甘蔗抗虫机制的研究进展

甘蔗是重要的糖料作物也是潜在的能源作物,而甘蔗的生长过程中长期受到各种虫害威胁。目前用于防治甘蔗害虫主要是通过化学防治和生物防治,带来的害虫耐药性和环境安全问题不容忽视。选育和利用抗虫品种,挖掘甘蔗自身抗虫特性是目前公认的最根本、经济有效和对环境影响最少的办法。笔者首先介绍了不同甘蔗品种对甘蔗螟虫的抗性等级,再从甘蔗的物理抗性和生理生化抗性2个方面阐述甘蔗的抗虫原理,并重点介绍了甘蔗的诱导型生理生化防御体系。全文还就目前甘蔗抗虫研究现状提出建议和展望,以期为培育甘蔗抗性品种以及蔗田害虫综合治理提供参考。     

甘蔗黄蚜室内人工饲养繁殖体系的建立

甘蔗黄蚜(Longiunguis sacchari Zehntner)是多种甘蔗病毒病的传播虫媒,建立甘蔗黄蚜室内人工饲养体系,可以为开展甘蔗黄蚜的抗药性及甘蔗品种抗性的鉴定提供均一性的虫源。该研究筛选甘蔗黄蚜不同的消毒时间和不同的接种方式,经过人工饲养条件的优化,建立了一个稳定、快速、高效的人工饲养繁殖体系。田间采集带有甘蔗黄蚜的甘蔗叶片,经0.1%Hg Cl2消毒4~10min,然后接种于无菌甘蔗组培瓶苗中,在(22±1)℃、光照强度3000lx、光照时长10~12h条件下培养,每隔10~12d转接1次,即可经年持续繁殖无菌、均一性好的甘蔗黄蚜。     

RNAi技术在作物改良的应用与展望

指出了传统方式培育出的农作物已难以满足现代市场的需求,很长一段时间内,研究人员都被改良作物品质用时长、耗费高、程序繁杂等问题所困扰,RNAi(RNA interference)技术的出现,让这些问题的解决取得了飞速进展。RNAi能沉默特定基因的表达,且拥有极高的精度和准度,通过RNAi技术,特定基因的表达可被高度下调,且不会影响其他基因。通过操纵RNA干扰的途径,产生小RNA分子来改良作物中的基因表达,可以产生新的品质性状,且在抵御生物和非生物胁迫方面有较高潜力。营养成分的改良,形态学上的改变和次生代谢物合成的增加,是RNAi技术另一方面的优势。综述了RNAi技术在作物改良的各方面应用,探讨了RNAi技术存在的问题,并对RNAi技术在作物改良方面的未来前景作了展望。     

RNAi与Bt毒素协同抗虫技术的应用与展望

Bt(Bacillus thuringiensis)毒素优异的抗虫性能和其环境友好性,使其代替了多种化学杀虫剂,在世界范围内得以广泛应用。但同时,过度依赖Bt毒素让许多害虫产生抗性,严重威胁转Bt基因作物和Bt杀虫剂的长期效能;而多种Bt毒素结合应用能产生协同作用或拮抗作用,有不确定性,稳定性较低,无法得到广泛应用。RNAi(RNA interference)技术能沉默特定基因的表达,且特异性强,不会造成环境污染,在害虫防治方面有巨大潜力。Bt毒素和RNAi技术的结合有望在害虫防治方面及抗虫育种的方面开辟一条新道路。为了研究Bt毒素与RNAi技术结合应用的优越性,就Bt毒素和RNAi技术在各自领域的应用及两者相结合应用的最新研究成果等方面进行了综述,总结了近年来RNAi技术与Bt毒素相结合在防控靶标害虫中的应用现状,并对该技术的研究前景提出展望。     

