外源诱抗剂对番茄抗烟粉虱的诱导效应与机制探究

外源诱抗剂对番茄抗烟粉虱的诱导效应与机制探究一、引言1.1研究背景与意义番茄（Solanumlycopersicum）作为全球广泛种植的重要蔬菜作物，在农业经济和人类饮食结构中占据着举足轻重的地位。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计数据显示，近年来全球番茄种植面积持续扩大，产量稳步增长，其丰富的营养价值和多样的食用方式深受消费者喜爱。然而，番茄在生长过程中面临着多种病虫害的威胁，其中烟粉虱（Bemisiatabaci）的危害尤为严重。烟粉虱是一种世界性的农业害虫，原发于热带和亚热带区，具有广泛的寄主范围，可危害包括番茄在内的多种蔬菜、花卉及经济作物。自20世纪80年代以来，随着全球贸易往来的日益频繁，烟粉虱借助花卉及其他经济作物的苗木迅速扩散，在世界各地广泛传播并暴发成灾。烟粉虱对番茄的危害主要体现在两个方面。一方面，其成虫和若虫通过刺吸式口器吸食番茄植株汁液，导致叶片褪绿、变黄、萎蔫，严重影响植株的光合作用和生长发育，进而降低番茄的产量和品质。研究表明，在烟粉虱危害严重的地区，番茄产量损失可达30%-80%，甚至绝收。另一方面，烟粉虱是多种病毒病的传播介体，如番茄黄化曲叶病毒病（TYLCV）、番茄褪绿病毒病（ToCV）等，这些病毒病可导致番茄植株生长矮小、叶片卷曲、果实畸形，给番茄生产带来毁灭性打击。目前，针对烟粉虱的防治主要依赖化学农药，然而，长期大量使用化学农药不仅导致烟粉虱抗药性不断增强，防治效果逐渐下降，还引发了农产品质量安全和生态环境安全等一系列问题。农业防治措施如清洁田园、轮作倒茬等虽有一定效果，但难以从根本上解决烟粉虱的危害。物理防治手段如悬挂黄色粘虫板、设置防虫网等，只能起到辅助防控的作用。生物防治方法如释放天敌昆虫丽蚜小蜂等，受环境条件和天敌昆虫繁殖等因素的限制，应用范围有限。因此，开发一种安全、高效、可持续的烟粉虱防治策略迫在眉睫。外源诱抗剂诱导植物抗性作为一种新兴的病虫害防治策略，近年来受到了广泛关注。外源诱抗剂是一类能够诱导植物产生防御反应，增强植物对病虫害抗性的物质，包括生物源诱抗剂（如寡聚糖、蛋白、糖蛋白等）和非生物源诱抗剂（如无机盐、化学合成物质等）。当外源诱抗剂作用于植物后，植物细胞内会发生一系列复杂的生理生化反应，通过激活植物自身的防御机制，如诱导植物产生植保素、病程相关蛋白，增强细胞壁的强度等，从而提高植物对病虫害的抵抗能力。与传统的化学防治方法相比，外源诱抗剂具有无毒、无残留、环境友好等优点，能够在保障农作物产量和品质的同时，减少对生态环境的破坏，符合现代绿色农业发展的需求。研究外源诱抗剂诱导番茄对烟粉虱的抗性具有重要的理论意义和实际应用价值。在理论方面，深入探究外源诱抗剂诱导番茄抗烟粉虱的作用机制，有助于揭示植物与昆虫之间的互作关系，丰富植物防御生物学的理论体系，为进一步开发新型植物保护技术提供理论依据。在实际应用方面，开发高效的外源诱抗剂产品并应用于番茄生产中，能够有效减少化学农药的使用量，降低烟粉虱对番茄的危害，保障番茄的产量和品质，促进农业的可持续发展。同时，这一研究成果还可为其他农作物病虫害的绿色防控提供借鉴和参考，具有广阔的应用前景。1.2烟粉虱对番茄的危害及防治现状1.2.1烟粉虱的生物学特性与危害特点烟粉虱隶属于半翅目粉虱科，体型微小，成虫体长约1-1.5毫米，体表覆盖有白色蜡质粉状物，翅面也被有蜡粉，外观呈白色，在植株上停歇时两翅呈屋脊状，静止时犹如一层白色的“粉尘”附着在叶片上，极易被忽视。