JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

تقدم هذه الدراسة طريقة بسيطة ومجدية لتقييم مقاومة عدم التفضيل لنطاطات النباتات ذات الظهر الأبيض التي تتغذى على الأرز في ظل ظروف المختبر. تمت مناقشة تحسين استراتيجيات وتركيب الطريقة الحالية لتحديد مقاومة النطاطات ذات الظهر الأبيض والبني.

Abstract

يعد استغلال موارد الأصول الوراثية للأرز المقاومة للحشرات والجينات ذات الصلة هو الحاجة الأساسية لتربية أصناف مقاومة للحشرات ، لكن دقة تحديد الأنماط الظاهرية للأرز المقاومة للحشرات تمثل صعوبة كبيرة. من الضروري تطوير طريقة جديدة أو تحسين الطرق الحالية لفحص الأرز بحثا عن مقاومة الحشرات. تصف هذه المقالة طريقة بسيطة ومجدية لتقييم مقاومة الأرز من النوع غير المفضل لنطاط النبات الأبيض الظهر (WBPH) ، Sogatella furcifera ، في المختبر. يتم تحليل تفضيل WBPHs البالغة التي تتغذى أو تسكن نباتات الأرز الناضجة بشكل مستمر عن طريق المقارنة الزوجية. يتم تسجيل التغيرات الديناميكية ل WBPHs على نباتات الأرز ومقارنتها كمؤشر لتحديد المقاومة. الطريقة الحالية قابلة للتشغيل ببساطة ويمكن ملاحظتها بسهولة ولها دورة قصيرة. يمكن توسيع استخدام هذه الطريقة للتحقيق في تفضيل التغذية ووضع البيض للنصفي المماثل ، مثل نطاط النبات البني (BPH) ، Nilaparvata lugens(Stål).

Introduction

الأرز هو غذاء أساسي لأكثر من ثلث سكان العالم ، ويتم إنتاج أكثر من 90٪ من الأرز واستهلاكه في آسيا1،2. يعتبر WBPH و BPH أكثر آفات الأرز تدميرا ويشكلان تهديدا كبيرا لإنتاج الأرز3. من منظور التكلفة والبيئة ، فإن تربية وتطبيق الأرز المقاوم للحشرات هو النهج الأكثر فعالية للسيطرة على الأضرار التي تسببها نطاطاتالنباتات 4،5،6. وفقا لذلك ، يعد فحص موارد الأصول الوراثية للأرز المقاومة شرطا أساسيا لتربية الأرز المقاوم للحشرات. الدقة في تحديد النمط الظاهري المقاوم للأرز مفيدة لرسم الخرائط الدقيقة وإجراء المزيد من البحث الوظيفي للجينات المستهدفة. ومع ذلك ، أصبح تحديد النمط الظاهري صعوبة كبيرة بسبب تعقيد آلية المقاومة. يمكن تقسيم مقاومة الأرز للآفات إلى ثلاثة أنواع ، وهي مضادات الأحياء والتسامح وعدم التفضيل7. يعكس كل نوع جانبا مختلفا من آلية مقاومة الأرز للآفات. في الوقت الحاضر ، الطريقة الأكثر استخداما لفحص مقاومة النطاطات هي تقنية فحص صندوق البذور القياسية (SSST) والتي يمكن استخدامها لتحديد مقاومة النمط الظاهري لعدد كبير من نباتات الأرز بسرعة والحصول على خطوط الأصول الوراثية المقاومة المرشحة في وقت قصير8.

ومع ذلك ، فإن طريقة SSST تعكس فقط مقاومة الأرز في مرحلة الشتلات وهي أكثر فعالية في تقييم آليات المقاومة من نوع التسامح. تنعكس مقاومة الأرز للحشرات أيضا في المضادات الحيوية ، مثل معدل بقاء الحورية ، ومدة الحورية ، ومعدل تفقيس البيض ، وفي عدم التفضيل ، مثل الموطن والتغذية وتفضيل وضع البيض9. بالإضافة إلى ذلك ، غالبا ما يكون أداء شتلات الأرز للمقاومة غير مستقر للغاية. مع نمو النباتات ، تميل المقاومة إلى أن تصبح أكثر استقرارا. لذلك ، لا يمكن لطريقة SSST أن تعكس تماما مستوى مقاومة الأرز. علاوة على ذلك ، تختلف مقاومة الأرز للآفات في مراحل النمو المختلفة ، وهناك اختلافات واضحة في آليات المقاومة بين الشتلات والنباتات الناضجة. أظهرت الدراسات أن نباتات الأرز الناضجة يمكن أن تطلق مستقلبات ثانوية متطايرة لتجنب الإصابة بالآفات الحشرية ، والتي تتجلى في عدم انتقائية الحشرة في التغذية أو وضع البيض على نبات الأرز10،11. هذا أيضا نوع بالغ الأهمية من آليات المقاومة ، والتي تلعب دورا مهما في منع الآفات الحشرية وضمان محصول الأرز عند النضج.

