你是否有過這樣的經(jīng)歷？當你吃著甜甜的甘薯時，突然咬到發(fā)苦的地方，特別令人惱火。“發(fā)苦是因為甘薯被甘薯小象甲咬過。甘薯小象甲是對甘薯種植業(yè)危害最大的害蟲，它們通過啃咬葉蔓、蛀食薯塊等方式，破壞甘薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。”中國科學院華南植物園研究員侯興亮介紹說，“一方面是因為甘薯小象甲在甘薯里鉆來鉆去，留下來的排泄物比較苦；另一方面是被甘薯小象甲咬過后，甘薯自身會產(chǎn)生一種防御物質(zhì)把自己變苦，這樣甘薯小象甲就不愛吃了。”

近日，侯興亮帶領的植物發(fā)育與品質(zhì)調(diào)控研究團隊的一項研究成果刊發(fā)在國際植物學期刊《自然·植物》上，該研究不僅首次克隆了甘薯對天敵害蟲的天然抗性基因，還揭示了其下游天然抗蟲物質(zhì)合成的調(diào)控機理，為甘薯小象甲田間防治提供了新方向和新思路。

蟲害防范不當易致甘薯絕收

“甘薯小象甲蟲害在亞洲、非洲薯區(qū)十分嚴重，可造成10%～30%的產(chǎn)量損失，嚴重時可達50%以上。在我國南方甘薯種植區(qū)，甘薯小象甲蟲害一年可多代發(fā)生且世代重疊，因氣候變暖，近年來該蟲害已擴散至長江流域種植區(qū)，且有逐年擴大的趨勢。”侯興亮說，“尤其在廣東地區(qū)，甘薯小象甲非常猖獗，只要沒治理好，基本上這一年農(nóng)民就別想有收成了。”

目前，治理甘薯小象甲主要采用噴灑農(nóng)藥等化學防治方法，這不僅增加生產(chǎn)成本，還會導致生態(tài)環(huán)境污染，引發(fā)食品安全問題等。

“目前農(nóng)業(yè)上尚無甘薯小象甲抗性品種培育。因此，發(fā)掘甘薯自身的抗蟲基因資源，開展抗性分子機制研究，促進抗蟲技術開發(fā)和抗性品種選育，是解決甘薯小象甲蟲害最為經(jīng)濟環(huán)保的選擇，也是當前甘薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。”侯興亮表示，早在2014年，侯興亮團隊就聯(lián)合廣東海洋大學朱宏波副教授團隊展開了相關研究。

首次克隆甘薯小象甲抗性基因

由于對甘薯小象甲抗性的研究基礎非常薄弱，甘薯抗蟲資源多樣性不高，導致抗蟲機制研究進展緩慢。

該研究團隊首先把突破口鎖定在尋找蟲害抗性關鍵基因上。“植物對病蟲害的抗性由基因控制。如果我們能找到甘薯的蟲害抗性基因，就能夠有針對性地防治甘薯小象甲。”侯興亮說，為此，他們歷經(jīng)3年時間，在蟲害嚴重的華南地區(qū)進行田間篩選，獲得了兩份珍貴的甘薯小象甲高抗種質(zhì)。

“這是全世界首次篩選到的有效高抗種質(zhì)。”侯興亮說，之后，他們利用抗感種質(zhì)構建F1遺傳群體，同時克服了控制條件下抗蟲表型難檢測、不穩(wěn)定的困難，建立了穩(wěn)定的甘薯小象甲抗蟲可控評價體系，最終成功定位并克隆了兩個甘薯小象甲抗性關鍵基因SPWR1和SP-WR2。

后續(xù)研究證明，SPWR1和SPWR2均正向調(diào)控甘薯對甘薯小象甲的抗性。“實驗中我們發(fā)現(xiàn)甘薯對甘薯小象甲的抵抗依賴一種名為奎尼酸的代謝物及其衍生物。奎尼酸廣泛存在于植物體內(nèi)，對人體沒有毒性，但會明顯抑制甘薯小象甲胰蛋白酶的活性，通俗來說，就是甘薯小象甲吃了含有這種物質(zhì)的甘薯后，會不舒服，所以它們就不吃了。”侯興亮說，“這意味著我們找到了能夠育成抗蟲品種甘薯的有效途徑。”

目前，農(nóng)業(yè)上尚無甘薯小象甲抗性品種培育，該項研究創(chuàng)制的種質(zhì)在顯著提高抗性的同時并未降低品種原有產(chǎn)量和品質(zhì)，填補了國際上甘薯小象甲抗性種質(zhì)開發(fā)利用的空白。

提出綠色環(huán)?？瓜x方案

如何防治甘薯小象甲呢？由于奎尼酸及其衍生物在甘薯的內(nèi)源濃度下不具有對人體的藥理毒性，且在自然環(huán)境中不易殘留、抗蟲性強大，因此在上述研究基礎上，該研究團隊提出通過噴施奎尼酸及其衍生物對甘薯小象甲侵害產(chǎn)生抑制作用、兼具環(huán)境友好型和資源節(jié)約型的農(nóng)業(yè)抗蟲方案。

另一方面，該研究團隊克服了甘薯遺傳轉(zhuǎn)化操作難、轉(zhuǎn)化率低、周期長的問題，利用甘薯自身快速增生能力，配合根癌農(nóng)桿菌定向注射手段，開發(fā)了一種高效穩(wěn)定的新型甘薯遺傳轉(zhuǎn)化方法。該研究對推進高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗的甘薯分子育種，促進特色高值生態(tài)農(nóng)業(yè)關鍵技術研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化，帶動甘薯產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展和農(nóng)民增產(chǎn)增收具有重要意義。

侯興亮透露，目前他們已聯(lián)合朱宏波團隊著手啟動甘薯小象甲抗性品種的培育工作。