抗性水稻品种对褐飞虱和白背飞虱种群参数的影响

在半自然状态下 ,用生命表方法初步比较了褐飞虱Nilaparvatalugens和白背飞虱Sogatellafurcif era在 4个抗褐飞虱水稻品种ASD7,IR3 6,JX89和Mudgo上的种群参数。初步的结果表明 ,白背飞虱在 4个抗褐飞虱水稻品种上具有较高的繁殖率 ,较短的发育时间和较大的种群增长。对褐飞虱各种群参数影响最大的是JX89,对白背飞虱影响最大的是Mudgo。与感性品种TN1比较 ,这些抗褐飞虱的水稻品种对 2种稻飞虱均具有不同程度的抗性。这些结果说明 ,抗褐飞虱水稻品种对白背飞虱同样具有一定的抗性 ,但白背飞虱对这种抗性具有较强的适应性 ,如果在一个地区长期推广抗褐飞虱的水稻品种 。

稻曲病不同抗性水稻品种的组织化学及分生孢子侵染途径的初步观察

用稻曲病菌分生孢子悬浮液对抽穗期水稻进行接种,观察分生孢子及其侵染途径。结果发现,分生孢子在颖壳表面可萌发形成菌丝,在颖口内侧可以见到菌丝伸向谷颖内部,可能为分生孢子直接侵染稻穗提供了一定证据。对抗、感品种谷粒的组织化学研究结果表明:抗病品种的颖壳中含有大量的木质素,感病品种中的木质素较少;在抗病品种谷粒的颖壳中的红色荧光物质远远多于感病品种;在抗病品种谷粒表皮的胚乳细胞中也含有多酚类物质,这层细胞较正常细胞大,在感病品种中没有发现。稻曲球切片的紫外光观察可发现每一个稻曲球中存在 6个“蝴蝶”型荧光结构,染色剂染色后观察证明该结构不含过氧化物酶、单宁类物质、木栓质和木质素。

基于代谢组学解析抗感水稻差异代谢物β-谷甾醇对褐飞虱的杀虫活性

本研究利用代谢组学筛选抗性水稻中有活性的代谢物质,为开发控制褐飞虱Nilaparvata lugens的绿色植物源农药开拓思路。基于水稻品种对褐飞虱有抗性的差异,采用生长发育和存活率比较方法,验证了水稻品种Mudgo和TN1对褐飞虱的抗性差异;通过代谢组学分析抗褐飞虱水稻Mudgo和感褐飞虱水稻TN1代谢物的不同,筛选了品种间有显著差异的物质β-谷甾醇和无显著差异的物质豆甾醇作为褐飞虱生测物质,进行存活率和适合度功能验证,明确其对褐飞虱的功能效应。褐飞虱在Mugdo和TN1两种水稻品种上的生命参数间存在显著差异,在Mudgo水稻上发育历期延长,体重、体长和存活率降低。代谢组学分析共检测到69种差异代谢物,主要为脂质(36%)、碳水化合物(23%)、氨基酸(19%)、次生代谢物质(14%)、核酸(6%)及其他物质(1%)等6大类物质。褐飞虱人工饲料添加剂生测数据显示,褐飞虱取食20.0μg/mL和500.0μg/mL浓度β-谷甾醇,雌虫体重显著降低;取食500.0μg/mL浓度β-谷甾醇,雄虫体重显著降低。此外,取食不同浓度豆甾醇对褐飞虱体重均无显著性影响。β-谷甾醇对褐飞虱的存活率有显著降低作用,而豆甾醇只有在4.0μg/mL、100.0μg/mL和500.0μg/mL浓度下有降低作用。确认了水稻品种Mudgo对褐飞虱有显著的抗性,可显著降低存活率,抑制生长。代谢组学筛选到的69种差异代谢物可作为抗褐飞虱绿色植物源农药的备选库;其中,差异显著的代谢物质β-谷甾醇对褐飞虱体重和存活率有显著降低作用,可作为防治褐飞虱的植物源农药。