其若虫共分为4龄，1龄若虫具有足和触角，能在叶片上短距离爬行寻找合适的取食位点，一旦固定便开始吸食植物汁液，直至羽化前不再移动，2-4龄若虫足和触角退化，营固定生活。烟粉虱具有独特的生活习性，其繁殖能力极强，在适宜的环境条件下，如温度25-30℃、相对湿度70%-80%，烟粉虱可全年繁殖，世代重叠现象严重。雌虫通常将卵产在叶片背面，卵多以卵柄插入叶片组织中，以获取水分和养分。卵期一般为3-5天，孵化后的若虫经过3次蜕皮发育为成虫。成虫羽化后1-3天即可交配产卵，每头雌虫可产卵100-300粒，整个生命周期在适宜条件下仅需15-30天，这使得其种群数量能够在短时间内迅速增长。烟粉虱的寄主范围极为广泛，据不完全统计，其可危害包括番茄、黄瓜、茄子、辣椒等茄科蔬菜，以及棉花、烟草、花卉等在内的600余种植物。在番茄种植区，烟粉虱一旦暴发，会给番茄生产带来严重的负面影响。烟粉虱对番茄生长发育、产量和品质造成的危害是多方面的。首先，烟粉虱成虫和若虫均以刺吸式口器吸食番茄植株汁液，导致叶片出现褪绿斑点，随着危害程度的加重，叶片逐渐变黄、萎蔫，严重影响植株的光合作用。研究表明，烟粉虱取食后，番茄叶片的叶绿素含量显著下降，光合速率降低，从而影响植株的生长和发育，导致植株矮小、瘦弱，果实发育不良，产量大幅降低。其次，烟粉虱是多种病毒病的传播介体，如番茄黄化曲叶病毒（TYLCV）、番茄褪绿病毒（ToCV）等，这些病毒病可通过烟粉虱的取食活动在番茄植株间迅速传播。感染病毒病的番茄植株表现出叶片卷曲、黄化、植株矮小、果实畸形等症状，严重影响番茄的产量和品质，在病害流行年份，可导致番茄减产50%-80%，甚至绝收。此外，烟粉虱在取食过程中还会分泌蜜露，蜜露富含糖分，容易滋生煤污病菌，在叶片和果实表面形成一层黑色的煤污层，不仅影响植株的光合作用和呼吸作用，还降低了果实的商品价值，使果实品质下降，口感变差，失去市场竞争力。1.2.2番茄烟粉虱的防治方法及存在问题目前，针对番茄烟粉虱的防治方法主要包括农业防治、物理防治、生物防治和化学防治等多种手段，然而，每种防治方法都存在一定的局限性。农业防治是通过调整农业生产措施来减少烟粉虱的发生和危害，例如及时清除田间杂草和残株，减少烟粉虱的越冬场所和食物来源；合理密植，保持田间通风透光良好，创造不利于烟粉虱滋生的环境；轮作倒茬，避免连作，降低烟粉虱在土壤中的积累。虽然这些措施对烟粉虱有一定的防控作用，但在实际生产中，由于受到种植习惯、土地资源等因素的限制，往往难以全面实施，且效果相对有限，难以从根本上解决烟粉虱的危害问题。物理防治主要利用烟粉虱的趋性进行诱捕或阻隔，如在田间悬挂黄色粘虫板，利用烟粉虱对黄色的趋性，将其诱捕在粘虫板上，从而减少烟粉虱的种群数量；设置防虫网，在温室通风口和进出口处设置40-60目防虫网，阻止烟粉虱迁入。物理防治方法操作简单、无污染，但只能起到辅助防控的作用，对于已经在田间大量繁殖的烟粉虱，难以达到理想的防治效果。生物防治是利用烟粉虱的天敌来控制其种群数量，如释放丽蚜小蜂、桨角蚜小蜂等寄生蜂，这些寄生蜂可将卵产在烟粉虱若虫体内，使其死亡；还可利用捕食性天敌如草蛉、捕食螨等捕食烟粉虱。生物防治具有安全、环保、可持续等优点，但受环境条件和天敌昆虫繁殖等因素的影响较大，如天敌昆虫的繁殖速度较慢，难以在短时间内大量繁殖并释放；环境温度、湿度等条件不适宜时，天敌昆虫的活动和捕食能力会受到抑制，导致生物防治效果不稳定，应用范围受到一定限制。化学防治是目前防治番茄烟粉虱最常用的方法，通过喷施化学农药来直接杀死烟粉虱。常用的化学农药有吡虫啉、啶虫脒、噻虫嗪、螺虫乙酯等，这些农药在一定程度上能够快速有效地控制烟粉虱的危害。然而，长期大量使用化学农药也带来了一系列严重的问题。