外源茉莉酸诱导植物反应诱导植物反应的挥发物对小菜蛾寄生行为的影响

外源茉莉酸诱导植物反应诱导植物反应的挥发物对小菜蛾寄生行为的影响

茉莉花酸（ja）及其甲醇（mja）是植物内源生长调节素的一种常见现象。它参与了许多生理功能，包括阻力和植物老人的抗逆和衰老（creelean，1995；creelean和murt，1997）。茉莉酸也是植物体内诱导防卫基因表达的重要信号分子,许多植物在受到动物取食、病原物侵染或机械伤害时,体内的茉莉酸含量会迅速上升,并表现出各种抗性反应(Reinbotheetal.,1994;Creelman,1995;CreelmanandMullet,1997;王妮妍和蒋德安,2002)。近十年来有关茉莉酸诱导植物抗虫性的研究表明,植物体内茉莉酸含量上升,不仅可以诱导植物产生对害虫有毒、抗营养或抗消化作用的化合物,或对害虫有驱避或吸引作用的挥发物,干扰害虫的生理和行为,即产生所谓的“直接防御”,而且还可产生对害虫天敌有吸引作用的挥发物,吸引其到达被取食的寄主植株对害虫进行攻击,从而达到对害虫的所谓“间接防御”(DickeandSabelis,1988;Turlingsetal.,1990;Ozawaetal.,2000;Heiletal.,2001)。研究还表明,通过向植物施用茉莉酸,也可诱导植物产生“直接防御”和“间接防御”(MeinersandHilker,1997;Golsetal.,1999;Dickeetal.,1999;Thaler,1999,2002)。在我国,有关茉莉酸和茉莉酸甲酯的诱导抗虫作用已开始受到重视,对于诱导的“直接防御”已有少量研究报道(刘勇等,2001;徐涛等,2003),但诱导的“间接防御”尚未见有研究报道。小菜蛾Plutellaxylostella在我国是一种主要蔬菜害虫,菜蛾绒茧蜂Cotesiaplutellae(膜翅目:茧蜂科)是小菜蛾幼虫期的一种主要寄生蜂(Liuetal.,2000)。我们以小菜蛾和菜蛾绒茧蜂为对象,研究白菜和甘蓝受外源茉莉酸处理后,其诱导反应对菜蛾绒茧蜂搜索和寄生选择行为的影响,为调控和增强菜蛾绒茧蜂的控害作用提供基础信息。1材料和方法1.1供试昆虫及溶液供试蔬菜:以白菜BrassicacampestrisL.ssp.pekinensis(品种为早熟五号)和甘蓝BrassicaoleraceaL.var.capitata(品种为京丰一号)作为供试寄主植物,将植株栽于口径12cm的花盆中,供试时有6～7片舒展叶。供试昆虫:菜蛾绒茧蜂采自杭州市郊区菜地,将被寄生的小菜蛾幼虫及蜂茧采回,待寄生蜂结茧后,将其收集在保蜂盒中,寄生蜂羽化后供以20%的蜂蜜水。分别以白菜和甘蓝饲养的小菜蛾2龄幼虫作为寄主对菜蛾绒茧蜂进行繁殖。取羽化后2～3日龄、已交配和取食的雌蜂供试。小菜蛾采自杭州市郊区菜地,在室内分别用白菜和甘蓝进行饲养,以2龄幼虫供试。茉莉酸为Sigma_Aldrich公司的产品。实验中先将茉莉酸溶于丙酮中,然后加蒸馏水配制成1μmol/mL、0.1μmol/mL和0.01μmol/mL三种不同浓度的溶液供试。以丙酮+蒸馏水作为对照液。1.2测定植株及对照植株的浓度Thaler(1999)报道,茉莉酸对寄生蜂的影响是通过对寄主植物的诱导反应,进而导致植物的挥发物发生改变而产生的,其本身对寄生蜂无吸引或排斥作用。本研究的预备实验也表明,茉莉酸本身对菜蛾绒茧蜂无吸引或排斥作用。故实验设置以下处理:(1)茉莉酸处理植株:向健康植株上均匀喷施茉莉酸溶液,至有溶液下流为止,然后放置在人工气候室内进行培养,培养1天后进行生物测定。共设1、0.1和0.01μmol/mL三种浓度,分别记为JA1、JA0.1和JA0.01。(2)虫害植株:供试前24h,往每株植株上接10头小菜蛾2龄幼虫,任其自由取食,供试时不移走小菜蛾幼虫,记为LD。(3)对照植株:以没有任何虫害的健康植株为对照。与茉莉酸处理植株进行比较实验时,对照喷施与茉莉酸浓度相对应的对照液;与虫害植株进行比较实验时,对照不进行任何处理。记为CK。根据以上处理,设置7种处理组合进行比较:JA1_CK,JA0.1_CK,JA0.01_CK,JA1_LD,JA0.1_LD,JA0.01_LD和CK_LD。