性混栽田间稻瘟病菌的群体遗传结构研究359

8.4.1　1999年稻瘟病菌群体遗传结构分析360

8.4.2　2000年稻瘟病菌群体遗传结构分析360

8.4.3　水稻遗传多样性田间生理小种组成360

8.4.4　水稻遗传多样性田间稻瘟病菌群体组成360

9　遗传多样性控制病害的生态学基础研究364

9.1　作物病害流行与农田生态环境的关系364

9.2　水稻遗传多样性混合间栽对田间湿度的影响365

9.2.1 田间微环境中相对湿度的变化365

9.2.2　植株持露表面积的变化366

9.2.3　植株不同冠层部位及叶面的相对湿度367

9.3　水稻遗传多样性混合间栽对田间光照的影响368

9.3.1　植株冠层光照强度变化368

9.3.2　植株冠层不同部位的光合有效辐射变化369

9.4　水稻遗传多样性混合间栽对叶面温度的影响371

9.5　水稻遗传多样性混合间栽对田间通风状况的影响372

9.6　水稻遗传多样性混合间栽对病原菌孢子传播的影响373

9.7　水稻遗传多样性混合间栽对植株硅含量的影响375

9.7.1　水稻体内硅的存在形式及分布375

9.7.2　硅在水稻中的生理作用375

9.7.3　水稻遗传多样性混合间栽植株硅含量变化376

9.7.4　多样性混合间栽与稻株硅化细胞形态变化382

9.7.5　多样性混合间栽对稻瘟病及植株倒伏的控制382

10　遗传多样性优化品种搭配的应用研究385

10.1　品种搭配的遗传学基础385

10.1.1　品种间遗传背景的差异385

10.1.2　品种间的RGA分析差异387

10.1.3　品种间的候选抗病基因分析差异391

10.2　品种搭配对农艺性状的要求394

10.2.1　对株高、株型的要求395

10.2.2　对生育期的要求395

10.2.3　对产量构成要素的要求395

10.3　品种的时空搭配模式396

10.3.1　品种的选择396

10.3.2　品种混栽的空间布局397

10.3.3　品种混栽的时间布局398

10.4　水稻遗传多样性种植的品种优化搭配的田间试验结果399

10.4.1　混合间栽品种组合399

10.4.2　试验小区设置399

10.4.3　混合间栽方式及管理400

10.4.4　调查记载标准400

10.4.5　建水和石屏两县的8种处理田间试验结果400

10.4.6　石屏县15个不同处理的试验结果402

10.5　小麦遗传多样性种植的品种优化搭配的田间试验结果406

10.5.1　遗传多样性与小麦病害防治407

10.5.2　遗传多样性与小麦产量的稳定性409

10.5.3　遗传多样性与病原物的群体动态410

11　遗传多样性优化群体种植模式的应用研究415

11.1　时间上利用遗传多样性——品种轮换415

11.2　空间上利用遗传多样性——品种的合理布局416

11.3　时间与空间上利用遗传多样性——多品种混合间栽416

11.4　优化群体种植模式的技术参数研究417

11.4.1　试验处理与小区设置418

11.4.2　种植规格418

11.4.3　种群结构418

11.4.4　试验小区产量及土地当量比419

11.4.5　试验小区经济效益估计419

11.5　水稻多品种混合间栽技术参数研究的田间试验结果419

11.5.1　不同种群结构对稻瘟病的控制效果419

11.5.2　不同种群结构下的水稻产量425

11.5.3　不同种群结构下的土地当量比426

11.5.4　不同种群结构下的经济效益427

12　遗传多样性持续控制作物病害技术的示范推广429

12.1　水稻遗传多样性控制稻瘟病技术示范、推广的技术规程429

12.1.1　品种选择原则429

12.1.2　品种组合430

12.1.3　调整播种时间，适时育秧430

12.1.4　栽培方法和田间管理431

12.1.5　田间观察记载431

12.1.6　统计分析方法431

12.2　水稻遗传多样性控制稻瘟病技术示范、推广的组织和保障措施432

12.2.1　提高认识，加强领导432

12.2.2　加强宣传培训433

12.2.3　狠抓示范，推动面上发展434

12.2.4　组织企业订单收购，促进农民增产增收436

12.3　水稻遗传多样性控制稻瘟病技术示范、推广的地区和面积436

12.3.1　云南省推广的地区和面积436

12.3.2　四川省推广的地区和面积437

12.4　示范推广对稻瘟病的控制效果438

12.4.1　云南省水稻遗传多样性混栽技术大面积推广控制稻瘟病的效果438

12.4.2 四川省水稻品种多样性混栽技术大面积推广控制稻瘟病效果440

12.5　示范推广的增产、增收效果442

12.5.1　云南省大面积推广的增产、增收效果442

12.5.2　四川省大面积推广的增产、增收效果444