一方面，烟粉虱对化学农药的抗性不断增强，由于烟粉虱繁殖速度快、世代重叠严重，频繁使用化学农药使得烟粉虱对多种农药产生了抗性，导致防治效果逐渐下降。研究表明，在一些长期使用化学农药的地区，烟粉虱对某些常用农药的抗性倍数已高达数百倍，使得原本有效的农药失去了防治作用。另一方面，化学农药的使用不仅会杀死烟粉虱，还会对非靶标生物造成伤害，破坏农田生态平衡，如蜜蜂、天敌昆虫等有益生物受到影响，导致生态系统的稳定性下降；同时，化学农药的残留还会对农产品质量安全和生态环境造成威胁，农药残留超标会危害人体健康，污染土壤、水体和空气等环境要素，不符合现代绿色农业发展的要求。综上所述，现有的番茄烟粉虱防治方法虽然在一定程度上能够控制烟粉虱的危害，但都存在各自的弊端。随着人们对农产品质量安全和生态环境保护的关注度不断提高，寻求一种安全、高效、可持续的烟粉虱防治策略已成为当务之急，而外源诱抗剂诱导植物抗性技术为解决这一问题提供了新的思路和途径。1.3植物诱导抗性与外源诱抗剂的研究进展1.3.1植物诱导抗性的概念与机制植物诱导抗性（InducedResistance）是指植物在受到病原体侵染、昆虫取食或非生物胁迫等刺激后，通过自身的生理生化变化和信号传导途径，激活一系列防御反应，从而增强对后续病虫害侵袭的抵抗能力。这种抗性并非植物先天固有，而是在外界刺激的诱导下产生，具有特异性、系统性和持续性等特点。当植物感知到烟粉虱等害虫的侵害时，其细胞表面的模式识别受体（PatternRecognitionReceptors，PRRs）能够识别烟粉虱分泌的唾液蛋白、口器分泌物等病原体相关分子模式（Pathogen-AssociatedMolecularPatterns，PAMPs），以及植物自身受损后释放的损伤相关分子模式（Damage-AssociatedMolecularPatterns，DAMPs）。例如，番茄细胞表面的某些受体能够识别烟粉虱唾液中的特定蛋白，从而触发植物的防御反应。识别过程涉及受体与配体之间的特异性结合，就像钥匙与锁的关系一样，只有特定的分子模式才能被相应的受体识别。信号传导是植物诱导抗性产生的关键环节。在识别到外界刺激后，植物细胞内会激活一系列复杂的信号传导途径，其中植物激素信号通路在这一过程中发挥着核心作用。水杨酸（SalicylicAcid，SA）信号通路主要参与植物对生物营养型病原菌和刺吸式昆虫的防御反应。当烟粉虱取食番茄时，番茄体内的SA含量会迅速升高，SA通过与受体结合，激活下游的NPR1（NonexpressorofPathogenesis-RelatedGenes1）蛋白，NPR1发生寡聚化并进入细胞核，与TGA转录因子相互作用，从而调控病程相关蛋白（Pathogenesis-RelatedProteins，PRs）等防御基因的表达，增强植物对烟粉虱的抗性。茉莉酸（JasmonicAcid，JA）信号通路则在植物对咀嚼式昆虫和坏死营养型病原菌的防御中起重要作用。烟粉虱取食也能诱导番茄体内JA的合成，JA与受体COI1（CoronatineInsensitive1）结合，形成JA-Ile-COI1复合物，该复合物招募E3泛素连接酶，降解JAZ（JasmonateZIM-domain）蛋白，从而释放出MYC2等转录因子，激活下游防御基因的表达，产生蛋白酶抑制剂、萜类化合物等防御物质，抑制烟粉虱的生长和繁殖。乙烯（Ethylene，ET）信号通路也参与植物的防御反应，它与SA和JA信号通路相互作用，共同调节植物的防御反应。在番茄抗烟粉虱的过程中，ET可以通过调节气孔关闭等生理过程，减少烟粉虱的取食位点，同时也能增强其他防御信号通路的活性。