【毕业学位论文】（Word原稿）白菜对小菜蛾抗性的评价方法及抗虫机理研究蔬菜学硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 白菜对小菜蛾抗性的评价方法 及抗虫机理研究 on .） on .） I 摘 要 在我国，小菜蛾 (蔬菜作物的为害呈明显上升趋势，尤其是对十字花科蔬菜。小菜蛾对化学和生物农药的抗药性的产生，使得传统的防治方法遭遇挑战。所以，在抗虫种质资源评价和研究基础上的抗虫品种的选育显得尤为重要。本论文以 8 份对小菜蛾具有不同抗性水平的白菜自交系为试验材料，对白菜的抗虫性鉴定方法、抗虫的形态和生理生化机理以及对小菜蛾抗性的遗传规律进行了研究，结果如下： 1、通过对 8 份白菜材料抗虫性的网室鉴定和离体鉴定，发 现从排趋性和抗生性的角度鉴定的结果基本一 致，材料间抗虫性均表现极显著差异，两 种方法的相关系数为 达到极显著水平。 在网室鉴定和离体鉴定中， 599表现高抗， 519现中抗，而 114 116表现高感，仅有少数材料的抗性在两种方法中的表现稍 有 差异。 离体鉴定较网室鉴定速度快，不受环境条件限制，可以详细的观察材料对小菜蛾幼虫的生长发育的影响。 2、 通过对 4 份材料（ 2 份高抗， 2 份高感）不同生育期抗虫性的离体鉴定，得知不同生育期的白菜植株 对小菜蛾抗性 的 变化不大。 各 材料 的 抗性在不同 生育期 均 较为稳定。 3、通过对 8 份白菜材料的叶片表面特征进行电镜扫描观察，发现白菜叶下表皮的气孔密度与抗虫 性强弱 呈显著的负相关 。高抗的材料叶表面气孔密度较感虫材料少，差异达极显著水平；抗虫的白菜材料其上表皮和下表皮气孔周围均散布有较多的蜡质，而感虫材料上表皮和气孔周围基本无蜡质存在 。 对 8 份白菜材料的总硫代葡萄糖苷进行了测定，结果表明，抗性不同的白菜材料所含的硫代葡萄糖苷含量有显著差异，高抗材料含量较少，感虫材料含量普遍较高。通过对 8份材料多胺含量的分析，发现 白菜的抗虫性强弱与腐胺含量呈正相关 ，抗虫材料腐胺含 量高，感虫材料腐胺含量偏低，而多胺的其他两个成分亚精胺和精胺的含量与抗虫性之间并没有表现规律性变化。 4、以 8 份白菜自交系为试材，利用完全双列杂交配制杂交组合，采用 世代联合分析方法 对白菜抗虫性的配合力、基因效应及遗传模型进行了分析。结果表明，当双亲均抗虫时，其后代仍为抗虫，而且后代的抗性有可能超出亲本；当双亲均为感虫时，其后代仍表现感虫；当双亲抗性不同时，其后代抗性介于双亲之间，但偏向感虫亲本，感虫对抗虫表现为显性或部分显性。白菜组合间对小菜蛾抗性的差异达到极显著水平 。 白菜对小菜蛾抗性的一般配合力和特殊配合力都达到了差异极显著水平。通过对白菜不同材料抗虫性的一般配合力和特殊配合力的效应值估算及其比较，发现两个具有较高负值的一般配合力的亲本相配获得 性状值可能低，即抗虫性可能高。 因此，在白菜抗小菜蛾的育种中，我们可以首先通过一般配合力的选择获得一系列优良亲本，然后通过特殊配合力的选择获得最佳抗性的 合。 白菜对小菜蛾的抗性遗传符合“加性显性”遗传模型。遗传效应中存在加性效应和显性效应，但以 加性效应为主。抗虫性的狭义遗传力为 广义遗传率为 说明在白菜对小菜蛾的遗传中以加性效应为主。由于狭义遗传力比较高，针对该性状育种时，可以在早期世代进行选择。 六世代联合分析方法进一步验证了上述结果，而且发现白菜对小菜蛾抗性遗传效应的最适遗 模型为一对加性 加性显性多基因模型（ 型），在 体中主基因遗传率分别是 微效多基因的遗传率为 0、 主基因的加性作用大于显性作用。因此，在进行白菜抗小菜蛾育种时，应充分利用 主基因选择为主 ，但考虑到抗性的持久性，也不应忽视多基因的加性效应。 