麦红吸浆虫热激蛋白基因SmHsp60的分子特征及功能研究

【目的】麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana是重要的农业害虫,滞育使其度过夏季和冬季的极端环境。本研究旨在探析麦红吸浆虫滞育进程中热激蛋白60(heat shock protein 60,Hsp60)基因表达与滞育发育及温度耐受性之间的关系。【方法】采用RACE和RT-PCR技术克隆麦红吸浆虫SmHsp60 cDNA全长序列并进行生物信息学分析;采用qPCR技术检测SmHs p60在麦红吸浆虫滞育前至滞育后发育不同阶段(滞育前、滞育、滞育后静息和滞育后发育)幼虫及越夏幼虫在极端高温[35,40,45和50℃水浴中处理1 h以及35℃水浴中0(对照),15,30,60和120 min]和越冬幼虫在极端低温[0,-5,-10和-15℃处理1 h以及-5℃处理0(对照),15,30,60和120 min]胁迫下的表达量;通过原核表达和亲和柱层析技术获得SmHsp60重组蛋白,采用比色法和SDS-PAGE法测定重组蛋白SmHsp60抑制苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase,MDH)43℃下热聚集的能力。【结果】获得麦红吸浆虫SmHsp60(GenBank登录号:KR733065)cDNA全长序列,长2270 bp,开放阅读框长1722 bp,编码573个氨基酸,编码蛋白的相对分子量为60.7 kD。氨基酸序列分析表明,SmHsp60具有线粒体Hsp60典型的标签序列,与同为瘿蚊科(Cecidomyidae)的甘蓝瘿蚊Contarinia nasturtii Hsp60序列一致性最高、亲缘关系最近。qPCR检测结果表明,麦红吸浆虫SmHsp60在滞育阶段表达量没有显著变化,但在滞育后静息阶段逐渐升高,在滞育后静息阶段早中期即12月和翌年1月达到最高,显著高于在其他发育阶段的。与未处理的对照相比,35和40℃下1 h以及35℃下30~60 min时可显著诱导越夏幼虫SmHsp60上调表达;-5℃下1 h可显著诱导越冬幼虫SmHsp60上调表达,但高于45℃和低于-10℃的表达量没有显著变化。获得了高纯度的SmHsp60重组蛋白,可有效保护MDH免遭热聚沉,具有显著的分子伴侣功能。【结论】SmHsp60参与麦红吸浆虫滞育调控,可能与滞育终止及滞育期间的耐热和耐寒性相关。

麦红吸浆虫幼虫滞育期间糖类物质变化

分析研究了麦红吸浆虫Sitodiplosismosellana (Gehin)幼虫滞育期间总糖、海藻糖和糖原含量的变化。结果表明 :不同滞育年限幼虫的总糖含量无显著差异。在滞育年周期中 ,不同时期的滞育幼虫总糖含量明显不同。幼虫老熟入土滞育以前的总糖含量明显高于入土滞育期间。入土滞育过程中 ,越冬期和春季的总糖含量明显高于夏季和秋季。同期的裸露幼虫与结茧幼虫的总糖含量仅在秋季有一定的差异 ,其他时间基本相似。结茧幼虫滞育期间的海藻糖含量一直维持较高的水平 ,说明其滞育期间的糖醇积累型属于海藻糖积累型 ;

麦红吸浆虫唾腺EST-SSRs的信息分析及分子标记筛选

昆虫EST资源库的扩充为开发新的分子标记提供了宝贵的资源。本研究对NCBI的EST数据库中来源于麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana唾腺的1217条EST序列进行了unigene组装、SSR信息分析和EST-SSR分子标记筛选。结果表明:在1047个unigenes中共找到141个SSR位点,分布于106个(10.12%)unigenes中,平均每3.49kb出现一个SSR位点。在1～6碱基重复基元中,1～3碱基是主要重复类型,占总SSR的97.16%以上。A/T(31.21%),AC/GT(15.60%)和AAC/GTT(9.22%)分别是单、双和三碱基中占优势的重复基元类型。利用Primer Premier5.0软件对查找的EST-SSRs进行引物设计,并以麦红吸浆虫基因组DNA为模板,对从中选出的26对SSR引物进行多态性检测。结果有20对(76.92%)引物能扩增出清晰的目的条带,并且其中9对(45%)引物表现出多态性。多态性分析结果表明,从9对EST-SSR引物中,共检测到51个等位基因,平均每个位点含有等位基因数为5.67,平均期望杂合度为0.65,平均多态信息含量为0.60。本研究能够为今后麦红吸浆虫的种群遗传结构与遗传多样性研究提供帮助。