在信号传导的调控下，植物体内的防御基因被激活，进而启动一系列防御反应。植物会合成和积累多种防御物质，如植保素、蛋白酶抑制剂、多酚类物质等。植保素是一类具有抗菌活性的次生代谢产物，在番茄受到烟粉虱侵害时，会合成如番茄碱等植保素，这些植保素能够破坏烟粉虱的细胞膜结构，影响其正常的生理代谢，从而抑制烟粉虱的生长和繁殖。蛋白酶抑制剂可以抑制烟粉虱肠道内蛋白酶的活性，使烟粉虱无法正常消化植物蛋白，导致其营养不良，生长发育受阻。多酚类物质具有抗氧化和抗菌作用，能够增强植物细胞壁的强度，阻止烟粉虱的取食和入侵。植物还会通过强化细胞壁、产生过敏性坏死反应等方式来抵御烟粉虱的侵害。细胞壁的强化可以增加植物细胞的机械强度，使烟粉虱难以刺穿细胞壁进行取食；过敏性坏死反应则是植物在受到烟粉虱侵害时，局部细胞迅速死亡，形成一个坏死区域，从而限制烟粉虱的扩散。1.3.2常见外源诱抗剂的种类及作用机制常见的外源诱抗剂种类繁多，包括茉莉酸类、水杨酸类、类黄酮等，它们在诱导植物对烟粉虱的抗性过程中，各自发挥着独特的作用，其作用机制也不尽相同。茉莉酸类（Jasmonates，JAs）是一类重要的植物激素，包括茉莉酸（JA）及其甲酯（MethylJasmonate，MeJA）等。茉莉酸类物质在植物抗虫防御中起着关键作用，其作用机制主要通过激活植物体内的JA信号通路来实现。当外源茉莉酸类物质施用于番茄植株后，它们能够被植物细胞表面的受体感知，进而启动一系列信号传导事件。茉莉酸首先与胞内的COI1受体结合，形成JA-Ile-COI1复合物，该复合物能够识别并结合JAZ蛋白，通过26S蛋白酶体途径降解JAZ蛋白。JAZ蛋白是JA信号通路中的抑制因子，其降解后，释放出与之结合的转录因子，如MYC2、MYC3和MYC4等。这些转录因子进入细胞核，与下游防御基因启动子区域的顺式作用元件结合，激活防御基因的表达。研究表明，茉莉酸类物质能够诱导番茄合成多种防御物质，如蛋白酶抑制剂、多酚氧化酶、萜类化合物等。蛋白酶抑制剂可以抑制烟粉虱肠道内蛋白酶的活性，干扰烟粉虱对植物蛋白的消化和吸收，导致烟粉虱生长发育受阻；多酚氧化酶能够催化酚类物质氧化为醌类，醌类物质可以与烟粉虱体内的蛋白质结合，使其失去活性，从而影响烟粉虱的正常生理功能；萜类化合物具有挥发性，能够吸引烟粉虱的天敌，如捕食性昆虫和寄生蜂等，通过生物防治的方式降低烟粉虱的种群数量。茉莉酸类物质还能诱导植物产生一些挥发性有机化合物（VolatileOrganicCompounds，VOCs），这些VOCs可以作为信号物质，在植物之间传递虫害信息，诱导周围未受侵害的植物产生防御反应，形成群体防御机制。水杨酸类（Salicylates，SAs）以水杨酸（SA）为代表，是另一类在植物防御反应中具有重要作用的物质。水杨酸主要参与植物对生物营养型病原菌和刺吸式昆虫的防御过程，其作用机制主要围绕SA信号通路展开。当外源水杨酸处理番茄时，植物细胞内的SA含量升高，SA与受体蛋白NPR1结合，促使NPR1从细胞质中的寡聚体形式转变为单体形式，并进入细胞核。在细胞核内，NPR1与TGA转录因子家族成员相互作用，调节防御基因的表达。水杨酸能够诱导番茄产生病程相关蛋白，如PR-1、PR-2和PR-5等，这些病程相关蛋白具有抗菌、抗病毒等活性，能够增强植物对烟粉虱及其传播病毒的抵抗力。水杨酸还可以通过调节植物的生理代谢过程，如增强光合作用、提高抗氧化酶活性等，来提高植物的整体抗性水平。