关键词 ： 白菜（ .），抗小菜蛾（ 鉴定方法，叶表特征，总硫代葡萄糖苷含量，多胺含量，遗传分析 n is of of to . it of it be to to as in of of .) to as in of no of at to in 59951911416In of to to in in be to of s in of at in on of at to no By of it to of on in in By it be of of no to I on in by I, of us be of be be IV to by to of CA CA CA of or CA 1 be on CA CA in on of to a on it of in of of of F2 of %, of it to of 2. it be in to .), to V 目 录 第一章 文献综述 . 1 虫性的鉴定和抗虫资源的筛选 . 1 虫鉴定内容 . 1 虫鉴定方法 . 2 虫的形态和生理生化机制 . 3 趋性 . 3 生性 . 5 害性 . 6 虫遗传机制 . 6 虫新品种选育 . 7 规育种 . 7 因工程 . 8 研究的目的和意义 . 9 第二章 白菜抗小菜蛾鉴定方法研究 . 10 料与方法 . 10 试材料 . 10 验方法 . 10 果分析 . 12 同白菜材料网室鉴定 . 12 同白菜材料离体鉴定 . 13 种鉴定方法的比较 . 15 论 . 15 菜抗小菜 蛾网室鉴定和离体鉴定的差异 . 15 同鉴定方法在种质资源和育种材料抗虫性评价中的应用 . 15 第三章 不同生育期白菜种质抗虫性比较 . 17 料与方法 . 17 试材料 . 17 验方法 . 18 果与分析 . 18 3 3 讨论 . 21 第四章 不同抗虫性白菜种质叶表特征的电镜观察和体内挥发物分析 . 22 料与方法 . 22 验材料 . 22 验方法 . 22 果与分析 . 24 同抗性白菜材料电镜扫描叶表面特征的比较 . 24 4 2 2 不同抗虫性白菜种质总硫代葡萄糖苷的含量的比较 . 27 不同抗虫性白菜种质多胺的含量的比较 . 28 论 . 30 菜叶表面特征与抗虫性的关系 . 30 物挥发性物质与抗虫性的关系 . 30 胺与抗虫性的关系 . 31 第五章 白菜对小菜蛾抗性的遗传效应分析 . 32 料与方法 . 32 用双列杂交法研究白菜对小菜蛾抗性的遗传规律 . 32 用 世代联合分析法研究白菜对小菜蛾抗性的遗传规律 . 36 果与分析 . 36 全双列杂交法的结果与分析 . 36 个世代联合分析的结果与分析 . 47 论 . 52 第六章 全文结论 . 53 参考文献 . 54 致谢 . 58 作者简历 . 60 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 1 第一章 文献综述 白菜类作物 包括 结球大白菜、小白菜、 菜薹 、 薹 菜、 白菜型油菜 等 ， 均 属于十字花科芸薹属芸薹种 (.)。 它们 原产中国，已有数千年的栽培历史 。目前 ，白菜类作物在我国的栽培分布广泛 （张振贤 等 ， 2003） 。其中，大白菜的栽培区主要分布在 山东、河北、河南、广西等地 ， 小白菜 在中国栽培十 分普遍，各地均有栽培，但其主要产区为 广东、浙江、广西 。据调查，南方小白菜的年产量占各地蔬菜年总产量的 30 40，占秋、冬、春蔬菜复种面积的40 60，在蔬菜周年供应上具有重要的地位。随着消费习惯的多样化，北方地区小白菜成为保护地春早熟栽培和越冬栽培的主要蔬菜之一，在蔬菜保护地栽培中具有重要的地位。 菜薹 是华南 和华中地区 的特产蔬菜之一。 菜薹 中的菜心在 广东、广西栽培历史悠久， 菜心 品种资源丰富，一年四季均可栽培， 因而菜心 在蔬菜生产上占有重要地位。近年中国不少大、中城市郊区引种推广，还有大量销往香港、澳门特区 以及东南亚的新加坡等地；是优质创汇蔬菜之一 （张振贤等，2003） 。 紫菜 薹 则在湖北、湖南、四川等地广泛种植。 白菜类蔬菜 是 我国城乡居民膳食结构中的主要蔬菜之一。 2005 年全国 大 白菜 和小白菜 播种面积达 产量 t（中国农业统计资料， 2006） 。 小菜蛾属鳞翅目 (菜蛾科 (学名为 最早发源于地中海地区（ 1954），经各种途径传播， 现 已广泛分布于世界各地 ，成为十字花科 作物的主要害 虫。 小菜蛾 在我国各省均有分布，以南方发生较多，但北方也呈加重趋势（陈之浩等， 2000）。尤其是随着十字花科作物种植面积不断扩大和复种指数的提高，小菜蛾的危害日益严重。 