水稻害虫:研究进展与展望

水稻是我国主要的粮食作物,病虫害的发生直接威胁水稻生产安全。水稻害虫种类多,灾变机制复杂,绿色防控新技术开发难度大。深入研究水稻害虫的监测和早期预警技术、发育与生殖调控机制、化学通信机制和新型防控技术等,不仅有助于阐明水稻害虫发生灾变机制,还将为害虫综合治理提供新的有效的防控靶点和防控技术。近年来,我国学者在水稻害虫研究领域取得显著进展,在多个研究方向取得重要成果,本专辑汇集了一些最新研究进展。本文概述了目前关于水稻害虫研究的最新进展,介绍了本专辑论文的主要研究内容,并提出了如下值得更深入关注的3个研究方向:(1)水稻害虫智能化监测和早期预警;(2)水稻害虫灾变机制及演变规律;(3)水稻害虫绿色防控靶点挖掘及可持续防控体系构建和应用。

灰飞虱卵表面分泌液中蛋白质组分鉴定及分析

【目的】鉴定和分析灰飞虱Laodelphax striatellus卵表面分泌液中的蛋白质组分,为后续灰飞虱效应子筛选和功能研究提供基础。【方法】在显微镜下从水稻叶鞘中收集灰飞虱完整卵,用磷酸缓冲液洗脱并收集完整卵表面的分泌液;利用液相色谱-串联质谱(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)联用仪测定卵表面分泌液蛋白质组,将其中的35个蛋白与10种节肢动物唾液蛋白质进行比较分析,推测这35种蛋白的功能保守性和特异性;采用qPCR检测10个基因(LsHSP70,LsPDIA3,LsHSP90,LsPPIase,LsADPRF1,LsHSP68,LsEF 1α,LsATPS,LsG3PD和RZF49036)在灰飞虱不同发育阶段(卵、1-5龄若虫和成虫)和雌成虫组织(输卵管、唾液腺、肠道和脂肪体)中的表达量。【结果】在灰飞虱卵表面分泌液中鉴定到149个蛋白,其中有35种蛋白检测到2个及以上的唯一肽段。在这35个蛋白中,发现6个蛋白在至少5种节肢动物的唾液蛋白质组中也普遍存在,推测它们在取食和产卵中具有相似功能;另有9个蛋白未在节肢动物唾液蛋白质组中发现,这些蛋白可能特异性地参与了飞虱的产卵过程。qPCR检测结果显示,LsHSP90和LsEF 1α在雌成虫中高表达,且LsEF 1α在雄成虫中不表达;LsPDIA3和LsHSP90在输卵管中高表达;其余基因在灰飞虱各个发育阶段和组织中均有不同程度的表达。【结论】在灰飞虱卵表面分泌液中鉴定到149个蛋白,其中一些蛋白与节肢动物唾液蛋白相比既有普遍性也有特异性,不同编码基因在不同发育阶段和组织中的表达模式也存在不同程度的差异。