研究发现，水杨酸处理后的番茄植株，其叶片中的叶绿素含量增加，光合速率提高，能够为植物的生长和防御提供更多的能量和物质基础；同时，抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性增强，能够有效清除植物体内因烟粉虱侵害而产生的过量活性氧（ReactiveOxygenSpecies，ROS），减轻氧化损伤，维持植物细胞的正常生理功能。类黄酮是一类广泛存在于植物中的次生代谢产物，包括黄酮醇、黄酮、花青素等多种类型。在番茄抗烟粉虱的过程中，类黄酮发挥着重要的防御作用，其作用机制主要体现在直接影响烟粉虱的生长发育和干扰烟粉虱对植物防御反应的抑制两个方面。一些类黄酮物质，如槲皮素和芦丁，能够直接对烟粉虱产生毒性作用。它们可以影响烟粉虱的取食行为、生长速率和繁殖能力。研究表明，烟粉虱取食富含槲皮素和芦丁的番茄植株后，其若虫的发育历期延长，成虫的寿命缩短，产卵量减少。这是因为类黄酮物质能够干扰烟粉虱体内的生理生化过程，如影响其激素平衡、抑制消化酶活性等。类黄酮还可以通过抑制烟粉虱唾液效应蛋白的表达，干扰烟粉虱对植物防御反应的抑制作用。烟粉虱在取食过程中会分泌唾液效应蛋白，这些蛋白能够抑制植物的防御反应，从而有利于烟粉虱的取食和繁殖。而高类黄酮品系的番茄能够抑制烟粉虱唾液效应蛋白BtE3的表达，从而增强番茄对烟粉虱的抗性。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除高类黄酮品系番茄中负责槲皮素和芦丁生物合成的基因后，烟粉虱唾液效应蛋白BtE3的表达量显著上调，同时番茄对烟粉虱的敏感性增强，进一步证实了类黄酮在番茄防御烟粉虱中的重要作用。1.3.3外源诱抗剂在番茄抗烟粉虱中的研究现状近年来，外源诱抗剂在番茄抗烟粉虱方面的研究取得了一定的进展。许多研究表明，不同类型的外源诱抗剂能够有效诱导番茄对烟粉虱产生抗性，为番茄烟粉虱的绿色防控提供了新的思路和方法。在茉莉酸类诱抗剂的研究中，大量实验证实了其对番茄抗烟粉虱的显著效果。杨乃博等研究发现，用不同浓度外源茉莉酸甲酯（MeJA）对番茄进行处理，番茄体内对烟粉虱的防御物质总体含量均增加，而诱集烟粉虱的物质个别少量增加，总体减少。这表明MeJA能够调节番茄体内物质的合成，增强其对烟粉虱的防御能力。进一步的研究揭示，MeJA处理后的番茄植株，其体内蛋白酶抑制剂、多酚氧化酶等防御酶的活性显著提高，这些防御酶能够破坏烟粉虱的消化生理，抑制烟粉虱的生长和繁殖。通过转录组学分析发现，MeJA处理还能诱导番茄体内一系列与防御相关基因的表达，包括编码防御蛋白、次生代谢物合成酶等基因，从分子层面揭示了茉莉酸类诱抗剂诱导番茄抗烟粉虱的机制。水杨酸类诱抗剂在番茄抗烟粉虱的研究中也备受关注。有研究表明，水杨酸（SA）处理可以增强番茄对烟粉虱的抗性，其作用机制与SA诱导番茄产生病程相关蛋白以及调节植物的生理代谢密切相关。SA处理后的番茄植株，叶片中PR-1、PR-2等病程相关蛋白的表达量显著增加，这些蛋白具有抗菌、抗病毒等活性，能够抑制烟粉虱传播的病毒在番茄体内的增殖，从而减轻烟粉虱传播病毒病对番茄的危害。SA还能提高番茄植株的光合作用效率和抗氧化酶活性，增强植物的生长势和抗逆性，使番茄能够更好地抵御烟粉虱的侵害。关于类黄酮在番茄抗烟粉虱中的作用，长江大学农学院苏奇教授团队和中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队的研究取得了重要突破。他们发现高类黄酮品系的番茄对烟粉虱具有高水平的抗性，通过深入研究揭示了槲皮素和芦丁在番茄防御烟粉虱中的关键作用和调控机制。研究表明，取食高类黄酮品系番茄时烟粉虱的唾液效应蛋白BtE3表达量显著下调，沉默BtE3基因能够增强番茄对烟粉虱的抗性，而外源BtE3处理则会增强番茄对烟粉虱的敏感性。