硅对植物抗虫性的影响及其机制

硅不是植物必需营养元素,但硅在提高植物对一系列非生物和生物胁迫的抗性方面都具有重要作用。综述了硅对植物抗虫性的影响及其机制。在多数植物中,增施硅肥可增强其抗虫性;所增强的抗性与硅肥种类和施用方式之间存在关系。植物组织中沉积的硅可增加其硬度和耐磨度,降低植物可消化性,从而增强植物组成性防御,包括延缓昆虫生长发育、降低繁殖力、减轻植物受害程度;植物体内的硅含量以及硅沉积的位点和排列方式影响组成性防御作用的强度。此外,硅可以调节植物诱导性防御,包括直接防御和间接防御,直接防御涉及增加有毒物质含量、产生局部过敏反应或系统获得抗性、产生有毒化合物和防御蛋白,从而延缓昆虫发育;间接防御主要通过释放挥发性化合物吸引植食性昆虫的捕食性和寄生性天敌而导致植食性昆虫种群下降。     

转新型双价抗虫基因杨树对光肩星天牛及美国白蛾的抗性鉴定

为明确双价基因chitinase-BmkIT对鞘翅目害虫光肩星天牛及鳞翅目害虫美国白蛾的抗虫效果, 分别以转该双价基因的杨树茎干和叶片为材料,采用室内茎干接虫和叶片接虫方法鉴定其对光肩星天牛Anoplophora glabripennis和美国白蛾Hyphantria cunea幼虫的抗性。结果表明：转基因株系132-2,144-1,123-1对美国白蛾幼虫的致死作用和生长发育影响显著高于取食未转化叶片的处理（P＜0.05）,且对其后代产生了影响,表现为幼虫不能化蛹或化蛹后不能羽化或羽化不正常;但供试的8个转基因株系对光肩星天牛幼虫无明显的致死和生长抑制作用,表现为幼虫死亡率和体重均与取食非转化茎干幼虫无显著差异（P＞0.05）。结果提示,双价基因chitinase-BmkIT可作为杨树鳞翅目害虫的抗虫基因源,并且对延缓害虫抗性的产生具有一定的意义。     

转单、双Bt基因741杨外源基因表达和抗虫性比较

【目的】研究联合使用两种或两种以上的抗虫基因的抗虫效果, 同时鉴定并筛选出转双Bt基因741杨对鳞翅目和鞘翅目害虫有较强抗性的株系。【方法】选取转三基因（Cry3Aa+Cry1Ac+API）741杨8个株系、 转双基因（Cry1Ac+API）741杨1个株系和转单基因（Cry3Aa）741杨3个株系为试材, 从外源基因PCR检测、 毒蛋白表达和抗虫性三方面对转基因株系进行对比分析。【结果】经PCR扩增后各转基因株系出现了预期的电泳条带。ELISA蛋白检测显示转基因株系中都有与所含基因相应的Bt杀虫蛋白表达。用转基因株系新鲜叶片进行柳蓝叶甲Plagiodera versicolora和美国白蛾Hyphantria cunea室内饲虫实验表明： 转入不同抗虫基因的杨树对昆虫的抗性具有选择性, 对非靶标昆虫没有毒杀作用。转双Bt基因741杨具有双抗性, 不同转基因株系表现出高中低的抗性水平： 在对柳蓝叶甲的抗性上, 筛选出的其中5个高抗株系（pCCA1, pCCA2, pCCA5, pCCA6和pCCA9）的抗性水平明显比含Cry3Aa单Bt基因的3个高抗株系（pCC11, pCC53和pCC84）高; 在对美国白蛾的抗性上, 有7个株系（pCCA2~pCCA7和pCCA9）的抗性水平与含Cry1Ac单Bt基因株系（pB29）表现一致, 只有1个株系（pCCA1）对美国白蛾表现出了极低的抗性。【结论】多个抗虫基因在741杨上的联合使用, 不仅扩大了抗虫谱, 其中的高抗株系还具有了更高的抗虫能力, 有效地发挥了基因的叠加效应。     

