【毕业学位论文】（Word原稿）大螟天然庇护所及人工饲料的研究农业昆虫与害虫防治硕士论文

I 密级 论文编号 中国农业科学院 硕士 学位论文 大螟天然庇护所及人工饲料的研究 on of on of I 摘 要 害虫对转基因抗虫水稻的抗性风险是转基因水稻环境安全性研究的重要内容。设置庇护所是延缓害虫抗性发展的重要策略，但是，在我国以小规模农户经营 为主要的稻作耕作模式下，设置非转基因水稻作为专门庇护所的困难较大。大螟寄主植物种类较多，田间存在大量的非水稻寄主，利用这些寄主作为天然庇护所应是大螟对转基因水稻抗性治理中的重要途径，但目前尚缺乏相关研究。本文以大螟（ 研究对象，系统研究了大螟在水稻、不同寄主植物上的发生规律、大螟的寄主选择性与产卵习性，以期为利用大螟潜在天然庇护所提供依据。此外，人工饲料是大螟抗性研究中的重要研究手段，目前尚缺少合适的大螟人工饲料及饲养技术，本文亦就大螟人工饲料进行了优化筛选。主要结果如下： 1大螟种群在转 因水稻 种上的发生特点与对照品种 现出虫口密度下降、发育进度减缓、蛹重显著增加等特点。大螟幼期阶段在转基因水稻的空间分布型一般与对照品种无明显差异，呈聚集分布，但虫口密度很低时，可能表现为随机分布的特性。 2大螟在浙江富阳地区每年发生不完全 4 代，其寄主范围广。在田间可见于水稻、茭白、玉米、高梁、甘蔗等 5 种作物及 稗草 、 水莎草 、 窄叶香蒲 、 牛筋草 、 菵草、荻、鹅观草、李氏禾、双穗雀稗等 9 种 杂草上。大螟的优势寄主因大螟的不同世代而异。第 1 代大螟主 要以茭白、蒲草、水稻、高梁、春玉米等为寄主，因第一代发生高峰时水稻播种面积少，非水稻寄主上的大螟占相当大的比例。其他世代与水稻生长期相遇，因水稻作为稻区的主要群体，尽管不是田间虫口密度最大的寄主，水稻上的大螟仍占支配地位。不同寄主上的大螟发育进度有所差异，但相互间具有较大的重叠性。表明田间自然状况下，存在不同世代、同一世代大螟在水稻及非水稻寄主间相互转移的生态条件。 3大螟幼虫水稻、茭白、玉米、高粱等作物及蒲草、稗草、水莎草、牛筋草等杂草寄主上的 20 天存活率表明， 4 种作物上的大螟存活率高于各种杂草上，其中 在以水稻上的存活率最高，以茭白上的发育进度最快。室内笼罩产卵选择性试验表明，对水稻、茭白、玉米、高粱、稗草、蒲草等 6 种寄主，除蒲草上未产卵外，其余各寄主上均有卵，且相互间差异不显著。田间小区试验表明，第 2、 3 代虫口密度低时，寄主间的差异不明显；但当第 4 代虫口密度大时，寄主间表现出显著差异。其中，茭白上的虫口密度最高，显著高于其他寄主；随后依次为水稻、窄叶香蒲、稗草，这 3 种寄主间无显著差异；双穗雀稗和李氏禾上未查到大螟。 4先后通过 5 批次正交试验，对 144 个饲料进行了筛选。初步获得了优化的大螟人工饲料。其配 方为：玉米 8g、大豆 7g、麦芽 6g、稻茎 2g、茭白 6g、酵母 9g、干酪素 5g、蔗糖 维素 1g、胆固醇 氏盐 1g、维生素 脂 4g、山梨酸 霉素 馏水 200养结果表明：该饲料饲养效果虽有明显改善，化蛹率可达 但与茭白等天然寄主相比尚不理想，还有待进一步优化。 关键词 转基因抗虫水稻 害虫抗性治理 天然庇护所 人工饲料 大螟 of t is an in of of is a to a at it be to on in It is an to as SB it to to as In of SB in to In on no an SB an SB by an as 1. of SB in in SB in in be is 2. is a in It ea SB by st SB st on as of is SB in on as is in on is SB It is SB or a in 3. 20 SB SB It on on by no on in no nd rd in th on is of SB on 4. 44 SB as g, g, g, g, g, g, g, g, s g, g, 00g. a on a it is as as on It to 录 . 一章 文献综述 . 1 转基因植物生态风险概述 . 1 杂草化 . 1 基因流 . 1 对非靶标生物的影响 . 2 加速靶标害虫的抗性 . 2 产生新病毒 . 2 害虫对 抗性及其治理 . 2 . 