小麦对麦红吸浆虫生化抗性机制的研究

1995～2002年,在田间虫圃对1254份小麦品种（系）损失率鉴定结果的基础上,对17份小麦品种（系）总酚、单宁、可溶性糖含量进行了测定。结果表明,酚类、单宁类物质是小麦抗麦红吸浆虫两种很重要的次生代谢物,而酚类物质尤为重要,随抗性级别的不同,其诱导抗性效应不同。可溶性糖对抗性影响不大。

麦红吸浆虫不同滞育期四种糖代谢酶活力分析

海藻糖是麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana(Gehin)滞育期间储藏能量的主要物质,为弄清其在滞育期的积累机理,本文测定了麦红吸浆虫滞育前后和滞育期糖原磷酸化酶(Gpase)、己糖激酶(HK)、磷酸果糖激酶(PFK)和醛缩酶(ALD)这4种糖代谢酶活力的变化。结果表明:麦红吸浆虫滞育前后这些糖代谢酶活力明显不同,滞育后Gpase活力显著提高,糖酵解有关酶HK,PFK和ALD活力降低;滞育解除后,Gpase活力降低,HK,PFK和ALD活力升高。滞育期间,4种糖代谢酶的活力均与滞育发育有关;同时Gpase和PFK的活力也与环境温度有关,即夏、冬季高于春、秋季;同期不同滞育状态幼虫比较,裸露幼虫HK,PFK和ALD活力总是略高于结茧幼虫,Gpase则相反。滞育当年与第2年同期幼虫4种糖代谢酶的活力无显著差异。

麦红吸浆虫的灾害与成灾规律研究 Ⅱ.灾害出现的影响因子与控制

小麦吸浆虫作为小麦的重要害虫能够成灾,内在条件在于其生活隐蔽、幼虫滞育与多态性、潜伏土壤中隔年或多年羽化、种群数量增长迅速,具r型与k型生态对策的优势特性。小麦作为承灾体,对麦红吸浆虫的危害有一系列防御机制,表现出不选择性、机械抗性、生化抗性等多层次的综合抗性。种植感虫小麦品种,抽穗期与吸浆虫的羽化高峰期相吻合,是出现灾害的基本条件。在半湿润和干旱地区,小麦生态系统的自然环境因子,如地形地势、土壤、温度、降雨、光照、风、天敌,以及农业生产措施如水利工程与灌溉、品种更换、种植制度、土壤耕作、施用农药、施肥、播期等田间管理措施与水平,对麦红吸浆虫发生与暴发成灾有交互影响作用。小麦品种的抗性程度、保持土壤湿度的灌溉条件与雨量、种植制度及农田农药的施用情况是麦红吸浆虫发生与成灾的关键因子,新灌区对麦红吸浆虫的灾害应特别引起注意。麦红吸浆虫灾害发生的过程分为孕育期、潜伏期、预兆期、暴发期、持续期、衰减期、平息期7个阶段。根据灾害出现各阶段的特征,提出了控制策略与监控措施。

麦红吸浆虫随气流远距离扩散的轨迹分析

为了解麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana(Géhin)种群随气流远距离扩散的可能性和扩散方向,本研究于2010年5月在河南省洛阳市洛宁县,利用系留气球携带取样器调查了麦红吸浆虫种群在5～75m高空的分布以及活动节律,应用HYSPLIT-4大气扩散模型模拟了2010年以洛宁县(34.35°N,111.52°E)为起始点,空中不同高度层麦红吸浆虫种群的扩散轨迹,以及2007年麦红吸浆虫种群在我国北方麦区的扩散轨迹。结果表明:在成虫发生期,麦红吸浆虫在空中5,45,50和65m4个高度层种群密度较大,表现出了明显的成层效应。2010年河南洛宁迁入的种群来自西南方的河南南阳地区,迁出种群能够随气流进入东北方向的河南省宜阳县境内。2007年麦红吸浆虫种群能够随小麦发育期的先后,随西南气流逐步向东北方向扩散。成虫随气流扩散是麦红吸浆虫种群远距离扩散的一种重要方式。研究结果有助于了解我国麦红吸浆虫远距离扩散方式,同时对优化发生动态监测和综合治理提供参考。

