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研究利用抗稻褐飞虱 科技创新促水稻增产——记广西大学李容柏教授

2010-12-20

研究利用抗稻褐飞虱 科技创新促水稻增产

——记广西大学李容柏教授

李容柏,广西大学农学院教授,博士生导师,1957年生。 1982年获华南农业大学作物遗传育种专业学士学位,获印度G.B. Pant University of Agri. & Tech植物育种专业硕士学位,印度潘特农业科技大学博士学位。 是国家首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选,国务院特殊津贴获得者,2003全国农业科技年先进工作者。李容柏教授主要从事作物种质资源、分子育种和生物技术研究,成果丰硕。

抗稻褐飞虱研究

2010418日,李容柏教授主持的“稻褐飞虱新抗性基因的挖掘鉴定和有效利用”项目通过广西科技厅组织的专家组鉴定,标记着我国抗稻褐飞虱的研究又取得了一项创新性强的科研成果。

褐飞虱是稻飞虱的主要种类,是一种爆发性强、对水稻危害性最大的世界性水稻害虫,也是我国水稻生产中的第一大虫害,对我国当前粮食安全已形成严重威胁。长期以来,褐飞虱的防治主要依靠化学杀虫剂。然而,褐飞虱对主打特效杀虫剂已经产生强抗药性,并且农药的滥用,还杀死了稻田中的褐飞虱天敌,反而诱发褐飞虱的再猖獗(resurgence)。科学研究和生产实践证明,种植抗褐飞虱水稻品种是控制褐飞虱的经济有效措施,是褐飞虱综合防治的重要环节。我国有丰富的野生稻资源,广西是我国野生稻的主要分布地,其中普通野生稻分布最广。普通野生稻与普通栽培稻同属AA染色体组,植物形态相近,可以自由杂交,因而从普通野生稻寻找和发掘稻褐飞虱抗源对其在育种上的利用有特殊的意义。

因此,李容柏教授首先对野生稻进行抗性鉴定,挖掘抗稻飞虱的资源,然后对抗源所携带的抗性基因进行深入的挖掘和利用。通过前后三年对1500份普通野生稻的大规模抗性鉴定,共发现24份抗性资源,这些抗源具有对稻褐飞虱抗性的稳定性、广谱性、持久性、以及强抗性等特点,并且具有遗传多样性,是极有可能从中挖掘到新抗性基因的优异种质资源。

抗稻褐飞虱的新基因挖掘主要是通过抗性的遗传分析、基因的分子标记和定位等进行。通过建立基因作图大群体,对稻褐飞虱抗性基因进行了分子标记定位研究,初步定位或精确定位了抗稻褐飞虱基因bph20(t), bph21(t),bph22(t), bph23(t),构建连锁遗传图,发现这4个基因为新的抗性基因位点,获得了一批与之相关的可简便地应用于标记辅助育种的连锁分子标记。

项目还开展了水稻对稻褐飞虱抗性的功能基因组学研究和抗性机理研究,主要研究基因间的相互作用与抗性的关系和研究水稻寄主挥发性次生物质与害虫致害性的关系。结果证明了不同的抗性基因无论是显性还是隐性,只要对稻褐飞虱生物型具有抵抗性,通过聚合后表现良好的累加效应,因而揭示,聚合抵抗不同生物型的强抗性基因是抗稻褐飞虱育种中获得广谱、持久和高抗性水稻品种的主要基因利用策略。

在抗性机理研究方面,研究了抗性与感性水稻寄主的挥发性次生物质的总量和成分的差异,没有发现可明显提高抗性水平的次生物质,相反,发现了部分次生物质的含量在抗性植株中明显减少,揭示出水稻感褐飞虱主要是由于感性植株中存在大量的可吸引虫的感性次生物,而抗性水稻植株则大大减少了这些感性次生物质的含量,为个结果对于研究稻褐飞虱的防治问题具有参考意义。

抗性基因的利用是该研究的一个重要方面。研究所获得的抗稻褐飞虱基因具有重要的利用价值,但是抗性资源的利用是研究中的又一难题。这些抗性基因存在于普通野生稻资源中,普通野生稻有很多野生性状,如长芒、落粒、匍匐生长、高秆等这些野生性状虽然具有良好的环境的适应性,却是水稻栽培品种所不需要的,因而直接利用野生稻抗源难以培育出性状优良的品种。因此,他们首先通过种质创新的过程把抗性基因转入栽培稻,培育出一批抗性稳定的创新种质作中间材料,然后利用中间材料进一步培育出品种。

在种质创新过程中,研究人员采用杂交、回交、标记辅助选择和抗性鉴定相结合的方法,进行抗性基因导入系和聚合系的培育。通过采取科学的措施,项目成功地培育出一大批优良的抗性导入系和聚合系,部分抗性创新种质正提供给我国南方多个育种单位进行水稻育种利用。结果证明了本研究所获得的4个新抗性基因具有强的实用价值,特别是获得聚合了多达35个抗BPH基因、对BPH具有广谱高抗性的聚合系具有重要的应用前景。

以创新种质材料为基础,开展了抗性品种的选育工作,研究人员利用广西当前生产上的主栽杂交水稻亲本作为改良对象,利用创新种质与之进行杂交、回交和标记辅助选择,快速地导入抗性基因,培育出抗性品系。目前,已经获得了基因主栽杂交水稻亲本、导入了不同抗性基因的抗性不育系和恢复系24个,这些亲本正在用于配制杂交水稻品种参加品种试验和示范,预示不久就可以获得多个通过审定的抗稻褐飞虱水稻品种。由此,经历漫长时间的普通野生稻抗稻褐飞虱基因的挖掘和利用即将结出实果。

科技创新促水稻增产

多年来,李容柏教授在野生稻资源保护评价利用、优质水稻和杂交水稻育种和生物技术等研究方面取得了较显著的成绩,获得省部级科技进步一等奖1项、二等奖6项、三等奖2项,发表科技论文近70篇,其中30多篇在国外刊物发表。

他发现和标记了一批有利用价值的水稻新基因,筛选培育出水稻和木豆新品种9个;收集了近4000份稻种资源并繁种入库和编目,建立了可保存4000份资源的国家级野生稻种质保存圃,评价出近400份抗稻瘟病、白叶枯病、褐飞虱、白背飞虱、稻瘿蚊等病虫害和抗冷害的宝贵种质资源供水稻遗传育种应用和进一步的新基因鉴定;研究建立了简单高效的水稻未授粉子房培养新技术,突破了未授粉子房培养技术在水稻育种上的应用;发现和鉴定出稻褐飞虱广谱抗性基因等十多个具有重要利用价值的水稻新基因,并正在对这些基因进行分子标记、定位和克隆,以获得一批具有自主知识产权的成果;负责建立了“广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室”;应用自主建立的子房培养技术培育出“桂118S”等三个温敏核不育系和“T138”等5个广亲和恢复系,并利用分子育种技术组配出“桂两优138”和 “桂两优338”等亚种间杂交稻高产组合,这三个组合正在品种示范;积极参与引进和推广木豆新品种新技术,筛选出6个不同气候和用途的新品种,使该作物在西南和华南山区推广示范面积迅速扩大,并在广西农科院设立了国家级“印度木豆应用技术”基地。