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1、1研究生学位论文开题报告研 究 生：林千顺 学 号：2013301110082 学 院：植物科学技术学院 专 业：作物遗传育种 学位级别：硕士 学位类型： 学术型 2研究方向：水稻杂种优势利用 课题名称： 分子标记辅助选择改良水稻恢复系 R666 的褐飞虱抗性 导 师：牟同敏教授 指导小组： 曾汉来教授 沈金雄教授 肖本泽副教授 联系电话 15972107365 E-MAIL 入学年月 2013 年 9月课题来源 863 计划 课题性质 纵向31、摘要褐飞虱是水稻的重要害虫之一，对水稻生产造成严重危害。恢复系 R666 是高度抗倒伏的优良恢复系，为提高其对褐飞虱的抗性，便于培育更好的杂交水稻
2、，本研究利用分子标记辅助选择技术，将抗褐飞虱基因 Bph14 和 Bph15 导入到R666 的背景中，通过抗性鉴定，组合测配等，选育出优质、高产的两系杂交水稻新组合。关键词：水稻；褐飞虱；抗褐飞虱基因；分子标记辅助选择二、立论依据（研究问题的由来，与选题有关的国内外研究综述，选题的目的与意义，拟解决的关键问题）1 选题的目的与意义褐飞虱是水稻的主要虫害之一，每年对我国南方稻区的水稻生产造成严重的危害。两系法杂交稻是我国南方籼稻产区的主要栽培类型之一。R666 是安徽华韵生物科技有限公司选育的抗倒伏两系杂交水稻恢复系，所配组合 Y58S/R666表现抗倒伏、优质、高产，但是不抗褐飞虱。本研究的
3、目标是，运用分子标记辅助选择技术，通过杂交、回交和表型选择，将抗褐飞虱基因 Bph14 和 Bph15 导入到 R666 的背景中，期望培育出基本保持 R666 原有特性、同时褐飞虱抗性明显提高的新恢复系，再通过组合测配，培育抗褐飞虱的两系杂交水稻新组合。其意义在于提高水稻的褐飞虱抗性，减少农药使用量，保护环境。2 国内外研究进展水稻是人类的重要粮食作物之一，同时也是我国的第一大粮食作物,约占粮食总产量的 40%。在中国，从事稻作生产的农户接近农户总数的 50%，全国有2160%以上的人口以稻米为主食。除食用外，稻米还有多种用途。水稻生产不仅担负确保我国粮食安全的重任，还肩负实现种粮增效、稻农
4、增收和全面推进新农村建设的重大使命。预计到 2030 年，我国人口将达到 16 亿，我国农作物的单产需在现有的基础上提高 60 %以上才能满足粮食的安全供给。虫害历来是影响水稻生产的一个重要因素，每年因为虫害而造成的含量损失高达 15%左右，对我国的粮食生产产生重大影响。目前，对水稻害虫的防治措施主要以施用化学农药为主，但化学农药的使用，不仅增加了生产成本，降低生产收益，更造成了环境污染，农药残留等，对生态平衡严重破坏。因此，水稻虫害生物防治的方法日益得到重视，其中，培育抗虫品种是控制水稻虫害，降低生产损害的最经济有效的手段。水稻作为遭受虫害最多的粮食作物，在各个生育期均可受到害虫侵害。同时，
5、水稻害虫种类繁多，有钻蛀茎杆的二化螟、三化螟，刺吸、锉吸茎叶的褐飞虱、白背飞虱、灰飞虱，食害叶片的稻纵卷叶螟等（张启发 2010）。而在虫害中，褐飞虱的危害尤为严重。就近 30 年褐飞虱发生情况而言，其发生面积及范围逐渐扩大，暴发频率增加，危害程度增加，造成严重损失。所以选育优质抗褐飞虱水稻品种十分重要。2.1 褐飞虱的生物特性褐飞虱属同翅目、飞虱科，有远距离迁飞习性，为单食性害虫，只能在栽培稻和普通野生稻上取食与繁殖后代。褐飞虱的生命周期分为卵、若虫、成虫三个时期( 祝莉莉等 2004)。褐飞虱的卵主要产在叶脉和叶片组织内，排列成一条，称为“卵条”。卵粒长 1.0mm，宽 0.22mm，初产
