水稻褐飞虱综合治理研究与示范——农业公益性行业专项“水稻褐飞虱综合防控技术研究”进展

针对我国褐飞虱Nilaparvata lugens(Stl)近年来严重为害及其对当家农药品种抗性急剧上升的现状,本项目在华中、华南、华东地区等代表性地区开展褐飞虱灾变规律、抗虫品种培育、抗药性监测及复配农药新剂型开发、生态治理新技术研究、预测预报技术、可持续治理技术集成与示范研究。结果表明:越南、老挝等境外虫源地及我国华南、长江中下游等地田间褐飞虱种群仍以2型为主,3型次之。田间小气候是褐飞虱逃避高温的关键因素,褐飞虱在上午气温升高时大量向温度较低的水稻基部20cm范围内转移以逃避高温,将高温天气造成的不利影响降至最低。不同栽插方式对褐飞虱发生量有明显影响,手栽稻田褐飞虱发生最重,机插稻次之,直播稻最轻。不同水稻品种、N肥施用水平对褐飞虱的发生有明显的影响:超级杂交稻褐飞虱虫口密度明显高于常规杂交稻,高N肥施用量促进褐飞虱的发生,且水稻品种与N肥施用量对褐飞虱发生量的影响有明显交互作用。抗药性监测结果表明:我国褐飞虱对吡虫啉有极高水平抗性(168.1～561.5倍),对噻嗪酮为低到中等水平抗性(4.2～33.1倍),对氟虫腈为敏感性降低到高水平抗性(2.7～67.7倍),对烯啶虫胺与毒死蜱为低水平抗性。筛选出噻虫嗪、吡蚜酮、唏啶虫胺和仲丁威4种高效低毒的防治单剂。研制出3种农药复配新制剂,其中1种新制剂已获得农业部药检所正式登记,且规模化生产,2种新制剂已进入农药登记程序。精细定位水稻抗褐飞虱基因Bph6、Bph7、Bph9、Bph15、BG1222,并找到了它们的近距离共分离分子标记。培育出高产、优质、熟期适宜、含有抗稻飞虱基因Bph14的水稻新品种广两优476。储备了一批聚合多抗稻飞虱基因的水稻亲本材料。研发出在田埂种植芝麻、大豆等天敌诱集植物,增加褐飞虱卵期寄生蜂和捕食性天敌蜘蛛的种群数量的轻简化生态调控技术;研发出对褐飞虱成、若虫取食及雌成虫产卵均有驱避作用的植物提取物混配剂3种;研发出显著提高稻虱缨小蜂对田间褐飞虱卵寄生率的引诱剂1种。建立了褐飞虱环境友好防控技术集成体系,并在湖南、湖北、广东、广西、浙江、江西6省区示范应用,取得了良好的经济、生态、社会效益。     

白背飞虱中的Wolbachia和Cardinium双重感染特性

为了明确自然种群白背飞虱Sogatella furcifera中Wolbachia和Cardinium的感染情况以及Wolbachia与其特有的WO噬菌体之间的关系, 以采自中国7个省区9个地点的白背飞虱为研究材料, 运用PCR检测的方法调查了Wolbachia, Cardinium以及WO噬菌体在各飞虱种群中的感染率和组织分布特点。结果表明： 白背飞虱广泛双重感染Wolbachia和Cardinium, 并且都表现出很高的感染率。白背飞虱各种群Cardinium的感染率几乎均为100%; Wolbachia的感染率也较高, 但雌雄虫感染率差异较大, 雌虫的感染率几乎均为100％, 而雄虫的感染率从22.2%~95.0%不等。另外, 通过不同DNA聚合酶、 不同提取方法的对比, 揭示了DNA粗提样品在基于PCR技术的胞内共生菌检测中的不足之处。对白背飞虱头部、 胸部、 腹部、 足和翅5个不同部位组织的检测结果表明, 不仅在含有生殖组织的腹部有这两类共生菌的感染, 在其他非生殖组织中同样也感染了这两类共生菌; 虽然Wolbachia和Cardinium在寄主的各个组织中均有分布, 但是两者在白背飞虱成虫（尤其是雄虫）阶段的动态变化有明显的差异。进一步对Wolbachia宿主特异性WO噬菌体的检测结果表明, 自然种群雄虫中Wolbachia的感染率与不感染个体中WO噬菌体的比率呈明显的负相关。因此推测, 雄虫中Wolbachia感染率相对较低的原因可能是由于Wolbachia基因组中溶原性的WO噬菌体受到某种因素的诱导已转化为裂解性噬菌体。研究结果为进一步揭示Wolbachia和Cardinium双重感染条件下对寄主的生殖调控作用及其机制、 垂直传播规律、 两者之间的相互关系以及进一步的应用研究等方面提供了重要的理论基础。     

