棉花新品,抗黄萎病棉花品种诞生记

2019-09-12 20:24栏目:威尼斯国际平台app
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棉花,主要分布在我国的平原地带,而棉花的“癌症”黄萎病则是影响棉花产量的第一大杀手。日前,以中国农科院农产品加工研究所所长戴小枫为首的课题组,培育出了14个抗“黄萎病”的棉花新品种。

抗黄萎病棉花品种诞生记

一、什么是棉花黄萎病?

说起制约棉花生产的第一大病害,非“黄萎病”莫属。这是一种被称为棉花“癌症”的病害,它常年造成我国棉花15%以上的减产,年直接经济损失200亿元。黄萎病的肆虐让许多棉花人对2002年的“棉灾”记忆犹新: 300万公顷棉花枯死或萎蔫,连片棉田减产甚至绝收,棉农损失惨重。

据悉,棉花黄萎病不仅会导致棉花产区的棉花数量、质量的下降,其病毒还会潜伏在地里10年之久,棉花抗黄萎病育种为世界性难题。我国棉花产区的棉花受黄萎病的影响常年产量损失15%以上,年直接经济损失200亿元。

黄萎病主要是由分别叫做“大丽轮枝菌”和“黑白轮枝菌”的两种致病菌导致的土传真菌病害。它们的寄主极为广泛,不仅棉花,它们的“魔爪”还伸向了茄子、番茄、黄豆等660种植物,仅主要农作物就有184种。由于这两种病原菌可在土壤中存活多年,加之病原菌变异频繁、致病生态型多样,常用的药物处理、栽培耕作等手段均见效甚微。

棉花黄萎病在世界棉花产区都有发生,其主要是由大丽轮枝孢、黑白轮枝菌两种半知菌亚门真菌引起的,我国棉花黄萎病主要是前者。分生孢子梗直立,呈轮状分枝,每个孢子有3-4个分枝,轮枝顶端或顶枝着生分生孢子,分生孢子长卵圆形,单胞无色。孢壁增厚形成黑褐色的厚垣孢子,许多厚壁细胞结合成近球形微菌核。

黄萎病并非无药可医,培育抗病品种就是公认的最经济有效的防控途径。然而,长期以来,黄萎病的为害机理不清、棉花抗病机制不明,“两眼一抹黑”,抗病品种的选育无从下手,一直是世界性难题。

威尼斯国际平台app ,二、新品种国内首创国际领先

情况在一项专门针对棉花黄萎病的863课题下,出现了转机。

这14个抗“棉花癌症”的棉花品种,有7个通过国家审定,7个通过省级审定,其中,中植棉2号、新植5号被农业部定为全国棉花种植主导品种,中植棉2号、新植杂2号等多年被多省农业厅定为棉花种植主导品种。

主持该课题的是植保研究出身的中国农业科学院农产品加工所所长戴小枫,30多年来他一直从事棉花主要病虫害综合防治技术研究工作。为了选育抗黄萎病棉花新种,戴小枫领导的攻关团队一头钻进去就是二十多年。

三、造成棉花黄萎病的驱重的原因

要选育出抗病棉种,弄清黄萎病致病机理、棉花抗病机制是必由之路和突破口。攻关团队通过调查统计、实地勘访,并借助分子生物技术细致研究,拿到了我国棉花黄萎病第一手的流行病学材料。

造成棉花枯黄萎病危害趋重的主要原因有以下4个方面:

戴小枫等人统计发现,自1984年以来,我国棉花黄萎病发生危害面积逐年上升,其中1993、2002年大爆发导致2/3棉田受灾。特别是2000年后西北内陆棉区危害加剧,发病面积超过50%。他们对黄萎病菌全基因组重测序并鉴定了20万个遗传变异,发现病原通过单核苷酸突变、插入缺失、水平转移和基因获得与丢失4种分子变异途径,进化出了4种致病变异型。

 1.乱引乱调种子,不经检疫,无病区从病区引种、调种,是造成病害迅速传播蔓延的重要途径。我们尽量选用原种,一般原种都是经过国家多个机关检测、认证的,一般抗病能力都是比较好的。

他们找到了黄萎病长年肆虐的根本原因:致病性变异导致强致病型菌系的比例快速上升。

2.我国目前大部分地区种植的棉花品种为抗虫棉品种,其抗病能力都比较低,所以种植的棉花多数抗枯萎病而不抗黄萎病。

在此基础上,他们开发了58个鉴定变异型的分子标记,创建了菌原变异型的分子监测方法。与此同时,他们还监测到了这些致病菌侵害棉花的动态侵染过程:黄萎病菌2小时附着表皮,14天内就侵入棉花木质部,引发典型黄萎病症状。在这过程中,热激蛋白调控的5个胞外毒素蛋白是该菌致病的关键——毒素蛋白参与了降解果胶和纤维素,阻塞导管营养与水分运输,最终导致棉花“黄萎”。

3.黄萎病的病菌在土壤中存活的时间比较长,有的甚至达10年之久。年复一年,这就直接导致了病情的加重。这时,我们可以试试轮作,这样可以大大减少病菌。

“我们的研究证明了毒素是因、阻塞是果,两者共同导致了对棉花的‘黄萎’危害。”戴小枫告诉《中国科学报》记者:“这澄清了国际学术界长期悬而未决的‘毒素说’与‘阻塞说’的争论。”

4.防治工作跟不上。多数棉农对前期种子的防治工作不重视,导致病害发生。而病害一旦发生,就会产生损失惨重的局面。

黄萎病菌有4种致病变异型,倒逼着攻关团队必须构建一个全病圃的抗病品种——新的棉花品种必须对4种变异致病菌都有抗性,才能保证棉花免遭黄萎病侵害。

不过,要想在众多棉花品种中找到合适的抗源并选育出抗病种,无异于大海捞针。因此,他们必须弄清棉花的抗病机制。

课题团队通过多杂交组合单一菌系和复合菌系接种抗病鉴定与遗传分析发现,棉花对黄萎病抗性并非单个基因作用,而是由多个主效基因协同控制。

“黄萎病难治就在于此,多个主效基因控制,我们只转移一个两个抗病基因根本不灵。”戴小枫打了一个形象的比方:“就像吃馒头,吃一个两个吃不饱,必须得吃够数。”

在此基础上,研究人员克隆并鉴定了5个主效抗病基因的功能,从分子水平上弄清了棉花的抗病机理:抗病基因协同识别病原菌效应子,通过信号转导激活乙烯和茉莉酸信号,调控胞壁蛋白合成以增强细胞内木质化水平——细胞木质化强,毒素蛋白在棉花内便无计可施。

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