小RNA(small RNA,sRNA)是一类序列短于300 bp的非编码RNA,它在生物体的细胞生长、分裂、分化、增殖和凋亡过程中发挥着重要的调控作用.近年来的多项研究表明,sRNA还可以作为信号分子在物种之间传递,以跨界方式发挥调控作用.除了视觉和化学信息,生物个体之间还可以利用多种分子信号传递和实现信息交流,其中,sRNA分子不仅可以在生物个体内移动和调控基因表达,还可以作为1种分子信号跨越物种发挥动物、植物和微生物互作关系的信息纽带作用.作为地球上物种数量最多、生态位最丰富的类群,昆虫体内存在多种外源sRNA分子.本文分析了sRNA介导跨界调控的分子基础,综述了近年来关于外源sRNA通过生物互作进入昆虫体内,跨界调控昆虫基因表达,影响昆虫与寄主植物及病原微生物之间互作关系的研究进展,并分析了sRNA介导的跨界RNAi对昆虫生态适应性的影响以及在害虫防控中的应用前景.昆虫和植物之间sRNA分子的跨界转移可以调控植物抗虫性和社会性昆虫的品级分化,微生物的sRNA进入昆虫体内可以辅助病原微生物的侵染或影响寄生蜂的发育.利用基因工程改造或人工表达外源sRNA进行跨界调控是研发害虫高效生防产品的新途径.

白木香Aquilaria sinensis Lour.为国家濒危保护植物,在其受创伤后产生的沉香是一种珍贵药材和香料,而黄野螟Heortia vitessoides Moore虫害的频繁发生严重影响了沉香产业的发展.为了探究白木香对黄野螟的抗虫生理机制,本研究利用指标含量测定、GC-MS分析及非靶向性代谢组学分析等方法,对6种不同抗虫性植株叶片的理化性质、挥发性物质及差异代谢产物进行对比分析.结果表明,抗虫植株(A01)的单宁酸含量(0.39 mg/g)、类黄酮含量(1.48 mg/g)最高,而可溶性蛋白含量(4.5mg/g)和可溶性糖含量(6.7mg/g)最低.白木香感虫植株(S)诱虫成分含量显著高于其它5个植株,而驱虫成分含量显著低于其它5个植株.白木香抗虫植株叶片中的营养物质和挥发性成分与普通感虫植株具有明显差异,抗虫植株叶片中的营养物质和诱虫活性挥发性成分偏低而驱虫活性挥发性成分普遍偏高.抗虫植株与普通感虫植株的差异代谢产物主要集中在黄酮与黄酮醇生物合成、苯丙氨酸生物合成、苯丙氨酸代谢、酪氨酸代谢和异喹啉生物碱生物合成通路.本研究可为确定白木香的抗虫机制及今后发掘新型无公害的黄野螟防控方法提供理论指导.

野生大豆(Glycine soja Sieb.& Zucc.)是栽培大豆(Glycine max[L.]Merr.)的近缘祖先种.在大豆驯化的过程中,栽培大豆丢失了大量的基因或等位变异,导致栽培大豆的遗传多样性降低,这严重限制了栽培大豆品种选育和改良的有效性与丰富性.我国野生大豆种质资源丰富,蕴藏着许多高蛋白含量、抗病虫、耐干旱、耐盐碱等方面的潜力基因,挖掘潜力基因并利用分子设计育种技术应用到现代的栽培大豆品种中,能够有效地拓宽栽培大豆的遗传多样性.本文综述了野生大豆的分布规律和形态特征、近年来在野生大豆中发掘的重要功能基因或位点,包括百粒重、开花期和成熟期、蛋白质和油分含量、抗病、抗虫、耐盐碱、耐干旱等重要农艺性状基因,并讨论这些重要基因或位点在未来栽培大豆育种中的应用潜力,以期为育种家培育和改良大豆新品种提供一种新的育种思路和策略.

