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这种害虫对水稻危害极大 最新研究发现它的灾变机制线索

来自话题:#科技研究
2019-12-04
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这种害虫对水稻危害极大 最新研究发现它的灾变机制线索

来源:新京报  作者:张一川
 
稻飞虱是我国水稻种植区常见的三种害虫褐飞虱、白背飞虱 和灰飞虱的通俗统称。早年统计显示,稻飞虱是对水稻粮食生产威胁最大的病虫害之一。
 
11月25日,SCI收录期刊《The ISME Journal》在线发表了南京农业大学植物保护学院洪晓月课题组的最新研究成果。研究发现,稻飞虱体内的共生细菌沃尔巴克氏体对稻飞虱的繁殖能力具有至关重要的影响。
 
“繁殖能力跟稻飞虱的危害程度呈正相关关系,”论文第一作者之一、南京农业大学植物保护学院副教授邴孝利说,“我们的研究对于解释稻飞虱的灾变机制有重要意义。”
 
共生细菌影响稻飞虱繁殖能力
 
稻飞虱是水稻生产中的重要害虫。全国农业技术推广服务中心病虫害测报处处长刘万才等人对2006年至2015年农作物主要病虫害发生危害情况的统计和分析发现,10年间稻飞虱造成的全国粮食生产平均损失中,防治挽回损失和实际造成损失分别为1190.44万吨和119.35万吨,占比35.66%和29.51%,为10年间5种(类)主要病虫害危害损失之首。
 
稻飞虱的繁殖能力是造成巨大危害的一个重要因素。“以灰飞虱为例,正常环境条件下,从卵生长到成虫只需25天,成虫3至5天后即可产卵。”邴孝利介绍,繁殖能力对应着种群的基数,繁殖能力的高低决定着种群的竞争力,也就影响着稻飞虱的主要食物:水稻。此外,三种稻飞虱都可以传播植物病毒,使水稻矮化或不结穗。
 

试验田中的褐飞虱
 
邴孝利等人的研究发现,共生细菌沃尔巴克氏体合成的维生素B7(生物素)和B2(核黄素)对于稻飞虱的繁殖能力至关重要。“在人工饲养的条件下,控制了这两种维生素的用量后,最极端的数据是稻飞虱完全不能产卵了。”邴孝利表示,虽然尚不能定论两种维生素是稻飞虱繁殖的必要条件,但可以说明它们对稻飞虱的繁殖能力有积极增益作用。
 
维生素B7和B2是关键物质
 
邴孝利介绍,稻飞虱以刺吸水稻等植物的汁液为生,而植物汁液中富含糖分,但缺少氨基酸、维生素等营养物质,稻飞虱本身又不能合成这些营养物质。洪晓月课题组因而将目光投向了稻飞虱体内的共生菌——沃尔巴克氏体。
 
“如灰飞虱,在我们从全国采集的样本中,几乎100%检测出了这一共生菌感染。”邴孝利说。
 
前期的生态学实验发现,沃尔巴克氏体存在与否对于稻飞虱繁殖力这一指标有一定影响。课题组通过基因组分析发现,沃尔巴克氏体只能合成维生素B7和B2两种营养物质。进一步的代谢分析和基因表达分析显示,感染了共生菌的褐飞虱和灰飞虱样本中检测出更高含量的上述两种维生素。之后,课题组在回补实验中,用另一种方法降低了稻飞虱体内的两种维生素含量,再进行补充,并观测到了相应的繁殖水平变化。
 
由此形成了完整的证据链条,揭示了共生菌沃尔巴克氏体对于稻飞虱繁殖能力的影响。
 
研究提供的防治新思路和启发
 
“目前要直接应用这一研究进行稻飞虱的防治还比较难,”邴孝利说,“但它提供了一种新的防治思路。如果我们能抑制掉稻飞虱体内的共生菌,就能降低它的种群规模。”
 
不仅如此,邴孝利认为人体内有可能也存在这种只能合成少量有机物质,但对人的生活、生存有巨大影响的微生物。
 
邴孝利表示,人类体内的微生物种群很丰富,各个微生物起到的作用也超出此前的想象,“它们都是与我们相伴很久,但不起眼的角色。有人觉得是老虎,我觉得可能也是朋友。”
 
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