施硅玉米对草地贪夜蛾的影响

【目的】研究取食外源施硅的玉米对草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）生长发育的影响,并探究施硅玉米被草地贪夜蛾取食后其防御酶活性的变化,为外源施硅提高作物抗虫能力提供实践范本和理论参考。【方法】以采集自福建省漳州市的草地贪夜蛾为研究材料,对玉米施以不同浓度[（1）对照（CK）（0 g Si/kg土）,（2）5倍施硅处理（3.85 g Si/kg土）,（3）10倍施硅处理（7.70 g Si/kg土）]的硅肥,观察施硅对玉米生长发育的影响;将初孵草地贪夜蛾幼虫分别接在不同施硅处理的玉米植株上,至3龄后以7 d为一个周期调查记录草地贪夜蛾体重、体长、发育历期、化蛹率、蛹重和羽化率;利用试剂盒测定被草地贪夜蛾取食前后的玉米植株体内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和多酚氧化酶（PPO）活性变化。【结果】增施硅肥短期内（21 d）有助于玉米株高和茎粗的生长,其中对玉米茎粗生长有显著的促进作用（P<0.05,下同）。取食外源施硅玉米影响了草地贪夜蛾的生长发育,在处理第21 d时取食10倍硅浓度处理玉米的草地贪夜蛾幼虫体重最轻,只有0.2023 g,显著低于CK,且较CK的发育历期显著延长26.02%,羽化率显著下降27.78%。玉米经不同硅浓度处理后,未被取食的玉米植株体内SOD、CAT和PPO活性均以10倍施硅处理最高,其中SOD和PPO活性均显著高于CK和5倍施硅处理,CAT活性在3种处理间无显著差异（P>0.05,下同）;被草地贪夜蛾取食后24 h时,3个硅浓度处理间玉米植株体内的SOD活性无显著差异,而CAT和PPO活性均以10倍施硅处理玉米最高,且均显著高于CK和5倍施硅处理。相关性分析结果表明,玉米叶片的防御酶（SOD、CAT和PPO）活性与草地贪夜蛾体重呈负相关关系,即防御酶活越高,草地贪夜蛾体重越轻。【结论】外源施硅可通过提高玉米植株体内SOD、CAT和PPO等防御酶的活性以参与玉米对草地贪夜蛾的防御响应。     

甘蔗丙二烯氧化物环化酶基因（ScAOC）的克隆与表达分析

丙二烯氧化物环化酶（allene oxide cyclase,AOC）是茉莉酸合成途径的一个关键酶,在植物防御反应中起着重要的作用。本研究基于甘蔗转录组数据库克隆到一个AOC基因,命名为ScAOC,并对其进行生物学分析、组织特异性分析和逆境胁迫下的表达分析,以初步了解该基因的功能。甘蔗ScAOC基因的开放阅读框（ORF）为744 bp,编码244个氨基酸,其蛋白分子质量是26.37 kDa。生物信息学分析结果显示,ScAOC蛋白属于不稳定碱性亲水蛋白,含有1个Allene_ox_cyc Superfamily的PLN02343 domain的保守结构域;构建系统进化树,结果显示ScAOC蛋白与高粱的蛋白具有较高的同源性。荧光定量PCR结果显示,ScAOC基因在甘蔗的根、茎、叶中均有表达,表达量从高到低依次是叶、根、茎。在PEG、NaCl及外源MeJA胁迫下,ScAOC基因相对表达量都是先上升后下降,而ABA对ScAOC的表达有一定的抑制作用。在病原菌和粘虫取食的胁迫下,ScAOC基因相对表达量显著上升。结果显示ScAOC可能参与甘蔗对生物或非生物胁迫的防御反应。     