不同抗感水稻品种对褐飞虱胁迫的高光谱响应特征

【目的】探究不同抗感水稻受褐飞虱胁迫的高光谱反射率曲线变化及敏感光谱差异,研究水稻植株不同部位的高光谱变化。在此基础上,采用机器学习技术建立水稻褐飞虱抗性鉴定模型,为下一步开发智能化褐飞虱抗性鉴定技术提供重要基础资料。【方法】以三个具不同褐飞虱抗感特征的水稻品种(TN1、Mudgo、RHT)为对象,分析其光谱、植被指数差异并建立抗性级别预测的随机森林模型。【结果】研究发现,褐飞虱胁迫天数与光谱反射率显著相关的波段数及差异显著的波段数随着水稻的抗性水平的上升而减少。同时,在680 nm左右,三个品种的光谱反射率与褐飞虫胁迫时间的相关性最好。植被指数分析表明,SIPI、SR605/760和PSNDb与抗性级别的相关系数绝对值要高于680 nm的结果。感虫品种TN1差异最早体现,中抗品种Mudgo其次,高抗品种RHT最后。不同部位的差异首先出现在第1叶叶片和第1叶叶鞘,然后依次为第2叶叶片和第2叶叶鞘以及第3叶叶片和第3叶叶鞘。预测模型的结果表明,全波段作为输入的模型效果比以单一植被指数SIPI构建的随机森林模型更好,模型准确率达到85.9%。【结论】本研究反映了不同抗感水稻品种受褐飞虱危害后的高光谱变化规律与不同抗感品种和不同部位的差异,并证实了机器学习技术对水稻抗性级别的分类能力。

利用品质性状的回交选择导入系挖掘水稻抗纹枯病QTL

将优质、抗纹枯病的高秆供体Tarom Molaii和Binam导入半矮秆IR64和特青背景,培育品质性状回交选择构建的4个导入系群体IR64/Tarom Molaii、特青/Tarom Molaii、IR64/Binam和特青/Binam,定位了影响水稻抗纹枯病病级(disease scale,DS)、相对病斑高度(relative lesion height,RH)和株高(plantheight,PH)的QTL。结果表明,4个导入系群体的DS与RH高度正相关,两者与PH呈显著负相关。导入系后代各性状均呈现超亲分离,出现抗性明显优于双亲的抗病个体,其中40%左右属半矮秆抗病类型。采用单向方差分析,在这4个群体中分别定位到10、8、8和6个影响3个性状的QTL,多数基因座上降低DS和RH即增强抗病性同时增加株高的等位基因均来自两个供体。未在同一供体两个不同背景下检测到影响3个性状的相同QTL,表明抗纹枯病QTL表达有明显的遗传背景效应。PH与DS及PH与RH被定位在同一个显著标记位点的QTL数分别占两个性状QTL总数的38%和52%,表明水稻纹枯病抗性与株高关系密切,两者存在许多连锁位点。与以往相同群体品质性状QTL的定位结果相比,发现品质性状QTL与抗纹枯病QTL大多分布在染色体的不同区域,彼此独立遗传。对利用目标性状选择导入系定位非目标性状QTL的效果、影响因素及育种应用进行了探讨,强调了目标性状选择导入系对非目标性状QTL发掘及育种应用的重要性。

江苏省水稻细菌性基腐病病原分离与抗性资源鉴定

水稻基腐病是由玉米狄克氏细菌(Dickeya zeae)侵染引起的毁灭性细菌病害,对水稻产量和品质具有潜在的威胁。分别从江苏省南京市、扬州市采集水稻病根,通过菌落形态特征观察、分子鉴定以及致病性验证等对致病细菌进行分离和鉴定;同时筛选可供利用的太湖流域水稻抗性品种。结果表明:分离到的水稻基腐病致病菌JS2012是玉米狄克氏细菌;从56份太湖流域水稻资源中共筛选到26份抗性资源,结果为进一步研究水稻细菌性基腐病以及培育抗病品种奠定了基础。