6、时乳白色，渐变褐色，并出现红色眼点，同时初产及前期香蕉形，中后期弯曲程度更加明显。若虫阶段分为 5个时期：1-5 龄，体长卵圆形，体色分深浅两种，深色型腹部背面斑纹暗褐色，浅色型体淡黄色，背面斑纹不明显，其中 2-3 龄若虫危害最大。成虫分为短翅型和长翅型，短翅型翅长短于腹部，繁育能力强，寿命长；长翅型翅长长于腹部，有较强的迁飞能力，能借助风力向周围扩散，对更多的稻区产生危害（程遐年等 2003）。褐飞虱生育的最适温度是 2228，相对湿度 80%以上。盛夏不热、晚秋不凉，凉夏暖秋、多雨湿润是褐飞虱种群增殖和危害的有利条件。夏季日最高温度33.5，或日平均温度30对褐飞虱有抑制作用，高温持续时
7、间越长抑制作用越强。但在稻田中因水稻群体生长量大，植株下部的株间温度比大气温22度低 3左右，相应地，稻田生存的褐飞虱种群在大气温度更高的条件下才受抑制。而秋季日平均温度低于 17.5，严重影响褐飞虱的生存和为害（杨荣明 2014）。2.2 褐飞虱的生物型由于昆虫与寄主植物的协同进化，害虫种群分化为不同的生物型。褐飞虱的生物型是指具有不同致害性的褐飞虱群体，当它们为害具有不同抗虫基因的水稻品种时，表现出不同的致害反应。根据褐飞虱种群对具有不同抗性基因的标准鉴定品种的致害性反应, 已有 、及 Mindano6 等种生物型被国际水稻研究所正式命名, 以后陆续又在菲律宾的棉兰老岛、孟加拉、印度、尼泊
8、尔、澳大利亚以及越南的九龙江等地发现新的褐飞虱致害种群。除以上这些危害水稻的生物型外, 1984 年在菲律宾和印度尼西亚还发现一种能危害李氏禾而不能危害水稻的褐飞虱种群,称之为李氏禾生物型（周亦红等 2003）。在东亚地区主要以、四种褐飞虱生物型为主。生物型不能危害具有任何抗虫基因的水稻品种；生物型可以危害具 Bph1 抗虫基因的品种，但不能危害具 Bph2 抗虫基因的品种；生物型可以危害具 bph2 抗虫基因的水稻品种；生物型可以同时危害具 Bph1 抗虫基因和 bph2 抗虫基冈的水稻品种（张启发 2010）。研究发现，不同稻区由于水稻品种的不同，其褐飞虱的生物型也差异较大。就我国而言，上
9、个世纪 80 年代，褐飞虱群体主要以生物型为主，但进入 90 年代后逐渐转化为生物型，各地褐飞虱群体为生物型、的混合型（巫国瑞等 1983）。21 世纪以来，在褐飞虱致害类型的鉴定中发现，其生物型由、的混合型逐渐转化为生物型（吕丽萍等 2009）。关于褐飞虱生物型问题长期存在争论，主要围绕其生物型是否存在稳定的遗传性( 姜人春 1999；周亦红等 2003)。肖英方等（1997）将在抗性品种 Mudgo上长期饲养的生物型接回感虫品种上，连续培养 8 代以后，该群体转变成了生物型。王桂荣等（1999）将在 ASD7 上连续饲养 30 代的褐飞虱种群(生物型)饲养于 TN1 上，饲养 7 代以后，
10、该种群就不再能适应 ASD7，表现出不能致害的特性。研究结果表明，褐飞虱生物型的致害性经品种“诱导”后可发生明显变异，而且褐飞虱在抗性水稻品种上的适应性的增加是一个渐进的过程，世代间23表现出可遗传的积累（吕亮等 2011）。褐飞虱生物型的形成是一个非常复杂的过程，不仅受其生物学特性的影响，还受到抗性水稻品种的胁迫，以及环境因素的影响，随着研究的进一步广泛和深入，褐飞虱致害性的分子遗传学机制, 品种抗性及品种-害虫互作机制等亟待深入研究。2.3 褐飞虱对水稻的危害褐飞虱作为水稻的主要害虫，对水稻生产产生严重危害，其危害行为主要有以下三种：一是产卵为害。褐飞虱在稻株叶鞘等茎叶组织中产卵，形成大量