2 害虫 性发展及机制 . 3 害虫抗性进化的模拟 . 5 害虫抗性治理的原理 . 6 转基因抗虫水稻研究进展 . 8 转基因抗虫水稻的品种选育 . 8 转基因抗虫水稻的生态风险 . 8 大螟对 虫水稻的风险 . 9 水稻害虫 性治理 . 9 昆虫人工饲料及其在 性研究中的应用 . 10 昆虫人工饲料的组成 . 10 人工饲料的营养平衡 . 11 人工饲料的理化性质 . 11 人工饲料在昆虫 性研究中的应用 . 12 本研究的目的和意义 . 12 第二章 大螟在转基因水稻田的发生规律 . 14 材料与方法 . 14 供试材料 . 14 大螟种群发生规律调查 . 14 田间试验设计 . 14 调查时间与方法 . 14 蛹重秤量 . 14 数据分析方法 . 14 结果与分析 . 15 大螟的发生密度 . 15 大螟的空间分布型 . 15 大螟的发育进度 . 16 转基因水稻残存大螟的蛹重 . 17 讨论 . 18 V 第三章 大螟在天然庇护所的发生动态和规律 . 19 料与方法 . 20 田间寄主范围调查 . 20 田间危害密度与发育进度调查 . 20 结果与分析 . 20 大螟的寄主种类及不同寄主上大螟的发生程度 . 20 不同世代大螟的寄主种类与虫口密度 . 21 不同寄主上大螟的发育进度 . 21 论 . 23 第四章 大螟的寄主选择性研究 . 24 料与方法 . 24 同寄主植物上大螟幼虫的生长发育 . 24 同寄主上大螟蛹重的比较 . 24 螟成虫对各种寄主的产卵选择 . 24 田间寄主选择性试验 . 24 据统计 . 24 果与分析 . 25 同寄主植物上大螟幼虫的生长发育 . 25 同寄主植物上大螟的蛹重 . 25 大螟成虫的产卵选择性 . 26 螟在田间的寄主选择性 . 27 论 . 27 第五章 大螟人工饲料正交筛选研究 . 29 料与方法 . 30 料的准备 . 30 验设计 . 31 据分 析 . 35 果与分析 . 35 第 1 批正交试验 . 35 第 2 批正交试验 . 36 第 3 批正交试验 . 36 第 4 批正交试验 . 37 第 5 批正交试验（二次正交旋转组合设计） . 39 最佳饲料配方 . 39 论 . 39 第六章 总讨论 . 41 大螟对转基因抗虫水稻的抗性风险及治理对策 . 41 本研究的特色与创新点 . 42 今后研究的方向 . 43 主要参考文献 . 44 致谢 . 57 作者简历 . 58 文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 析纯 状缘膜囊泡 云金杆菌 际玉米小麦改良中心 学纯 洲玉米螟 基因作物 剂量庇护所 虫综合治理 虫抗性治理 际农业生物技术应用研究所 中海大螟 螟 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 转基因植物生态风险概述 自上个世纪七十年代基因重组技术问世以来，一些科学家就担心此项技术的发展和应用可能对环境和人类健康构成潜在风险。一方面，在转基因生物环境释放过程中，一些科学家已经发现了少数转基因植物在环境中能够对生物多样性与环境产生不利的影响，另一方面，转基因生物的风险具有较大的不确定性，并且危害效应的查明需要较长的时间，因此，转基因生物的安全问题倍受国际社会的关注。自 1983 年世界上获得第一例 转基因植物以来，目前全球已拥有 120 多种转基因植物，其中转基因大豆、棉花、玉米、油菜、西红柿等 51 种转基因作物已开始商品化生产。据国际农业生物技术应用研究所（ 2007）的报道，全球转基因作物（ 种植面积在 2006 年首次突破 1 亿公顷，达到 1 亿零 2 百万公顷。 10 年内取得了 60 倍的增长速度，并预计到 2015 年全世界 植面积将达到 2 亿公顷，种植农户将由 2006 年 22 个国家的 1030 万增长到 40 个国家的 2000 万。 2006 年， 转基因大豆、玉米、棉花和油菜的种植面积占 面积的 99%以上。在国内，据初步统计，自 1997 年开始受理转基因生物安全评价申请以来，至 2004 年底已受理申请 1009 项，批准 807 项，其中商品化生产安全证书 176 项、生产性试验 141 项、环境释放 157 项、中间试验 333 项。涉及的各类研究机构 200多家，转基因作物种类 60 多种， 150 多个基因。 转基因作物大规模商业化生产对于 21 世纪农业生产乃至人类社会生产、生活的各个方面产生全面深刻的影响，人们在看到生物技术给人类带来巨大效益的同时，对其可能带来的潜在危机给予 了极大的关注。转基因植物环境释放可能存在以下潜在的生态风险。 杂草化 一方面，一些转基因抗虫、抗病、抗除草剂或抗环境胁迫的转基因植物本身具有杂草的某些特征，由于外源基因的引入，使其在环境中的适合度发生了变化，从而导致自身变为杂草；另一方面，在自然环境中转基因作物与其近缘杂草进行杂交，使杂草获得了某些优势性状，变为更加难除的超级杂草。 基因流 基因流（ 是将基因从一个群体的基因库转移到另一个群体的基因库。其漂流途径主要有两条：一是通过转基因植物的种子或组织扩散到 新的生境中，并生存下来；二是通过花粉向同种或近缘种的非转基因植物转移。转基因植物通过花粉途径与其野生亲缘种杂交，转基因作物的大规模释放可能使污染传统地方作物基因库，降低生物多样性中心的遗传多样性，也有可能产生难以控制的杂草。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 2 对非靶标生物的影响 转基因植物的外源毒蛋白对非目标生物可能产生毒害作用。许多转基因抗虫植物，在杀死目标害虫的同时，其体内的毒蛋白也可能杀死环境中的许多有益和无益昆虫，甚至通过食物链对生态系统产生直接或间接的不利影响。 加速靶标害虫的抗性 增加目标害虫的抗性， 加速其种群进化速度。转基因抗虫植物的大规模商业化种植对目标害虫产生了强大的选择压力，从而导致目标害虫抗性增加，进化速度加快。 产生新病毒 抗病毒转基因植物中的转基因病毒序列有可能与侵染该植物的其它病毒进行重组，产生新病毒或超级病毒。 害虫对 抗性及其治理 人类与害虫斗争的历史与人类历史一样悠久。自二次世界大战以后，人们开始施用化学农药以来，害虫防治的状况曾取得了明显的成效。然而，已经有 543 种昆虫和螨类对化学农药产生了抗性（ 2003），并且人们逐步认识到化学农药给 环境和人类健康带来的危害。生物防治受到广泛的重视，其中来源于土壤细菌苏云金杆菌（ 生物杀虫剂由于其专一性强，对环境无害并且对人、畜安全，已在许多国家和地区推广使用。随着基因工程技术的飞速发展，许多植物都已经成功地转入了 蛋白基因，起到了很好的防虫效果。如同化学农药的命运一样，昆虫对 虫剂也发生进化而产生了抗性。迄今为止，在田间和实验室研究中已经发现有数十种昆虫对 虫蛋白产生了抗性。由于单一的杀虫毒素的持续地高水平表达单一的杀虫毒蛋白，转 物 的选择压力比 虫剂还要高，害虫将会加速对 抗性进化。害虫对转基因抗虫作物的进化反应将使这类作物的优势消失殆尽，而且那些 虫剂也将变得毫无价值。前人对抗性机制和抗性管理的有关问题进行了综述，如 1985）和 1992）、1994）、 1994）、 1997）、 & （ 2002）等。 为了探讨害虫对 性产生的机制，首先应该了解 素的杀虫 机理。害虫摄食 虫剂中的杀虫晶体蛋白（ ，在中肠碱性条件下二硫键打开，在肠道胰蛋白酶的作用下激活形成抗蛋白酶的毒性核心片段，才有活性。在转基因植物体中，为提高表达量，所转入的基因都是经过修饰的，所表达的 素是已被活化的蛋白。活性毒素与中肠上皮的刷状缘膜囊（ 的中肠受体蛋白结合。研究表明，毒素活性与其对 合的能力呈正相关。 性蛋白与中肠上皮细胞结合 后，有毒性的 ），依 不同，这些孔具有选择性（仅 K+可通过）和非选择性（ 阴离子可通过）。由于鳞翅目昆虫的中肠是碱性的，因而这些孔很有可能有 K+渗漏 ,中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 3 这种阳离子通道损坏了膜电势，细胞膨胀并裂解，导致中肠坏死，围食膜和上皮退化变性，肠壁受损后，中肠的碱性高渗内含物进入血腔，血淋巴 高而导致昆虫麻痹死亡。 害虫 性发展及机制 1985 年， 实验室条件下进行印度谷螟（ 性筛选，发现印度谷螟选择两代后抗性增长近 30 倍， 15 代以后比对照增长 100 倍，这是全世界首次害虫对生抗性的报道； (1990)正式报道夏威夷田间小菜蛾对 生抗性。 22 年来，在实验室筛选出对 生抗性的昆虫达到了 20 余种。除了昆虫外，秀丽线虫 (筛选到了对 素抗性高达 100 倍以上的抗性种群（ 2004）。 表