中国植物保护研究的最新进展

中国植物保护研究的最新进展

摘要：这篇文章简单地列举了八个例子，即，1，禾谷多粘菌以及它的传毒体系 2，研究表明苏云金杆菌转基因棉花对地域性和临时迁徙的棉铃虫也很安全 3 相近的等基因系作物的抗病研究 4 关于诱导被枯萎病菌侵染的水稻产生抗性的分子生物学的研究 5 运用细胞学和分子生物学的手段栽培大麦黄萎病的小麦抗性品种 6 大量饲养并在田间释放螟铃绒茧蜂用于控制棉铃虫 7 鉴定和重组苏云金杆菌的杀虫性结晶蛋白质基因 8 不同的抗性水稻套作对枯萎病菌的持续控制。

关键词：植保；基础研究；最新进展；中国

中国是遭受作物虫害较严重的国家之一。据报道在中国有1600多种重要的作物病虫害，其中包括838种虫害，724种病害，64种杂草和22种啮齿目动物对农田，草原，果园，仓库，大棚和温室的危害，但是这些数据并不包括四十多种的从国外入侵的主要物种。为了克服由于过去简单的依赖化学防治的一般措施而造成的3R(残留，抗性，再猖獗) 问题对农业生产和环境的危害，在1975年，中国农业部和林业部将害虫综合防治策略作为中国植保的一项长期的领导原则。从1983年，中国政府将害虫综合防治方法的研究方案放入第五个连续的“五年计划”，包括400多位来自26所院校的科学家。至今，在中国害虫综合防治的研究人员已经针对每一个生态区的每一种特定的作物的复杂的病毒靶标单独地建立了不同的防治方案系统。在被成为“90年代作物害虫爆发的顶峰时期”这些系统已经被意识到要维持17个省200，000公顷试验田的良好的控制和产量的提高，并且害虫综合防治总的区域延伸面积超过了7，000，000公顷。为了提高中国作物害虫综合防治的科技水平，有2个基础的研究项目分别在1994年和2000年被“国际上升计划”和“国际基础研究和发展项目”支持参与。同时，也有植保研究项目被安排进了“国际高科技发展计划”，“中国自然科学基金会”，“最新农业技术介绍计划”和其他不同省份的研究计划中。经过中国专家自己尽力的研究和同国外专家广泛的合作在植保方面已经取得了一些成绩，国外的专家为我国的害虫综合防治计划提供了重要的理论基础。这篇文章介绍了一些与这些成就有关的例子。

1 禾谷多粘菌以及它的传毒体系

基于国内外前人的研究，浙江农科院的陈教授和他的研究小组同英国洛桑实验室的Adams 教授又深入研究了禾谷多粘菌的生态学超显微结构，毒素传播及侵染的可能性，谷类病毒的真菌媒介。在1989年他们首次证实了大麦和性花叶病毒以及大麦黄花叶病毒确实与禾谷多粘菌共存，并且揭示了谷类病毒和它们的真菌介体的关系，但是一些未解决的问题经过许多科学家30多年的研究依旧没有弄清楚。在二十世纪九十年代，他们从那些已经有所发展的关于通过禾谷多粘菌传播的植物病毒的提议机构中鉴别出了两种或许涉及通过禾谷多粘菌进行病毒传播的病毒基因。7种真菌传毒体系在中国被首次报道并且由这个研究小组确定的总计的基因组序列合计超过包括120，000个核苷酸分子，有总数71％都储存在国际基因库中。在二十世纪九十年代，针对土传的小麦花叶病毒，燕麦金黄色条纹病毒以及燕麦花叶病毒的基因组的自然变化的研究，精确地测量了这三种病毒并证实了这些变化是由高温或接种时的摩擦引起的。在加减RNA 链的合成和错位时那些缺失的区域可能折叠形成特殊的稳定构造，并可能引起RNA 聚合酶的中止，掠过或分离。另外，陈博士和他的研究小组也研究了谷类对真菌传毒体系的抗性，并取得了实质性的进展。

