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。     

一个水稻OsWNK基因的分离及表达分析

在褐飞虱取食后的水稻cDNA差减文库中筛选到与拟南芥AtWNK1激酶基因高度同源的EST(GenBank登录号:BU572310),以该EST为探针,从褐飞虱取食后的水稻cDNA文库中分离到OsWNK基因的全长cDNA,该基因编码一个含677个氨基酸残基的蛋白激酶,与以前克隆出的一种拟南芥蛋白激酶基因(GenBank登录号:DQ837532)只有3个氨基酸残基的差异。Northern杂交结果显示,在褐飞虱取食后,该基因的表达上升。表明该激酶基因参与褐飞虱取食的应答反应,可能与水稻抗褐飞虱有关.     

两个具多倍体减数分裂稳定性的多倍体水稻品系的选育

多倍体化是植物进化的主要途径之一, 主要的粮棉油作物大都是多倍体, 它们在倍性增加的同时, 带来产量成倍增长. 在自然进化启示下, “利用远缘杂交和多倍体双重优势选育超级稻”是一个新途径. 但结实率低是一个制约多倍体水稻育种发展的瓶颈问题. 根据蔡得田等人提出的育种战略, 把研究重点放在类Ph基因材料选育上. 通过几年的籼粳杂交和回交选择与检测, 选育出2个具有多倍体减数分裂稳定性(polyploid meiosis stability, PMeS)的多倍体水稻品系PMeS-1, PMeS-2. 其选育过程包括亲本选择、杂交或复合杂交、连续回交、染色体加倍、多倍体鉴定、结实性选择、自交稳定成品系等7个步骤. 多倍体减数分裂稳定性的特性则通过减数分裂行为观察和高结实性杂交测定来确定. PMeS-1和PMeS-2都为粳型品系. 它们具有3个显著特点: 一是自身结实率较高, 超过65%; 二是与许多籼稻、粳稻多倍体品种杂交产生结实率高(>70%)、优势强的杂交后代; 三是表现出减数分裂稳定性, 即花粉母细胞减数分裂前期主要以二价体和四价体配对, 极少出现高价体、单价体和三价体, 中期很少出现落后染色体, 后期和末期未见微核. 而对照品系Dure-4X花粉母细胞减数分裂表现异常, 前期较高频率出现高价体、单价体和三价 体, 中期高频率出现落后染色体, 后期和末期有微核出现. 本研究建立了一种多倍体水稻选育的基本体系, PMeS品系选育方法与一般二倍体品系比较有三点不同, 即染色体加倍、多倍体检测 和高结实性检验. 利用PMeS品系基本上解决了多倍体水稻结实率低这个长期困扰多倍体水稻育种的难题, 为广大育种学家利用这种基因材料选育多倍体水稻新品种提供了良好的条件.     

无融合生殖甜菜M14的GISH和BAC-FISH研究

无融合生殖是指不经减数分裂和受精作用而产生胚的一种无性繁殖, 因此是胚的克隆, 母系繁殖. 甜菜单体附加系M14是通过二倍体栽培甜菜(Beta vulgaris)和四倍体白花甜菜(B. corolliflora)种间杂交、进而回交, 选育出的具有无融合生殖特性的甜菜品系. 我们利用GISH技术进一步分析了无融合生殖甜菜M14中的染色体情况, 在不封阻的情况下, 附加的外源染色体清晰可见, 这说明栽培甜菜与白花甜菜基因组间种属特异序列的差异明显. 利用无融合生殖甜菜M14和有性生殖栽培甜菜的花期mRNA对白花甜菜第9号染色体的BAC芯片进行了差异杂交分析, 发现2个BAC克隆16-M11, 26-L15含有M14花期特异表达的基因. 选用这2个BAC克隆作为探针, 对具有无融合生殖甜菜M14进行荧光原位杂交, 供试探针均被定位于附加的白花甜菜第9号染色体长臂末端, 呈半合子状态. 本研究BAC芯片的杂交结果结合两种生殖途径中胚和胚乳发育表达方式的保守性可推断, 甜菜中有性生殖和无融合生殖可能共享某些调节因子的相关路径, 正是白花甜菜第9号染色体上的特异基因才使甜菜M14中无融合生殖特性得以表达.     