麦红吸浆虫在我国的发生、危害及防治

麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana是我国的一种重要农业害虫,以幼虫危害小麦正在发育的籽粒,可造成小麦严重减产,甚至绝收。该害虫具有虫体小,滞育时间长,为害隐蔽等特点。近些年来,受全球气候变化、耕作制度改变、小麦品种更换、人类活动等多种因素的影响,麦红吸浆虫在我国的发生危害情况发生了很大变化,出现了北扩东移的现象。麦红吸浆虫主要分布在我国的北方麦区,发生为害具有隐蔽性、间歇性、局部性和暴发性的特点。这种害虫的发生危害受虫源基数、生态因子、农业生产措施及人类活动等多种因素的影响。进入21世纪后,麦红吸浆虫在我国的发生范围发生了很大的变化,且主要分布在43°N以南到27°N以北的冬小麦主产区。有关麦红吸浆虫滞育的多态性、小麦对麦红吸浆虫的抗性机理、抗性品种的选育和天敌资源的开发等方面的研究将是今后的主要研究方向;未来仍需加强对麦红吸浆虫滞育的分子机制、发生危害规律、预测预报、综合防治和寄主植物-麦红吸浆虫-天敌三级营养关系等方面研究。本综述可为今后了解麦红吸浆虫在我国的发生危害规律、预测预报及综合防治等提供参考。

麦红吸浆虫滞育发生和解除过程中总脂和甘油三酯含量变化

【目的】脂类与昆虫滞育密切相关。本研究旨在明确麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana(Géhin)滞育过程中脂类物质含量的变化规律,探讨麦红吸浆虫滞育与脂类物质变化的关系。【方法】采用香兰素硫酸显色法测定了2008年5月-2010年1月不同时间陕西杨凌养虫圃内麦红吸浆虫滞育前、滞育期及滞育解除后幼虫和蛹体内总脂和甘油三酯含量。【结果】滞育前幼虫总脂和甘油三酯含量分别为378.12和291.67μg/mg,显著高于整个滞育期(P<0.05)。滞育年周期中,冬季总脂和甘油三酯含量最高,翌年1月结茧幼虫二者含量分别为335.29和275.72μg/mg,显著高于其他季节(P<0.05);整个滞育期间,裸露幼虫和结茧幼虫总脂和甘油三酯随季节变化趋势相同,但同期结茧幼虫含量高于裸露幼虫;滞育当年与第2年同期幼虫总脂和甘油三酯含量差异不显著(P>0.05)。滞育解除后,总脂和甘油三酯含量随着幼虫的发育和变态逐渐降低,其中中蛹和后蛹显著低于活动幼虫(P<0.05)。【结论】麦红吸浆虫滞育不同时期幼虫及蛹总脂和甘油三酯含量存在明显差异,其滞育与脂类物质的含量密切相关。

小麦品种对麦红吸浆虫的抗性及抗性种质资源创新应用研究进展

本文综述了20世纪后50年以来,国内外有关小麦品种对麦红吸浆虫抗虫性鉴定的常用方法、数学模型鉴定法以及较适用的定级标准;概括介绍了避害性、形态抗虫性和生化抗虫性三个方面的研究情况;指出多层次、综合性抗性遗传和蛋白带存在与诱导抗虫性有关;介绍了与抗虫性密切相关的性状,初步认为遗传机制属数量遗传,不可能是单基因遗传,起码是寡基因遗传;介绍了抗麦红吸浆虫种质资源创新应采取双轮回选择杂交系谱法,有目的地将不同抗虫基因逐代积累,选育了一批抗性亲本和新品种。

冬小麦对麦红吸浆虫抗性机制研究初报

在虫圃鉴定1254份材料的基础上,对10个不同抗性品种进行了抗性机制研究。研究表明,小麦抗麦红吸浆虫抗性品种植株高,穗部密度大,旗叶长而窄,内颖尖隐伏数多,内颖弧口宽,植株茎、叶和颖壳被蜡质程度重,有被毛,颖壳硬而厚。测定了不同抗性品种(系)的未害子粒和被害粒中某些生化物质,明确了小麦品种对吸浆虫的抗性是以诱导抗性为主的多因子综合抗性。总酚、单宁和可溶性糖是影响其生化抗虫性的关键因子,总酚尤为重要。