2 研究表明苏云金杆菌转基因棉花对地域性和临时迁徙的棉铃虫也很安全

从二十世纪八十年代后期，棉铃虫害的频率已经显著增长。经过中科院植保学院的专家以及其他研究机构研究它的临时迁徙和对栖息地的适应机制，得出了一些结论：（a ）中国的棉铃虫的群体可分为四个地理类群，导致和免除滞育的条件和抗寒特性一样都是区分这些类型的重要的不同点并且它们单独地适应它们的原产区域。（b ）干燥的气候是棉铃虫爆发的最重要的条件，然而雨天（导致土壤含水量过高）是蛹生存和出现正常成虫的重要抑制因素，因此这就成了最近抑制棉铃虫的关键因素。（c ）经过连续的研究以及利用分子标记的指导，例如：飞行昆虫的肌肉构造和分析它们飞行的能量来源，在田间释放并重捕测试，在室内的测试，发现成虫搜集远航的脉管，昆虫雷达，监控，寻找花粉都与蛾的喙有关。证明棉铃虫是一种典型的临时迁移的有迁居习性的昆虫。它们不能在河北北部，陕西北部，以及内蒙古，辽宁和吉林越冬，这些地方的玉米和棉花地里的棉铃虫都是在生长季节随着春夏季风从黄河河谷过来的。（d ）通过运用常规的生态学方法和分子标记发现，它们的种群区别和基因的流动程度是确定的。一个地理类型

环境机制被提出。

在二十世纪九十年代早期，中国已经开发了苏云金杆菌转基因棉花，这是世界上第二个拥有自己的转基因作物财产权。然而，近年来，世界上许多人开始注意基因改良作物的安全性。他们担心基因改良作物的商业化使用是否会直接或间接地损害生态系统的生物多样性和生物群落的结构；是否目标害虫对转基因作物抗性的产生会更快；是否外来基因在农作物中的传播会通过遗传漂变破坏生物资源，生态平衡和农业生产；等等。为了弄清这些问题，中国科学院植物保护学院的吴教授和他的研究小组对苏云金杆菌转基因棉花做了许多关于生态安全的研究工作。经过2年对昆虫吸盘的系统采样，结果显示苏云金杆菌转基因棉花增加了而不是减少了棉田生态系统节肢动物群落的多样性。连续6年的田间评价结果显示粉红色棉铃虫和以转基因棉花为食的亚洲玉米钻心虫的死亡率高于百分之九十，而棉铃虫的死亡率大概为百分之八十五。在苏云金杆菌转基因棉花田中夏季型的蚜虫仅依赖天敌基本上可以得到控制而不使用杀虫剂。由于天敌对壳状害虫的效果不好，在不使用杀虫剂的条件下，它们会成为优势害虫并引起棉田的严重危害。因此及时地使用杀虫剂使它们得到控制是很必要的。将棉铃虫对苏云金杆菌转基因棉花的敏感底线进行对比，在1998—2001年的抗性监控结果显示，经过5年的栽培，在中国棉铃虫仍然保持对苏云金杆菌转基因棉花敏感的水平。然而，苏云金杆菌转基因棉花的商业性的栽培，终究会引起棉铃虫抗性的提高是不可避免的。由于这个原因，吴教授和他的小组已经开始研究并提议了一个相应的栽培模式，即：苏云金杆菌转基因棉花，大豆，花生和玉米间作，试图延缓棉铃虫今后抗性的提高。

3 相近的等基因系作物的抗病研究

相近的等基因系（NILs ）用不同的基因在病原物种和新的基因鉴定方面起了重要作用。NILs 也是用于基因标记，克隆，抗性机制分析的良好的遗传工具，也是用作饲养的原料。然而，由于找出普遍的敏感的周期性品种，长期复杂的正反杂交步骤，多样的和复杂的针对每一株系的单个抗病基因的鉴定的困难性。NILs 的发展很难成功。

近年在中国发现了4套对作物病害的NILs 单个抗性基因。第一套是粳稻NILs ，每一株系拥有6个对水稻枯萎病的抗性基因，这被中国农科院的张教授所

成功发展。到现在为止，粳稻NILS 已经被国内外55所院校用于基因标记，克隆，水稻栽培和生物工艺学的研究。另外6种水稻枯萎病的抗性在1993年同样被中国农科院的凌教授和他的同事所提出。NILs 有高效的不同的能力去抵抗籼稻和粳稻种植区的枯萎病的致病小种。至今，它们已经被用在菲律宾，美国，日本，泰国，韩国，法国，哥伦比亚，印度，越南和中国。最近，一套每系含有8个对小麦条锈病的抗病基因的春小麦被中国农科院植保学院的徐教授发现。同时，第九组163株系的冬小麦对条锈病具有稳定的抗性也被选育出来了，那些选择株系的靶基因已经被发现。