进一步研究发现，槲皮素和芦丁能够显著抑制烟粉虱唾液效应蛋白BtE3基因的表达，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除高类黄酮品系番茄中负责槲皮素和芦丁生物合成的基因后，烟粉虱唾液效应蛋白BtE3的表达量显著上调，同时增强了番茄对烟粉虱的敏感性，从而明确了类黄酮通过抑制烟粉虱唾液效应蛋白的表达来增强番茄对烟粉虱的抗性。尽管外源诱抗剂在番茄抗烟粉虱的研究中取得了一定成果，但目前仍存在一些不足之处。在诱抗剂种类筛选方面，虽然已经发现了多种具有诱抗效果的物质，但对于不同类型诱抗剂的筛选和优化还不够系统全面，缺乏对诱抗剂结构与活性关系的深入研究，难以开发出高效、低毒、环境友好的新型诱抗剂。在作用机制的深入探究方面，虽然对一些常见诱抗剂的作用机制有了初步了解，但对于诱抗剂诱导植物产生抗性过程中复杂的信号传导网络和基因调控机制尚未完全明确，不同诱抗剂之间的协同作用机制以及植物自身的反馈调节机制等方面的研究还相对薄弱。在田间应用推广方面，目前大多数研究还停留在实验室或温室条件下，将外源诱抗剂真正应用于田间大规模番茄生产时，受到环境因素（如温度、湿度、光照等）、土壤条件、作物品种差异等多种因素的影响，其诱抗效果的稳定性和持久性有待进一步验证和提高，同时还需要解决诱抗剂的施用方法、施用量、施用时期等实际应用问题，以确保外源诱抗剂能够在田间发挥最佳的诱抗效果，实现番茄烟粉虱的有效防控。二、材料与方法2.1实验材料2.1.1番茄品种的选择与准备本实验选用‘中蔬四号’番茄品种作为研究对象。‘中蔬四号’是中国农业科学院蔬菜花卉研究所培育的中早熟品种，具有生长势强、适应性广、抗病性较好等优点，在我国番茄种植中广泛应用，其果实品质优良，口感酸甜适中，深受市场欢迎。该品种对多种常见病虫害具有一定的抗性，适合用于研究外源诱抗剂对番茄抗烟粉虱能力的影响，能够更有效地评估诱抗剂的效果。实验开始前，挑选颗粒饱满、无病虫害的番茄种子。首先，将种子置于55℃左右的温水中浸泡15-20分钟，不断搅拌，以杀死种子表面可能携带的病菌，这一过程利用了高温杀菌的原理，能够有效减少种子带菌引发的病害。随后，将种子转移至质量分数为10%的磷酸三钠溶液中浸泡20-30分钟，以去除种子表面的病毒，磷酸三钠能够破坏病毒的结构，使其失去活性。浸泡完成后，用清水冲洗种子3-5次，直至将药剂残留洗净。将处理后的种子播于装有育苗基质的育苗盘中，育苗基质选用由草炭、蛭石和珍珠岩按体积比3:1:1混合而成的优质基质，这种基质具有良好的透气性、保水性和肥力，能够为种子萌发和幼苗生长提供适宜的环境。播种后，覆盖一层厚度约为1厘米的基质，轻轻压实，然后浇透水，使基质充分湿润。将育苗盘放置于光照培养箱中进行育苗，光照培养箱的条件设置为：温度25±2℃，光照强度为3000-5000lux，光照时间为16小时/天，相对湿度保持在60%-70%。在这样的环境条件下，种子能够快速、整齐地萌发，幼苗也能健康生长。每天观察并记录种子的萌发情况，及时补充水分，保持基质湿润。当幼苗长出2-3片真叶时，进行间苗和移栽，将生长健壮、大小一致的幼苗移栽至直径为15厘米的塑料花盆中，每盆定植1株，继续在上述光照培养箱条件下培养，待幼苗长至5-6片真叶时，用于后续实验。2.1.2烟粉虱种群的获取与饲养实验所用烟粉虱种群采自中国农业科学院蔬菜花卉研究所试验基地的番茄种植田。在采集时，选择受烟粉虱危害严重的番茄植株，使用吸虫器小心地采集烟粉虱成虫，确保采集到的烟粉虱个体健康、活跃，且具有代表性。将采集到的烟粉虱带回实验室后，在人工气候室内进行饲养。