中国稻属植物叶片亚显微结构比较研究

用扫描电镜对原产中国的3种野生稻和2个栽培稻品种的叶片表面亚显微结构,尤其是气孔列数、气孔频度、气孔器乳突、大瘤状乳突、小栓细胞乳突等进行比较研究。结果显示,气孔频度的变化趋势是沿着疣粒野生稻-药用野生稻-栽培稻IR36-簿通野生稻-栽培稻珍汕97逐渐增大,其变化幅度在635-1737个／mm^2之间;气孔器乳突除疣粒野生稻为6个外,其余通常为4个;疣粒野生稻既无大瘤状乳突亦无木栓细胞乳突．药用野生稻无木栓细胞乳突。这些性状不仅具什种的特异性,而且与亲缘关系远近有关,可以作为稻属分类的依据。     

水稻对褐飞虱抗性相关蛋白的双向电泳分析

以药用野生稻 (Oryzaofficinalis)的转育后代B5 (高抗褐飞虱 (NilaparvatalugensSt l) )与感虫品种明恢 6 3(OryzasativaL .)为亲本 ,构建了一个重组自交系群体。通过抗褐飞虱鉴定 ,筛选出极端抗虫株系和极端感虫株系 ,运用分群分析法 (bulkedsegregantanalysis ,BSA)分别建成了极端抗虫集团 (resistantbulk)和极端感虫集团 (susceptiblebulk)的蛋白质池。利用双向电泳技术 ,分别分析了极端抗虫集团和极端感虫集团受虫害与未受虫害的秧苗蛋白质的变化。结果发现 ,虫害 48h后 ,感虫集团的一个分子量为 40kD的蛋白质P40 (pI=6 .3)的表达明显减弱甚至消失 ,而在抗虫集团中 ,P40的表达未受影响。与褐飞虱为害后抗虫株系和感虫株系不同的生理反应相联系 ,推测P40与水稻受褐飞虱虫害后引起的应答反应相关     

RTSV和Glh在药用野生稻中的物理定位

药用野生稻具有多种抗病虫性,是水稻品种改良重要的种质资源之一。本研究采用与栽培稻遗传图第4连锁群中与RTSV和Glh紧密连锁的RFLP标记RZ262及其筛选出来的BAC克隆作探针,对药用野生稻进行荧光原位杂交,供试探针均被定位于药用野生稻第4染色体短臂的中部,百分距分别为74.86±3.72和73.98±4.44,信号检出率为7.6%和45.1%。BAC克隆和RFLP标记探针杂交位置几乎一致,说明在栽培稻和野生稻中RFLP标记RZ262都存在同一BAC克隆的大插入片段中,药用野生稻与抗性基因RTSV和Glh的同源顺序就在第4染色体信号出现的相应位置,从而为作物育种开发和利用野生资源的抗性基因提供了理论依据。     

药用野生稻应答稻飞虱取食过程中基因表达的研究

褐飞虱和白背飞虱是水稻的刺吸式害虫。为了探讨水稻对虫害反应的分子机理,采用cDNA—AFLP(互补DNA扩增片段长度多态性)技术,研究了药用野生稻受这两种飞虱取食后基因表达的变化。通过调查约7％的虫．崮答后的药用野生稻转录本组,共分离了258个差异片段,测序112个;44个片段对应于已知或假定功能基因,其中35个基因的表达水平在白背飞虱为害后发生改变,24个基因在褐飞虱为害后改变。下调的基因比上调的基因多。有14个基因受这两种飞虱共同调节(2个上调,12个下调)。结果表明,药用野生稻对两种飞虱为害作出的反应有所不同。     

野生稻基因组随机扩增多态性DNA(RAPD)分析

用18个随机引物对2份栽培稻、12份包含有六个基因组型的野生稻DNA进行了扩增,共获得147个多态性DNA片断,把这些多态性DNA片断作为遗传位点用UPGMA法计算出各材料间的遗传相似性系数,并作了聚类分析．主要结果如下：1普通野生稻同栽培稻的亲缘关系很近,其中江永普通野生稻更接近于粳稻．2．CCDD组的Oryzalatifolia和EE组的O．australiensis遗传多态性相似。3．B、C、D、E组的遗传多态性相似,组成一个复合体,此复合体与A组的遗传多态性也相似,而F组则相距较远．4．O．mcyeriana和Rhynchofyzasabulata尚未确定组型,RAPD测定结果表明,前者与其它组型的种亲缘关系较远,后者则与AC复合体的种较近．