4 关于诱导被枯萎病菌侵染的水稻产生抗性的分子生物学的研究

通过使用从被不相容的病原种侵染的水稻叶片提出来的mRNA 来减少阴性的cDNA 序列已经被创立。中国农业大学的彭教授和他的研究小组成功注释了800多种枯萎病可诱导的独有的水稻基因。通过正反面的病斑，他们已经证实并确信基因的表达是非小种专化型。因此他们克隆了一些助长剂并评估他们的运用。至今，他们已经发现了一类助长剂在转基因水稻接种后4个小时可产生侵染诱导表达，在12小时是活力达到了两倍。事实上，原始基因表达在36小时达到最大值是12小时时的20多倍，这显示助长剂在基因工程上用于抗病水稻是很有用的。

同时，他们提纯了序列酶并克隆了可通过不相容的枯萎病菌侵染诱导特定的水稻脂氧化酶基因。通过转基因技术，他们发现35S 促长剂构成两个脂氧化酶基因的表达，结果可能产生对原始的兼容的小种的抗性，通过反义链或RNA 阻碍基因的表达结果导致对原始的不相容的小种的易感，经证明脂氧化酶路径是被要求用于对枯萎病的抗性水稻。他们制造了脂氧化酶的结构并通过在一个基因上绑上促长剂将其导入水稻基因中。侵染试验表明所有的转基因水稻幼苗对原始的兼容的小种都有抗性。

5 运用细胞学和分子生物学的手段栽培大麦黄萎病的小麦抗性品种

小麦黄萎病是由大麦黄萎病毒侵染造成的一种严重的病害。全世界所有小麦收集测试证明小麦对大麦黄萎病毒是易感的。研究发现在该草上至少存在2个抗病基因，它们位于第七号和第二号染色体上。运用基因突变诱导一对同源染色体，中国农科院的辛教授和他的研究小组从额外的第一位点已经发现了一些小麦的

易位点，即：HW642，YW443和YW243等等，这些都表现了对大麦黄萎病毒的高效抗性。经证实抗性是由位于第七号染色体组上的一个重要的基因控制的。经基因组原位杂交和基因型之间限制性片段差异的特征分析，HW642，YW443和YW243被阐明拥有40个小麦染色体和2个中间型的易位染色体，并且这个染色体片段携带有大麦黄萎病的抗性基因——Bdv2，被转移到小麦染色体的终端，突变点位于7D 的长臂上。SSR 和SCAR 标记被建立用来发现大麦黄萎病的抗性品种。至今已有三种被繁殖和栽培，抗病品种的总种植面积超过了528，000公顷，并且它们对大麦黄萎病的抗性也被承认。

另一方面，程教授和他的研究小组采用了改革的方法利用花粉管将BYDV —GPV 的蛋白质外壳基因和复制酶基因转移到了普通小麦上。通过对转基因作物蛋白质外壳的分子分析证明蛋白质外壳基因稳定的结合到了小麦基因组并且遗传到了子代。在温室和田间对带有GPV 的接木测试，与对照作物相比表达蛋白质外壳基因的转基因作物在症状发展方面表现了严重的延缓并且减少了病菌的积累。携带GPV 复制酶基因的转基因小麦在T2形成上已经完成了温室和田间条件下的两项抗性评价。与非转基因作物相比，两个转基因株系表现了相当高水平的抗性，在病菌侵染后，没有或仅有很微弱的症状表现在叶尖上。 6 大量饲养并在田间释放螟铃绒茧蜂用于控制棉铃虫