小菜蛾为寡食性害虫，一般仅取食十字花科 作物 （吴青君等， 2001）， 它使产品的产量和质量大大降低，严重 时， 可造成减产 90甚至绝收（ ， 1990）。 目前对于小菜蛾的防治，主要以化学防治为主，长期化防不仅对环境造成污染，也使得小菜蛾的抗药性不断增强（ 陈之浩等， 2000） 。所以， 挖掘 利用抗虫种质资源 、 选育抗虫新品种越来越重要。 上世纪 20 世纪初，人类开始研究和利用植物的抗虫性。 70 年代以后，随着生态学、遗传学、分子生物学及其他新兴学科的渗入和推动，植物抗虫的研究和利用在深度和广度上有了很大的飞跃。近 20 年来，在抗虫资源的筛选、鉴定， 抗虫生理生化机理和抗虫遗传机制， 抗虫新品种选育 等 方面开展了大量工作，取得了较大进展。 虫 性的鉴定和抗虫 资源的筛选 虫鉴定内容 植物种质资源 抗虫性鉴定是对植物种质资源抵御害虫能力的测试与评价 ,是研究抗虫性的基础，是获得抗性 品种 的第一步。 抗虫鉴定内容包括有以下四个方面： 1、 植物 受损情况 种质 植株 受到害虫危害后 ， 损伤程度越轻表明抗虫性能越强。很多害虫主要危害叶片 ， 因此叶片受损程度是许多 植物 抗虫性鉴定的主要内容 。 衡量叶片受损程度的指标有 ： 叶片被害率、百叶潜道数、单位叶面积取食痕（邓望喜等， 2001）、叶片感虫指数（杨峰山中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 2 等， 2004）、卷叶株率（黄惠英等， 1992）、叶面取食量（ 2001； 1996）等 ， 此外 ， 检测 幼苗伤亡、 产量损失（ 1996； 1979； 984）、果实受损情况（ 1999）也是 植物 抗虫性鉴定的重要内容。 1971） 以叶片损失率为指标 ， 鉴定大豆品种对墨西哥豆甲的抗性水平 ， 由此获得了引自日本的 P 份抗性资源 。 2、害虫生长发育变化情况 在一定 的 控制条件下 ， 调查被害植 物个体 或群体上的着卵量、虫口密度、发育速度、虫体大小、存活率等情况 ， 是抗虫性鉴定的重要内容。黄惠英（ 1999）在研究豇豆不同品种对豇豆荚螟的抗性时 ， 以花朵和豆荚幼虫数为检测项目 ； 侯有明等（ 1995）研究发现 ， 蚜累 积存活率、平均发育历期等指标可以反映一个油菜品种的抗蚜性 ； （ 2001）鉴定马铃薯对科罗拉多甲虫抗性时 ， 把检测一龄幼虫死亡率作为重要内容之一 ； 许多转基因蔬菜抗虫性鉴定也把害虫死亡率作为重要内容（余建明等 ， 2001； 钟仲贤等 ， 2000） ； （ 1996）在调查辣椒对蚜虫的抗性时发现 ， 易感型牛角椒的平均单株虫口数大大超过抗性牛角椒 ， 差异极显著。 3、 植物 相关形态或生理 生化 特性 通过某些 特殊 的 形态或生理 生化 特性 ， 可以判断 植物的抗虫性能。花椰菜中光叶型品种对菜粉蝶和甘蓝尺蠖有明显 抗性（ 1975） ； 辣椒中叶片上具有短柔毛的类型可以抗蚜虫（ 1996） ； 多酚氧化酶活性很高的马铃薯类型高抗桃蚜（ 1983）。 4、分子检测 转基因抗虫材料的鉴定可以通过 林等， 1999、 宏筠等，1997）等基因的活性表达进行检测 , 也可以通过 子杂交技术进行检测（方宏筠等，1997； 2001）。 虫 鉴定方法 间自然鉴定法 在虫 口密度较大的地区或年份 , 依靠田间自然发生的害虫群体鉴定不同种质材料的抗性程度。很多抗虫材料都是利用此方法鉴定 和筛选出来 的 （邓望 喜 ， 2001；1983； 1990） 。 间接种鉴定法，在虫口发生较少的地区或年份 , 人为在田间补充接种一定量虫源 , 增加害虫对作物的危害压力 , 强化种质材料间的抗虫性差异 (1996；韩文智等， 1991；黄惠英等， 1992)。 室鉴定法 在田间建造的网室内种植被鉴定的种质材料 , 并接种一定数量的害虫 , 使这些害虫在控制范围内危害 种质 材料 , 以鉴定材料的抗虫性 (2001； 1990)。 王海平 等（ 2005）将羽化历期基本一致的小菜蛾成虫放入网室，对国家蔬菜种质资源中期库的 90份材料进行 了 抗小菜蛾鉴定。 