1.3测试方法1.3.1型管中菜蚤蜂的行为反应用Y型嗅觉仪测定茉莉酸处理植物后,诱导反应所导致的挥发物变化对菜蛾绒茧蜂搜索行为的影响。Y型嗅觉仪根据Honda等(1999)的方法进行设计,采用无色透明的玻璃制成,直管长20cm,两臂长分别为20cm,内径4cm,两臂夹角75°,两臂用Teflon管分别连接至放置供试植株的味源瓶,气流进入味源瓶之前,经活性炭过滤器过滤,用气体流量计来控制进入味源瓶的气体流速,两臂中的气体流速是相同的。气流由两臂进入,然后由直管抽出。在嗅觉仪上方提供1000lx以上的均匀光源。生测时将雌蜂从嗅觉仪直管引入,任蜂在管中自由行动。利用Observer行为记录和分析软件(NoldusInformationTechnology,Wageningen,theNetherlands)来记录菜蛾绒茧蜂在管中的行为反应。每头雌蜂观察5min,记录雌蜂在管中不同位置的停留时间。Y型管中的位置分为:直管、左臂前1/2、左臂后1/2、右臂前1/2、右臂后1/2(左臂前1/2和右臂前1/2指靠近味源的部分;左臂后1/2和右臂后1/2指靠近直管的部分)。以在左臂前1/2和右臂前1/2的停留时间占观察时间的百分比作为指标,来评价菜蛾绒茧蜂对不同味源(处理)的偏好性,停留时间越长则偏好性越高,反之亦然。每头雌蜂只有一次受试机会,每个处理组合至少测定30头蜂。试验数据用Statistica╋软件中的Wilcoxonmatchedpairtest进行分析。1.3.2小菜器中的小菜砂幼虫寄生虫数测定以白菜作为供试植物,处理组合见1.2。实验在控温(25℃)、控光(光强>1000lx)、控湿(70%RH)、空气基本静止的人工气候室中进行。首先将一白菜叶片固定于圆形纸碟中央,然后将纸碟固定于供试白菜植株中央。在纸碟的外缘涂1cm宽的不干胶,往纸碟上方的叶片上接20头2龄小菜蛾幼虫。在55cm×55cm×55cm的笼中,将每一组合中两个不同处理的白菜植株(带有纸碟白菜叶片)沿对角线放置。然后往每一笼中引入菜蛾绒茧蜂成蜂4头(雌雄各半),任其在笼内产卵寄生6h后,吸走菜蛾绒茧蜂,取出笼中的白菜植株。将固定于每株白菜上的纸碟及叶片取下,将其上的小菜蛾幼虫转移到培养皿中继续用健康白菜叶片进行饲养,直到绒茧蜂结茧或小菜蛾化蛹为止。统计每一植株上小菜蛾幼虫的被寄生数。每一处理组合设置10个重复。对实验数据用G检验进行多重复适合性检验(Repeatedgoodness_of_fittest)(SokalandRohlf,1995)。2结果与分析2.1对害虫的诱导反应如图1所示,菜蛾绒茧蜂在对JA1和JA0.1处理植株挥发物管臂中的停留时间分别是对照的2.5和4.1倍,差异显著;而在JA0.01处理的停留时间则与对照之间差异不显著;在JA1、JA0.1处理植株与虫害植株之间差异不显著;而在虫害植株挥发物管臂中的停留时间分别约为JA0.01及对照的2倍,差异显著。如图2所示,茉莉酸处理甘蓝植株后对菜蛾绒茧蜂的影响同茉莉酸处理白菜植株的作用相似。菜蛾绒茧蜂在JA1和JA0.1处理植株挥发物管臂中的停留时间分别是对照的3.49和3.57倍,差异显著。JA0.01处理同虫害处理的诱导反应的作用差异不显著;在虫害处理植株挥发物管臂中的停留时间分别是JA0.1、JA0.01和对照的1.76、2.54和4.3倍,差异显著。2.2对害虫的偏好性测定菜蛾绒茧蜂对不同处理组合白菜植株上小菜蛾幼虫的寄生头数及G检验结果见图3和表1。在JA1_CK处理组合中,三个G值均达显著水平,表明寄生蜂对JA1处理植株的偏好性高于对照,但个体之间反应的异质性较大;在JA0.1_CK处理组合中,只有GP值(每处理组合中所有重复被寄生幼虫总量的G值)达显著水平,说明JA0.1处理植株对寄生蜂的引诱力要强于对照植株,且个体之间的反应一致;而在JA0.01_CK处理组合中,三个G值均没有达到显著水平,这表明菜蛾绒茧蜂在JA0.01处理植株和对照植株之间没有明显的偏好性。