螟铃绒茧蜂是我国一种重要的寄生小茧蜂，在不使用农药的条件下，它的自然寄生效率大约是40%。经过20多年对寄主范围，生态学和人工饲养方法的调查，一整套的用于对付棉铃虫的大量饲养和田间释放过程被河北农科院已故王教授和他的研究小组所发展和引用。自从他们成功发现诱导，保存和消除蛹滞育的方法，利用小茧蜂进行生物防治的苛刻的技术，螟铃绒茧蜂的整年保存，大量释放以及商业性的应用也被意识到了。在螟铃绒茧蜂示范区棉铃虫幼虫的死亡率大概为60%—70%。近年来，这个研究小组的后继者开始探索该小茧蜂对寄主寄生的能力，企图更有力的增加生控的效果。

7 鉴定和重组苏云金杆菌的杀虫性结晶蛋白质基因

苏云金杆菌是一种众所周知的拥有杀虫性结晶蛋白质基因的细菌。在早期的研究中它被认为是一种生物杀虫剂并在全世界广泛应用。当前对苏云金杆菌的研究已经发展到鉴别它的纲和分子结构，基因克隆，靶标范围和杀虫性结晶蛋白质

基因重组，等等。中国农科院植保学院张教授的研究小组在这些方面取得了显著的进步。

7.1 在杀虫性结晶蛋白质基因和发现新基因快速鉴定系统的发展

这个鉴定系统由张教授的研究小组所提出。他们依赖用于PCR 扩增的不同种类的基因的保存区域设计了普通的初级读本。PCR 技术是通过不同的限制酶和运用凝胶电泳分析，然后确定苏云金杆菌是否抑制特定的基因。这被称作CAPS 鉴定系统。一旦这个系统被运用，工作的负担和用于筛选的时间会明显的节约。它会被用来鉴别已知的基因和发现新的基因，并拟定了一个基金会用来克隆基因。至今他们已经鉴别出500多种苏云金杆菌孤立的和选择出一系列连续的重要的测试原料。通过运用CAPS ，张教授和旁教授已经有效地克隆了29种基因并且单独筛选出8个苏云金杆菌基因。这些基因储藏在基因银行中，并由国际苏云金杆菌命名委员会命名。它们分别对棉铃虫，粉红色棉铃虫，甜菜粘虫，甜菜夜蛾，蛀虫，豆荚钻心虫，亚洲玉米钻心虫，叶甲，金龟子，蚊子和蚱蜢表现高毒。此外，一项类似快速鉴定的新技术被测定，被用于张教授的研究小组用来发现基因型。

7.2 运用基因重组对害虫高毒的苏云金杆菌工程的意义

旁教授的研究小组已经通过媒介表达包括通过电泳将分子的转移到野生型的苏云金杆菌。两项苏云金杆菌工程总计成果和它们对粘虫和棉花叶蚜的毒性分别为2.4—4.3倍和5.2—8.3倍和最初的损伤一样高。他们已经运用初媒介首次将这两样基因导入S184染色体上，形成了两个基因稳定的工程细菌。这些形成者对幼虫的毒性是苏云金杆菌的两倍，近来它对任一鳞翅目和双翅目的毒性都超过了原始的两倍。张教授的小组已经创立了一个双基因和一个三倍体细菌。新合成的对土豆甲虫和蛾类都表现高毒，最近发现它有能力保证对农药有抗性的棉铃虫和蛾类得到控制，并仍保持对植物病害最初的抗性。

8 不同的抗性水稻套作对枯萎病菌的持续控制

从1997年，云南农业大学的朱教授和他的研究小组同IRRI 专家合作已经完成了云南省“利用生物多样性连续控制水稻病害的研究”。依靠对水稻枯萎病菌群体遗传结构和抗性基因的分析指出水稻病害的多样性，他们建议并试验了一个新的栽培系统，在保证杂交水稻基本苗数不减少的条件下，符合特定的比例，一

排高产的一般水稻与特定的排数的杂交水稻。经过400多处试验和田间4，000公顷试验同时开展，证明采用这个结合套作的系统，自然控制水稻枯萎病达到了81.1%—98.6%，农药的消耗量减少了60%，使用这个系统的土地增产了20%，高产水稻的额外产量超过了600千克每公顷。这个成果不仅在云南大量的普及，也在四川，江苏，浙江，广东，湖南，湖北省和重庆市进行了试验和示范。国内外的专家也都密切关注这一成果，并认为在持续防治水稻枯萎病方面是一个重要的创造。一篇在《自然》杂志上发表的论文涉及了朱教授所有的研究工作，美国计划将此成果扩大到相应的国家。