基于wsp基因的叶螨体内Wolbachia株系的多样性与重组分析

胞内共生菌Wolbachia能对多种叶螨产生生殖调控作用.为更好地筛选有潜在应用价值的Wolbachia株系,本研究应用PCR技术对自然种群的截形叶螨Tetranychus truncatus、二斑叶螨T.urticae、神泽叶螨T.kanzawai 和山楂叶螨Amphitetranychus viennensis体内的Wolbachia感染情况进行检测,并对Wolbachia的wsp基因进行序列分析和基因重组检测.结果表明,叶螨中的Wolbachia株系具有较高的遗传多样性,其中截形叶螨感染两种分化较大的株系.不同叶螨感染特有的Wolbachia株系说明Wolbachia与其宿主存在一定的协同进化关系.二斑叶螨和截形叶螨感染同一株系的Wolbachia,可能由于水平传播造成.同时,不同株系Wolbachia的wsp基因间普遍存在着基因重组现象.     

共生菌Wolbachia引起宿主细胞质不亲和的研究进展

Wolbachia 是一类广泛存在于节肢动物以及线虫体内细胞质中呈母系遗传的共生细菌,能够在宿主中产生细胞质不亲和、孤雌生殖、雌性化及杀雄等多种生殖调控作用,其中细胞质不亲和是指被 Wolbachia 感染的雄性个体与未感染的雌性个体（单向不亲和）,或者感染不同株系 Wolbachia 的雌性个体（双向不亲和）交配后不能或很少产生后代,或者后代偏雄性的现象。细胞质不亲和作用使感染的雌性个体在种群中具有很大的生殖优势,凭借这种生殖优势,Wolbachia 能够迅速在宿主种群中扩张。细胞质不亲和的机理探索主要集中在细胞学水平上,其中广为接受的精子“修饰”和“拯救”理论认为,精巢中的 Wolbachia 能够修饰宿主的精细胞,使其不能和卵细胞正常融合,但是当母本感染相同的 Wolbachia 时,就能够将“修饰”过的精子细胞“拯救”过来,使其恢复与卵细胞的正常融合。而分子机理上的探索也开始在转录组、基因组和miRNA水平上对部分昆虫展开了研究。影响细胞质不亲和的因素有很多,包括宿主遗传背景、 Wolbachia 株系、Wolbachia 基因型、共生菌密度（浓度、滴度）、雄虫年龄、环境因素以及共生菌在宿主生殖组织的分布等。近年来,人类也应用细胞质不亲和控制害虫（主要是蚊虫）和人类疾病,取得了较好的进展。     

灰飞虱体内WO噬菌体和Wolbachia的侵染关系

WO噬菌体是侵染节肢动物体内感染的Wolbachia的细菌病毒, 人们推测WO噬菌体可能参与了寄主遗传变异的过程。我们对采自中国境内4个地理种群（上海闵行、 云南普洱、 山东济宁和宁夏青铜峡）的灰飞虱Laodelphax striatellus 1~2龄若虫用抗生素HCl-tetracycline处理过的水稻饲养, 每隔20 d取样测定并比较其体内Wolbachia和WO噬菌体的感染率, 以此来初步研究灰飞虱体内WO噬菌体与Wolbachia的侵染关系, 结果表明: WO噬菌体感染率的变化趋势与其宿主Wolbachia的基本一致, 都随着时间推移逐步下降。我们进一步对未经HCl-tetracycline处理的灰飞虱, 用实时定量PCR的方法对WO噬菌体和Wolbachia在不同日龄灰飞虱雌虫体内的菌量进行测定, 结果显示, 二者菌量都随着日龄的增长有所变化, 在第8天达到最大, 二者的变化趋势基本一致。由此我们推断WO噬菌体是侵染胞内共生菌Wolbachia的专性病毒, 并且感染Wolbachia的WO噬菌体很可能是溶原性的噬菌体。