水稻抗稻褐飞虱和螟虫基因导入系与聚合系的培育及应用研究.docxVIP

水稻抗稻褐飞虱和螟虫基因导入系与聚合系的培育及应用研究

一、引言

1.1研究背景与意义

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全球一半以上的人口以稻米为主食。在中国，水稻种植历史悠久，是主要的粮食作物，其播种面积和产量均在粮食作物中占据重要地位，全国水稻播种面积约占粮食作物总面积的1/4，稻米产量占粮食总产量的1/2，对保障国家粮食安全起着举足轻重的作用。

然而，水稻在生长过程中面临着诸多病虫害的威胁，其中稻褐飞虱和螟虫是危害较为严重的两类害虫。稻褐飞虱属于同翅目飞虱科，是亚洲稻区最严重的害虫之一，以刺吸水稻植株汁液为生，成虫吸食和产卵时会对稻株茎叶组织造成大量伤口，导致输导组织被破坏，加速稻株倒伏。其排泄的蜜露覆盖在稻株上，可招致煤烟病菌的孽生，使得稻株下部变黑、腐烂发臭，严重时可致成片倒伏，出现“飞虱火烧”现象，导致严重减产甚至绝收。近年来，中国褐飞虱发生呈加重态势，如2006年全国稻飞虱大暴发，危害达1733万hm2，给水稻生产带来了巨大损失。

螟虫则是鳞翅目昆虫的幼虫，主要包括二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟等。二化螟和三化螟以蛀食水稻茎秆为主，在水稻分蘖期造成枯心苗，孕穗期造成白穗，严重影响水稻的有效穗数和结实率；稻纵卷叶螟的幼虫会吐丝将水稻叶片纵卷成筒状，躲在里面取食叶肉，只留下一层表皮，使叶片形成白色条斑，严重影响水稻的光合作用，进而影响产量。在螟虫大发生的年份，水稻产量损失可达20%-40%。

长期以来，防治稻褐飞虱和螟虫主要依赖化学杀虫剂，但大量使用化学农药不仅导致害虫抗药性增强，还对环境造成了严重污染，破坏了生态平衡，影响了农产品质量安全。培育抗虫品种被认为是控制害虫危害、减少化学农药使用、实现水稻可持续生产的最经济、有效和环保的措施。

抗虫基因导入系和聚合系的培育，是将已鉴定和克隆的抗虫基因导入到优良水稻品种中，或者将多个抗虫基因聚合到同一水稻品种中，使其获得稳定的抗虫特性。这种方法可以充分利用水稻自身的抗虫能力，减少对化学农药的依赖，降低生产成本，保护生态环境，同时还能提高水稻的产量和品质，保障粮食安全。因此，开展水稻抗稻褐飞虱和螟虫基因导入系和聚合系培育的研究具有重要的现实意义和应用价值。

1.2国内外研究现状

在水稻抗稻褐飞虱基因研究方面，国内外取得了显著进展。截至目前，已经在栽培稻和野生稻中成功鉴定出30个水稻抗褐飞虱基因，其中26个主效抗性基因已被定位。武汉大学何光存教授团队克隆了水稻第12染色体长臂上的抗褐飞虱基因BPH9，并发现此前定位在该染色体区段上的7个抗褐飞虱基因均是BPH9的等位基因，揭示了抗虫基因等位变异是水稻应对褐飞虱种群变异的重要策略，且抗褐飞虱基因BPH9已经获得发明专利授权，利用BPH9培育的抗虫新种质已在全国各育种单位广泛应用。在国外，也有众多科研团队致力于抗褐飞虱基因的挖掘与功能研究，为抗虫育种提供了理论基础。

在抗稻褐飞虱基因导入系和聚合系培育方面，广西大学等单位通过回交、分子标记辅助选择和接虫鉴定三者相结合的办法，将抗稻褐飞虱基因Bph3和Bph24（t）分别导入主栽杂交水稻恢复系广恢998、9311、R15、明恢63、R29中，最终获得遗传稳定的Bph3导入系32份和Bph24（t）导入系22份，获得Bph3Bph24（t）优良聚合系13份，人工接虫鉴定结果显示这些导入系和聚合系对稻褐飞虱具有较好的抗性。国际水稻研究所也开展了相关研究，通过杂交、回交等手段将抗褐飞虱基因导入不同水稻品种，培育出一系列具有抗性的水稻材料。

对于水稻抗螟虫基因研究，由于未发现针对二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫具有抗性的种质资源，传统育种及分子标记辅助选择技术难以培育出有效的抗虫水稻新品种。近年来，利用生物育种技术将外源抗虫基因导入水稻中成为研究热点。科学家们探索出选择标记、细胞内定位、高效稳定表达、多抗虫机制等一系列技术，成功培育了一批无选择标记的转基因抗虫水稻株系和组合，不仅展现出对二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫的高抗性，还对夜蛾科害虫大螟也表现出高防御能力。

尽管国内外在水稻抗稻褐飞虱和螟虫基因研究及基因导入系和聚合系培育方面取得了一定成果，但仍存在一些问题和挑战。例如，已鉴定和克隆的抗虫基因数量有限，且部分基因的抗性机制尚未完全明确；基因导入和聚合技术还需进一步优化，以提高转化效率和遗传稳定性；培育出的抗虫品种在实际生产中的推广应用还面临一些障碍，如农民对新品种的认知和接受程度、品种的适应性等。

1.3研究目标与内容

本研究旨在通过现代生物技术手段，培育具有高抗稻褐飞虱和螟虫能力的水稻基因导入系和聚合系，并对其抗性机制进行深入分析，为水稻抗虫育种提供理论依据和优良种质资源。具体研