JA1_LD处理组合中,三个G值都没有达到显著水平,表明菜蛾绒茧蜂在JA1处理植株与虫害植株之间无偏好性;在JA0.1_LD处理组合中,只有GP值达到显著水平,但只占GT值(总G值)的52.9%,表明菜蛾绒茧蜂对虫害植株的偏好性略高于JA0.1处理植株,但个体间反应异质性较大;在JA0.01_LD处理组合中,GT和GP值达显著水平,而GH值(重复之间异质性G值)不显著,表明菜蛾绒茧蜂对虫害植株的偏好性明显高于JA0.01处理植株,并且个体间反应异质性很小。CK_LD处理组合中,得到同JA0.01_LD处理组合相似的结果,GP占GT的比例达95.8%,表明菜蛾绒茧蜂对虫害植株的偏好性明显高于对照植株,且个体间反应异质性很小。3外源茉酸对植物抗虫性能的影响寄主植物的挥发物对植食性昆虫寄生天敌的搜索和寄生选择行为有明显影响(Turlingsetal.,1990;陈华才等,2002;LiuandJiang,2003;刘树生等,2003;李欣和刘树生;2003)。植物受到外源茉莉酸作用后,类似于受到昆虫取食一样,会产生各种诱导反应,其中所导致的挥发物的改变会影响植食性昆虫天敌的寄生选择行为及搜索效率(Albornetal.,1997;Dickeetal.,1999;Thaler,2002)。本研究结果表明,菜蛾绒茧蜂对茉莉酸处理植株的挥发物表现出嗜好,在处理植株上搜索和寄生效率可显著提高。研究已经表明,害虫取食常可诱导植物产生抗性(McCloudandBalwin,1997;Mattiaccietal.,2001;Ziegleretal.,2001;Musseretal.,2002),而人工向植物施用激发子(elicitor)亦可诱导植物产生抗性(Constabeletal.,1995;CreelmanandMullet,1997)。害虫取食必然以植物受到伤害作为代价;而接受外源激发子的诱导,对于植物来讲代价相对较小(也有一定代价,因为植物需要将部分营养物质转化为防御性物质),因此,通过向植物施用外源激发子,使植物获得诱导抗性,可以成为利用诱导抗性的有效途径。用合适浓度的茉莉酸处理白菜或甘蓝后的诱导反应,其对菜蛾绒茧蜂的引诱作用与小菜蛾幼虫取食植株后的诱导反应相似,表明利用外源茉莉酸确实可以模拟虫害的诱导反应。Gols等(1999)的研究表明,外源茉莉酸处理和二点叶螨Tetranychusurticae取食非洲菊Gerberajamesonii植株后,所产生的诱导反应对捕食性天敌智利小植绥螨Phytoseiuluspersimilis都有吸引作用,并且两种处理所产生的挥发性物质组分基本相似,但虫害的诱导反应所产生的引诱力要比茉莉酸的强。本研究比较了茉莉酸三种浓度溶液的诱导反应对菜蛾绒茧蜂的影响,其中JA1和JA0.1的诱导反应所产生的效应与小菜蛾幼虫取食为害的相比,差异不显著,而JA0.01却要显著弱于虫害处理。另外,JA1还会加速植物叶片衰老变黄。这些结果表明,利用外源茉莉酸进行抗性的诱导,需要选用合适的浓度,才能既起到吸引害虫天敌、增强天敌控害效能的作用,又不会影响植物正常的生长发育。有关茉莉酸诱导植物抗虫作用的机理已有一些研究。外源茉莉酸或MJA到达植物体后,使植物细胞膜受到刺激,其反应可有两条线路:一条是激活细胞膜上的脂肪酸释放到膜内,由亚麻酸开始合成茉莉酸和MJA,由茉莉酸和MJA激活防御基因;另一条是通过细胞膜后直接激活防御基因。防御基因激活后导致代谢途径重新配置,进而产生各种直接防御和间接防御作用(WasternackandParthier,1997;LiechtiandFarmer,2002;Weber,2002)。本研究未对茉莉酸处理及小菜蛾幼虫取食植株后所产生的挥发物进行收集、分析和比较,故诱导产生的挥发物的活性组分、结构有待确定,供试植物产生间接防御的具体机理有待研究。我们对菜蛾绒茧蜂寄生选择性实验的结果没有采用t检验进行分析,而是用G检验,这是因为在选择性实验中,同一组合中的两处理之间并不是相互独立的。实验中,菜蛾绒茧蜂的产卵量都是在同一重复中的两个处理植株之间进行分配,在一株上增加,另一株上则减少。所以选择性实验所得的数据不符合t检验所需的前提条件。我们可用卡平方(χ2)对这种选择性实验的数据进行分析。但依据Sokal和Rohlf(1995)对χ2和G检验这两种方法的比较,对于本研究所得到的这类多重复的选择性