中国植物保护研究的最新进展

摘要：这篇文章简单地列举了八个例子，即，1，禾谷多粘菌以及它的传毒体系 2，研究表明苏云金杆菌转基因棉花对地域性和临时迁徙的棉铃虫也很安全 3 相近的等基因系作物的抗病研究 4 关于诱导被枯萎病菌侵染的水稻产生抗性的分子生物学的研究 5 运用细胞学和分子生物学的手段栽培大麦黄萎病的小麦抗性品种 6 大量饲养并在田间释放螟铃绒茧蜂用于控制棉铃虫 7 鉴定和重组苏云金杆菌的杀虫性结晶蛋白质基因 8 不同的抗性水稻套作对枯萎病菌的持续控制。

关键词：植保；基础研究；最新进展；中国

中国是遭受作物虫害较严重的国家之一。据报道在中国有1600多种重要的作物病虫害，其中包括838种虫害，724种病害，64种杂草和22种啮齿目动物对农田，草原，果园，仓库，大棚和温室的危害，但是这些数据并不包括四十多种的从国外入侵的主要物种。为了克服由于过去简单的依赖化学防治的一般措施而造成的3R(残留，抗性，再猖獗) 问题对农业生产和环境的危害，在1975年，中国农业部和林业部将害虫综合防治策略作为中国植保的一项长期的领导原则。从1983年，中国政府将害虫综合防治方法的研究方案放入第五个连续的“五年计划”，包括400多位来自26所院校的科学家。至今，在中国害虫综合防治的研究人员已经针对每一个生态区的每一种特定的作物的复杂的病毒靶标单独地建立了不同的防治方案系统。在被成为“90年代作物害虫爆发的顶峰时期”这些系统已经被意识到要维持17个省200，000公顷试验田的良好的控制和产量的提高，并且害虫综合防治总的区域延伸面积超过了7，000，000公顷。为了提高中国作物害虫综合防治的科技水平，有2个基础的研究项目分别在1994年和2000年被“国际上升计划”和“国际基础研究和发展项目”支持参与。同时，也有植保研究项目被安排进了“国际高科技发展计划”，“中国自然科学基金会”，“最新农业技术介绍计划”和其他不同省份的研究计划中。经过中国专家自己尽力的研究和同国外专家广泛的合作在植保方面已经取得了一些成绩，国外的专家为我国的害虫综合防治计划提供了重要的理论基础。这篇文章介绍了一些与这些成就有关的例子。

1 禾谷多粘菌以及它的传毒体系

基于国内外前人的研究，浙江农科院的陈教授和他的研究小组同英国洛桑实验室的Adams 教授又深入研究了禾谷多粘菌的生态学超显微结构，毒素传播及侵染的可能性，谷类病毒的真菌媒介。在1989年他们首次证实了大麦和性花叶病毒以及大麦黄花叶病毒确实与禾谷多粘菌共存，并且揭示了谷类病毒和它们的真菌介体的关系，但是一些未解决的问题经过许多科学家30多年的研究依旧没有弄清楚。在二十世纪九十年代，他们从那些已经有所发展的关于通过禾谷多粘菌传播的植物病毒的提议机构中鉴别出了两种或许涉及通过禾谷多粘菌进行病毒传播的病毒基因。7种真菌传毒体系在中国被首次报道并且由这个研究小组确定的总计的基因组序列合计超过包括120，000个核苷酸分子，有总数71％都储存在国际基因库中。在二十世纪九十年代，针对土传的小麦花叶病毒，燕麦金黄色条纹病毒以及燕麦花叶病毒的基因组的自然变化的研究，精确地测量了这三种病毒并证实了这些变化是由高温或接种时的摩擦引起的。在加减RNA 链的合成和错位时那些缺失的区域可能折叠形成特殊的稳定构造，并可能引起RNA 聚合酶的中止，掠过或分离。另外，陈博士和他的研究小组也研究了谷类对真菌传毒体系的抗性，并取得了实质性的进展。