耕作方式对麦红吸浆虫种群动态的影响

为了解不同耕作方式对麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana(Géhin)种群动态的影响,2010年和2011年,在中国科学院河北省栾城农业生态系统试验站不同耕作方式的小麦样地中,通过淘土、成虫网捕和剥穗等方法对麦红吸浆虫进行了调查研究。结果表明:两年取土筛检出的幼虫数量依次为秸秆还田免耕田>秸秆站立免耕田>秸秆还田旋耕田,但2011年网捕调查显示,秸秆还田旋耕田中的成虫数量高于另外两种样地。两年剥穗检查出的幼虫数量的排序与取土筛检出的幼虫数量的排序相反,依次为秸秆还田旋耕田>秸秆站立免耕田>秸秆还田免耕田。分析表明免耕有利于幼虫的越冬,但免耕田麦穗受害较轻。旋耕对幼虫越冬不利,但抽穗后受害较严重。在耕种方式是旋耕的情况下,漫灌可加重吸浆虫的危害。研究结果有助于进一步了解大范围耕作方式的变迁对麦红吸浆虫发生的影响。

小麦品种抗麦红吸浆虫鉴定及抗性评价

2004—2006年利用一套较完整的田间抗性鉴定方法,对425份生产推广品种(审定品种)、优质麦、区试品种及品种资源进行了抗麦红吸浆虫鉴定。结果表明,不同小麦品种(系)对麦红吸浆虫的抗性差异显著,抗性较好的品种(系)有56份,其中高抗占13.18%、中抗占12.71%、低抗占23.29%、感虫占20.47%、高感占30.35%。在近年已审定品种中,石7221、良星99、1457、衡71-3、中麦9、石新822、石家庄11号7个品种对麦红吸浆虫均表现出较稳定的抗性。鉴定出对麦红吸浆虫抗性较好的新品系18份,没有鉴定出对麦红吸浆虫抗性较好的优质麦品种,其鉴定结果为生产和育种部门利用抗虫品种提供了科学依据。

小麦品种抗麦红吸浆虫的研究现状与展望

对小麦品种进行麦红吸浆虫抗性鉴定及抗性机制研究是培育抗虫品种、对麦红吸浆虫实行综合治理的基础工作。本文综述了20世纪50年代以来国内外对小麦品种进行麦红吸浆虫抗性鉴定的大田自然感虫鉴定法、虫圃人工接虫鉴定法、室内鉴定法、数学模型鉴定法,以及目前抗性鉴定所应用的等级评价标准和已取得的抗性鉴定结果;详细介绍了小麦品种抗麦红吸浆虫的形态抗虫机制、避虫机制以及生化抗虫机制中营养物质和次生代谢物质与品种抗虫性的关系。大量研究结果表明,小麦品种对麦红吸浆虫的抗性主要表现在抗性品种以其独特的穗形特征及避害性来阻止其产卵或取食,或通过产生有毒的次生物质或营养上的欠缺使其取食后不能正常发育而死亡。本文还对今后的研究趋势进行了展望。

基于高通量测序的麦红吸浆虫转录组分析

麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana(Gehin)是一种世界性的小麦害虫。为获得其转录组信息,本研究采用新一代高通量测序技术Illumina HiSeq TM 2000对麦红吸浆虫成虫转录组进行测序。共获得转录组样本数据量为27.88 G,经分析共获得59257个Unigenes,总长度49861164 bp,最短20 bp,最长29282 bp,平均长度841 bp。将Unigenes序列与NR、NT、Swiss-Prot、KEGG、GO和KOG数据库进行比对(e≤10-10),共获得95029个结果。通过GO功能分类,共有19584个Unigenes在GO数据库中细胞组分、分子功能和生物学过程等3大类50个功能组中找到对应。与KOG数据库进行比对,共有11279个麦红吸浆虫Unigenes被注释,按功能大致可分为26类。通过KEGG pathways分析,共有9110个麦红吸浆虫Unigenes被注释,分别归属于细胞进程、环境信息进程、遗传信息进程、新陈代谢和有机体系统5大类代谢途径,主要包括细胞生长与死亡、细胞运动、信号转导、能量代谢等32类代谢途径。CDS预测发现30088条序列可被编码,占全部基因的50.78%。SSR位点查找发现,在59257个Unigenes中共找到36323个SSR位点,发生率为61.30%。本研究获得的巨大的麦红吸浆虫转录组信息,为麦红吸浆虫的功能基因挖掘提供了重要的信息资源。