في الوقت الحاضر ، لا يزال تحديد مقاومة الأرز عن طريق عدم التفضيل يمثل تحديا. في هذه الحالة ، يتم استخدام طريقتين رئيسيتين حاليا. من ناحية أخرى ، يتم وضع نطاطات النباتات ونباتات الأرز في قفص شبكي مربع من النايلون12. على الرغم من أن هذا النهج يعتبر فعالا نسبيا لإجراء التجارب على خطوط أرز متعددة في وقت واحد ، إلا أنه يتطلب مساحة تجريبية أكبر ، وبالتالي يسبب بعض الصعوبات في المراقبة والعد بسبب مواد شبكة النايلون غير الشفافة. من ناحية أخرى ، يتم استخدام طريقة مقياس الرائحة بالأنبوب Y في تجارب اختيار الحشرات وفقا للاختلاف في المواد المتطايرة المنبعثة من الأرز. تسهل هذه الطريقة سهولة الملاحظة بسبب الحاوية الزجاجية14. أحد العوامل الرئيسية المقيدة لهذه الطريقة هو أنها لا تستطيع إلا الحكم على الرائحة المتطايرة ، كما أن لديها متطلبات صارمة بشأن ضيق الأجهزة التجريبية وتستغرق وقتا طويلا.

هنا ، نصف طريقة محسنة لتقييم مقاومة نبات الأرز من النوع غير التفضيلي ل WBPHs ، وهي سهلة التشغيل وسهلة المراقبة. يمكن أيضا استخدام هذه الطريقة لدراسة سلوك تفضيل الموائل والتغذية ووضع البيض ل BPHs والآفات النصفية الأخرى.

Protocol

1. تحضير النطاطات ونباتات الأرز وقفص كلوريد البولي فينيل

  1. نطاطات النباتات
    1. خلف WBPHs على الحراثة من نوع من الأرز الحساس يسمى Taichung Native 1 (TN1) في أقفاص مقاومة للحشرات واتركها تتكاثر بشكل طبيعي لأجيال. اختر الإناث البالغات طويلة الأجنحة التي ظهرت حديثا لمزيد من التجارب.
      ملاحظة: تم توفير WBPHs من قبل معهد الجينوم الزراعي في شنتشن ، الأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية.
  2. نباتات الأرز
    1. انقع بذور كل خط أرز في الماء وضعها في غرفة يتم التحكم فيها بالمناخ مع ضبط المعلمات على 28 درجة مئوية ، 75٪ -80٪ رطوبة نسبية (RH) ، ودورات من 14 ساعة خفيفة / 10 ساعات مظلمة لمدة يومين حتى الإنبات.
    2. زرع 30 بذرة نبتت من كل خط أرز مختبر بالتساوي في صندوق بذور بلاستيكي (20 سم [طول] × 15 سم [عرض] × 10 سم [ارتفاع]) مملوء بتربة الأرز على عمق 3-4 سم.
    3. غطي البذور بطبقة رقيقة من التربة الجافة الناعمة ؛ ثم بلل التربة الجافة بالماء.
    4. ضع صندوق البذور في قفص شبكي مقاوم للحشرات (75 سم [طول] × 75 سم [عرض] × 75 سم [ارتفاع]) عند 28 درجة مئوية ، مع رطوبة نسبية 75٪ -80٪ ومعالجة دورة إضاءة 14 ساعة / 10 ساعات في غرفة يتم التحكم فيها بالمناخ. اسق كل يوم للحفاظ على رطوبة التربة. استمر في زراعة النباتات لمدة 7 أيام ، حتى تصل إلى مرحلة من ورقتين إلى ثلاث ورقات.
    5. اختر 20 شتلة ذات إمكانات نمو مماثلة ، وزرع الشتلات في أواني بذور بلاستيكية قطرها 10 سم (شتلة واحدة لكل وعاء) مع وجود ثقب في الأسفل.
    6. ضع الأواني في قفص شبكي مقاوم للحشرات (75 سم [طول] × 75 سم [عرض] × 75 سم [ارتفاع]) عند 28 درجة مئوية ، مع رطوبة نسبية 75٪ -80٪ ومعالجة دورة فاتحة لمدة 14 ساعة / 10 ساعات في غرفة يتم التحكم فيها بالمناخ ، مع وجود ماء في قاع الدرج ، لمدة 30 يوما تقريبا من النمو حتى تصل إلى مرحلة الحراثة باستخدام واحد أو اثنين من الحراثة.
    7. تقليم نباتات الأرز إلى حارث واحد قبل 48 ساعة من بدء التجربة.
  3. قفص أسطواني من البولي فينيل كلوريد
    1. احصل على البولي فينيل كلوريد الشفاف (PVC) بأبعاد 120 سم × 90 سم وسمك 0.5 مم.
    2. اجعلها في هيكل أسطواني بارتفاع 90 سم وقطرها 35 سم.
    3. استخدم دباسة لإصلاح منطقة التداخل في طرفي الأسطوانة. تأكد من أن مساحة التداخل يبلغ طولها حوالي 90 سم وعرضها 10 سم.
    4. أغلق منطقة التداخل بأكملها من محيط الأسطوانة بشريط حساس للضغط.
      ملاحظة: تأكد من إمكانية وضع القفص الأسطواني عموديا على الأرض ولا توجد فجوة واضحة بين القفص والأرض.
    5. قطع 200 شبكة من النايلون ، كل منها بأبعاد 50 سم × 50 سم ؛ استعد بما يكفي للخطوات اللاحقة.
    6. الحصول على الأربطة المطاطية المناسبة. تأكد من أن القطر حوالي 1.5 مم وأن المحيط لا يقل عن 32 سم عند انقباض الشريط.