利用抑制差减杂交技术分离受水稻抗性调控的褐飞虱基因

为分离受水稻抗性调控的褐飞虱Nilaparvata lugens基因,以取食感虫水稻台中1号和高抗水稻B5的2叶1芯秧苗24h的褐飞虱4龄若虫为起始材料,采用抑制差减杂交技术构建了两个群体间的正反向差减cDNA文库。通过斑点杂交从差减文库中筛选代表受水稻抗性调控的基因的cDNA克隆,进行测序和功能分析,挑选具功能的基因进行Northern杂交验证。结果表明,通过斑点杂交筛选到的98个阳性克隆代表92个互不重复的单基因,其中25个与动物的已知蛋白基因存在较高的同源性。Northern杂交表明,这25个基因有11个表达上调,8个表达下调,提示它们可能在褐飞虱适应抗性水稻过程中发挥了重要作用。本研究结果为克隆上述新基因的全长cDNA序列及进一步研究其在褐飞虱与水稻互作中的功能奠定了基础。

21个稻瘟菌株毒力与42个水稻品种抗瘟性的系统聚类分析

通过对42个水稻品种进行人工离体叶片接种,明确供试水稻品种对21个稻瘟菌株的抗普和病级并在此基础上对42个水稻品种抗瘟性作了初步研究。分别按供试21个稻瘟菌株毒力差异和42个水稻品种抗瘟性的多个抗性指标进行系统聚类分析。将供试稻瘟菌株分为7类,其菌株毒力差异显著,菌株毒性频率和平均毒力之间呈现高度负相关。把水稻品种分为7类,其中第3类的第1组抗性最好,抗普在85%～100%,病级4.0以下。结果对选育水稻抗瘟新品种、合理布局区内抗性水稻和防治稻瘟病爆发具有一定的实际意义。

加强土壤养分消长与水稻抗性关系研究

1991年南江县平岗乡8个村80.04hm2水稻受灾,2003年南江县长征乡8个行政村38.35hm2水稻遭遇严重肥水污染,水稻减产21.4万kg,肥水污染给水稻生产造成巨大损失,因此研究土壤养分消长与水稻抗性的关系很有必要。

转拟南芥NPR1基因桂99 T3代植株的抗病性及农艺性状表现

以转拟南芥AtNPR1基因的恢复系品种桂99T3代纯合株系为材料,考查其农艺性状及其抗病性,并比较转基因植株与桂99侵染水稻白叶枯病菌后的农艺性状。结果表明:转基因植株表现出对水稻白叶枯病的抗性显著增强77%以上;穗长、剑叶长、有效穗数、一次枝梗数、每穗实粒数、单株产量和谷粒宽等农艺性状与未转基因桂99无显著差别。在受到水稻白叶枯病菌侵染后,转基因植株的一次枝梗数、每穗粒数、每穗实粒数和单株产量等方面均比对照桂99高出13%～78%。说明AtNPR1基因增强了水稻的抗病能力,从而降低了病害引起的产量损失。转基因植株的恢复力不受影响,稻米品质比桂99更加优良。本工作为转基因水稻抗病育种的研究奠定了基础。

水稻白叶枯病发病过程及抗病育种新思路

近年来,由于气候、耕作条件等因素的变化导致水稻白叶枯病害有逐年加重的趋势,对我国的粮食安全构成了很大的威胁。发掘新种质、创制抗病新材料、培育抗性新品种,被认为是提高粮食产量和保证粮食安全生产的最经济有效的方法。因此,抗性基因资源的挖掘与利用受到了广泛的重视,在抗病基因的鉴定、克隆及其抗病分子机理等方面取得了一系列重大进展。Xoo主要是通过分泌具有专化性的效应因子来逃避和抑制植物免疫反应,而植物则是通过触发PTI和ETI反应来阻止或抑制病原菌的侵染。本文综述了Xoo侵染水稻的过程,以及在侵染过程中水稻抵御Xoo的免疫反应,着重分析了ETI反应中的一些抗性基因的抗病机理,以期为水稻抗病资源高效利用以及病害的防控提供新的思路。