载脂蛋白在褐飞虱取食、存活和繁殖中的作用

【目的】载脂蛋白(apolipoprotein,apoLp)在动物实现其各项生理功能中发挥着重要作用,但如何影响稻飞虱生长发育等尚未见报道。本研究旨在明确载脂蛋白apoLp在褐飞虱Nilaparvata lugens取食、存活和繁殖中的作用。【方法】基于褐飞虱基因组获得载脂蛋白编码基因NlapoLp全长开放阅读框(ORF)序列,并分析其蛋白序列;使用邻接法将NlapoLp与其他昆虫物种的同源序列进行聚类分析;利用RT-qPCR检测NlapoLp在褐飞虱不同发育阶段(卵、1-5龄若虫以及刚羽化的短翅型雌雄成虫)、短翅型雌成虫不同组织(去除唾液腺的头部、唾液腺、中肠、脂肪体和卵巢)中的表达量;通过对褐飞虱3龄若虫显微注射dsNlapoLp进行RNAi,利用RT-qPCR检测RNAi后NlapoLp的表达量,之后调查不同发育阶段虫体RNAi后褐飞虱在寄主水稻上的单雌蜜露分泌量、若虫存活率和单雌产卵量。【结果】序列特征分析发现NlapoLp有1个信号肽及5个保守结构域,但无跨膜结构域。系统进化树显示褐飞虱NlapoLp与灰飞虱Laodelphax striatellus LsapoLp和白背飞虱Sogatella furcifera SfapoLp的进化关系最近,然后与其他半翅目昆虫紫苑叶蝉Macrosteles quadrilineatus、烟粉虱Bemisia tabaci和茶翅蝽Halyomorpha halys的apoLp聚为一支,表现出较近的亲缘关系。RT-qPCR结果显示,NlapoLp在褐飞虱各个发育阶段均表达,在短翅型雌成虫中的表达量较高;在短翅型雌成虫中肠、脂肪体和唾液腺中高表达,在其他组织中低表达。对褐飞虱显微注射dsNlapoLp可以显著降低NlapoLp的表达,经RNAi后褐飞虱在寄主水稻上的单雌蜜露分泌量、若虫存活率和单雌产卵量均比对照组(注射dsGFP)的显著降低。【结论】载脂蛋白基因NlapoLp在褐飞虱各发育阶段和短翅型雌成虫各组织均表达,经RNAi沉默NlapoLp可显著影响褐飞虱的正常的取食、生长发育和繁殖。研究结果为深入探究载脂蛋白在昆虫致害水稻中的作用机制奠定了基础,并提供了害虫高效防控的关键靶标。

江淮地区机械旱直播粳稻与机插秧粳稻病虫草害发生差异

随着我国经济不断发展和城镇化建设的持续推进,农村劳动力大量转向第二和第三产业,导致农村优质劳动力日益短缺,因此省工、省力、节约成本和便于操作的直播水稻栽培面积逐渐上升,成为主要的水稻栽培方式之一。移栽稻病虫草害发生规律的监测和防控有大量的相关研究和数据积累,然而对于直播稻病虫草害等的发生与防控却缺乏相应的研究,尤其是直播稻的病虫草害发生情况与移栽稻相比是否存在显著差异还不清楚。对江淮地区机械旱直播种植和机械插秧移栽的粳稻从苗期到结实期的主要病虫草害的发生情况进行调查比较。结果表明,旱直播种植的粳稻病虫草害总体上比机插秧偏重发生,而及时防控有利于减少直播稻与移栽稻间的危害差异。水稻生长初期,机械旱直播粳稻草害显著重于机插秧粳稻,适时防控后,在水稻生长中后期,两者间的杂草发生情况没有显著差异;调查期内二化螟、稻飞虱和稻纵卷叶螟的危害机械旱直播粳稻总体重于机插秧粳稻,但防控之后,二化螟的危害程度两者间没有显著差异;在水稻生长后期机械旱直播粳稻的稻瘟病比机插秧粳稻发生严重;机械旱直播粳稻的纹枯病重于机插秧粳稻,防控后,无显著差异;施药后稻曲病在机械旱直播和机插秧粳稻间的发生没有显著差异。

灰飞虱唾液鞘形态及其蛋白质组分鉴定

灰飞虱是一种小型的刺吸式口器昆虫,是危害水稻的主要害虫之一。灰飞虱刺吸取食时分泌的胶状唾液可形成唾液鞘,保护口针并帮助取食,同时其中的蛋白质效应子在调控作物免疫中扮演重要角色。本研究利用扫描电子显微镜观察了灰飞虱唾液鞘的形态:多呈树枝状,表面为较为光滑的珠状结构。应用双层膜装置收集了若虫的唾液鞘,经液相色谱与串联质谱联用检测鉴定得到42种灰飞虱唾液鞘蛋白质,其中19种蛋白质检测到2个及以上的唯一肽段。进一步分析了编码这19种蛋白质的基因在各个组织中的表达模式,发现其中8个基因在唾液腺中明显高表达,推测其可能参与了唾液鞘的形成以及害虫-作物的互作。唾液鞘蛋白质组分鉴定为后续筛选和研究灰飞虱效应子功能提供了基础,有助于明确灰飞虱-水稻互作的分子机制,为开发害虫绿色防控新策略提供思路。

