（农业昆虫与害虫防治专业论文）b型烟粉虱诱导甘蓝对桃蚜和咀嚼式昆虫的影响及机制探讨.pdf

h嘴n礴、；n目v，、 l 项目资助 1 l l i l l l l l l l 洲1 1 1 l l l l l l l 圳 17 8 6 8 5 1 本研究得到国家自然科学基金项目“甘蓝上b 型烟粉 虱对桃蚜的竞争取代机制”( 3 0 6 7 1 3 7 9 ) 的资助。 - 1 1 ：i 5 ! ； 1 3 1 6 1 4 本研究的目的和意义1 8 2 材料与方法。1 8 2 1 供试植物18 2 2 供试虫源l8 2 3 生化试剂1 9 2 4 主要仪器2 0 2 5b 型烟粉虱为害甘蓝对桃蚜的影响2 0 2 5 1 甘蓝植株的前侵染处理2 0 2 5 2b 型烟粉虱为害甘蓝植株对桃蚜种群消长动态的影响2 1 2 5 3b 型烟粉虱为害甘蓝植株不同叶位叶片对桃蚜生长发育和繁殖 的影响2 1 2 5 4b 型烟粉虱为害甘蓝植株对桃蚜相对生长率的影响2 1 2 6b 型烟粉虱为害甘蓝植株对b 型烟粉虱自身生长发育和繁殖的影 响2 2 2 7 桃蚜为害甘蓝植株对b 型烟粉虱生长发育和繁殖的影响2 2 2 8b 型烟粉虱为害甘蓝植株对菜青虫和斜纹夜蛾的影响2 3 2 8 1 甘蓝植株的前侵染2 3 2 8 2b 型烟粉虱为害甘蓝植株对菜青虫生长发育和繁殖的影响2 3 2 8 3b 型烟粉虱为害甘蓝植株对斜纹夜蛾生长发育和繁殖的影响2 3 2 9b 型烟粉虱为害后甘蓝植株内生理生化指标的测定2 3 2 9 1 样品前处理方法2 3 2 9 2 叶绿素含量测定2 3 2 9 3 可溶性糖和可溶性蛋白含量测定2 4 2 9 4 相关防御酶活性测定2 4 2 9 5 总酚和芥子油苷含量测定2 5 2 1 0 数据处理2 7 3 结果与分析2 7 3 1 甘蓝植株上b 型烟粉虱与桃蚜的相互关系。2 7 3 1 1b 型烟粉虱为害甘蓝植株对桃蚜生长发育和繁殖的影响2 7 3 1 2b 型烟粉虱为害甘蓝植株对b 型烟粉虱自身生长发育及繁殖的 影响31 3 1 3 桃蚜为害甘蓝植株对b 型烟粉虱生长发育和繁殖的影响3 4 3 2b 型烟粉虱为害甘蓝植株后对咀嚼式昆虫生长发育和繁殖的影响3 7 3 2 1b 型烟粉虱为害甘蓝植株对菜青虫生长发育和繁殖的影响3 7 3 2 2b 型烟粉虱为害甘蓝植株后对斜纹夜蛾生长发育和繁殖的影响 z 1 1 3 3b 型烟粉虱为害的甘蓝植株生理生化指标的测定4 5 3 3 1b 型烟粉虱为害的甘蓝植株内叶绿素含量的变化4 5 3 3 2b 型烟粉虱为害的甘蓝植株内主要营养物质的变化4 6 3 3 3b 型烟粉虱为害的甘蓝植株内主要防御酶活性的变化4 8 3 3 4b 型烟粉虱为害的甘蓝植株内芥子油苷和酚类物质的变化4 9 4 讨论5 1 5 结论。5 6 参考文献5 8 致谢6 7 攻读学位期间发表论文情况6 8 i i 灾，对我国农 的趋势。我们 在田间调查中发现烟粉虱为害后的甘蓝上桃蚜和菜青虫数量明显减少， b 型烟粉虱在与桃蚜和菜青虫竞争中占据明显的优势。本文研究了b 型 烟粉虱取食诱导的植物防御反应对桃蚜和咀嚼式昆虫菜青虫和斜纹夜蛾 的影响，并测定了b 型烟粉虱为害的甘蓝植株内主要营养物质和次生代 谢产物的变化，探讨其在b 型烟粉虱取食诱导的甘蓝防御反应在与土著 昆虫竞争中的作用。本研究对进一步揭示外来入侵害虫b 型烟粉虱的种 间竞争优势机制具有重要意义。主要研究结果如下： 1 b 型烟粉虱为害后的甘蓝对后侵染的桃蚜种群动态、个体生长发 育、存活率及繁殖力均有明显的抑制作用，而对后侵染的烟粉虱自身却 没有不利的影响。在b 型烟粉虱为害后的甘蓝植株上，桃蚜第二代、第 三代的种群增长倍数较对照植株分别降低了7 4 6 5 和7 2 6 6 。与对照 叶片相比，桃蚜取食b 型烟粉虱为害后的甘蓝系统白脉叶片后其发育历 期延长2 6 天，平均相对生长率降低1 5 8 0 ，平均单雌产仔量减少9 3 头雌；而心叶和局部虫体叶对桃蚜均没有明显的负面影响。 2 桃蚜前侵染的甘蓝植株对b 型烟粉虱生长发育和繁殖无明显影 响。桃蚜危害后甘蓝植株的危害叶和系统叶与对照植株各自相应叶位叶 片相比，均没有明显的差异。 3 b 型烟粉虱取食诱导的甘蓝植株对随后取食的菜青虫和斜纹夜蛾 幼虫生长发育和繁殖有明显的不利影响，并且局部虫体叶的不利影响大 于白脉叶。取食b 型烟粉虱前侵染的甘蓝虫体叶片后，菜青虫和斜纹夜 蛾幼虫存活率明显降低，较各自对照分别降低了2 0 0 和2 6 o ，繁殖 力分别减少了1 9 6 粒雌和4 7 1 5 粒雌，雌雄蛹重均明显降低，与对照差 异显著。 4 测定了b 型烟粉虱为害的甘蓝植株内叶绿素和主要营养物质含量 的变化，结果发现b 型烟粉虱为害后甘蓝植株叶绿素及可溶性蛋白含量 在虫体叶、白脉和心叶中与各自的对照叶片均有所降低，且趋势一致， b 型烟粉虱诱导甘蓝对桃蚜和咀嚼式昆虫的影响及机制探讨 降低大d , j 颐序均为白脉 心叶 虫体叶。