2 研究表明苏云金杆菌转基因棉花对地域性和临时迁徙的棉铃虫也很安全

从二十世纪八十年代后期，棉铃虫害的频率已经显著增长。经过中科院植保学院的专家以及其他研究机构研究它的临时迁徙和对栖息地的适应机制，得出了一些结论：（a ）中国的棉铃虫的群体可分为四个地理类群，导致和免除滞育的条件和抗寒特性一样都是区分这些类型的重要的不同点并且它们单独地适应它们的原产区域。（b ）干燥的气候是棉铃虫爆发的最重要的条件，然而雨天（导致土壤含水量过高）是蛹生存和出现正常成虫的重要抑制因素，因此这就成了最近抑制棉铃虫的关键因素。（c ）经过连续的研究以及利用分子标记的指导，例如：飞行昆虫的肌肉构造和分析它们飞行的能量来源，在田间释放并重捕测试，在室内的测试，发现成虫搜集远航的脉管，昆虫雷达，监控，寻找花粉都与蛾的喙有关。证明棉铃虫是一种典型的临时迁移的有迁居习性的昆虫。它们不能在河北北部，陕西北部，以及内蒙古，辽宁和吉林越冬，这些地方的玉米和棉花地里的棉铃虫都是在生长季节随着春夏季风从黄河河谷过来的。（d ）通过运用常规的生态学方法和分子标记发现，它们的种群区别和基因的流动程度是确定的。一个地理类型

环境机制被提出。

在二十世纪九十年代早期，中国已经开发了苏云金杆菌转基因棉花，这是世界上第二个拥有自己的转基因作物财产权。然而，近年来，世界上许多人开始注意基因改良作物的安全性。他们担心基因改良作物的商业化使用是否会直接或间接地损害生态系统的生物多样性和生物群落的结构；是否目标害虫对转基因作物抗性的产生会更快；是否外来基因在农作物中的传播会通过遗传漂变破坏生物资源，生态平衡和农业生产；等等。为了弄清这些问题，中国科学院植物保护学院的吴教授和他的研究小组对苏云金杆菌转基因棉花做了许多关于生态安全的研究工作。经过2年对昆虫吸盘的系统采样，结果显示苏云金杆菌转基因棉花增加了而不是减少了棉田生态系统节肢动物群落的多样性。连续6年的田间评价结果显示粉红色棉铃虫和以转基因棉花为食的亚洲玉米钻心虫的死亡率高于百分之九十，而棉铃虫的死亡率大概为百分之八十五。在苏云金杆菌转基因棉花田中夏季型的蚜虫仅依赖天敌基本上可以得到控制而不使用杀虫剂。由于天敌对壳状害虫的效果不好，在不使用杀虫剂的条件下，它们会成为优势害虫并引起棉田的严重危害。因此及时地使用杀虫剂使它们得到控制是很必要的。将棉铃虫对苏云金杆菌转基因棉花的敏感底线进行对比，在1998—2001年的抗性监控结果显示，经过5年的栽培，在中国棉铃虫仍然保持对苏云金杆菌转基因棉花敏感的水平。然而，苏云金杆菌转基因棉花的商业性的栽培，终究会引起棉铃虫抗性的提高是不可避免的。由于这个原因，吴教授和他的小组已经开始研究并提议了一个相应的栽培模式，即：苏云金杆菌转基因棉花，大豆，花生和玉米间作，试图延缓棉铃虫今后抗性的提高。

3 相近的等基因系作物的抗病研究

相近的等基因系（NILs ）用不同的基因在病原物种和新的基因鉴定方面起了重要作用。NILs 也是用于基因标记，克隆，抗性机制分析的良好的遗传工具，也是用作饲养的原料。然而，由于找出普遍的敏感的周期性品种，长期复杂的正反杂交步骤，多样的和复杂的针对每一株系的单个抗病基因的鉴定的困难性。NILs 的发展很难成功。

近年在中国发现了4套对作物病害的NILs 单个抗性基因。第一套是粳稻NILs ，每一株系拥有6个对水稻枯萎病的抗性基因，这被中国农科院的张教授所

成功发展。到现在为止，粳稻NILS 已经被国内外55所院校用于基因标记，克隆，水稻栽培和生物工艺学的研究。另外6种水稻枯萎病的抗性在1993年同样被中国农科院的凌教授和他的同事所提出。NILs 有高效的不同的能力去抵抗籼稻和粳稻种植区的枯萎病的致病小种。至今，它们已经被用在菲律宾，美国，日本，泰国，韩国，法国，哥伦比亚，印度，越南和中国。最近，一套每系含有8个对小麦条锈病的抗病基因的春小麦被中国农科院植保学院的徐教授发现。同时，第九组163株系的冬小麦对条锈病具有稳定的抗性也被选育出来了，那些选择株系的靶基因已经被发现。

