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二棱大麦赤霉病抗扩展性QTL定位：方法、发现与展望

一、引言

1.1研究背景与意义

二棱大麦（HordeumvulgareL.ssp.distichon）作为大麦的重要亚种，在全球农业生产与食品工业领域占据着举足轻重的地位。从农业生产视角来看，二棱大麦具有广泛的生态适应性，无论是在寒温带的高海拔地区，还是在温带的平原地带，都能良好生长，这使得它成为众多地区的主要栽培作物之一。并且其生长周期相对较短，从播种到收获通常只需数月，能够在有限的时间内为农民带来收益，这对于提高土地利用率、保障粮食供应具有重要意义。在我国北方的一些地区，二棱大麦常作为春播作物，利用春季的光热资源，快速生长成熟，为当地的粮食生产做出了贡献。在食品工业中，二棱大麦更是不可或缺的重要原料。其富含的碳水化合物、蛋白质以及独特的风味物质，使其成为酿造啤酒的理想选择。全球知名的啤酒品牌，如德国的贝克啤酒、比利时的福佳白啤酒等，都以二棱大麦为主要原料，酿造出各具特色的优质啤酒。二棱大麦还可用于制作麦芽糖浆，广泛应用于食品烘焙、饮料调味等行业，为食品的品质提升和风味塑造发挥着关键作用。

赤霉病（Fusariumheadblight，FHB）是由禾谷镰刀菌（FusariumgraminearumSchw.）等多种镰刀菌引起的一种世界性的毁灭性病害，对二棱大麦的危害尤为严重。当二棱大麦遭受赤霉病侵袭时，在发病初期，麦穗上会出现水渍状的小斑点，随着病情的发展，这些斑点会迅速扩大，颜色逐渐变为褐色或紫红色，严重时整个麦穗会被病菌覆盖，呈现出灰白色的霉层。这不仅会导致麦粒干瘪、皱缩，千粒重显著下降，造成大幅减产，在一些赤霉病高发年份，二棱大麦的减产幅度可达30%-50%，给农民带来巨大的经济损失。而且感病麦粒中会积累大量的真菌毒素，如脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、玉米赤霉烯酮（ZEN）等。这些毒素具有很强的毒性，人畜食用后，会对身体健康造成严重威胁，引发呕吐、腹泻、免疫功能下降等一系列中毒症状，长期食用还可能诱发癌症等严重疾病。

对二棱大麦赤霉病抗扩展性进行QTL定位研究具有极其重要的意义。从作物遗传育种的角度出发，准确地定位抗扩展性QTL，就如同为育种家们找到了开启抗病品种培育大门的钥匙。通过标记辅助选择（MAS）技术，育种家们可以在早期的育种材料中，精准地筛选出携带抗病QTL的个体，大大提高了育种效率，缩短了育种周期，从而培育出更多高抗赤霉病的二棱大麦新品种。这些抗病新品种的推广种植，不仅能够有效降低赤霉病对二棱大麦的危害，保障二棱大麦的产量稳定，为粮食安全提供坚实保障，还能减少因使用化学农药防治赤霉病而带来的环境污染问题，推动农业的可持续发展。高抗赤霉病的二棱大麦品种能够生产出品质优良、安全无毒素的麦粒，满足食品工业对优质原料的需求，促进食品工业的健康发展。

1.2国内外研究现状

在国外，对于二棱大麦赤霉病抗扩展性QTL定位的研究开展较早，且取得了一系列重要成果。早在20世纪90年代，一些科研团队就开始利用分子标记技术对二棱大麦的抗赤霉病性状进行遗传分析。通过构建不同的遗传群体，如重组自交系（RIL）群体、双单倍体（DH）群体等，结合多种分子标记，如限制性片段长度多态性（RFLP）标记、简单序列重复（SSR）标记等，对赤霉病抗扩展性QTL进行定位。有研究利用RIL群体，在2H染色体上检测到一个与赤霉病抗扩展性紧密相关的QTL，该QTL能够解释部分表型变异，为后续的基因克隆和功能研究奠定了基础。随着分子生物学技术的不断发展，单核苷酸多态性（SNP）标记逐渐成为QTL定位的重要工具。近年来，一些研究运用高密度的SNP芯片，对二棱大麦的全基因组进行扫描，成功定位到多个在不同环境下稳定表达的抗扩展性QTL，进一步丰富了二棱大麦抗赤霉病的遗传信息。

国内的相关研究虽然起步相对较晚，但发展迅速。科研人员在引进国外先进技术和理念的基础上，结合我国二棱大麦的种植特点和种质资源，开展了大量深入的研究工作。通过对国内不同生态区的二棱大麦品种进行抗赤霉病鉴定，筛选出一批具有较高抗扩展性的种质资源，并以此为基础构建遗传群体，进行QTL定位分析。在某研究中，利用DH群体和SSR标记，在4H染色体上发现了一个新的抗扩展性QTL，该QTL在多个环境下表现出稳定的抗性效应，为我国二棱大麦抗赤霉病育种提供了新的基因资源。一些研究还将传统的QTL定位方法与现代的生物信息学技术相结合，通过对转录组数据、蛋白质组数据的分析，深入挖掘抗扩展性QTL的候选基因，探讨其抗病分子机制，为二棱大麦抗赤霉病的理论研究提供了新的思路。

尽管国内外在二棱大麦赤霉病抗扩展性QTL定位方面已经取得了一定的进展，但目前的研究