体鉴定法 离体叶片放置于 培养皿 中，并将害虫接到离体叶片上，通过调查害虫的取食状况、生长发育等，根据害虫对寄主植物的适应性反应进行抗虫评价。 离体鉴定法是一种简便、快速的检测方法，是抗虫机理研究的必要手段 （雷朝亮等， 1996） 。 1971）首次采用离体接 虫的方法进行了杨树对杨平翅棉蚜的抗性鉴定。雷朝亮等（ 1996）应用离体叶片法从排趋性和抗生性角度鉴定棉花种质抗螨性。王忠华等 （ 2000） 利用离体叶片快速鉴定方法通过调查食叶中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 3 面积和幼虫死亡率两项指标研究了粳稻 “克螟稻”与籼 、 粳稻杂交后代对二化螟(的抗性。 同时，离体鉴定法可以详细观测到植物对取食害虫的生长、发育和繁殖是否产生不利影响，以及它们的生活力和发育速度，包括体形、体重、代谢过程是否受到抑制。离体鉴定速度快，周期短，一般一周就可以完成全部鉴定过程，在 实验室就可以完成。而且还可以进行全生育期鉴定，从出苗之后可在其生长发育的不同阶段取叶接虫鉴定，从而可以分析出不同品种在苗期到成株的抗性变化。 接鉴定法 根据供试材料与抗虫性显著相关的 某些 性状表现来间接估测抗虫性能的强弱程度 , 如马铃薯腺毛中多酚氧化酶活性高的品种 , 抗桃蚜能力强 （ 1983） 。在转基因抗虫甘蓝中 , 因为 因连锁 , 所以可通过检测幼苗 对含量来间接鉴定该种质的抗虫性能 （ 方宏筠等 ,1997； 余建明等， 2001） 。间接鉴定法需要有大量 的抗虫相关性试验作为基础。 虫的 形态和 生理生化机制 关于植物抗虫机制方面的研究目前国内外已经有很多报道，抗虫机制较为复杂，其复杂性表现在同种植物的不同品种对同种害虫 的 抗性机制可能不同，同一品种对同种害虫的抗性机制不会仅限于一类。根据现今研究结果 ， 抗虫机制大体可分为以下几个类型： 趋性 排趋性 是指由于抗虫植物具备一定的 形态特征和生理生化 特性 ， 使害虫对其无偏嗜性 ,不喜欢趋向该种植物上取食、产卵或栖居 ， ,因此能避免或减轻虫害。排趋性主要因植株的颜色、形状、体表毛状物、表面蜡质、组织 厚度、物候特性以及植物挥发性次生物质等因子不适宜其寄生而表现出抗虫性。 态特性 。 1963）报道，豌豆蚜趋向黄绿色豌豆而不喜欢绿色。 1976）认为，抱子甘蓝 品种的红色叶片对菜粉蝶的引诱力比绿色叶片小，较能抗菜粉蝶的侵害 。 林举儒等 (1983)通过人工接虫的方法，对 71个十字花科蔬菜品种和品系对小菜蛾的产卵选择性、抗生性进行了实验室、温室和田间测定，在温室试验中，初步明确了小菜蛾成虫喜欢选择叶色深绿的品种产卵，着卵量和被害程度成正相关。 近年来发现，叶 表蜡层中的化学物质作为信息物质与植食性昆虫的取食、产卵等行为有着十分微妙的关系。已经发现一些蜡质组分是昆虫的诱食剂或抑食剂，一些蜡质组分则能诱使或阻遏昆虫在其潜在的寄主叶表面产卵（马文儒， 1993）。 1991） 研究不同甘蓝叶表提取物对初孵小菜蛾行为的影响时，发现初孵小菜蛾在抗虫光叶甘蓝 比在紧凑型普通蜡叶甘蓝 叶片上移动更快速、爬行时间更长、参与搜寻行为较频繁；初孵幼虫在敏感甘蓝上取食选择时间较长，且比光叶甘蓝差异显著，而咬食和吐丝时间也较长但差异不显 著。用己烷和二氯甲烷提取两种甘蓝的叶表蜡层物质，初孵幼虫对两种物质的趋性亦呈现相同差异趋势，因而叶表蜡层物质与小菜蛾选择性有相关性。两种甘蓝的叶表提取物的化学组分差异显著，光叶甘蓝中含有三萜类物质 8通蜡叶甘蓝没有这类物质。蜡质组分的差异可能 影响 着光叶甘蓝的抗虫性。 1998）将 香树素加入感虫品种中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 4 蜡质组分中，发现减少了取食幼虫数量、减少了取食时间和增加了爬行时间，进一步验证了光叶中的特殊蜡质成分影响昆虫的寄主选择。 2002） 研究了小菜蛾在光叶型和蜡质型两种油菜品系上的产卵选择性和幼虫抗生性，发现在光叶品系上产卵较蜡质叶片多但差异不显著，一龄幼虫在蜡质叶上存活率较在光叶品系上的高，且差异显著。在叶片饲养试验中，光叶品系上四龄幼虫重量较蜡