4 关于诱导被枯萎病菌侵染的水稻产生抗性的分子生物学的研究

通过使用从被不相容的病原种侵染的水稻叶片提出来的mRNA 来减少阴性的cDNA 序列已经被创立。中国农业大学的彭教授和他的研究小组成功注释了800多种枯萎病可诱导的独有的水稻基因。通过正反面的病斑，他们已经证实并确信基因的表达是非小种专化型。因此他们克隆了一些助长剂并评估他们的运用。至今，他们已经发现了一类助长剂在转基因水稻接种后4个小时可产生侵染诱导表达，在12小时是活力达到了两倍。事实上，原始基因表达在36小时达到最大值是12小时时的20多倍，这显示助长剂在基因工程上用于抗病水稻是很有用的。

同时，他们提纯了序列酶并克隆了可通过不相容的枯萎病菌侵染诱导特定的水稻脂氧化酶基因。通过转基因技术，他们发现35S 促长剂构成两个脂氧化酶基因的表达，结果可能产生对原始的兼容的小种的抗性，通过反义链或RNA 阻碍基因的表达结果导致对原始的不相容的小种的易感，经证明脂氧化酶路径是被要求用于对枯萎病的抗性水稻。他们制造了脂氧化酶的结构并通过在一个基因上绑上促长剂将其导入水稻基因中。侵染试验表明所有的转基因水稻幼苗对原始的兼容的小种都有抗性。

5 运用细胞学和分子生物学的手段栽培大麦黄萎病的小麦抗性品种

小麦黄萎病是由大麦黄萎病毒侵染造成的一种严重的病害。全世界所有小麦收集测试证明小麦对大麦黄萎病毒是易感的。研究发现在该草上至少存在2个抗病基因，它们位于第七号和第二号染色体上。运用基因突变诱导一对同源染色体，中国农科院的辛教授和他的研究小组从额外的第一位点已经发现了一些小麦的

易位点，即：HW642，YW443和YW243等等，这些都表现了对大麦黄萎病毒的高效抗性。经证实抗性是由位于第七号染色体组上的一个重要的基因控制的。经基因组原位杂交和基因型之间限制性片段差异的特征分析，HW642，YW443和YW243被阐明拥有40个小麦染色体和2个中间型的易位染色体，并且这个染色体片段携带有大麦黄萎病的抗性基因——Bdv2，被转移到小麦染色体的终端，突变点位于7D 的长臂上。SSR 和SCAR 标记被建立用来发现大麦黄萎病的抗性品种。至今已有三种被繁殖和栽培，抗病品种的总种植面积超过了528，000公顷，并且它们对大麦黄萎病的抗性也被承认。

另一方面，程教授和他的研究小组采用了改革的方法利用花粉管将BYDV —GPV 的蛋白质外壳基因和复制酶基因转移到了普通小麦上。通过对转基因作物蛋白质外壳的分子分析证明蛋白质外壳基因稳定的结合到了小麦基因组并且遗传到了子代。在温室和田间对带有GPV 的接木测试，与对照作物相比表达蛋白质外壳基因的转基因作物在症状发展方面表现了严重的延缓并且减少了病菌的积累。携带GPV 复制酶基因的转基因小麦在T2形成上已经完成了温室和田间条件下的两项抗性评价。与非转基因作物相比，两个转基因株系表现了相当高水平的抗性，在病菌侵染后，没有或仅有很微弱的症状表现在叶尖上。 6 大量饲养并在田间释放螟铃绒茧蜂用于控制棉铃虫

螟铃绒茧蜂是我国一种重要的寄生小茧蜂，在不使用农药的条件下，它的自然寄生效率大约是40%。经过20多年对寄主范围，生态学和人工饲养方法的调查，一整套的用于对付棉铃虫的大量饲养和田间释放过程被河北农科院已故王教授和他的研究小组所发展和引用。自从他们成功发现诱导，保存和消除蛹滞育的方法，利用小茧蜂进行生物防治的苛刻的技术，螟铃绒茧蜂的整年保存，大量释放以及商业性的应用也被意识到了。在螟铃绒茧蜂示范区棉铃虫幼虫的死亡率大概为60%—70%。近年来，这个研究小组的后继者开始探索该小茧蜂对寄主寄生的能力，企图更有力的增加生控的效果。