人工气候室的条件设置为：温度26±1℃，相对湿度70%±5%，光照周期为16小时光照/8小时黑暗，光照强度为4000-6000lux。饲养寄主植物为‘中蔬四号’番茄幼苗，选取生长健壮、7-8片真叶的番茄幼苗，将其移栽至直径为20厘米的塑料花盆中，每盆定植1株。在番茄植株上方放置一个自制的纱网笼罩，纱网的孔径为0.5毫米，既能保证烟粉虱在笼内自由活动，又能防止其逃逸。将采集到的烟粉虱成虫放入纱网笼罩内，每笼接入50-60头成虫，让其在番茄植株上产卵繁殖。在饲养过程中，定期观察烟粉虱的生长发育情况，及时补充水分和更换新鲜的番茄植株，以保证烟粉虱有充足的食物来源。每隔7-10天，将新羽化的烟粉虱成虫转移至新的番茄植株上进行饲养，以维持烟粉虱种群的活力和数量。在实验前，从饲养种群中选取羽化后3-5天的烟粉虱成虫，用于后续的接种和实验处理，确保实验用烟粉虱状态一致，减少实验误差。2.1.3外源诱抗剂的种类与配制本实验选用茉莉酸甲酯（MethylJasmonate，MeJA）、水杨酸（SalicylicAcid，SA）和壳寡糖（ChitosanOligosaccharide，COS）三种外源诱抗剂，分别探究它们对番茄抗烟粉虱的诱导效果。茉莉酸甲酯（MeJA）购自Sigma-Aldrich公司，纯度≥98%；水杨酸（SA）购自国药集团化学试剂有限公司，纯度≥99%；壳寡糖（COS）购自青岛博智汇力生物科技有限公司，脱乙酰度≥90%，聚合度为2-10。按照实验设计，分别配制不同浓度的诱抗剂溶液。对于茉莉酸甲酯（MeJA），由于其不溶于水，先将其溶解在无水乙醇中，配制成浓度为100mmol/L的母液，然后根据实验所需浓度，用含有0.05%（体积分数）吐温-80的去离子水稀释成100μmol/L、200μmol/L和300μmol/L的工作液。吐温-80作为一种表面活性剂，能够增加MeJA在水中的溶解性和分散性，确保溶液均匀稳定。水杨酸（SA）则直接用去离子水溶解，配制成浓度为1mmol/L、2mmol/L和3mmol/L的溶液。壳寡糖（COS）用去离子水溶解，配制成质量浓度为0.5g/L、1.0g/L和1.5g/L的溶液，在溶解过程中，适当加热并搅拌，以促进壳寡糖的溶解。配制好的诱抗剂溶液均保存于4℃冰箱中，避免光照，有效期为1周。在使用前，将溶液从冰箱中取出，恢复至室温，并充分摇匀，确保溶液浓度均匀一致，以保证实验结果的准确性和可靠性。2.2实验设计2.2.1外源诱抗剂处理番茄的方法与浓度梯度设置本实验采用叶面喷施的方法将外源诱抗剂施用于番茄植株。选择晴朗无风的天气，在上午9:00-11:00进行喷施，此时叶片气孔张开，有利于诱抗剂的吸收。喷施时，使用背负式手动喷雾器，将喷头距离番茄植株叶片约20-30厘米，均匀地喷施诱抗剂溶液，确保叶片正反两面都被充分覆盖，以不滴水为宜。对于茉莉酸甲酯（MeJA），设置100μmol/L、200μmol/L和300μmol/L三个浓度梯度。水杨酸（SA）设置1mmol/L、2mmol/L和3mmol/L三个浓度梯度。壳寡糖（COS）设置0.5g/L、1.0g/L和1.5g/L三个浓度梯度。以喷施含有0.05%（体积分数）吐温-80的去离子水的番茄植株作为对照组。每个处理设置5次重复，每次重复处理10株番茄。处理时间为番茄植株长至5-6片真叶时，进行第一次喷施，之后每隔7天喷施一次，共喷施3次。在每次喷施前，均需摇晃诱抗剂溶液，使其均匀混合，确保喷施浓度准确。喷施过程中，严格控制喷施量，每个重复的喷施量保持一致，以减少实验误差。2.2.2烟粉虱对处理后番茄的行为反应测定采用Y型嗅觉仪测定烟粉虱对处理后番茄的趋向性。