科技日報記者 馬愛平 通訊員 李云河 歐陽燦彬

近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所抗病蟲作物生態(tài)安全評價與利用創(chuàng)新團(tuán)隊系統(tǒng)闡述了同以水稻為寄主的兩種重大害蟲——二化螟和褐飛虱通過協(xié)作應(yīng)對水稻抗蟲防御，實現(xiàn)“互利共存”的生態(tài)策略及生化和分子機(jī)理。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）上。

水稻介導(dǎo)的二化螟和褐飛虱及其寄生蜂多重種間關(guān)系

據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所研究員李云河介紹，科研團(tuán)隊圍繞水稻防御和害蟲（二化螟和褐飛虱等一類農(nóng)作物病蟲害）反防御機(jī)制進(jìn)行了長期的研究。前期研究發(fā)現(xiàn)，二化螟為害稻株組織中游離氨基酸含量提高，而甾醇等防御物質(zhì)含量下降，顯著促進(jìn)褐飛虱的生長發(fā)育。同時發(fā)現(xiàn)，二化螟誘導(dǎo)水稻釋放的揮發(fā)物對褐飛虱的天敵稻虱纓小蜂具有顯著的排斥作用，通過與二化螟共享寄主，可顯著降低褐飛虱卵被寄生的風(fēng)險。而且，褐飛虱進(jìn)化了積極利用這一適合度利益的行為特性，偏愛到二化螟為害稻株上取食和產(chǎn)卵。

褐飛虱協(xié)助二化螟抑制水稻抗蟲防御反應(yīng)

上述研究結(jié)果激發(fā)了研究者的濃厚興趣。褐飛虱是否反之也能協(xié)助二化螟實現(xiàn)對水稻的反防御，使其種間形成 “互利”關(guān)系？基于這一問題，該團(tuán)隊進(jìn)一步研究了水稻介導(dǎo)的褐飛虱、二化螟及稻螟赤眼蜂的多重種間關(guān)系及機(jī)制。

稻螟赤眼蜂對不同蟲害處理稻株上二化螟卵的寄生行為

研究結(jié)果表明，當(dāng)二化螟單獨(dú)為害水稻時，水稻迅速啟動防御反應(yīng)，相關(guān)防御基因（茉莉酸和蛋白酶抑制劑等）顯著上調(diào)，重要抗蟲防御物質(zhì)蛋白酶抑制劑迅速累積，顯著負(fù)面影響后來二化螟幼蟲的生長發(fā)育。然而，當(dāng)褐飛虱與二化螟共同為害水稻時，可顯著抑制水稻抗蟲防御反應(yīng)，相關(guān)防御基因下調(diào)，蛋白酶抑制劑含量顯著下降，完全消除對后來二化螟幼蟲適合度的負(fù)面影響。同時，二化螟成雌蟲也進(jìn)化了積極利用這一適合度利益的產(chǎn)卵策略，即當(dāng)無褐飛虱存在情況下，二化螟雌成蟲逃避其幼蟲為害稻株，傾向?qū)⒙旬a(chǎn)在健康稻株上；而當(dāng)褐飛虱存在情況下，相對二化螟為害和健康稻株，二化螟成蟲更偏愛在褐飛虱單獨(dú)為害或二者共同為害的稻株上產(chǎn)卵，驗證了“Preference-Performance(選擇-表現(xiàn))”假說。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，二化螟將卵產(chǎn)在褐飛虱為害稻株上，其卵被稻螟赤眼蜂寄生率可降低30%-45%。

該研究打破了人們對共享寄主昆蟲種間競爭排斥關(guān)系的普遍認(rèn)知，并基于生態(tài)位理論闡釋了共享同一寄主植物昆蟲種間發(fā)展為“互利共存”關(guān)系的生態(tài)機(jī)理，拓展和深化了物種“生態(tài)位分異理論”的內(nèi)涵，為科學(xué)制定害蟲生態(tài)防控新策略和新技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項目的資助。

（文中圖片均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供）

關(guān)鍵詞： 水稻 合力 機(jī)制