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在粮食储藏过程中,储粮害虫危害造成的损失约占储粮总损失的40%-45%。利用作物自身寄主抗虫性无论是对于国家粮食储备,还是农户储粮都有重要意义。卢义宣发现LOX-3缺失的冲腿在储藏过程中仓储害虫危害较轻。本课题组研究证实稻谷经过42个月的自然储藏,LOX-3低活性种质的虫蛀率较低。利用稻谷LOX-3缺失种质防治仓储害虫具有很好的应用前景,对稻谷LOX-3缺失种质的寄主抗虫性机制研究具有重要的学术意义。本文从研究寄主植物——玉米象——米象金小蜂的化学信息联系出发,比较玉米象和米象金小蜂对挥发性次生物质的利用及LOX-3缺失稻谷挥发性化学物质的变化特点,探讨LOX-3缺失稻谷抗虫机制,并探讨潜在的挥发性化学物质在抗虫品种选育的应用等生态调控手段。主要研究实验结果如下:
1.利用Y型嗅觉仪研究了寄主挥发物在玉米象寄主选择行为中的作用。结果表明,玉米象成虫对植物(小麦、糙米、高梁、荞麦和花生)和非寄主材料(软木塞)气味在行为反应上是有差别的,大部分寄主植物的气味对玉米象雌雄成虫有显著的激活和吸引作用;在受试寄主中,玉米象对最嗜寄主(小麦、糙米)的嗅觉选择喜好程度和取食产卵嗜好程度表现一致;玉米象对其生长发育有不同影响的寄主植物的气味有不同的偏好选择性,表明该虫具有通过感受来自植物的挥发性化合物识别害虫的最适宜寄主(小麦、糙米)、较适宜寄主(高粱、荞麦)、较不适宜寄主(花生)的能力。
2.利用四臂嗅觉仪研究了玉米象释放聚集信息素依赖于寄主的程度以及寄主挥发物协同玉米象对聚集信息素的行为反应能力。结果表明,玉米象成虫在雄虫(离开寄主小麦13分钟内)气味的象限中停留的时间显著超过在空气对照的象限中停留的时间,玉米象成虫在有雄虫(离开寄主小麦13-18分钟)气味的象限中停留的时间与空气对照无差异。这说明玉米象雄虫在离开寄主(小麦)13分钟内都在不停释放聚集信息素,但随着离开寄主时间的延长逐渐停止释放;小麦挥发性物质有协同提高玉米象对聚集信息素的行为调控作用。玉米象雄虫和雌虫对信息化学物质的敏感性存在差异,雌成虫对聚集信息素的敏感程度高于寄主挥发性物质,雄成虫对寄主挥发性物质的敏感程度高于聚集信息素。
3.利用静态气流四臂嗅觉仪测试了玉米象生境中的信息化合物在米象金小蜂寄主选择过程中的作用。结果表明,玉米象幼虫、成虫的粪便中存在引诱米象金小蜂的挥发性物质;米象金小蜂在含有小麦气味源区间的上方爬行时间显著高于空白区间的上方,表明寄生蜂能够利用小麦释放的气味向小麦定向,进而找到其寄主;“有经验”米象金小蜂在受虫害麦粒的区间上方爬行时间明显超过机械损伤麦粒的区间上方爬行时间,表明麦粒被玉米象取食后可能诱导产生引诱寄生蜂的互利素。进一步行为生测研究表明玉米象的头胸部磨碎液中存在诱导小麦释放引诱米象金小蜂挥发物的活性组分。“有经验”米象金小蜂对玉米象雄虫自然释放的聚集信息素有明显的行为反应,盗用玉米象聚集信息素定位寄主。
4.利用DawDam/HP98055组合的回交群体,以HP98055为轮回亲本连续回交,利用自主开发研制的作物脂肪氧化酶同功酶快速检测专利技术,构建了lox-3基因缺失的近等基因系。选用LOX-3不缺和LOX-3缺失稻谷对玉米象的抗虫性差异。结果表明,稻谷LOX-3的缺失与否对玉米象的生长发育没有影响。在自由选择试验中,新鲜LOX-3近等基因系对玉米象的引诱力无显著差别;但经过1年时间的储藏,LOX-3不缺稻谷对玉米象相对于LOX-3缺稻谷具有较强的引诱力。
5.利用静态气流二臂嗅觉仪研究了玉米象对LOX-3近等基因系稻谷挥发性物质的行为反应。结果表明,新鲜LOX-3不缺稻谷的气味对玉米象成虫选择行为与新鲜LOX-3缺稻谷无显著差异;自然老化后的LOX-3不缺稻谷的气味对激活雌雄成虫的吸引作用显著高于自然老化后的LOX-3缺稻谷。根据LOX-3近等基因系挥发性物质的分析鉴定结果和玉米象对挥发物单组分嗅觉行为测定结果,表明在储藏过程中LOX-3不缺较LOX-3缺失稻谷容易生虫,其抗虫差异的物质基础是LOX-3不缺稻谷戊醛增加量较大有关。利用静态气流四臂嗅觉仪测试了LOX-3缺失稻谷挥发性物质对玉米象的天敌米象金小蜂寄主选择的影响。结果表明,LOX-3缺失与否对“有经验”米象金小蜂的引诱作用无明显的差异,表明选育LOX-3缺失稻谷对生物防治的应用没有影响。