南方水稻黑條矮縮病防控藥劑的創(chuàng)制與應(yīng)用 |
來源:農(nóng)藥快訊信息網(wǎng) 2020-5-25 10:22:00 |
南方水稻黑條矮縮病潛隱性強(qiáng)、危害重、防控難度大,是中國、越南等國家稻區(qū)水稻重要病害之一,可危害水稻、玉米等禾本科作物的安全生產(chǎn)。該病害的病原為南方水稻黑條矮縮病毒(Southern rice black-streaked dwarf virus, SRBSDV),是由媒介昆蟲——白背飛虱 Sogatella furcifera(white-backed planthopper,WBPH)傳播所致。 1、藥劑創(chuàng)制思路 南方水稻黑條矮縮病存在潛隱性強(qiáng)、危害重、缺乏安全高效的防控藥劑、防控難度大等特點(diǎn)。2005年,宋寶安教授團(tuán)隊(duì)基于水稻媒介昆蟲傳播病毒的流行規(guī)律,針對“病毒、植物寄主、媒介昆蟲”三要素,構(gòu)建“三位一體”靶標(biāo)模型,并從天然產(chǎn)物中尋找高活性、新結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)化合物,基于手性分子原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)衍生和修飾,通過高活性和低風(fēng)險2個指標(biāo)進(jìn)行新藥劑創(chuàng)制。經(jīng)多年的攻關(guān)研究,創(chuàng)制出系列植物免疫激活劑、病毒增殖抑制劑、媒介昆蟲傳毒阻斷劑(陳卓和宋寶安,2011)(圖1)。 2、高活性藥劑的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用 2.1 免疫激活劑的發(fā)現(xiàn) 本團(tuán)隊(duì)建立 SRBSDV 介導(dǎo)水稻懸浮細(xì)胞的藥劑篩選模型和活體水稻篩選模型,并建立基于系統(tǒng)性獲得性抗性(systemic acquired resistance,SAR)通路關(guān)鍵蛋白的生化和分子生物學(xué)方法,用于免疫激活劑篩選。例如,采用介導(dǎo)法將SRBSDV轉(zhuǎn)入水稻懸浮細(xì)胞,經(jīng)毒氟磷處理后病毒含量顯著降低。 以S7-1基因作為病毒抑制指標(biāo),發(fā)現(xiàn)毒氟磷在細(xì)胞水平上對病毒的抑制率為95.12%。同樣,以 S9-1基因作為標(biāo)記分子,在水稻懸浮細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)毒氟磷對其具有抑制活性,當(dāng)毒氟磷作用20~24 h時抑制活性最明顯。采用水稻懸浮細(xì)胞介導(dǎo)法,發(fā)現(xiàn)氨基寡糖素(chitosan oligosaccharide,COS)對病毒也具有誘導(dǎo)保護(hù)活性,對病毒抑制活性為84.84%。 2.2 病毒增殖抑制劑的發(fā)現(xiàn) 病毒CP在保護(hù)病毒顆粒完整性以及病毒運(yùn)輸?shù)确矫婢哂兄匾饬x。本團(tuán)隊(duì)構(gòu)建pGEX6p-1-P10等系列原核表達(dá)載體,采用大腸桿菌Escherichia coli BL21(DE3)RIL等表達(dá)菌株進(jìn)行CP表達(dá),構(gòu)建排阻色譜、熒光滴定、微量熱泳動技術(shù)體系,用于研究基于CP的體外SRBSDV抑制藥劑的篩選。該方法為高通量、快速、體外篩選直接作用于植物病毒的藥劑提供了借鑒方法。 研究人員采用丙酮對棉花籽油沉淀進(jìn)行活性成分分離提取,經(jīng)結(jié)構(gòu)鑒定為棉子酚和β-谷甾醇。多年多地的田間藥效試驗(yàn)表明,上述提取物對SRBSDV具有一定的抑制活性。 2.3 媒介昆蟲傳毒阻斷劑的發(fā)現(xiàn) 基于田間防控需要,結(jié)合“蟲病共防”的防控策略,依據(jù)吡蚜酮阻斷媒介昆蟲傳播病毒和新煙堿類系列殺蟲劑降低蟲口基數(shù)的機(jī)制,同時為滿足田間施藥場景中“速效”和“長效”等特點(diǎn),本團(tuán)隊(duì)開發(fā)了系列傳媒害蟲傳毒阻斷劑的緩釋性顆粒劑、懸浮劑和超低容量液劑等新劑型(中國發(fā)明專利:ZL200910102604.6和ZL 201210349900.8)。 3、高活性藥劑的作用機(jī)制研究 3.1 免疫激活劑的機(jī)制 研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)毒氟磷處理的水稻懸浮細(xì)胞和水稻葉片組織,POD、PPO和PAL活性顯著增加,通過檢測水楊酸(salicylic acid,SA)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路關(guān)鍵效應(yīng)分子發(fā)現(xiàn),毒氟磷通過激活 SA 信號通路具有激活效應(yīng),表明毒氟磷對水稻具有誘導(dǎo)保護(hù)活性。 