施钾与蚜害处理后马铃薯叶片中多酚氧化酶活性的变化

蚜虫危害是影响马铃薯Solanum tuberosum产量和品质的重要因素之一, 而多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）与植物的抗性密切相关。为了阐明施钾条件下马铃薯与桃蚜Myzus persicae的关系, 本实验通过比色法、 iTRAQ技术和蛋白免疫印迹法研究了对照（不施钾, 不接虫）、 接虫、 施钾以及施钾＋接虫4种处理后马铃薯叶片中多酚氧化酶活性的变化。结果表明： 施钾显著降低桃蚜种群数量。随着桃蚜发育期延长, 桃蚜的种群数量显著低于对照, 且6 g/株施钾量对桃蚜种群数量的抑制效果最强。以6 g/株作为施钾量, 对不同处理后马铃薯叶片中多酚氧化酶活性研究显示, 施钾、 接虫+施钾处理均使马铃薯叶片中PPO活性显著提高, 分别比对照增加了44%和67%。通过液相色谱 质谱/质谱联用仪（LC-MS/MS） 分析, 接虫、 施钾、 接虫+施钾处理均不同程度上调了PPO蛋白表达量。Western杂交结果显示： 施钾、 接虫+施钾处理显著增加了PPO的相对表达量, 且接虫+施钾处理使该相对表达量达到最高。结果说明, 施钾、 接虫+施钾处理通过诱导马铃薯叶片中的PPO活性, 从一个侧面提高了马铃薯抗蚜虫能力。     

褐飞虱细胞色素P450单加氧酶基因CYP4CE1的克隆及表达谱

为了解P450基因在褐飞虱Nilaparvata lugens适应水稻品种过程中的重要作用,利用反转录聚合酶链式反应（RT-PCR）,快速扩增cDNA末端（RACE）和长距离聚合酶链式反应（LD-PCR）技术,克隆了褐飞虱4龄若虫的CYP4家族的一个P450单加氧酶基因,被命名为CYP4CE1。该基因的全长cDNA序列（2 160 bp）含有一个1 626 bp的开放阅读框（ORF）,编码541个氨基酸残基的蛋白质。通过GenBank数据库中的blastx搜索引擎进行同源性分析,结果表明CYP4CE1编码的蛋白与岸蟹 Carcinus maenas的CYP4C39（GenBank登录号：JC8026）的相似性最高,两者的氨基酸序列同源性达43％;其次与热带蟑螂 Blaberus discoidalis的CYP4C1（AAA27819）及黑腹果蝇Drosophila melanogaster的CYP4C3（NP_524598）的相似性也较高,氨基酸序列同源性分别达42％。氨基酸序列比对表明该蛋白含有CYP4家族成员的所有保守特征序列,如螺旋K（E--R--P）,氧结合结构域即螺旋I（AG--T）,血红素结合区（PF--G---C-G--F）以及CYP4成员的特有特征序列（EVDTFMFEGHDTT）等。使用Northern杂交检测CYP4CE1随时间的表达变化,结果表明：与饲养于感虫水稻台中1号（Taichung Native 1,TN1）上的若虫相比,在取食中度抗性水稻Minghui 63（MH63）秧苗12,24,48,72 h的各时间段的褐飞虱体内,该基因有2.1倍的过量表达且表达水平保持稳定。进一步通过Northern杂交检测该基因的组织表达特异性,结果显示：该基因在取食TN1秧苗的若虫脂肪体中表达量最高,在肠道组织及体壁中的表达水平较低;褐飞虱取食MH63秧苗24 h后,该基因在体壁及脂肪体中的表达量略有上升（各约1.2倍）,而在肠道组织中的表达量则大幅升高（约12倍）。肠道整体原位杂交表明,CYP4CE1在取食TN1秧苗的若虫的肠道组织及马氏管中均有本底水平的表达;若虫取食MH63秧苗后,该基因在上述肠道各区段表达水平明显增强。结果提示,在褐飞虱与水稻互作过程中CYP4CE1的重要功能之一可能是参与水稻有毒次生物质的代谢。     