7 鉴定和重组苏云金杆菌的杀虫性结晶蛋白质基因

苏云金杆菌是一种众所周知的拥有杀虫性结晶蛋白质基因的细菌。在早期的研究中它被认为是一种生物杀虫剂并在全世界广泛应用。当前对苏云金杆菌的研究已经发展到鉴别它的纲和分子结构，基因克隆，靶标范围和杀虫性结晶蛋白质

基因重组，等等。中国农科院植保学院张教授的研究小组在这些方面取得了显著的进步。

7.1 在杀虫性结晶蛋白质基因和发现新基因快速鉴定系统的发展

这个鉴定系统由张教授的研究小组所提出。他们依赖用于PCR 扩增的不同种类的基因的保存区域设计了普通的初级读本。PCR 技术是通过不同的限制酶和运用凝胶电泳分析，然后确定苏云金杆菌是否抑制特定的基因。这被称作CAPS 鉴定系统。一旦这个系统被运用，工作的负担和用于筛选的时间会明显的节约。它会被用来鉴别已知的基因和发现新的基因，并拟定了一个基金会用来克隆基因。至今他们已经鉴别出500多种苏云金杆菌孤立的和选择出一系列连续的重要的测试原料。通过运用CAPS ，张教授和旁教授已经有效地克隆了29种基因并且单独筛选出8个苏云金杆菌基因。这些基因储藏在基因银行中，并由国际苏云金杆菌命名委员会命名。它们分别对棉铃虫，粉红色棉铃虫，甜菜粘虫，甜菜夜蛾，蛀虫，豆荚钻心虫，亚洲玉米钻心虫，叶甲，金龟子，蚊子和蚱蜢表现高毒。此外，一项类似快速鉴定的新技术被测定，被用于张教授的研究小组用来发现基因型。

7.2 运用基因重组对害虫高毒的苏云金杆菌工程的意义

旁教授的研究小组已经通过媒介表达包括通过电泳将分子的转移到野生型的苏云金杆菌。两项苏云金杆菌工程总计成果和它们对粘虫和棉花叶蚜的毒性分别为2.4—4.3倍和5.2—8.3倍和最初的损伤一样高。他们已经运用初媒介首次将这两样基因导入S184染色体上，形成了两个基因稳定的工程细菌。这些形成者对幼虫的毒性是苏云金杆菌的两倍，近来它对任一鳞翅目和双翅目的毒性都超过了原始的两倍。张教授的小组已经创立了一个双基因和一个三倍体细菌。新合成的对土豆甲虫和蛾类都表现高毒，最近发现它有能力保证对农药有抗性的棉铃虫和蛾类得到控制，并仍保持对植物病害最初的抗性。

8 不同的抗性水稻套作对枯萎病菌的持续控制

从1997年，云南农业大学的朱教授和他的研究小组同IRRI 专家合作已经完成了云南省“利用生物多样性连续控制水稻病害的研究”。依靠对水稻枯萎病菌群体遗传结构和抗性基因的分析指出水稻病害的多样性，他们建议并试验了一个新的栽培系统，在保证杂交水稻基本苗数不减少的条件下，符合特定的比例，一

排高产的一般水稻与特定的排数的杂交水稻。经过400多处试验和田间4，000公顷试验同时开展，证明采用这个结合套作的系统，自然控制水稻枯萎病达到了81.1%—98.6%，农药的消耗量减少了60%，使用这个系统的土地增产了20%，高产水稻的额外产量超过了600千克每公顷。这个成果不仅在云南大量的普及，也在四川，江苏，浙江，广东，湖南，湖北省和重庆市进行了试验和示范。国内外的专家也都密切关注这一成果，并认为在持续防治水稻枯萎病方面是一个重要的创造。一篇在《自然》杂志上发表的论文涉及了朱教授所有的研究工作，美国计划将此成果扩大到相应的国家。