[目的]利用化学激发子提高植物抗虫性从而抑制害虫,是目前正在开发的一种新型的害虫绿色防治技术.本研究旨在解析一种化学激发子——多效唑(paclobutrazol,PBZ)提高水稻Oryza savita对稻飞虱抗性的机理,以期为其在害虫防控中的应用打下基础.[方法]用不同浓度PBZ以根吸的方法处理秀水110品种水稻24 h后接入褐飞虱Nilaparvata lugens和白背飞虱Sogatella furcifera初孵若虫,测定接虫后不同时间若虫存活率;用含有5和10 mg/L PBZ或者防御化合物[咖啡酰腐胺、刺苞菊苷和樱桃苷(1和10 mg/L)及芥子酰胍丁胺(0.1和1 mg/L)]的稻飞虱人工饲料饲喂以及用5和20 mg/L PBZ溶液喷施褐飞虱若虫后,测定褐飞虱若虫存活率;5 mg/L PBZ根吸处理水稻、褐飞虱若虫为害和5 mg/L PBZ根吸处理水稻再接褐飞虱若虫后,测定水稻体内水杨酸(salicylic acid,SA)、过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)和乙烯(ethylene,ET)以及防御化合物芥子酰胍丁胺、咖啡酰腐胺、刺苞菊苷和樱桃苷的含量.[结果]与对照(根吸不含PBZ的营养液的水稻)相比,5 mg/L PBZ根吸处理水稻,接虫后3 d时褐飞虱若虫存活率降低33.3％;当 PBZ浓度达到20 mg/L时,接虫后4 d时褐飞虱若虫全部死亡,但PBZ本身对褐飞虱若虫没有直接的毒杀作用.与对照组相比,5 mg/L PBZ根吸处理24 h后不接褐飞虱为害放置24 h时水稻植株体内SA含量显著上升,5 mg/L PBZ根吸处理水稻24 h再接褐飞虱若虫为害72 h时H2O2含量显著上升,5 mg/L PBZ根吸处理24 h后不接褐飞虱为害放置48-96 h、褐飞虱为害24-72 h及5 mg/L PBZ根吸处理水稻24 h再接褐飞虱若虫为害48-96 hET释放量均显著下降,5 mg/L PBZ根吸处理诱导了水稻植株中咖啡酰腐胺和芥子酰胍丁胺2种酚胺类化合物以及刺苞菊苷和樱桃苷2种黄酮类化合物含量的显著上升.在褐飞虱人工饲料中添加1或10 mg/L的咖啡酰腐胺、芥子酰胍丁胺、刺苞菊苷或樱桃苷,可有效降低褐飞虱若虫存活率.[结论]PBZ是一种有效的化学激发子,可以通过激活水稻的SA和H2O2通路、抑制ET通路,诱导水稻相关防御化合物的合成,提高水稻对褐飞虱的抗性.

[目的]德夸菌素(decoyinine,DCY)是一种新型植物生长调节剂.本研究旨在探究DCY浸种处理对商用水稻品种徐稻10与湘两优900抗褐飞虱Nilaparvata lugens的影响.[方法]利用年龄-龄期两性生命表测定和比较了褐飞虱初孵若虫取食不同浓度[0(清水对照),25,50和100 mg/L]DCY浸种处理的徐稻10和湘两优900植株后的生长发育、成虫繁殖力及种群生命表参数,并模拟其60 d内的种群增长情况.还调查了 100 mg/L DCY浸种处理对褐飞虱雌成虫蜜露分泌量、体重及取食和产卵偏好的影响.[结果]与取食对照稻株相比,褐飞虱初孵若虫取食不同浓度DCY浸种处理的徐稻10植株后,若虫历期显著延长,成虫繁殖力(单雌产卵量)显著下降,种群参数净增殖率R0、内禀增长率rm和周限增长率λ显著降低,平均世代周期T和种群倍增时间DT显著升高;褐飞虱初孵若虫取食不同浓度DCY浸种处理的湘两优900植株后,若虫历期显著缩短,单雌产卵量显著下降,仅平均世代周期T显著升高,其他种群参数无显著差异.在两种水稻上,60 d种群模拟的结果表明3个处理组的种群大小都小于对照组的.取食100 mg/L DCY浸种处理的徐稻10与湘两优900稻株的褐飞虱雌成虫的蜜露分泌量和体重都显著低于取食对照组稻株的.取食和产卵选择试验表明,褐飞虱雌成虫更倾向于在对照稻株上取食和产卵.[结论]DCY浸种处理徐稻10与湘两优900后会提高其对褐飞虱的抗性.