小麦品种的麦红吸浆虫抗性分级方法及抗性评价

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,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(感)和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。鉴定结果表明,ISP定级方法简便高效,可以取代相对定级法用于小麦抗红吸浆虫的鉴定。

小麦品种抗麦红吸浆虫鉴定与抗性分析

利用一套较完整的田间自然感虫鉴定法,对183份小麦品种进行了抗麦红吸浆虫鉴定。鉴定结果表明,小麦不同品种对麦红吸浆虫的抗性存在着显著差异:高抗、中抗、低抗、感虫、高感的小麦品种,分别占参试品种的24.59%、16.94%、18.58%、14.21%、25.68%。不同抗性类型的小麦品种其穗被害率、粒被害率、估计损失率、抗性指数均有较大的差异,其中表现高抗类型45份,中抗类型31份。这些品种既可作为麦红吸浆虫发生区控制麦红吸浆虫危害的主推品种和后备品种,也可作为亲本材料提供给育种单位利用。

小麦抽穗期与麦红吸浆虫成虫发生期的同步性及其受害程度

通过2012年在麦红吸浆虫发生田对小麦不同生育期进行套袋保护,明确了小麦抽穗期为麦红吸浆虫侵害的敏感期。采用生态位重叠率的计算方法,统计2012—2013年不同品种的抽穗期与麦红吸浆虫发生期的同步性,结果表明,同步性越高,产量损失越重,具有显著的相关关系。同时,品种抽穗期的成虫累计发生量与产量损失有显著的相关性。成虫发生期与抽穗期同步或吻合导致小麦受害而不是扬花期,所以在缺乏抗虫品种的情况下,应采取抽穗期化学保护进行防治。

小麦红吸浆虫成灾原因分析与防治技术研究初报

通过对小麦吸浆虫发生为害调查、防治试验和灾害控制,明确了该虫在北京市成灾的主要原因有4点,即吸浆虫是外来入侵的新害虫,生活、为害隐蔽,种群数量增长迅速和防治不及时.筛选出防治吸浆虫地下虫态和成虫的最佳药剂,每公顷施48%毒死蜱EC3L、或40%辛硫磷EC5.25L,制成毒土,于小麦拔节期撒施,防治效果达77.1%以上;用10%吡虫啉WP300g,或4,5%高效氯氰菊酯EC600ml,或10%吡虫啉WP150g加80%敌敌畏EC750ml,或40%氧化乐果EC1.5L,于小麦70%抽穗时喷施,对防治吸浆虫成虫均有较好的防治效果,其田间防效在85%～94.3%之间.通过4年的实践,提出吸浆虫新发区的控害措施,①即做好宣传培训,普及科学技术知识,②确定防治对策,抓好三个结合,③开展集中管理,统一防治.

小麦抗麦红吸浆虫品种遗传多样性的表型和SSR标记分析

为更深入地揭示小麦抗麦红吸浆虫品种(系)的遗传多样性,从而为进一步选育抗虫品种提供依据,在对田间虫圃1 562份小麦品种(系)损失率鉴定的基础上,取47份年度间鉴定抗性结果较为一致的材料,利用表型和SSR标记,进行遗传多样性分析。这些抗麦红吸浆虫品种农艺性状表现出较大的差异,表型聚类在遗传距离为0.68处将供试材料分为6个类群。19对SSR标记在47份不同抗性品种中检测到104个等位基因,能够将所有品种区分开来,每对引物可以检测到3～8个等位基因,平均5.47个。47个小麦品种间遗传距离为0.40～0.95,平均为0.71。SSR标记聚类分析在遗传距离为0.74处将供试材料分为6大类群。Mental测验结果表明,表型同基因型距离矩阵间存在显著正相关(r=0.76,P<0.05)。抗虫品种晋麦65号单独聚为一类,同其余品种具有较远的亲缘关系,可作为新的抗源用于抗虫育种,并在吸浆虫发生地块推广种植。