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我国小麦吸浆虫研究取得系列进展
2013-11-13

麦红吸浆虫Sitodiplosismosellana (Gehin)是我国冬小麦的主要害虫。该害虫以幼虫潜伏在颖壳内吸食正在灌浆的汁液,造成麦粒瘪疮、空壳或霉烂,一般减产10%-20%,重者减产30%-50%,甚至颗粒无收。2013年仅河南、河北和陕西3省的发生面积就超过了200万公顷,直接威胁着我国小麦的安全生产。2013年国家小麦产业技术体系地下虫害防控团队发表的系列论文,报道了小麦吸浆虫滞育相关基因,远距离传播扩散方式、新发生区的虫源问题,以及新的品种抗性鉴定分级方法等方面的研究进展。

1,转录组揭示麦红吸浆虫滞育的相关基因

麦红吸浆虫为专性滞育昆虫,幼虫具有多年滞育休眠特性。对吸浆虫滞育机制的研究有助于明确麦红吸浆虫的生物学生态学特征、了解麦红吸浆虫虫口数量的积累和发生成灾原因,以及能否作为合适的生物材料促进生命科学的发展等,具有十分重要生产意义和科学价值。

该团队研究人员通过麦红吸浆虫转录组测序及对滞育、非滞育吸浆虫表达谱分析,共得到45713个高质量的unigene,经生物信息学比对,发现有20802unigene以在数据库中找到最佳匹配序列。差异表达基因结果显示,非滞育相对于滞育虫态,有1893个基因上调,1112下调。找到多个与吸浆虫滞育相关的酶基因如山梨醇脱氢酶、海藻糖酶、糖原磷酸化酶等参与不同的代谢循环途径。该研究对产生了大量的序列和功能数据,为深入研究吸浆虫滞育及解除滞育过程中的基因表达和调控机理提供了重要的基础。

上述研究结果以Global Transcriptome Analysis ofOrange Wheat Blossom Midge Sitodiplosis mosellana (Gehin) (Diptera:Cecidomyiidae) to Identify Candidate Transcripts Regulating Diapause为题,发表于《公共科学图书馆-综合》(PLoS ONE2013年第88期上。

2,研究证实麦红吸浆虫有能力进行风载迁飞和远距离扩散

麦红吸浆虫是如何从黄淮南部和江淮地区远距离传播到华北地区的?过去的水流传播和近年来的跨区作业传播各执一词。由于黄河以北河流大部分干枯,同时华北北部吸浆虫新发生时跨区收割作业还未开始实施,所以麦红吸浆虫可能会以其他方式向北远距离传播。

地下虫害团队2000年以来在河南洛宁、河北徐水的夜间高空系留气球捕捉和室内吊飞试验表明,麦红吸浆虫成虫可以在4-5月的西南气流携带下,由黄淮南部和江淮地区远距离扩散到华北北部(河北、北京、天津)。麦红吸浆虫1日龄的雌成虫在16°C下有50%的个体可以飞行500m,在光照400Lux10Lux之间,光照越弱,飞行能力越强,表明它适合晚上飞行并有充分的能力进入空中气流中进行风载迁飞。

研究结果“FlightPerformance of the Orange Wheat Blossom Midge”发表在《经济昆虫学杂志》(Journal of EconomicEntomology20131065期上,“Long-DistanceWind-Borne Dispersal of Sitodiplosis mosellana in Northern China”发表在《昆虫习性杂志》(Journal of Insect Behavior2013261期上。

3,麦红吸浆虫地理种群遗传结构分析表明,河北、北京等新发生区虫源来自江淮和黄淮南部

河北、山东、天津和北京等省市作为1985年以后的麦红吸浆虫新发生区,虫源来自何处一直是吸浆虫科学治理的重要课题。地下虫害团队自2010年起开始对我国吸浆虫发生区的河南、河北、北京、天津、山东、山西、安徽、陕西、宁夏、甘肃等16个地理种群开展了微卫星和线粒体DNA的种群遗传结构分析,发现太行山以东地区(中国第一台阶的江淮和黄淮海地区)和以西地区(中国第二台阶的西北地区)之间麦红吸浆虫存在着严重的地理隔离,江淮和黄淮海地区内的10个地理种群之间有很高的基因流(Nm=4.91)和较低的遗传分化(Fst= 0.049),而西北地区6个种群之间存在着较低基因流水平(Nm=1.89)和较高的遗传分化(Fst=0.116)。

江淮和黄淮海地区的山东临沂、济宁、安徽阜南、河北邢台、徐水、北京、天津和河南南阳等地理种群之间基因流值极高,Nm值均大于4,存在着频繁的基因交流,没有遗传分化的发生,这意味着华北北部(河北、北京、天津、山东)新发生区的吸浆虫来自江淮和黄淮南部的老发生区。

本研究结果Genetic Diversity andPopulation Structure of Sitodiplosismosellana in Northern China将发表于2013年的《公共科学图书馆-综合》(PLoSONE)上。

4,提出小麦品种对吸浆虫抗性鉴定的新定级方法

为了简化小麦品种对麦红吸浆虫抗性的鉴定方法,评价我国冬小麦主栽品种对吸浆虫的抗感性,研究人员2008—2012年在河南洛阳田间,连续调查鉴定麦红吸浆虫对我国小麦主栽品种的虫穗率(ISP)与损失率,分析其相关性。结果表明ISP和损失率存在显著的相关性。在田间吸浆虫高密度下,ISP定级方法比相对定级方法更能表现品种的抗性和敏感程度,各抗级的指标依次为0 (免疫)0 <ISP < 20 (高抗)20 ≤ ISP < 40 (中抗)40 ≤ISP < 60 (中级)60 ≤ ISP < 80 ()ISP ≥80 (高感)。我国冬小麦的主要生产品种对吸浆虫均为感虫或高感,而荆麦66表现为高抗,我国小麦中极度缺乏抗虫品种。

基于损失率比值的抗性分级标准是国标GB/T 24501《小麦条锈病、吸浆虫防治技术规范》所规定的标准,由于2012年在高侵染程度的情况下, 417个品种的平均损失率高达68.53%其中139个品种损失率为100%损失率比值为1.46相对定级标准的最高级别只能为4级。在这种情况下,损失率定级标准与品种的表现不符。另外该标准在受害严重的年份每人每天只能检查5-10个小区。利用ISP定级法,每人每天可检查100-200个小区效率大幅度提高。研究结果表明,ISP定级方法简便高效,可以取代基于相对损失率的定级法,用于小麦抗红吸浆虫的鉴定。

研究结果“小麦品种的麦红吸浆虫抗性分级方法及抗性评价”发表在《作物学报》20133912期,2171-2176页。