茉莉酸甲酯诱导的玉米对粘虫生长发育的影响

【目的】研究取食经茉莉酸甲酯（MeJA）处理的玉米对粘虫生长发育的影响,揭示玉米相关抗虫机制,为利用植物自身抗性进行害虫防治提供理论依据。【方法】对玉米苗喷施100μmol/L的MeJA溶液,将处理24 h后的玉米苗喂食粘虫1龄幼虫,连续喂食直至化蛹,观察分析粘虫生长发育情况;通过荧光定量PCR研究外源MeJA处理后玉米植株茉莉酸通路上关键基因的表达变化,并用超高效液相色谱—串联质谱（UPLC-MS/MS）对处理后的玉米叶片相关激素进行定性和定量分析。【结果】与对照相比,取食经MeJA处理的玉米叶片后,6龄粘虫幼虫体重减轻11.67%,蛹重减轻18.20%,羽化率降低7.35%,成虫存活时间缩短0.93 d,而蛹期延长0.27 d。荧光定量PCR检测结果,外源MeJA处理24 h后,ZmLox基因的表达量显著上调（P<0.05,下同）,达对照的5.57倍;ZmAos基因表达量在处理12 h后显著增加,24 h后降至对照相近水平;ZmAoc基因和ZmOpr基因表达量在处理后12和24 h无显著变化（P>0.05,下同）。UPLCMS/MS定性定量分析结果表明,喷施MeJA 24 h后,玉米叶片中二氢茉莉酸（H₂JA）含量显著增加,为对照的5.67倍,而茉莉酸（JA）、茉莉酸—异亮氨酸（JA-ILE）和MeJA含量无显著变化。【结论】外源喷施MeJA能诱导玉米产生防御能力,影响取食的粘虫生长发育;ZmLox基因的显著表达和激素H₂JA的产生可能是玉米抗虫的一个重要机制。     

木毒蛾氨肽酶N1基因克隆与表达分析

  目的  氨肽酶N（APN）是昆虫中肠一类重要的Bt受体蛋白,Bt细菌产生的Cry毒素对昆虫的毒杀作用机理在学术界存在一定争议,但是普遍认为毒素与Bt受体蛋白的结合是产生毒力的必要环节。本研究通过基因克隆、生物信息学分析以及不同龄期组织中的表达对木毒蛾APN1基因进行研究,为后续研究APN基因家族、其他Bt受体蛋白及Cry毒素作用机制提供有益补充。  方法  以木毒蛾中肠cDNA为模板,对木毒蛾APN1基因进行克隆并进行生物学分析,利用实时定量PCR（qRT-PCR）技术分析该基因在木毒蛾发育阶段及不同组织中的表达模式。  结果  克隆获得木毒蛾APN1基因的全长DNA,命名为LxAPN1。LxAPN1序列全长为3 159 bp,ORF为3 054 bp,编码1 017个氨基酸,序列比对和进化树分析表明,LxAPN1与舞毒蛾的LdAPN1高度同源,在N-端都具有信号肽,都具有锌结合位点HEXXH（X₁₈）E以及保守区域GAMENWG,在末端具有GPI结合位点;LxAPN1在木毒蛾卵期无表达,在所有幼虫阶段中均有表达,幼虫期过后LxAPN1表达量锐减;LxAPN1在肠道的表达量明显高于头部和表皮。  结论  LxAPN1在木毒蛾中肠被成功克隆,LxAPN1与LdAPN1高度同源,并且在进化树的分布上也极其相近,推测两者的APN1功能上近似;LxAPN1在木毒蛾2龄幼虫期表达量最高。并且在6龄幼虫肠道中表达量最高,肠道高表达与LxAPN1作为Bt受体在木毒蛾中肠发挥作用息息相关。      

植物SWEET基因家族的研究进展

植物糖转运蛋白SWEET基因家族是近年来发现的一类重要的糖转运蛋白,通过调节糖分在植物体内的转运及分配等,进而在植物的生长发育、生理代谢、抗逆境胁迫等方面起着重要作用。不同物种中SWEET基因所表现的生物学功能不同,对植物生物生命活动起着重要影响。本研究报告了植物SWEET基因家族的蛋白结构、转运机制以及生物学功能的研究现状,旨在为进一步研究SWEET基因家族的其他结构与功能提供理论基础。