为明确朝天椒(品种:BLTY2)叶片饲喂的斜纹夜蛾Spodoptera litura幼虫生长发育受到抑制的关键原因,本研究以人工饲料及牛角椒(品种:FXBX)叶片饲喂的斜纹夜蛾幼虫为对照,通过比较3种食料饲喂后斜纹夜蛾幼虫相关生理生化指标的变化,分析BLTY2辣椒叶片饲喂所致的斜纹夜蛾幼虫生长发育异常的原因.结果表明,朝天椒辣椒叶片饲喂的斜纹夜蛾幼虫生长发育速率滞后于牛角椒辣椒叶片及人工饲料饲喂的斜纹夜蛾幼虫,且每头幼虫的发育时长均显著延长(P＜0.05).饲喂后第1天、第3天、第4天、第5天、第6天和第7天,饲喂BLTY2辣椒叶片的斜纹夜蛾幼虫体内保幼激素(JH)含量均显著高于其他2种食料饲喂的斜纹夜蛾幼虫(P＜0.05).饲喂后第3天、第4天、第5天和第7天,饲喂BLTY 2辣椒叶片的斜纹夜蛾幼虫体内蜕皮激素(Ecd)含量均显著高于其他2种食料饲喂的斜纹夜蛾幼虫(P＜0.05).3种食料饲喂后斜纹夜蛾幼虫体内的几丁质酶(CHT)活性变化差异较大,而2种辣椒叶片饲喂后斜纹夜蛾幼虫体内的组织蛋白酶(CTS)活性变化趋势相似,且不同于人工饲料饲喂的斜纹夜蛾幼虫体内的CTS活性变化趋势.由此可见,BLTY2辣椒主要干扰斜纹夜蛾幼虫体内JH与Ecd的含量抑制其生长发育.本研究结果可为筛选具有抗虫活性的植物次生代谢物质奠定基础.

'窄冠白杨1号'(Populus leucopyramidalis 1)是一种冠形窄、耐盐碱的优良白杨派无性系.由于缺乏其遗传转化体系,因此无法通过基因工程手段对其进行遗传改良.该研究以'窄冠白杨1号'为材料,建立了农杆菌介导的遗传转化体系,并获得了较高的遗传转化效率.首先将组培苗继代培养不同时间段(35、45、55、65 d),分别取其3种组织(叶片、叶柄、茎段)以对比分化能力的强弱,确定了继代45 d后的叶片具有最强的分化能力,其增殖倍数为8.77.随后,使用继代45 d后的叶片作为遗传转化的材料,研究不同侵染条件对转化率的影响,设立了菌液浓度、侵染时间和共培养时间各3个梯度的正交试验,对这3个因素进行最佳水平筛选,通过PCR检测和GUS染色鉴定转基因株系.结果表明'窄冠白杨1号'遗传转化体系的最佳组合为:菌液浓度OD600=0.4,侵染时间15 min,共培养时间2 d,在该组合下转化率最高可达54.23%.最后,利用该遗传转化体系获得了转Bt-Cry3Aa抗虫基因'窄冠白杨1号'株系,证明该体系可以做为'窄冠白杨1号'遗传改良的有效方法.

