玉米“京科968”的抗螨性及球孢白僵菌对害螨天敌东亚小花蝽的影响

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叶螨(Acari:Tetranychidae)危害是造成玉米Zea mays减产的重要原因,其中二斑叶螨Tetranychus urticae是我国玉米生产中的主要害螨之一。通过选育抗螨玉米品种可以有效防治叶螨。玉米杂交种京科968(JK968)是我国广泛种植的玉米品种,其田间表现对叶螨具有良好抗性且在散粉期吸引叶螨捕食性天敌东亚小花蝽。本研究以JK968及其母本京724(J724)、父本京92(J92),先玉335(XY335)及其母本PH6WC、父本PH4CV为研究材料,在比较不同玉米上二斑叶螨的种群动态和生殖力,明确JK968对二斑叶螨抗性的基础上,探究了玉米叶片物理性状与叶螨抗性的相关性,并通过转录组测序分析JK968和XY335被二斑叶螨取食前后的基因表达差异,以期从多角度揭示JK968抗螨机制。球孢白僵菌常用于防治玉米害虫,基于JK968对东亚小花蝽的田间自然吸引性,本文还探讨了不同浓度和剂型的球孢白僵菌对东亚小花蝽捕食能力和羽化率的影响,以期明确在JK968种植时的球孢白僵菌最佳施用方式。1.JK968及其亲本对二斑叶螨的抗性评价在田间JK968上的二斑叶螨种群密度显著低于先玉335,以日均二斑叶螨发生量为指标,对所试品种(系)的二斑叶螨抗性进行排序,其结果为:J92>JK968>PH4CV>J724>XY335>PH6WC。室内试验结果表明JK968与XY335的雌成螨种群密度无显著性差异,而二斑叶螨总量差异显著。对所试玉米品种上的二斑叶螨净生殖力进行排序,其结果为PH6WC>XY335>J724>PH4CV>JK968>J724。可见,JK968通过抑制雌成螨的生殖力来降低二斑叶螨种群密度。2.叶片物理性状对JK968抵御二斑叶螨危害的影响通过对抽雄期玉米的叶片表皮毛密度、叶片厚度和田间日均二斑叶螨发生量进行相关分析,结果表明田间日均二斑叶螨发生量与玉米叶片表皮毛密度成显著正相关,与叶片厚度成显著负相关。回归分析表明,表皮毛密度在玉米抗二斑叶螨中发挥更为重要的作用。通过对3叶期玉米叶片物理性状与温室叶螨抗性指标进行相关分析,其中日均雌成螨发生量与玉米叶片背面气孔长度呈显著正相关;日均叶螨发生量与玉米叶片正面气孔宽度呈显著正相关;24 h产卵量与玉米叶片正面气孔长度呈显著正相关;卵的孵化率与叶片正面气孔长度呈显著正相关。3.基于转录组的京科968玉米抗螨性分析为阐明JK968和XY335响应二斑叶螨取食胁迫防御反应的分子机制,利用RNA-seq技术分别对二斑叶螨取食的JK968和XY335叶片进行转录组测序分析。结果显示,与未接虫对照相比,二斑叶螨取食24 h导致JK968叶片中有2197个基因差异表达,其中上调表达基因有1599个,下调表达基因有598个;XY335中有3867个基因差异表达,其中上调表达基因为2396个,下调基因为1471个。2种玉米中共有的KEGG通路包括淀粉和蔗糖代谢、苯丙氨酸代谢、谷胱甘肽代谢、植物激素信号转导、氨基糖和核苷酸糖代谢和类苯基丙烷生物合成。4.利用功能反应模型评价球孢白僵菌对东亚小花蝽捕食二斑叶螨的影响本研究测定了经2种不同浓度的球孢白僵菌孢悬液(常规浓度1×107孢子/m L、低浓度5×103孢子/m L)和孢子粉(1×107孢子/头)处理后的东亚小花蝽羽化率,以及经上述不同处理后的东亚小花蝽5龄若虫对不同密度下的二斑叶螨雌成螨的捕食能力。不同处理下的东亚小花蝽对二斑叶螨的捕食功能反应符合Holling II型,搜寻效应随猎物密度增加逐渐降低。经低浓度孢悬液处理的东亚小花蝽的理论日最大捕食量(Na-max)最高,猎物处理时间最短(Th),搜寻效应回归线随猎物密度增加的下降趋势最小;而孢子粉处理的东亚小花蝽理论日最大捕食量最低,猎物处理时间最长。表明低浓度的白僵菌孢悬液对东亚小花蝽的捕食能力无影响,而常规浓度孢悬液和孢子粉会对东亚小花蝽的捕食能力造成不利影响。此外,经白僵菌孢子粉处理后东亚小花蝽的羽化率显著降低。本研究明确了玉米品种JK968对二斑叶螨的抗性,揭示了玉米抗螨性的物理抗性机制,初步阐释了JK968和XY335叶片转录组对二斑叶螨危害的应答表达特点,阐明了低浓度白僵菌孢悬液对二斑叶螨天敌东亚小花蝽的安全性。研究结果为玉米抗螨品种的选育提供了一定的理论依据,为联合应用球孢白僵菌和东亚小花蝽防控二斑叶螨提供了实证参考。
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