采用label-free蛋白質(zhì)定量組學(xué)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)氨基寡糖素可誘導(dǎo)水稻防御蛋白表達(dá)。RT-qPCR和酶活性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)COS可上調(diào)防御基因和增加過氧化物酶、超氧歧化酶、過氧化氫酶的活性。結(jié)果顯示,COS抑制SRBSDV的初步機(jī)理與誘導(dǎo)植物寄主抗性相關(guān)。 3.2 病毒抑制劑機(jī)制研究 采用熒光波譜、ITC和MST研究毒氟磷與P9-1的互作,發(fā)現(xiàn)毒氟磷與P9-1具有很強(qiáng)的親合性,其親和力達(dá)微摩級。將 175 位精氨酸突變?yōu)楦拾彼岷螅溆H合力顯著降低。研究結(jié)果表明P9-1的175位精氨酸是毒氟磷的重要結(jié)合位點(diǎn)。因此,推測毒氟磷除了誘導(dǎo)植物寄主抗性的作用之外,還能干擾病毒基質(zhì)的形成,從而干擾病毒的復(fù)制。 4、南方水稻黑條矮縮病防控藥劑的田間應(yīng)用 目前在我國南方水稻黑條矮縮病防控中大面積推廣應(yīng)用的病毒病藥劑主要是毒氟磷(農(nóng)藥登記證:PD20160338)。毒氟磷在提高水稻寄主抗性、降低病毒侵染率、抑制病毒在水稻寄主體內(nèi)增殖等方面具有顯著的作用。 2010年,廣東省雷州市的田間試驗(yàn)中,依據(jù)WBPH遷入時間及帶毒情況,在1葉1心期、移栽前、大田分蘗初期、孕穗期進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)設(shè)30%毒氟磷WP 聯(lián)合 25%吡蚜·噻蟲嗪 SC、25%吡蚜·噻蟲嗪SC、10%醚菊脂MG、30%毒氟磷WP、8%寧南霉素 AS 處理,于大田分蘗初期和收割前進(jìn)行田間調(diào)查,結(jié)果表明,30%毒氟磷WP聯(lián)合 25%吡蚜·噻蟲嗪SC對該病的防控效果最好,防效分別為66.67%、73.24%;單用 25%吡蚜·噻蟲嗪SC的防效分別為 50.51%、46.48%,單用10%醚菊脂MG、30%毒氟磷WP、8%寧南霉素AS的防效分別為33.33%、33.33%、17.12%(大田分蘗初期),45.07%、43.66%、42.25%(收割前);表明30%毒氟磷WP在單用的情況下對水稻具有保護(hù)活性,比對照藥劑——寧南霉素防效要高;同時,將 30%毒氟磷 WP 與 25%吡蚜·噻蟲嗪SC聯(lián)合施用,能顯著提高防效,比單用25%吡蚜·噻蟲嗪SC的防效要高(陳卓等,2011)。此外,針對苗期感染SRBSDV的應(yīng)急防控,通過組合毒氟磷、碧護(hù)、吡蚜·噻蟲嗪,3次施藥后,在孕穗期進(jìn)行田間調(diào)查,也顯示出較好的防治效果,其中,通過毒氟磷的蟲病共治處理的防效可達(dá)39.9%。 5、集成創(chuàng)新“水稻全程免疫”抗病防病技術(shù) 本團(tuán)隊(duì)通過多年的研究實(shí)踐,集成創(chuàng)新“水稻全程免疫”抗病防病技術(shù)。2013 年,云南省芒市田間試驗(yàn)表明,通過組合毒氟磷防病-吡蚜酮阻止傳毒的措施,在苗期、移栽期和本田期3次施藥,對南方水稻黑條矮縮病的防效可達(dá) 97.5%,田間測產(chǎn)為0.77 kg/m2,顯著高于對照(0.40 kg/m2);2013 年,福建省順昌縣田間試驗(yàn)表明,通過組合毒氟磷-吡蟲啉拌種、移栽期和本田期噴施毒氟磷-吡蚜酮的組合 措 施 ,本 田 期 防 效 為 66.7% ,顯 著 高于 對 照(40.42%)。 經(jīng)過多年的試驗(yàn)示范,宋寶安教授總結(jié)出“以作物健康為目標(biāo),通過合理搭配生長環(huán)境要素,水稻全程生長的全程一體化綜合管護(hù)措施”,降低了水稻生長發(fā)育全過程的病蟲害發(fā)生。該措施以激發(fā)植物免疫體系為核心,以毒氟磷、氨基寡糖素等植物免疫調(diào)控劑為基礎(chǔ),通過植物免疫激活劑的施用促進(jìn)水稻健壯、防病、抗病和豐產(chǎn)。該技術(shù)壓低了病蟲害發(fā)生基數(shù),降低了病蟲害的繁殖率和種群數(shù)量,保護(hù)了自然天敵、發(fā)揮了自然控制作用,降低了化學(xué)防治次數(shù)、減少了農(nóng)藥用量,集成創(chuàng)新全程免疫防控技術(shù)與綠色防控技術(shù),實(shí)現(xiàn)了防治技術(shù)的簡化、防治效果的提高、防治成本的降低、農(nóng)田生態(tài)的改善。通過“三位一體”模型實(shí)現(xiàn)了“蟲病共防”的全程免疫防控(圖2)。 |
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