二化螟味觉受体基因鉴定、克隆与表达模式分析

【背景】二化螟(Chilo suppressalis)是我国水稻上的重要害虫之一,味觉受体(gustatory receptor,GR)基因在昆虫取食、产卵等过程中发挥重要作用。【目的】基于组学数据鉴定并克隆二化螟GR基因序列,明确其在不同发育阶段和成虫不同组织中的表达特性,为后续深入研究二化螟GR基因的功能打下基础。【方法】结合二化螟转录组数据和其他昆虫的GR基因序列,通过多重序列比对,鉴定二化螟GR基因。利用RT-PCR方法克隆获得二化螟GR基因的完整开放阅读框(open reading frame,ORF)序列,运用生物信息学分析工具对二化螟GR基因编码的氨基酸序列进行分子生物学特征、结构域等分析;基于最大似然法构建二化螟GR基因蛋白序列与其他昆虫GR基因的系统进化树;利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法分析GR基因在二化螟不同发育阶段(1—6龄幼虫和雌、雄成虫)和成虫不同组织(雌、雄成虫的触角、头、翅、腹、足)中的表达模式。【结果】鉴定并克隆得到5个二化螟GR基因,分别命名为CsupGR1—5,ORF长度为1122—1428 bp,编码氨基酸序列长度为373—475 aa,其中CsupGR2、CsupGR4、CsupGR5具有7个跨膜结构域,CsupGR1、CsupGR3具有8个跨膜结构域。系统进化分析显示,CsupGR1、CsupGR2与黑腹果蝇DmelGR63a及小菜蛾PxylGR7、PxylGR8亲缘关系较近,属于CO_(2)受体家族;CsupGR3与黑腹果蝇DmelGR43a及家蚕BmorGR9、BmorGR10亲缘关系较近,属于果糖/肌醇受体家族;CsupGR4、CsupGR5与黑腹果蝇DmelGR64及家蚕BmorGR5—8亲缘关系较近,属于糖受体家族。发育期表达谱分析表明,二化螟5个GR基因在不同发育时期均有表达,其中CsupGR1、CsupGR4均在雄成虫中高表达,CsupGR2在1龄幼虫和雄成虫中表达量最高,CsupGR3在成虫中高表达,CsupGR5在4龄幼虫中表达量最高;组织表达谱分析表明,5个GR基因在雌、雄成虫的各组织均有表达,其中CsupGR1、CsupGR5在成虫头部表达量高,CsupGR2—4在成虫触角部位高表达。【结论】鉴定克隆的5个二化螟GR基因均具有昆虫味觉受体基因的典型特征,且在成虫触角或头部高表达,推测这5个基因可能与二化螟识别和适应寄主植物有关。

不同水稻品种对三化螟抗性差异的机理

研究了不同水稻品种对三化螟Scirpophagaincertulas抗性差异的机理。结果表明 ,在汕优 6 3、镇稻 2号和 92 - 10 9稻株中 ,虫体的游离必需氨基酸含量极低 (0 42 2～ 0 875nmol mg) ,幼虫生长发育缓慢 ;而在 9- 92、武育粳 3号等稻株中 ,虫体的游离必需氨基酸含量高 (2 788～ 5 42 1nmol mg) ,幼虫生长快。虫体的游离必需氨基酸含量和生长发育的差异 ,与不同水稻品种的游离必需氨基酸含量、总必需氨基酸含量、还原糖含量和叶鞘硅化细胞密度均无明显相关。叶鞘维管束间距、鞘脊宽度及小于蚁螟头宽的叶鞘维管束间距百分率的差异 。

三化螟种群的内稳定性及其生态机制

从三化螟世代转换及其与水稻生长发育进程的相互作用体系 ,分析了三化螟种群的内稳定性及其生态机制。结果表明 ,在各类稻作区 ,不同年份之间 ,历代成虫数量发生型显著不同 ,但其发生期具有共同的特征 :2代蛾的发生期 (≥ 2 7天 )比 1代蛾大幅度扩展 ,且相对稳定。发蛾期扩展的机制在于 :同期初孵幼虫在寄主水稻中异步化发育 ,极端发育进度相差达 3龄期 ;在 9 92、镇稻 2号等 10个不同品系的寄主水稻中 ,异步化程度存在显著差异。基于异步化发育 ,三化螟种群的时间生态位增加 2 2 0 %～ 75 0 % ,二维生态位扩展 15 1%～ 59 3% ,并使同一种群中极端早发类与迟发类的后代可交配 ,以此保持种群遗传性的相对稳定。针对三化螟种群内稳定性形成的机制与条件 。

褐飞虱生物型特异性蛋白质研究

褐飞虱生物型特异性蛋白质研究方继朝，杜正文，夏礼如，孙建中（江苏省农业科学院植物保护研究所南京２１００１４）褐飞虱是我国及东南业水稻重人害虫。利用抗虱基因、培育推广抗虫品种是综合治理褐飞虱的优先策略，在水稻牛产上发挥了重要作用［１］。但褐飞虱的牛物型...

乙虫脒对水稻螟虫的作用方式和应用研究

通过室内生物测定和田间试验 ,较系统地研究了乙虫脒对水稻螟虫的内吸、触杀和杀卵活性以及田间效果 ,同时评价了其对天敌的安全性。结果表明 :1)乙虫脒对二化螟和三化螟的内吸活性很好 ,且对二化螟的活性高于三化螟 ,2 5mg/ L乙虫脒对二化螟和三化螟的内吸杀虫效果分别为 90 .9%和 50 .0 % ,10 0mg/ L乙虫脒对三化螟的杀虫效果为 92 .3%。 2 )触杀活性高 ,对三化螟和二化螟的接触 L D50 值分别为 6 .4×10 -5μg/头和 2 .13× 10 -5μg/头 ,大大低于甲胺磷的 L D50 值 (1.331× 10 -3 和 1.781× 10 -3 μg/头 )。 3)综合活性好 ,对二化螟和三化螟分别只需 2 0和 2 5mg/ L即可达到 85%以上的防治效果。 4 )有一定的杀卵活性 ,2 0 0mg/ L对二化螟和三化螟的杀卵效果分别为 83.4 %和 0 .7% ,50 0 mg/ L对三化螟的杀卵效果为 93.4 %。 5)田间试验表明 ,112 .5g/ hm2 (a.i.,下同 )乙虫脒可有效控制三化螟枯心 ,在江苏省高淳地区 30 0 g/ hm2 可有效控制三化螟白穗 ,而在江苏省如东地区 6 7.5g/ hm2 即对三化螟和大螟白穗有较好的控制效果。此外 ,112 .5g/hm2 还对飞虱有较好的控制作用。 6 )对寄生蜂和蜘蛛较安全。

籼稻体细胞胚胎发生特异性蛋白质研究

以籼稻Oryza sativa L. subsp. indica品种“广陆矮4号”幼穗和种子为外植体,在含有2,4-D 2.0mg/L的MS培养基上,分别形成胚性和非胚性愈伤组织,建立体细胞胚胎发生实验系统。应用Native/SDS双向凝胶电泳分析,结果表明,非胚性愈伤组织分化培养前后均存在一种分子量为45kD的非胚性蛋白质N1,另一种非胚性蛋白质N2(54kD)仅在分化培养前的非胚性愈伤组织中含量丰富。胚性愈伤组织则在分化培养后,产生特异性胚胎蛋白质E1(51kD)和E2(68kD)。分化培养基中的蛋白质合成抑制剂亚胺环己酮(CH)抑制E1和E2的产生,转录抑制剂放线菌素D(Act.D)仅抑制E2的出现。

三唑磷毒杀水稻主要害虫的作用特点及应用技术

1991～ 1 997年 ,通过室内生测和田间多点试验示范 ,系统分析了三唑磷对水稻三化螟、二化螟和褐飞虱的触杀活性、对稻株的渗透性、胃毒作用和杀卵活性、持效期以及田间效果。结果表明 :1三唑磷对三化螟、二化螟蚁螟的接触 L D5 0 (× 1 0 - 4 μg)分别为每头 0 .6 1 82、0 .41 6 8,远远低于甲胺磷相应的 L D5 0 值 1 4 .7732、1 7.80 2 9,对 3龄褐飞虱的 L D5 0 值与甲胺磷相近 ,对 5龄褐飞虱的触杀活性低于甲胺磷 ;2三唑磷对稻株的渗透性和对三化螟的胃毒作用强 ,喷药后 1 d、3d的渗透杀虫效果均为 1 0 0 % ;3三唑磷防治三化螟的持效性长 ,5 0 0 mg/ L 药后 1 0 d接虫的杀虫效果仍达 86 .7% ,而甲胺磷 1 0 0 0 mg/ L 药后 3d效果降为 0 ;4三唑磷 5 0 0～ 1 0 0 0 mg/ L 对三化螟前期淡黄色卵的杀死率为 71 .3%～ 73.2 % ,对后期黑色卵的杀死率为 78.3%～ 99.5 % ;5 2 0 %三唑磷乳油 2 .2 5 L/ hm2对三化螟和二化螟枯心防效均在 90 %以上 ,高于杀虫双 ,但对褐飞虱的防效差 ,明显低于甲胺磷 ,3.75 L/ hm2 对三化螟白穗的防效也在 90 %以上 ;6三唑磷对三化螟防效高而稳定 ,但对褐飞虱、稻纵卷叶螟效果差 ;

吡虫啉防治稻飞虱等害虫的毒理和技术研究

】１９９１～１９９７年系统研究了吡虫啉防治稻飞虱、多种作物蚜虫、稻象甲、稻瘿蚊、梨木虱、柑桔潜叶蛾等３０余种重要害虫及７种病毒病的毒理、应用策略和技术，在１９个省（市、区）示范应用３３９．２万ｈｍ２，取得直接经济效益１６．９４亿元，投入产出比达１３１，降低我国防治稻飞虱、蚜虫等用药量的８０％～９５％，并取得从毒理到应用技术多方面的创新。揭示了吡虫啉作用动力学过程中独特的正反馈机制，与害虫中枢神经受体低能态高度竞争性结合的热力学机制，显著的正温效关系，对家蚕无薰蒸毒性以及在植株中的内吸传导特性等。首创吡虫啉低量使用技术，为国外推荐量的１／１０～１／６，发现其高效防治稻瘿蚊、二化螟、小猿叶虫、梨木虱、恶苗病等，发展吡虫啉应急防治稻飞虱高龄种群、种子处理综合防治水稻前中期多种病虫害等关键技术。

灭虫精对褐飞虱的超高活性和田间应用技术

微量点滴法测定，灭虫精对褐飞虱３龄和５龄若虫的接触ＬＣ５０分别为０．２５５、０．６７８ｍｇ／Ｌ。田间多点药效试验进一步表明，与扑虱灵比较，灭虫精防治褐飞虱具有以下优势：（１）超高活性，尤其对低龄若虫；（２）集优异的速效、持效和残效性于一体，是防治褐飞虱种群的全程高效药种，（３）对褐飞虱和蜘蛛的选择作用更强，可充分发挥田间蜘蛛类天敌控制褐飞虱种群的后效应。进而提出１０％灭虫精（ＷＰ）防治田间褐飞虱各类种群的关键应用技术。

稻螟染色体C带核型研究

应用C带技术分析二化螟Chilo suppressalis(Walker)、三化螟Tryporyza incertulas (Walker)和纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis (Guenée)[Lepi-dotera:Pyralidea]细胞有丝分裂中期核型及染色体C带特征。结果表明:①三种稻螟均由XX/XY型性别决定,K染色体为近中着丝点,Y染色体具端着丝点;②二化螟和三化螟的Y染色体均与X染色体长臂部分同源区配对,纵卷叶螟的Y染色体则与X染色体短臂全长配对;③二化螟核型2n=12:5AA+XX(♀)/XY(♂),5对常染色体(5AA)中,有一对中着丝点染色体,其余为端着丝点;④三化螟核型2n=14:6AA+XX(♀)/XY(♂),常染色体均为端着丝点;⑤纵卷叶螟核型2n=10:4AA+XX(♀)/XY(♂),常染色体具端着丝点。从而初步建立了3种稻螟染色体组C带带型。

籼稻体细胞胚胎发生的外源激素调节和同工酶带型

在含２，４－Ｄ２．０ｍｇ／ｌ的ＭＳ培养基上，籼稻（Ｏ－ｒｙｚａｓａｔｉｖａＬｓｕｂａｐ．ｉｎｄｉｃａ）品种广陆矮４号的幼穗产生胚性愈伤组织，种子仅形成非胚性愈伤组织。以不同含量的２，４－Ｄ和Ｋｔ诱导调节，在兼含２，４－Ｄ４．０ｍｇ／ｌ和Ｋｔ２．０ｍｇ／ｌ的ＭＳ培养基上，可诱导种子形成胚性愈伤组织。同工酶谱变化表明，胚性愈伤组织均保持过氧化物酶（ＰＯ）同工酶带Ｃ７—Ｃ１１和酯酶（ＥＳ）同工酶带８ｂ、１５ａ，非胚性愈伤组织无此特征。

江淮稻区三化螟灾变规律和防治技术

分析了江淮稻区三化螟的起伏历史、回升过程及其特点和对粳稻、杂交籼稻生育期的为害特性及其后效应，并从它与水稻的多层次互作协同性和农田生态系结构与功能动态，探讨了三化螟灾变的生态学规律和地方主导因子。根据稻作特点，分析了三化螟发生趋势，提出综合治理对策和关键技术。

氯虫苯甲酰胺拌种对稻纵卷叶螟的防治效果及安全性评价

为减少水稻抽穗前田间稻纵卷叶螟的化学防治次数及用药量,降低对天敌的伤害及农药残留,最终实现稻纵卷叶螟的简约化防控,采用氯虫苯甲酰胺对水稻种子进行拌种处理,室内测定了药剂拌种对种子发芽的安全性,并结合不同栽培模式下的田间试验,评价了不同用量下氯虫苯甲酰胺拌种对稻纵卷叶螟的控制时长及保叶效果,明确了药剂拌种对天敌蜘蛛的影响及最终残留情况。结果表明:当氯虫苯甲酰胺按有效成分用量30~120 g/hm2拌种时,对种子的发芽率及出苗均无影响。直播稻模式下,氯虫苯甲酰胺按有效成分60 g/hm2拌种,播种后110 d,其保叶效果仍高达97.13%;旱育手栽秧模式下,氯虫苯甲酰胺按有效成分90 g/hm2拌种,播种后108 d保叶效果为82%以上,旱育机插秧模式下按有效成分90~120 g/hm2拌种,播种后90 d保叶效果仍在95%以上;3种模式下拌种处理的保叶效果及持效期均远优于常规喷雾防治。研究表明,利用氯虫苯甲酰胺对水稻种子进行拌种处理,可有效控制水稻前期及中期稻纵卷叶螟的为害,降低后期田间虫口基数,并且对田间天敌蜘蛛安全性高,同时在收获的稻谷中未检出氯虫苯甲酰胺残留(残留量低于定量限0.000 8 mg/kg)。在江苏省丘陵地区粳稻区应用氯虫苯甲酰胺拌种处理,可确保水稻直至抽穗初期无需再进行稻纵卷叶螟的防治,并可显著减少后期稻纵卷叶螟虫源基数,实现稻纵卷叶螟的简约化防治。

醚菊酯对水稻褐飞虱的控制效果及对稻田蜘蛛的安全性研究

田间试验结果表明,醚菊酯对水稻褐飞虱具有良好的速效性,持效期长,药后7 d,20%醚菊酯乳油35-55 m l/667m^2对褐飞虱3龄以上若虫的防治效果为75.22%-86.15%,优于对照药剂吡虫啉和噻嗪酮;推荐剂量醚菊酯9-11 g a.i./667m^2,用水量不低于50 kg/667m^2,喷药时力求均匀周到。不同剂量醚菊酯对狼蛛、微蛛有一定的杀伤作用,其中对狼蛛的影响最大,对球腹蛛较安全,建议醚菊酯应与其他选择性药剂复配或混配使用,以充分发挥稻田捕食性天敌的作用。