2. علاج الحشرات والأرز

  1. ضع صينية بلاستيكية مستديرة بقطر 28 سم وارتفاع 10 سم على أرض خرسانية مسطحة في غرفة يتم التحكم فيها بالمناخ مع إعدادات المعلمات كما هو موضح في الخطوة 1.2.6.
    ملاحظة: إذا كانت أرضية الدفيئة عبارة عن تربة ، فابحث عن سطح مستو قدر الإمكان لضمان وضع الدرج بشكل مسطح.
  2. اختر وعاءين من خطوط أرز مختلفة (من الخطوة 1.2.7) وضعهما في الصينية ، جنبا إلى جنب ، واملأ الصينية البلاستيكية بما يكفي من الماء.
  3. قم بتغطية إناءي الأرز التجريبيين بالقفص الأسطواني المصنوع في الخطوة 1.3.4.
  4. ضع قطعة واحدة من شبكة النايلون (من الخطوة 1.3.5) فوق القفص.
    ملاحظة: يمكن استخدام إناء الأرز في القفص كمجموعة. كرر 15 مجموعة من كل مجموعة. ضع أواني الأرز بشكل عشوائي في موضعها والاتجاه ، لكن حاول التأكد من أن أوراق نبتتي الأرز لا تتلامس.
  5. استخدم مصيدة شفط مصنوعة يدويا لجمع 40 من الإناث البالغات من WBPH التي ظهرت حديثا (راجع القسم 1.1).
  6. ضع البالغين WBPH في أنبوب زجاجي (بقطر 2 سم وارتفاع 15 سم) وقم بتغطيته بسدادة إسفنجية.
  7. ارفع ركنا من شبكة النايلون (انظر الخطوة 2.4).
  8. قم بإزالة السدادة الإسفنجية من الأنبوب الزجاجي وضع الأنبوب في الجزء الأوسط من القفص لتحرير جميع WBPHs.
  9. قم بتغطية شبكة النايلون بسرعة واستخدم شريطا مطاطيا لإغلاقها لمنع WBPHs من الهروب (الشكل 1).

3. التسجيل والملاحظة

  1. راقب توزيع WBPHs على كل نبتة أرز في 3 و 6 و 24 و 48 و 72 و 96 و 120 ساعة بعد الإصابة.
  2. سجل عدد WBPHs على نباتات الأرز المختلفة بما في ذلك غمد الأوراق والأوراق من جميع الاتجاهات من خلال القفص الشفاف.
    ملاحظة: كن لطيفا أثناء عملية المراقبة حتى لا تزعج WBPHs.

النتائج

كانت هناك ثلاثة خطوط اختبار للأرز المستخدمة في هذه الدراسة. خط الأرز FY01 حساس ل WBPH ويستخدم كمجموعة تحكم. كان خط الأرز HZ08 و HZ06 عبارة عن خطوط معدلة وراثيا تم فيها إدخال جين X1 المحتمل المقاوم ل WBPH وجين X5 ، على التوالي ، بناء على خلفية السنة المالية 01. لذلك ، يم?...

Discussion

تطلق نباتات الأرز الناضجة مستقلبات ثانوية متطايرة للسيطرة على الآفات الحشرية أو تقليل قدرة التزاوج لهذه الآفات (كما هو الحال في WBPHs) عبر بنية فيزيائية خاصة على سطح غمد الورقة ، وهي آلية مقاومةرئيسية 13. في نباتات الأرز ، لا يرتبط عدم التفضيل بالتغذية فحسب ، بل...