11、伤口，使水分由伤口散失，同时破坏输导组织，同化作用减弱，导致稻株叶片发黄，易倒瘫。二是刺吸取食危害。褐飞虱成虫、若虫群集于稻丛基部，刺吸茎叶组织汁液，消耗稻株养分，使谷粒不饱满，千粒重减轻，瘪谷串增加，刺吸取食时分泌的凝固性唾液形成“口针鞘”，阻碍稻株体内水分和养分输导。虫量多、受害重时引起稻株下部变黑、腐烂发臭、瘫痪倒状，称为“冒穿”、“透天”，导致严重减产或失收。三是传播水稻病害。褐飞虱在刺吸水稻时，会传播草状丛矮病和齿叶矮缩病（吴和生等 1994），导致水稻植株矮小，严重影响水稻生产，降低水稻产量。褐飞虱在刺吸或产卵时，在水稻表皮组织产生伤口，此时水稻纹枯病、小球菌核病病菌通过伤口感染致
12、病。同时，褐飞虱排泄的“蜜露”富含糖类、氨基酸等，为煤烟球菌提供滋生环境。1991 年我国褐飞虱为害发生面积达到 2320 万 hm2,损失稻 166 万 t;2005 年更是大暴发, 为近十年之最 , 仅长江中下游稻区就发生面积 777.8 万 hm2 ,损失稻谷近 15 亿 kg（傅强和张志涛 2005）。就褐飞虱为害对产量结构的影响，有学者的研究发现，褐飞虱在抽穗期、乳熟期、灌浆期对水稻为害会使总产量明显下降, 但以抽穗期的作用最明显。说明在同等虫口密度下, 受害期越早, 损失越重。而对于实粒数的下降，抽穗期和乳熟期两个生育期褐飞虱连续为害的影响较强。对于千粒重下降，主要受灌浆期为害的影
13、响。但水稻各生育期之间存在明显的互作效应。抽穗期和乳熟期对千粒重的影响除直接效应外, 还通过对灌浆能力的影响降低千粒重。同时也说明抽穗和乳熟期降低结实率并不能提高千粒重, 说明水稻生育后期的补偿效应不大（黄方能和程遐年 1990；郝树广等 1997）。2.4 水稻抗褐飞虱基因的研究进展24为降低褐飞虱为害对水稻产量的影响，在水稻生产中，通常会采用化学药剂的喷洒，但此手段严重污染环境，不利于可持续发展，同时使生产成本增加。因此，培育抗褐飞虱水稻品种才是从根本上解决褐飞虱为害难题。作物的抗虫性是一种可遗传特性，可以由单基因调控，也可以由多基因调控。就水稻抗褐飞虱基因而言，20 世纪 70 年代初，
14、关于水稻抗褐飞虱基因的研究已出现，在通过多种遗传学方法的不断测定中，目前，经国际注册确认和报道的水稻抗褐飞虱基因共30 个，显性基因有 17 个，隐性基因 13 个，其中已定位的主效抗性基因达到 26个。这些已定位的基因分别分布在 2、3、4、6、8、12 号染色体，其中 2 号染色体上有 1 个，3 号染色体上有 4 个，4 号染色体上有 9 个，6 号染色体上有 3 个，8 号染色体上有 1 个，12 号染色体上有 8 个。Athwal 等（1971 ）在 CO22, IR747B2-6, MTU15, Mudgo 等供体材料中，鉴定了首个抗褐飞虱显性基因 Bph1，同时发现品种 ASD7
15、 的褐飞虱抗性受单一隐性基因控制，并命名为 bph2，且 Bph1 和 bph2 紧密连锁。 Sharma 等（2002）精确地将 Bph1 定位到第 12 染色体上两标记 em5814 和 R2708 之间的 5.8 cM 内，孙立宏等（2006）利用简单序列重复标记将 bph2 定位至第 12 染色体上RM7102 和 RM463 之间，其遗传距离分别为 7.6 cM 和 7.2 cM。Lakshminarayana 等（1977）在来自斯里兰卡的栽培品种 Rathu Heenati 和Babawee 中分别鉴定出显性基因 Bph3 和隐性基因 bph4；Jairin（2010）等通过研究，将 Bph3 和 bph4 定位在水稻第 6 染色体短臂上的同一区间内，同时确定Bph3 和 bph4 等位或紧密连锁。Klush 等（1985）在 ARC10550 中发现新的隐性基因，命名为 bph5。Kabis 等（1988）在 Swaranalatha 品种中发现新的显性基因，命名为 Bph6，在 T12 品种中发现新的隐性基因 bph7。基因 bph5，Bph6，bph7均只对生物型表达抗性，其中 Qiu 等（2010）利用 STS 标记将 Bph6 精细定位在第 4 染