[目的]探究褐飞虱Nilaparvata lugens如何适应抗性水稻品种YHY15,并为研究环状RNA(circular RNA,circRNA)在褐飞虱对抗性水稻适应机制中的作用奠定基础.[方法]利用高通量测序技术鉴定生物型1和生物型Y(能致害抗性水稻YHY15的生物型)褐飞虱的circRNA,并统计其类型和分布.分析生物型1和生物型Y褐飞虱间circRNA表达差异,并对circRNA来源基因进行GO功能注释和KEGG富集分析.[结果]生物型1和生物型Y褐飞虱共鉴定到19个circRNA,分布在9条染色体上,其中17个circRNA由剪接位点之间的外显子构成,2个circRNA由剪接位点之间的所有碱基构成,17个circRNA长度在200～800 bp.生物型Y褐飞虱的circRNA表达丰度与表达量比生物型1褐飞虱的更高.分析结果表明,在生物型1褐飞虱克服抗性水稻YHY15形成新的生物型Y的过程中,在自然选择压力下,circRNA的表达出现变化,推测这种变化影响了褐飞虱新生物型的形成.KEGG分析结果表明,鉴定到的生物型1和生物型Y褐飞虱circRNA来源基因主要富集到自噬相关通路上.[结论]褐飞虱长期取食抗性水稻,导致褐飞虱消化、解毒和代谢能力进化,能降解抗性水稻为抵御褐飞虱而产生的次生代谢物.鉴定到的生物型1和生物型Y褐飞虱的circRNA来源基因与细胞自噬相关,表明褐飞虱通过细胞自噬过程应答抗虫水稻,这种应答反应促进褐飞虱适应抗虫水稻,致害性增强和生物型形成.

[目的]明确4个枸杞品种对棉蚜Aphis gossypii的抗性差异,以探明抗虫因子及位点,并筛选抗蚜枸杞品种.[方法]利用刺吸电位图谱(electrical penetration graph,EPG)技术记录棉蚜成蚜在4个枸杞品种(宁杞1号、宁杞5号、宁杞7号和宁杞10号)上的取食行为,并利用室内抗蚜性鉴定和聚类分析相结合的方法对不同枸杞品种对棉蚜成蚜的抗性进行综合评价.[结果]棉蚜成蚜在取食4个枸杞品种时呈现出Np,A,G,B,C,Pd,E和F波8种波形.在棉蚜成蚜的取食过程中,E1总持续时间在宁杞1号上最长,在宁杞5号和宁杞7号上次之,在宁杞10号上最短;E2波持续时间以在宁杞10号上最长,在宁杞1号上最短;F波持续时间在宁杞1号上最长,在宁杞10号上最短,在宁杞5号和宁杞7号上的F波持续时间介于前两者之间,说明宁杞1号的机械抗性较强,而宁杞10号机械抗性较弱.通过抗蚜性的鉴定和聚类分析,将4个枸杞品种归为3类,第Ⅰ类:宁杞1号,为高抗蚜品种;第Ⅱ类:宁杞5号和宁杞7号,为抗蚜品种;第Ⅲ类:宁杞10号,为感蚜品种.[结论]棉蚜在4个枸杞品种上的取食行为存在差异,且4个枸杞品种的抗虫机制和位点也存在差异,宁杞1号在叶表皮、叶肉和韧皮部对棉蚜表现出抗性,抗蚜性最强,为高抗蚜品种;宁杞5号和宁杞7号在叶肉和韧皮部对棉蚜表现出抗性,但抗蚜性较弱,为抗蚜品种;宁杞10号能够被棉蚜长时间刺吸取食,其抗蚜性最弱,为感蚜品种.

昆虫和植物是自然界生物类群中重要的组成部分,在长期进化的过程中形成了复杂的相互作用关系,如植物进化出了复杂的防御策略来抵御昆虫为害,同时,昆虫为了获取更多的生存资源也进化出了更多的适生方式.因此,分析和了解昆虫与寄主植物相互适应的研究进展对害虫的有效防治和抗虫植物的培育具有重要作用.在昆虫与寄主植物互作的研究中,植食性昆虫的口腔分泌物(唾液或反刍液)、卵分泌物、肠道合成物及微生物等作为连接昆虫和植物的中间媒介,其有效成分不仅起着诱导或增强植物防御的作用,而且部分还具有抑制或削弱植物防御的功能,因此,按有效成分发挥的作用,植食性昆虫的口腔分泌物主要可分为激发子和效应子.本文从昆虫分泌物的角度介绍了昆虫钙结合蛋白类、酶类和毒液蛋白类等效应子与脂肪酸氨基酸共轭物类、多肽类和酶类等激发子及其介导植物防御的主要方式,明确了植食性昆虫适应寄主植物防御的不同策略,不仅有助于对昆虫和植物两者互作机制的深入解析,而且为绿色有效防治害虫和植物抗性品种的选育提供新的思路.