Disclosures

المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

يعرب المؤلفون عن امتنانهم للدكتور لانغ يانغ لإطعام نطاطات النباتات ذات الظهر الأبيض وزراعة الأرز. تم دعم هذا العمل من قبل الصناديق الخاصة للتنمية الصناعية لمنطقة دابينغ الجديدة ، مدينة شنتشن (رقم المنحة. KY20180216 و KY20180115).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
climate-controlled roomNingbo Jiangnan Instrument FactorySZJYS2013temperature, relative humidity, photoperiod control
glass tube with sponge stopper//diameter 2 cm and height 15 cm
handmade suction trap///
insect-proof cage //200-mesh, (L × W × H, 75 × 75 × 75 cm)
Nylon net//200 mesh
paddy soil///
plastic seed box // (L × W × H, 20 × 15 × 10 cm)
plastic seed pot//10-cm-diameter
plastic tray// (D × H, 28  × 10 cm)
rice seed of FY01 line//60 seeds
rice seed of HZ06 line//30 seeds
rice seed of HZ08 line//30 seeds
rice seed of TN1 variety//many
Rubber band//diameter is 1.5 mm, and the circumference is 32 cm
scotch tape///
SPSS Statistics 19.0IBM Corporation/statistical data analysis
stapler///
transparent PVC //120 cm × 90 cm dimensions and thickness of 0.5 mm

References

  1. Du, B., et al. Identification and characterization of Bph14, a gene conferring resistance to brown planthopper in rice. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. , (2009).
  2. Khush, G. S. Strategies for increasing the yield potential of cereals: case of rice as an example. Plant Breeding. 132 (5), 433-436 (2013).
  3. Brar, D. S., Virk, P. S., Jena, K. K., Khush, G. S., Heong, K. L., Hardy, B. Breeding for resistance to planthoppers in rice. Planthoppers: New Threats to the Sustainability of Intensive Rice Production Systems in Asia. , 401-409 (2009).
  4. Han, Y., Wu, C., Yang, L., Zhang, D., Xiao, Y. Resistance to Nilaparvata lugens in rice lines introgressed with the resistance genes Bph14 and Bph15 and related resistance types. PLoS One. 13 (6), e0198630 (2018).
  5. Sarao, P. S., Bhatia, D., Brar, D. S., Arora, R., Sandhu, S. Advances in Breeding for Resistance to Hoppers in Rice. Breeding Insect Resistant Crops for Sustainable Agriculture. , 101-130 (2017).
  6. Sarao, P. S., et al. Donors for resistance to brown planthopper Nilaparvata lugens (Stål) from wild rice species. Rice Science. 23 (4), 219-224 (2016).
  7. Horgan, F., Heong, K. L., Hardy, B. Mechanisms of resistance: a major gap in understanding planthopper-rice interactions. Planthoppers: New Threats to the Sustainability of Intensive Rice Production Systems in Asia. , 281-302 (2009).
  8. He, J., et al. High-resolution mapping of brown planthopper (BPH) resistance gene Bph27 (t) in rice (Oryza sativa L). Molecular Breeding. 31 (3), 549-557 (2013).
  9. Ling, Y., Weilin, Z. Genetic and biochemical mechanisms of rice resistance to planthopper. Plant Cell Reports. 35 (8), 1559-1572 (2016).
  10. Qi, J., et al. The chloroplast-localized phospholipases D α4 and α5 regulate herbivore-induced direct and indirect defenses in rice. Plant Physiology. , 111 (2011).
  11. Qiu, Y., Guo, J., Jing, S., Zhu, L., He, G. High-resolution mapping of the brown planthopper resistance gene Bph6 in rice and characterizing its resistance in the 9311 and Nipponbare near isogenic backgrounds. Theoretical and Applied Genetics. 121 (8), 1601-1611 (2010).
  12. Liu, Y., et al. A gene cluster encoding lectin receptor kinases confers broad-spectrum and durable insect resistance in rice. Nature Biotechnology. 33 (3), 301 (2015).
  13. Lou, Y., et al. Differences in induced volatile emissions among rice varieties result in differential attraction and parasitism of Nilaparvata lugens eggs by the parasitoid Anagrus nilaparvatae in the field. Journal of Chemical Ecology. 32 (11), 2375 (2006).
  14. Da Silva, A. G., et al. Non-preference for oviposition and antibiosis in bean cultivars to Bemisia tabaci biotype B (Hemiptera: Aleyrodidae). Revista Colombiana de Entomologia. 40 (1), 7-14 (2014).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

Sogatella Furcifera

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved