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小麦赤霉病是由镰刀菌引起的一种世界性的真菌病害，主要在湿润和半湿润地区发生。有17种镰刀菌可以诱发该病的发生，其中F.graminearum是流行最广、危害最大的一种。赤霉病不仅会造成作物的毁灭性减产，还会降低籽粒品质。更为糟糕的是，F.graminearum可以分泌脱氧雪腐镰刀菌烯醇等真菌毒素，使人畜食用后中毒。宿主抗性是控制这一病害的最安全、有效、经济、环保的方法。目前小麦抗赤霉病的分子机制尚不明确。因此，本研究以含有抗赤霉病基因Fhb1的抗病近等基因系(Near-IsogenicLine-Resistant，NIL-R)和不含抗赤霉病基因Fhb1的感病近等基因系(Near-IsogenicLine-Susceptible，NIL-S)为材料，利用全二维气相色谱-飞行时间质谱(Comprehensivetwo-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry,GC×GC-TOF MS)对接种F.graminearum后0、6、12、24、48、72和96小时(Hours post inoculation，hpi)的小麦颖壳代谢图谱进行比较分析，从代谢物水平探讨小麦赤霉病抗性机制。同时，用spike-in试验对小麦代谢物分离、检测平台和代谢组学数据分析平台的可行性，以及仪器检测到的丰度变化(Fold-change，FC)与实际浓度变化之间的关系进行分析。主要结果如下: 1.GC×GC-TOF MS可用于小麦代谢物的分离、检测。小麦代谢物中氨基酸类物质最多、含量最高。这些物质在一维方向无拖尾现象，在二维方向略有拖尾，但三维检测显示峰型正常;spike-in试验中，在加入的27种酸中，25种可以被检测到，而且23种酸在所有重复中均存在;90％代谢物的一维和二维时间的RSD值小于5％，几乎100％代谢物一维和二维时间的RSD值小于10％。在p=0.05水平时，TPR、PPV（精确度）和F1（准确度）在各浓度组合中的最大值分别达0.58、0.60和0.78。相对较高的F1值和适中的TPR和PPV值表明数据处理平台可用于小麦代谢组学数据的统计分析。 2.本研究将鉴定到的216个代谢物分为8个化学组和13个生物组，其中次生代谢物代谢(secondary metabolites metabolism)和氨基酸代谢(amino acid metabolism)是最主要的2个生物组，而氨基酸(amino acid)和有机酸(organic acid)则是最重要的2个化学组，多数氨基酸和有机酸均参与次生代谢物代谢和氨基酸代谢。由此可知，次生代谢物代谢和氨基酸代谢在F.graminearum侵染过程中发挥重要作用。聚类分析和主成分分析显示，F.graminearum侵染的前96 h可以明显分为4组:0hpi一组，6-24 hpi一组，48hpi为单独的一组，最后一组是72-96 hpi，即侵染过程可以分为5个阶段:0-6hpi是一个阶段，6-24 hpi是第二阶段，24-48 hpi是第三阶段，48-72是第四阶段，而72-96 hpi是第五阶段。这与前人对禾谷镰刀菌侵染过程的观察结果相吻合。 3.Statistical t-test中p＜0.05或FC＞1.32的代谢物被视为显著差异代谢物。根据此标准共检测到165个显著差异代谢物（不考虑时间点的影响），这些显著差异代谢物主要属于氨基酸、有机酸、醇、脂肪酸和芳香酸类物质。检测到的显著差异代谢物因时间点的不同而异:在0、6、12、24、48、72和96 hpi分别检测到53、61、58、73、57、64和41个显著差异代谢物。有18个显著差异代谢物至少在连续3个时间点出现，被视为抗病相关代谢物(Resistance-related metabolites，RRMs)。此外，羟基己酸(Hydroxycaproic acid)、辛二酸(Octanedioic acid)、6-十四醇(6-Tetradecanol)、异丁二酸(Methymalomic acid)和环氧丙烷(Methyloxirane)几乎仅在某一近等基因系中检测到，因此这5个代谢物也被视作RRMs，即共检测到23个RRMs。 4.Pearson相关性分析共检测到2111对显著相关代谢物(540对代谢物显著负相关，1571对代谢物显著正相关)，在KEGG数据库中匹配到95条代谢途径。根据代谢物相关性网络的预测和KEGG数据库中匹配到的代谢途径的整合，构建小麦赤霉病抗性相关微卫星代谢网络。主要包括茉莉酸(Jasmonic aicd，JA)合成途径、乙烯(Ethylene，ET)合成途径、生长素(Auxin)合成途径、水杨酸(Salicylic acid，SA)合成途径、腐胺(Putrescine)合成途径、木质素(Lignin)合成途径和角质(Cutin)合成途径，其相应合成前体或合成单体表现如下: 1)角质合成单体stearate和腐胺合成前体ornithine的变化趋势一致:在12-48 hpi，NIL-R中stearate和ornithine的丰度显著高于NIL-S(p＜0.05)，在24-48 hpi，NIL-R和NIL-S之间存在明显不同的变化趋势，即NIL-R呈下降趋势，而NIL-S中上升趋势。由此可知，cutin和putrescine在12-48 hpi阶段起抗性作用。 2)在24-48 hpi之间，auxin合成前体trytophan在NIL-R和NIL-S中均呈下降趋势，NIL-R中的丰度显著高于NIL-S(p＜0.05);并且，在此阶段中，SA合成前体benzoic acid在NIL-R中的消耗量要高于NIL-S;与NIL-S相比，NIL-R在6-12hpi阶段含有更高丰度的linolenic acid;48-72 hpi，linolenic acid在NIL-R中的消耗量要显著高于NIL-S。即auxin和SA在24-48 hpi阶段发挥抗性作用，而JA则在6-12hpi和48-72 hpi两个阶段发挥抗性作用。 3)木质素合成前体p-coumaric acid和ET合成前体methionine在NIL-R和NIL-S中均呈上升趋势，NIL-R和NIL-S之间无显著差异，说明小麦颖壳的木质化和ET为基本防御反应，与抗性反应无关。 5.小麦-F.graminearum之间的互作是涉及多个分子事件的复杂过程。从48 hpi处可以将F.graminearum早期侵染过程分成两个时期。前48 hpi是F.graminearum的营养型侵染阶段。在这一时期，首先是JA合成用于识别病菌的侵染，作为信号物质激活cutin的加厚，阻止F.graminearum菌丝的侵染。当F.graminearum菌丝透过cutin侵入内部时，putrescine和SA被顺序激活形成HR和局部SAR,从而抑制病菌在侵染小穗中的生长和蔓延。此外，SA还可形成长距离SAR:SA先合成甲基水杨酸(Methyl salicylicacid，MeSA)，随后MeSA作为信号物质被传递到未侵染小穗，然后水杨酸结合蛋白2将MeSA分解成SA，从而在未侵染小穗形成SAR，阻止病菌在穗部扩展。HR导致的细胞死亡利于半腐生型真菌F.graminearum的生长。因此，auxin在24-48 hpi被激活，逆转后期的HR,抑制HR在侵染小穗中过度蔓延，同时形成局部SAR抑制病菌扩展。48 hpi之后，Auxin激活JA的合成，进而抑制细胞死亡和病菌生长（第二阶段）。JA与脂类转运蛋白结合被转运至未侵染小穗形成长距离SAR,与第一阶段SA形成的SAR结合，阻止病菌在穗部扩展。此外，JA可以形成可挥发的甲基茉莉酸，通过空气传播使未侵染穗子形成抗性反应。总之，多个分子事件的顺序激活和彼此平衡形成了小麦的赤霉病抗性机制:营养型侵染阶段，首先是物理防御抵御F.graminearum的侵染，随后putrescine和SA被顺序激活形成HR和SAR、auxin被激活抑制HR过度蔓延，从而抑制病菌在侵染小穗中的扩展和减慢病斑的形成;腐生侵染阶段，JA被激活形成长距离SAR,与SA形成的SAR结合，抑制病菌在穗部的扩展。