转双抗虫基因三倍体毛白杨外源基因表达及性状相关性分析

用部分改造的BtCry1Ac基因与慈菇蛋白酶抑制剂（API）基因构建的双抗虫基因表达载体,通过农杆菌介导法转化了三倍体毛白杨Populus tomentosa Carr.,获得一批转双抗虫基因株系。对转基因株系的抗虫毒蛋白表达进行了ELISA和Western Blot检测,同时用转基因株系叶片对杨扇舟蛾Clostera anachoreta Fabricius和舞毒蛾Lymantria dispar L.幼虫进行室内饲虫试验,并对各项外源基因表达指标进行了相关分析。结果表明：在检测的28个转基因株系中,对杨扇舟蛾高抗株系占总参试系号的41％,中抗系号占35.0％,低抗系号占24％,对舞毒蛾高抗株系占参试系号的70％。转基因植株可明显抑制存活幼虫的生长发育,且不同转基因株系饲养的幼虫发育存在显著差异。连续两年相关分析表明,不同转基因株系幼虫死亡率间存在极显著相关。转基因植株对舞毒蛾和杨扇舟蛾均表达出抗虫性,并存在极显著相关。ELISA检测结果表明,不同转基因株系Bt毒蛋白表达量存在差异,变化在0.0011％～0.0161％。转基因植株对害虫的杀虫效果与Bt杀虫蛋白的表达量存在显著相关,表明Bt毒蛋白在抗虫效果中占有重要地位。转基因植株对卡那霉素表现出一定的抗性,但与抗虫程度相关不明显,单纯用卡那霉素作为筛选手段并不能完全反映植株的真实抗虫效果。     

外来树种对本地林业虫害的诱发作用

白蜡窄吉丁、萧氏松茎象、光肩星天牛、黄斑星天牛、云斑天牛和桑天牛等林业害虫均为我国本地林业生态系统中的昆虫种类,在北美白蜡树、北美松树和北美黑杨派杨树等外来树种引入和大量栽培之前,一直没有形成严重的危害,以至于白蜡窄吉丁和萧氏松茎象都没有引起人们的关注。这些重要林业害虫在我国的发生都是伴随着敏感外来树种的引进和大量不合理的种植而逐渐严重起来的。本文对外来树种的引进与本地林业虫害的发生之间的关系进行了分析,提出了外来树种的不合理引进可能诱发本地林业新虫害的观点,并对其发生机理以及相应的研究和治理对策进行了讨论。     

土壤酸度对脂松苗木光合和叶绿素荧光的影响

脂松（Pinus resinosa）是北美东北部地区重要的造林树种之一,2004年在我国东北东部山地引种栽培初步获得成功.为扩大脂松栽培范围,采用盆栽方法研究不同土壤酸度（pH分别为4.5、5.5、6.5、7.5和8.0）对脂松苗木光合和叶绿素荧光参数的影响,确定其适生的土壤酸度范围.结果表明：土壤酸度对脂松苗木针叶叶绿素a、b和叶绿素含量、类胡萝卜素含量、净光合速率(P_n)和荧光参数F_o、F_m、F_v、F_v/F_m、Φ_PSⅡ有显著影响（P<0.05）.pH 5.5处理的叶绿素含量和P_n最高,分别比pH 7.5和8.0 处理增加41%、50%和61%、88%;pH 7.5和8.0处理时最低.pH 5.5时叶绿素荧光参数F_v/F_m和Φ_PSⅡ均最高,分别比pH 7.5和8.0处理增加8%、12%和22%、35%;pH 7.5和8.0时则受到明显抑制.土壤pH值为5.5时最适宜脂松生长.     

青杨脊虎天牛的危害与杨树氨基酸组成和含量的相关性

为了研究不同品种杨树上青杨脊虎天牛Xylotrechus rusticus L.的危害与树木氨基酸组成和含量之间的相关性,利用HPLC柱前AccQ·Tag衍生法,分析35 a小青杨、24 a 小青×黑杨、24 a 小黑杨、16 a 香杨、27 a和40 a小叶杨的韧皮部和木质部中氨基酸的组成及相对含量。在各杨树品系主干2.5 m高处,韧皮部共检测出15种氨基酸：丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸和组氨酸;木质部氨基酸种类与韧皮部的相近,区别在于木质部缺少组氨酸,多了缬氨酸。各杨树品系韧皮部同种氨基酸的相对含量差异显著,但与青杨脊虎天牛危害株率无紧密相关性;木质部中同种氨基酸相对含量差异显著,且与青杨脊虎天牛危害株率呈显著正相关。结果提示杨树木质部氨基酸相对含量越高,越利于天牛幼虫的生长发育。小青杨中氨基酸种类齐全、含量均衡,其株被害率高达84%;小黑杨木质部氨基酸种类和相对含量都较贫乏,香杨的氨基酸种类不全,且相对含量不均衡,二者均不受青杨脊虎天牛危害。不同部位株被害率的差异与氨基酸的相对含量无关,可能与青杨脊虎天牛只在老树皮裂缝处产卵的习性有关。