可溶性糖含量在虫体叶中较对照 显著升高，而白脉叶和心叶均降低，且白脉叶降低更为显著，较对照降 低了1 4 8 3 。结合对桃蚜抑制影响的分析，表明叶绿素、可溶性糖及可 溶性蛋白的含量与桃蚜的存活率呈密切的正相关性。 5 b 型烟粉虱为害甘蓝植株后，虫体叶、白脉叶和心叶中防御酶过 氧化物酶( p o d ) 、多酚氧化酶( p p o ) 以及苯丙氨酸解氨酶( p a l ) 的活性较 各自对照均明显升高。在处理植株的白脉叶上p o d 、p p o 和p a l 升高的 比例明显高于虫体叶和心叶，这三种酶活性分别较各自对照升高了 2 2 3 9 ，1 6 6 9 及1 7 1 ，而在虫体叶上分别升高了6 5 0 ，6 2 3 及 5 3 ，心叶中三种酶活性升高的程度与虫体叶相似。推测上述三种酶可 能与甘蓝介导的b 型烟粉虱对桃蚜的防御反应有关。 6 整叶取样测定时发现，b 型烟粉虱为害甘蓝植株后次生代谢产物 芥子油苷和酚类在虫体叶、白脉叶和心叶中较各自对照均显著升高，并 且白脉叶升高的比例明显高于虫体叶和心叶，升高大d , j w l 页序为白脉叶 心 叶 虫体叶。在白脉叶片中，芥子油苷和酚类物质含量分别是对照的1 6 6 倍和3 1 倍。韧皮部取样测定发现b 型烟粉虱为害的甘蓝植株局部虫体 叶中芥子油苷含量有所降低，而系统白脉和心叶中芥子油苷含量均有所 升高，且白脉叶中升高的最显著，是对照的1 5 2 倍。因此推测，芥子油 苷可能是抑制桃蚜生长发育及繁殖的主要因素之一。 关键词：b 型烟粉虱；甘蓝；诱导防御；桃蚜；咀嚼式昆虫；生长发 育：营养成分；防御机制 2 i n v a d e si nc h i n a i th a sc a u s e dc o n s i d e r a b l ed a m a g et oar a n g eo fc r o p sa n d l a n d s c a p ef l o w e r s ，a n dt h e r ei say e a r l yt r e n do fi n c r e a s ea n ds p r e a d w ef i n d t h a tt h e r eh a saf e wm p e r s i c a ea n dp r a p a eo nc a b b a g ei n f e s t e db yb t a b a c i w h e ni n v e s t i g a t i n gi nf a r m i ti n d i c a t e st h a t 及t a b a c ii sp r e d o m i n a t i o ni n c o m p e t i n gw i t hm p e r s i c a ea n dp r a p a e es t u d i e dt h e e f f e c to fc a b b a g e ! s d e f e n s er e s p o n s ei n d u c e db yb t a b a c io nm p e r s i c a ea n dp r a p a e ，a n d w e a l s o i n v e s t i g a t e dt h ec h a n g e s o fm a j o rn u t r i t i o ni n d e xa n ds e c o n d a r y m e t a b o l i t e so nc a b b a g ei n d u c e db y 最t a b a c i ，i no r d e rt oe x p l o r ei t sr o l ei nt h e c o m p e t i t i o nb e t w e e nb t a b a c ia n di n d i g e n o u si n s e c t s i n v e s t i g a t i n gd e f e n s e r e s p o n s e so fc a b b a g et om p e r s i c a ea n dp r a p a ei n d u c e db yb t a b a c ih a s i m p o r t a n t a c a d e m i c m e a n i n g f o r r e v e a l i n gc o m p e t i t i v er e p l a c e m e n t m e c h a n i s mo f 最t a b a c it oi n d i g e n o u si n s e c t s t h em a j o rr e s u h sw e r ea s f o l l o w s ： 1 c a b b a g ei n f e s t e db yb t a b a c ih a ds i g n i f i c a n ti n h i b i t i o no np o p u l a t i o n g r o w t h d e v e l o p m e n ta n dr e p r o d u c t i o no fmp e r s i c a e ，h o w e v e r ，i th a dn o n e g a t i v ee f f e c to n 丑t a b a c i ，n l ep o p u l a t i o ng r o w t hr a t eo fs e c o n dg e n e r a t i o n ， t h i r dg e n e r a t i o nr e d u c e d7 4 6 5 a n d7 2 6 6 o nt h ec a b b a g ei n f e s t e db y 丑 t a b a c i , r e s p e c t i v e l y 。t l l e w h i t e - v e i n1 e a v e si n f e s t e d b y 丑t a b a c ih a d s i g n i f i c a n td e t r i m e n t a li n f l u e n e e c o m p a r e dw i t hl e a v e so ft h es a m ep o s i t i o n o nc o n t r o lp l a n t ，t h ed e v e l o p m e n t a lt i m ep r o l o n g e d2 6d a y s ，m e a nr e l a t i v e g r o w t hr a t er e d u c e d15 8 0 ，a n da v e r a g ef e c u n d i t yd e c r e a s e d9 3p e rf e m a l e b u tt h et m e x p a n d e dl e a v e sa n dd a m a g e dl e a v e sh a dn os i g n i f i c a n tn e g a t i v e i n f l u e n c eo nd e v e l o p m e n ta n dr e p r o d u c t i o no f mp e r s i c a e 2 c a b b a g ei n f e s t e db ymp e r s i c a eh a d n os i g n i f i c a n tn e g a t i v ei n f l u e n c e o nd e v e l o p m e n ta n dr e p r o d u c t i o no fat a b a c i t h e r eh a dn os i g n i f i c a n t d i f f e r e n c eb e t w e e nt r e a t m e n tp l a n ta n dc o n t r o lp l a n to nb o t hd a m a g e dl e a v e s a n ds y s t e m i cl e a v e s 3 c a b b a g ei n f e s t e db yb t a b a c ih a ds i g n i f i c a n td e t r i m e n t a le f f e c to n d e v e l o p m e n ta n dr e p r o d u c t i o no fp r a p a ea n ds 1 i t u r a ，a n dt h ei n f l u e n c eo f d a m a g e dl e a v e s w a sm o r eo b v i o u st h a nt h a to fw h i t e - v a i nl e a v e s t h e s u r v i v o r s h i po nd a m a g e d l e a v e sd e c r e a s e dr a p i d l y ，c o m p a r e dt oc o n t r o lp l a n t ， t h es u r v i v o r s h i po fp r a p a ea n d l i t u r ar e d u c e d2 0 a n d2 6 ，t h ea v e r a g e 3 b 型烟粉虱诱导甘蓝对桃蚜和咀嚼式昆虫的影响及机制探讨 f e c u n d i t yd e c r e a s e d1 9 6p e rf e m a l ea n d4 7 1 5p e rf e m a l e ，m o r e o v e r ，t h e p u p a lp e r i o d r e d u c e do b v i o u s l y ，a n dt h e r eh a db e e ns i g n i f i c a n td i f f e r e n c e b e t w e e nt r e a t m e n ta n dc o n t r 0 1 4 t 1 1 ec h l o r o p h y l lc o n t e n ta n dm a j o rn u t r i t i o n a li n d e xi n c a b b a g e d a m a g e db yb t a b a c iw e r ed e t e r m i n a t e d c h l o r o p h y l la n ds o l u b l ep r o t e i n c o n t e n td e c r e a s e do nd a m a g e dl e a v e s w h i t e v e i nl e a v e sa n du n e x p a n d e d l e a v e s ，a n dt h et e n d e n c yi sc o n s i s t e n t t h es e q u e n c eo ft h er e d u c t i o nw a s w h i t e - v e i n u n e x p a n d e dl e a v e s d a m a g e d l e a v e s s o l u b l e s u g a rc o n t e n t i n c r e a s e do b v i o u s l yo nd a m a g e dl e a v e sc o m p a r e dt o c o n t r o l ，h o w e v e r , i t r e d u c e do nb o t hw h i t e v e i nl e a v e sa n du n e x p a n d e dl e a v e s a n dw h i t e v e i n l e a v e sd e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y ，t h ec o n t e n to fs o l u b l es u g a rr e d u c e d14 8 3 c o m p a r e dw i t hc o n t r 0 1 c o m b i n e da n a l y s i so ft h es u p p r e s s i o no na p h i d ，t h e r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e r eh a dp o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e ns o l u b l es u g a r , s o l u b l ep r o t e i nc o n t e n ta n ds u r v i v o r s h i po fm p e r s i c a e 5 ma c t i v i t yo fp o d ，p p oa n dp a li n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yc o m p a r e d 谢t l l 廿l e i rc o n t r o l ，a n dt h ea c t i v i t yi nw h i t e v e i nl e a v e si n c r e a s e dm o r et h a n t h ed a m a g e dl e a v e sa n du n e x p a n d e dl e a v e s ，t h ea c t i v i t yo ft h e s et h r e e e n z y m e sr o s e2 2 3 9 ，16 6 9 a n d17 1 ，a n do nd a m a g e dl e a v e s ，t h e a c t i v i t yo ft h e s et h r e ee n z y m e sr o s e6 5 o ，6 2 3 a n d5 3 ，t h ed e g r e ei s s i m i l a rt ou n e x p a n d e dl e a v e s w es p e c u l a t e dt h a tt h e s et h r e ee n z y m e sm i g h t b er c l a t e dw i t ht h ed e f e n s i v er e s p o n s et om p e r s i c a e 6 n l cc o n t e n to f g l u c o s i n o l a t e sa n dp h e n o l si n c r e a s e dn o t a b l yo n d a m a g e dl e a v e s ，w h i t e - v e i nl e a v e sa n du n e x p a n d e dl e a v e st h r o u g hw h o l e l e a v fs a m p l i n gm e t h o d m o r e o v e r t h ec o n t e n to nw h i t e v e i nl e a v e sr o s em o r e s i g n i f i c a n t l y t h a no t h e rl e a v e s t h eo r d e ro fi n c r e a s e m e n tw a sw h i t e v e i n u n e x p a n d e dl e a v e s d a m a g e dl e a v e s o nt h ew h i t e v e i n ，t h ec o n t e n to f g l u c o s i n o l a t e sa n dp h e n o l sw a s1 6 6t i m e sa n d3 1 t i m e sa sc o n t r 0 1 加1 e c o n t e n to fg l u c o s i n o l a t e sa n dp h e n o l so nd a m a g e dl e a v e sd e c r e a s e do b v i o u s l y ， b u ti ti n c r e a s e do nb o t hw h i t e - v e i nl e a v e sa n du n e x p a n d e dl e a v e s ，m o r e o v e r , w h i t e - v e i nl e a v e si n c r e a s e dm o r es i g n i f i c a n t l y i tw a s1 5 2t i m e sa sc o n t r 0 1 t h e r e f o r e ，g l u c o s i n o l a t e sm a yo n eo fm a i nf a c t o r so fi n h i b i t i n ga p h i dg r o w t h a n dr e p r o d u c t i o n k e y w o r d s ：b e m i s i at a b a c ibb i o t y p e ；c a b b a g e ；i n d u c e dd e f e n s er e p o n s e s ； m y z u sp e r s i c a e ；c h e w i n gi n s e c t s ；n u t r i t i o n ；d e f e n s i v em e c h a n i s m 4 导防御机制在植物自我保护中发挥重要作用( m a l e c k ，1 9 9 9 ) 。植物在遭受 植食性昆虫袭击后，一方面产生一些对昆虫具有忌避、拒食或( 和) 毒杀 作用的化学物质( 如萜类物质、生物碱) 或者产生一些阻碍昆虫对食物进 行消化和利用的化学物质( 如蛋白酶抑制剂) ，从而使植物本身对害虫产 生直接防御；另一方面，一些植物在遭受植食性昆虫的进攻时，产生某 些挥发性物质( 如吲哚、萜烯等) ，引诱为害昆虫的天敌，从而达到间接 防御植食性昆虫的目的( f a r m e r ，2 0 0 1 ；s c h n e e ，2 0 0 6 ；s h i o j i r i k ，2 0 0 6 ) 。虫害 诱导的植物化学防御作用从虫害信号识别、信号传导途径、防御基因表 达、代谢或生理变化、对植食者的影响以及对宿主植物的影响几个尺度 和过程展开( j w a n s e ta 1 2 0 0 6 ；s h i o j i r i k , 2 0 0 6 ) 。 近年来植物诱导抗性，尤其是昆虫取食诱导的植物防御，已经成为 新的研究热点。研究植物的诱导防御，不仅有利于在理论上进一步阐明 植物与昆虫的相互关系和植食性昆虫种群数量变动的机制，而且对抗虫 育种和害虫综合治理的实践有十分重要的指导意义。因此，自7 0 年代初 开始研究植食性昆虫诱导植物产生防御以来，其进展非常迅速，内容极 为丰富，尤其是近年来，昆虫取食诱导的植物间接防御，已经成为新的 研究热点，这方面的研究报道屡见不鲜( 高艳，2 0 0 6 ；周强，2 0 0 3 ；刘芳， 2 0 0 3 ；祝传书，2 0 0 3 ；娄永根，2 0 0 0 ) 直接防御反应的研究报道则相对较少。 昆虫诱导的植物直接防御反应包括3 类：( 1 ) 改变初级代谢产物：改 变蛋白质，糖类氨基酸的等的种类和数量，改变自身的营养状况，使昆 虫不能获得足够的营养；( 2 ) 产生有毒的次级代谢产物：如酚类、萜类、 生物碱以及挥发型气体直接杀伤昆虫或病原菌；( 3 ) 产生防御相关蛋白： 如多酚氧化酶、蛋白酶抑制剂等，影响昆虫对食物的消化能力。 5 b 型烟粉虱诱导甘蓝对桃蚜和咀嚼式昆虫的影响及机制探讨 1 1 1 1 改变初级代谢产物 植物体内的蛋白质、脂类、可溶性糖、氨基酸等营养物质是植食性 昆虫生长发育的必需物质，其相对含量的改变直接影响昆虫的生长发育 和繁殖。植食性昆虫的为害，会导致植物一些初生代谢化合物的变化。 这些初生代谢化合物主要包括蛋白质、碳水化合物、氨基酸等等( 李典谟， 1 9 9 7 ；娄永根，1 9 9 6 ) 。损伤的结果，往往会使植物的这些初生化合物含量 下降，从而使植物的营养成分降低( 娄永根等，1 9 9 7 ；钦俊德，1 9 8 7 ；徐涛等， 2 0 0 3 ) 。受损伤的植物叶片常会导致一些营养成分含量的下降，从而影响 到刺吸式昆虫的生长、发育、存活和繁殖。 m a r t i n ( 2 0 0 7 ) 报道桃蚜取食拟南芥能够造成植物明显的生长减弱，因 为植物不仅减少了光合( 碳) 和自由的氨基酸的吸收，而且形成了防御反 应的代谢消耗。h e m m a t ( 2 0 0 7 ) 的研究发现伴随着蚜虫的取食甘蓝叶片的 糖、氨基酸水平明显下降，在被危害甘蓝植株的老叶上总蛋白的含量也 明显下降。丁锦华( 1 9 9 0 ) 发现，受褐飞虱为害的稻株叶鞘中，有1 2 种氨 基酸含量增加，4 种氨基酸含量减少。陈建明( 2 0 0 3 ) 研究了白背飞虱为害 后，稻株品种中营养成分的变化，结果表明，耐虫品种稻株中全n 量和 可溶性总糖量增加，n 糖比变化率明显下降；而感虫品种的全n 量和可 溶性总糖量下降，n 糖比变化率明显增a n ( 陈建明，2 0 0 3 ) 。通过同种蚜虫 的前侵染棉花植株后，棉蚜的生殖力明显的下降，这主要是由于棉蚜取 食后棉花植物损坏和营养成分的下降造成的，而不是在植物中产生了化 学物质( w o o l ，1 9 9 6 ) 。俄罗斯小麦蚜和禾谷缢管蚜取食小麦植物会改变 植物的蛋白含量( n ie ta 1 2 0 0 1 ) ，但是禾谷缢管蚜取食后导致植物营养成 分的升高( s a n d s t r 6 me ta 1 2 0 0 0 ；s a n d s t r 6 m ，2 0 01 ) 。 1 1 1 2 产生有毒的次级代谢产物 当遭受昆虫攻击时，植物会产生大量次生化合物，阻碍昆虫对食物进 行消化和利用。在昆虫与植物的相互关系中，植物的次生化合物起着重 要的作用，植物体内的次生代谢物质目前已知三万多种( 贾贞，2 0 0 5 ) 。植 物次生代谢物质虽然种类繁多，结构多样，但根据其生物合成途径可以 分成酚类、类萜、含氮化合物和其他次生物质4 大类( h o d ，1 9 8 0 ) 。 6 山东农业大学硕士学位论文 这些次生代谢产物一方面，它们可与蛋白质结合，影响昆虫营养物质 吸收：另一方面，由于本身或代谢物为有毒的腈、硫氰酸，干扰植食者 的神经信号的传递，对昆虫或病原菌产生毒害作用，延缓其发育。v a i l d a m 等( 2 0 0 0 ) 应用外源茉莉酸处理烟草3 d 后整株烟草中尼古丁含量提高 2 3 倍，从而导致在烟草上取食的烟草天蛾( m a n d u c as e x t a ) 发育减慢、 蛹重减轻，死亡率升高。虫害或茉莉酸对芥子油苷诱导效果更加明显， 对于大部分十字花科植物，虫害或茉莉酸处理均能提升植物体合成芥子 油苷的能力，使其叶片中芥子油苷的含量显著增力h ( b i r e he ta 1 1 9 9 2 ； a g r a w a l ，19 9 8 ) 。 植物受害后总酚含量的增加是构成对植食性昆虫抗性的主要原因( 刘 兴平，2 0 0 3 ) 。酚类物质的增加是次生代谢最明显的变化。酚类化合物主 要包括酚酸、单宁、黄酮类化合物等，酚类物质是木质素合成的前体物 质，同时酚具有毒性可抑制昆虫的取食和病原物的侵染，而酚的氧化产 物醌具有比酚更强的毒性，因此酚类化合物是重要的抗虫次生物质，在 植物抗虫害反应中有着举足轻重的作用。关于酚类化合物在植物抗虫中 的作用，国内外己有了诸多的报道。h o r i ( 1 9 8 0 ) 的研究表明高浓度的酚和 醌不仅对昆虫有毒而且也是植食性昆虫的取食抑制剂，提高了植物的抗 虫水平。棉蚜危害棉花后，棉花体内的单宁含量增加，增强了棉花对棉 蚜的防御能力。桃蚜( m y z u sp e r s i c a e ) 取食紫花苜蓿后，紫花苜蓿产生更 多的次级代谢产物，而这种物质的积累对桃蚜的取食有抑制作用，从而 提高了紫花苜蓿对桃蚜的抗性水平( l o p e r ，1 9 6 8 ) 。l e s z c z y n s k i 等( 1 9 8 5 ) 研 究了8 种酚类物质对禾谷缢管蚜的影响，结果表明在低浓度时，咖啡 酸、阿魏酸、儿茶酚和邻苯二酚对蚜虫取食影响较大；高浓度时，所有 酚化合物均能降低蚜虫的取食。 1 1 1 3 产生防御相关蛋白 植物产生的防御蛋白包括蛋白酶抑制剂、氧化酶系、苯丙烷类代 谢途径酶、糖结合蛋白和病程相关蛋白等。 ( 1 ) 蛋白酶抑制剂：植物重要的防御物质之一，是一类分子质量较 小的多肽或蛋白质，在植物中广泛分布主要存在与贮藏组织中。植物 蛋白酶抑制素在植物体内一般是诱导表达的，昆虫取食危害后导致某 7 b 型烟粉虱诱导甘蓝对桃蚜和咀嚼式昆虫的影响及机制探讨 些植物在伤口产生一种寡聚糖信息素一蛋白酶抑制素诱导因子，蛋白 酶抑制素诱导因子诱导叶片局部产生植物蛋白酶抑制素，并刺激产生 信号物质系统肽，通过十八烷酸途径在一系列酶的作用下产生荣莉 酸，茉莉酸与受体结合，活化植物蛋白酶抑制素基因( 宗娜，2 0 0 3 ) 。实 验证明，当马铃薯或番茄植株受马铃薯甲虫危害4 - 8 小时，丝氨酸蛋 白酶抑制剂含量开始上升，如再给刺激，则1 5 - - - 7 2 h 后，该酶抑制剂 以更大的幅度增加( b o l t e r ，1 9 9 5 ) 。蛋白酶抑制素通过抑制昆虫的消化酶 而影响昆虫的行为反应( 李新岗等，2 0 0 8 ) 。昆虫取食时，蛋白酶抑制剂 同时被摄入，它与昆虫消化道内的蛋白酶作用形成酶一抑制物复合 物，会显著抑制肠道内蛋白水解酶的活性，影响食物中蛋白质的消 化，扰乱昆虫的正常代谢，最终导致昆虫因饥饿而死亡( 于飞等， 2 0 0 4 ) 。当大麦遭受禾谷缢管蚜和麦二叉蚜危害时蛋白酶抑制剂( 胰凝乳 蛋白酶和胰蛋白酶抑制剂) 就会在大麦叶片中的积累。两中蚜虫危害主 要导致胰凝乳蛋白酶抑制剂的积累并且对麦二叉蚜的反应升高 ( c a s a r e t t o ，19 9 8 ) 。 ( 2 ) 氧化酶系：氧化酶系主要包括多酚氧化酶、过氧化物酶、脂氧合 酶和抗坏血酸氧化酶。 多酚氧化酶( p p o ) 是一类广泛分布于植物体内能催化多酚类氧化成酮 类的质体金属酶，能直接以0 2 。为氧化底物将酚氧化成醌，以抑制病虫害 的侵染。另外它是一种抗营养蛋白，它能使蛋白质耦合降低植物的可食 性，根据众多的研究结果表明p p o 与植物的抗虫性相关( z o n g ，2 0 0 7 ； z h a n g ，2 0 0 8 ) 。多酚氧化酶能够被植食性动物和物理伤害和j a 诱导在植 物广泛分布和诱导( c o n s t a b e l ，2 0 0 0 ；t h a l e r ，2 0 0 1 ) 。虫害能诱导植物体内 催化酚类物质氧化的多酚氧化酶，多酚氧化酶在腺体香毛簇中与适当的 酚类底物结合后产生类似“超级黏着 作用的物质，借以捕获体型微小 的昆虫( c o n s t a b e le ta 1 1 9 9 8 ；s t o u te ta 1 1 9 9 8 ) 。多酚氧化酶在叶肉细胞中 能共价修饰昆虫的消化蛋白并与之交连，降低昆虫中肠蛋白酶的水解能 力。王洪亮等( 2 0 0 1 ) 研究发现，棉株体内的多酚氧化酶在蚜虫取食胁迫 条件下，其活性发生较大变化。蚜虫取食前不同品种的多酚氧化酶活性 8 山东农业大学硕士学位论文 差异不显著，取食后不同抗性品种的多酚氧化酶活性差异显著，且与棉 花的抗蚜性呈正相关。 过氧化物酶( p o d ) 是植物抗逆反应过程中的关键酶之一，同时在植 物的抗病虫反应中起重要的作用( t s c h a m t k e ，2 0 0 1 ；a l l i s o n , 2 0 0 4 ) 。p o d 以h 2 0 2 作为电子受体，氧化各种次生代谢过程中的物质，p o d 能与部 分酚类物质作用产生苯氧基和氧自由基，直接干涉植食性动物的取食或 者产生毒素降低植物的可食性，降低叶片的营养水平( f e l t o n , 1 9 8 9 ) 。并 且p o d 也是木质素形成过程中的关键酶类。木质素含量及其相关酶系活 性与植物的生长发育、抗病性、抗逆性密切相关。同时p o d 是构建植物 细胞壁的关键酶( c h i 讹o r ，1 9 9 9 ) 。c h a m a n ( 2 0 0 1 ) 认为，大麦体内的过氧化 物酶活性的增加与麦二叉蚜的种群数量及取食时间呈负相关性。 苯丙氨酸解氨酶( p a l ) 是植保素、木质素和酚类化合物合成的关键酶 和限速酶，当植物被诱导后苯丙氨酸解氨酶活性明显增强，与木质素含 量增加趋势相吻合，并与系统获得抗性表达存在相关性( 王生荣，2 0 0 2 ) 。 苯丙氨酸解氨酶( p a l ) 在植物防御害虫侵害过程中起重要作用，在昆虫取 食胁迫下p a l 催化苯丙氨酸合成肉桂酸进入苯丙烷代谢途径，合成酚类 化合物、植保素、木质素等防御物质( c h r i s t o p h e r e ta 1 2 0 0 4 ) 。 脂氧合酶( l o x ) 是茉莉酸( j a ) n 成过程中的关键酶，j a 的形成源于 从植物细胞膜上释放的a 一亚麻酸，而a 一亚麻酸在质体中经脂氧合酶 途径氧化成13 ( s ) 一氢过氧一亚麻酸，是j a 合成起始的关键物质( 徐伟， 2 0 0 5 ；吴劲松，2 0 0 2 ) 。随着现代分子生物学技术的不断发展，脂氧合酶生 理功能的研究也有了长足的进步。据报道，脂氧合酶的可能生理功能 是：( 1 ) 为植物生长调节物质茉莉酸、茉莉酸甲酷及愈伤酸提供合成前体 物质；( 2 ) 某些脂氧合酶代谢产物为抗菌或抗虫物质；( 3 ) 脂氧合酶代谢产 物中有活性氧和氧自由基，对细胞膜具有破坏作用，它们参与了植物的 成熟与衰老过程；( 4 ) 脂氧合酶活性与植物光合作用有关。脂氧合酶通过 催化游离的亚麻酸生成氢过氧化亚麻酸而抑制光合传递系统，脂氧合酶 活性越高，光合电了传递阻碍越大；( 5 ) 脂氧合酶催化的脂质过氧化作用 是产生植物化学发光的重要因素。研究表明，脂氧合酶在植物生长、发 9 b 型烟粉虱诱导甘蓝对桃蚜和咀嚼式昆虫的影响及机制探讨 育、衰老及抗环境胁迫、抗机械损伤、抗病、抗虫等方面起着重要作用 ( t h i e r r ye ta 1 1 9 9 7 ；k e v a ne ta 1 1 9 9 3 ；m e l i s s ae ta 1 1 9 9 3 ) 。 一般认为，l o x 可启动植物组织膜脂过氧化作用，其过氧化产物 直接参与叶绿素降解进程。植物组织衰老过程常伴随着膜透性增加、膜 脂含量下降和磷脂酶催化膜磷脂降解，导致游离脂肪酸积累等现象( f a n g e ta 1 1 9 9 8 ) 。其中游离不饱和脂肪酸在l o x 作用下形成氢过氧化物 ( a r d r e ，1 9 3 2 ) ，该物进一步被催化成自由基，结果自由基一方面攻击叶绿 素叶琳大环双键，促进叶绿素降解，另一方面继续攻击叶绿体膜，使膜 透性增加，导致位于膜上的叶绿素降解酶被释放，与位于类囊体膜上的 叶绿素接触，进而加快叶绿素的降解( n a o k i ，1 9 9 1 ) 。 植食性昆虫危害植物，能够导致内源茉莉酸水平增加( g r e e m a n ， 1 9 9 2 ) 。应用外源茉莉酸于植物体通过激发植物体内脂氧合酶( l o x ) 的活 性，积累内源茉莉酸产生了与植食动物危害相似的诱导模式，能够诱导 多酚氧化酶( p p o ) 和过氧化物酶( p o d ) 等防御相关蛋白。斜纹夜蛾可诱导 水稻脂氧合酶基因和丙二烯氧化物合成酶基因( 徐涛等，2 0 0 3 ) 。尺蠖能够 诱导棉花脂氧合酶的活性，增强棉花对棉铃虫的抗性，蚜虫取食植物后 能够引起乙烯的大量释放，并诱导可溶性过氧化物酶以及细胞膜过氧化 物酶活性的增力 1 ( k r a n t h ie ta 1 2 0 0 3 ) 。 y a s m i n ( 2 0 0 5 ) 化学分析表明5 种羽扁豆植物变种被1 0 或3 0 头桃蚜 危害3 天后没有氧化酶活性( 过氧化氢酶、过氧化物酶或多酚氧化酶) ，丝 氨酸或半胱氨酸蛋白酶抑制剂或可溶性酚类化合物活性没有被诱导。但 是，5 种羽扁豆变种中的过氧化物酶和多酚氧化物酶，蛋白酶抑制剂和 可溶性酚类化合物活性有明显不同。c h a m a n ( 2 0 0 3 ) 的研究发现麦二叉 蚜，棉蚜分别危害大麦、棉花后，引起苯丙烷类代谢途径的关键酶苯 丙氨酸解氨酶活性升高，在大麦中抗蚜品种的苯丙氨酸解氨酶活性以及 水杨酸的含量均高于敏感品种。张春妮等( 2 0 0 5 ) 研究表明，通过甘蓝苗 期对桃蚜抗性的生理生化机制的研究表明，多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨 酶、过氧化物酶活性是影响甘蓝抗蚜性的重要因子，在桃蚜危害初期， p p o 、p a l 、p o d 活性变化与虫口密度呈正相关，这三种酶活性的增强 有利于甘蓝对桃蚜的抗性表达。不同抗性水平的甘蓝幼苗接蚜初期这三 1 0 山东农业大学硕士学位论文 种酶活性升高幅度与甘蓝的抗蚜性呈正相关。昆虫取食和喷施茉莉酸甲 酯( m e j a ) 后都能诱导多酚氧化酶p p o 活性明显升高，而且，越幼嫩的叶 片p p o 的活性越强。在自由取食实验中发现，鳞翅目幼虫远离最幼嫩的 叶片( p e t e re ta 1 2 0 0 0 ) 。 张丽等( 2 0 0 5 ) 对不同高粱基因型感蚜前后p p o 、p a l 、p o d 酶活性 变化分析结果表明，三种酶活性在感蚜后有明显的升高，充分证实三种 酶在植株组织和细胞遭受高粱蚜侵害时，会产生诱导机制来抵御昆虫的 取食。p p o 、p a l 和p o d 活性的升高，促进了木质素的大量合成，而木 质素是构成细胞壁的主要成分。木质素合成的加速有利于细胞壁损伤的 修复，使细胞壁进一步木质化而形成木质化壁即防御壁。李润植等( 1 9 9 8 ) 对棉花抗蚜性的研究中也认为棉蚜迫害使p a l 和p p o 酶活性增加。 1 1 2 植物的诱导防御反应在昆虫种间竞争中的作用 共享同一种寄主植物的植食性昆虫可以以不同的方式积极的或消极 的相互作用于彼此。消极的相互作用大多被看作竞争，通常发生在