共生菌在褐飞虱致害性变化中的作用

研究了不同虫源和致害性褐飞虱Nilaparvatalugens种群体内共生菌数量动态及其对褐飞虱在抗虫品种上的取食选择、生长发育、繁殖以及氨基酸转移酶活性的影响。结果表明 ,褐飞虱田间种群的致害性与其体内共生菌数量有关。广西南宁种群雌成虫体内的共生菌数量显著地高于浙江杭州和龙游两个虫源的雌成虫体内共生菌数量 ,而已纯化的 3个不同致害性生物型体内的共生菌数量无显著差异。取食抗性品种能显著减少生物型Ⅰ雌成虫体内的共生菌数量。缺乏共生菌时 ,生物型Ⅰ、Ⅱ若虫对水稻品种TN1和ASD7的选择性增大 ,而对Mudgo的取食选择性下降。尽管缺共生菌的 3个生物型在已适应的和不适应的感虫和抗虫品种上的若虫存活率和雌成虫产卵量均下降 ,若虫历期明显延长 ,但在已适应品种上的变化程度明显小于在不适应的抗虫品种上的变化程度。共生菌还明显影响成虫体内丙氨酸氨基转移酶和天门冬氨酸氨基转移酶的活性。

水稻OsNramp4介导锰离子吸收和转运的功能分析

锰(Mn)是植物生长发育必需的矿质营养元素。水稻天然抗性相关巨噬细胞蛋白(natural resistance-associated macrophage protein, OsNramp)家族有7个成员,其中4个具有Mn^(2+)转运活性。OsNramp4已被鉴定为一个铝离子转运蛋白,但尚未报道其是否具有Mn^(2+)转运活性。本文利用Mn^(2+)吸收突变株Δsmf1进行OsNramp4功能互补实验,分析OsNramp4对Mn^(2+)的响应,研究环境Mn^(2+)胁迫对敲除突变体nramp4的生长势以及Mn^(2+)吸收和转运的影响。结果显示:OsNramp4能互补Δsmf1的Mn^(2+)吸收缺陷表型;水稻根部OsNramp4的表达受Mn^(2+)的诱导;高Mn^(2+)胁迫下, nramp4的长势明显优于野生型对照,突变体地上部Mn^(2+)含量显著低于野生型,且根-茎Mn^(2+)转运率明显低于野生型,暗示OsNramp4可能作为一个低亲和性Mn^(2+)转运蛋白,具有在高Mn^(2+)环境下吸收Mn^(2+),并由根部向地上组织运输Mn^(2+)的功能。本研究结果对深入探讨植物Mn^(2+)吸收、转运和分配的分子机制具有重要意义。

触发稻瘟病抗性的“闸门”已找到

稻瘟病是世界上最具破坏性的水稻病害之一。水稻往往依靠自身免疫系统抵御病原物的入侵,但是到底是什么物质触发了水稻抗性的"闸门",又是什么物质发挥了"哨兵"的作用,传递了入侵信号?近日,南京农业大学万建民院士团队成功克隆出调控水稻先天免疫的新基因OsCNGC9,并且揭示了该基因影响水稻苗期稻瘟病抗性的分子机制,相关研究成果在线发表在国际权威学术期刊Cell Research(《细胞研究》)上。

田间发生与室内驯化的褐飞虱生物型2的特性比较

比较研究了采自菲律宾国际水稻研究所室内长期用水稻抗性品种 Mudgo驯化的褐飞虱生物型 2和从广西田间褐飞虱种群中分离获得的田间生物型 2的致害性、在不同抗性品种上的生长发育和生殖等特性。结果表明室内和田间生物型 2对 Mudgo和 IR2 6的致害能力相同 ,即两者均能成功地致害含 Bph1基因的水稻品种 ,但田间生物型 2对 ASD7和 IR36的致害性明显比室内生物型 2强 ,说明两者在具有抗性 bph2的水稻品种上的致害性有差异。取食不同抗性品种时 ,田间生物型 2的若虫历期均比取食相同品种的室内生物型 2短 ,两个生物型 2在取食 ASD7时的若虫历期最长、存活率最低、雌成虫体重最轻、产卵量和蜜露量最少、种群增长指数和营养指数最低。取食 IR2 6的田间生物型 2的若虫存活指数和种群增长指数均明显高于取食 IR2 6的室内生物型 2的指数 ,同时也显著高于取食 Mudgo的生物型 2。建议在进行褐飞虱致害性监测和水稻品种抗性评价时以选用 IR2 6为宜。

稻褐飞虱新抗源的鉴定和利用

通过筛选抗源、抗性遗传分析，水稻品系BPHP06对褐飞虱生物型Ⅱ和孟加拉型具有高水平广谱抗性，其抗性遗传受2对显性基因控制。通过抗性基因聚合可以有效地获得高抗广谱的抗虫材料，甚至可以从4—6个抗性基因重组后代中获得1级的高抗材料。同时，利用褐飞虱优异抗源BPHR96，获得一大批抗褐飞虱的创新种质。研究结果表明，BPHR96是具有重要利用价值的BPH抗性资源。抗性基因重组与聚合是培育广谱持久高抗性水稻品种的有效途径，特别是利用BPHR96与其他抗源进行抗性基因重组和聚合可为水稻育种提供更理想的抗性。

根据褐飞虱取食行为精细调控寄主水稻抗性的新机制

植物害虫是农业生产的重要生物灾害因子,严重威胁作物生产安全.为了从寄主植物获取足够营养,植食性昆虫进化出了复杂多样的取食策略^([1]).水稻(Oryza sativa L.)是我国乃至全球最重要的粮食作物之一,常年遭受多种害虫为害.褐飞虱(Nilaparvata lugens Stal,BPH)是水稻单食性害虫,通过刺吸式口器吸食韧皮部汁液,对水稻造成直接危害.

抗褐飞虱水稻IR36活性成分及其对褐飞虱的拒食和忌避产卵作用

通过对抗性水稻品种IR36地上部分次生化合物的提取分离得到四种不同溶剂的萃取物。结果显示乙酸乙酯萃取物处理对褐飞虱若虫的活性最强。乙酸乙酯萃取物经柱层析分离得到白色针状晶体组分F4-1,分别测试了组分F4-1对褐飞虱若虫取食和褐飞虱成虫产卵的抑制作用。结果表明,组分F4-1对褐飞虱3龄若虫的取食有明显的抑制作用。在20μg/mL浓度时,褐飞虱3龄若虫蜜露分泌量明显减少,随着处理浓度的增加褐飞虱3龄、4龄若虫的蜜露分泌量均明显减少。在500μg/mL时,对褐飞虱3、4龄若虫的拒食率分别为68.95%和60.28%。在100和500μg/mL浓度时,褐飞虱3龄若虫的死亡率显著高于对照。组分F4-1在500μg/mL浓度时,对褐飞虱成虫的产卵有显著的抑制作用,产卵忌避率达91.03%。组分F4-1经气相色谱-质谱(GC-MS)分析,其成分分别是(3α,24S)-5-烯-3-豆甾醇、反式-5,22-二烯-3α-豆甾醇、菜油甾醇和(3β,22Z)5,22-二烯-3-豆甾醇乙酯。

水稻硅肥对比的研究

我们采用大区对比的方法，对胜利农场“叠岩峰”硅钙镁肥、生物螯合硅镁锌肥、三丰生物肥及叠岩峰牌水稻有机硅等4种硅进行了对比试验，结果表明施用硅肥能在一定程度上提高水稻抗性及改善水稻产量构成因子，实现增产作用，其中叠岩峰牌有机硅肥施用效果较好。

基于CRISPR/Cas9技术的水稻pi21基因编辑材料的创制及稻瘟病抗性鉴定

利用CRISPR-Cas9技术,对水稻稻瘟病感病品种日本晴pi21基因进行定点突变,获得了抗稻瘟病的pi21隐性突变株系。基因编辑载体T0转化植株的检测结果表明,86.7%的T0植株的pi21基因靶序列发生了碱基缺失。通过T-DNA序列的PCR检测,剔除携带T-DNA的T1植株,从23个T1株系筛选获得107个不含T-DNA转基因序列的植株。然后对pi21的编辑位点进行酶切和测序分析,获得了21株pi21纯合突变体。对1个pi21突变株系进行稻瘟病菌孢子喷雾接种,与未转化日本晴相比,突变株系显著抗病。对接种水稻样品的6个病程相关基因进行q RT-PCR分析,与感病日本晴比较,pi21突变株系在接种稻瘟病菌后,病程相关基因诱导表达的速度更快,表达量更高。本研究利用基因编辑技术,实现了对感稻瘟病水稻的定点突变并提高了其稻瘟病抗性水平,为利用该技术培育持久抗稻瘟病水稻品种奠定了研究基础。