Y型嗅觉仪由有机玻璃制成，主干长20厘米，内径2厘米，两个分支管与主干夹角为75°，分支管长15厘米，内径2厘米。在使用前，将Y型嗅觉仪用无水乙醇清洗干净，晾干备用。在测定时，将处理后的番茄植株和对照番茄植株分别放入两个玻璃罩中，玻璃罩直径为30厘米，高40厘米，底部开口，与Y型嗅觉仪的分支管相连。将50头羽化后3-5天的烟粉虱成虫放入Y型嗅觉仪的主干起始端，让其自由选择飞向处理植株或对照植株。观察并记录15分钟内飞向不同分支管的烟粉虱数量，每30分钟进行一次测定，重复5次。利用选择实验装置测定烟粉虱的取食偏好和产卵选择行为。选择实验装置为一个长方形的塑料盒，长40厘米，宽30厘米，高20厘米，盒内放置两个直径为15厘米的花盆，分别种植处理后的番茄植株和对照番茄植株。在盒顶覆盖一层孔径为0.5毫米的纱网，防止烟粉虱逃逸。将30对羽化后3-5天的烟粉虱成虫放入盒内，让其自由取食和产卵。24小时后，统计烟粉虱在处理植株和对照植株上的取食痕数量，以评估其取食偏好；7天后，分别收集处理植株和对照植株上的烟粉虱卵，统计卵的数量，以分析其产卵选择行为。每个处理重复5次，每次实验前，均需对选择实验装置进行清洗和消毒，以消除残留气味对实验结果的影响。2.2.3番茄对烟粉虱抗性相关指标的测定在每次喷施外源诱抗剂后的第3天、第5天和第7天，分别采集番茄叶片，测定叶片内防御酶活性。采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性，以每分钟吸光度变化0.01为1个酶活性单位（U）；采用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性，以抑制氮蓝四唑光化还原50%为1个酶活性单位（U）；采用比色法测定苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性，以每小时在290nm波长下吸光度变化0.01为1个酶活性单位（U）。次生代谢物质含量的测定同样在上述时间点进行。采用高效液相色谱法测定番茄叶片中酚类物质含量，包括绿原酸、咖啡酸等；采用分光光度法测定类黄酮含量。营养物质含量的测定包括可溶性糖和可溶性蛋白含量。可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定。在烟粉虱接种后的第3天、第7天、第14天和第21天，分别统计番茄植株上烟粉虱的种群数量变化。采用直接计数法，记录每株番茄上烟粉虱成虫、若虫和卵的数量。同时，观察烟粉虱的发育历期，从卵孵化开始，记录若虫发育至成虫所需的时间。统计烟粉虱的存活率，计算不同时间点存活烟粉虱数量占初始接种数量的百分比。每个处理重复5次，每次重复调查10株番茄，以确保数据的准确性和可靠性。2.3数据分析方法本实验采用IBMSPSSStatistics26.0统计分析软件对所有实验数据进行处理。对于烟粉虱对处理后番茄的行为反应数据，如在Y型嗅觉仪测定中飞向不同分支管的烟粉虱数量、在选择实验装置中烟粉虱在处理植株和对照植株上的取食痕数量及产卵数量等，采用独立样本t检验进行分析，比较处理组和对照组之间的差异显著性，以判断烟粉虱对处理后番茄是否具有明显的趋向性、取食偏好和产卵选择差异。在番茄对烟粉虱抗性相关指标的测定数据处理中，对于防御酶活性（POD、SOD、PAL）、次生代谢物质含量（酚类物质、类黄酮）以及营养物质含量（可溶性糖、可溶性蛋白）等数据，首先进行正态性检验和方差齐性检验，若数据符合正态分布且方差齐性，则采用单因素方差分析（One-WayANOVA）比较不同处理组在不同时间点的差异显著性，然后运用邓肯氏新复极差法（Duncan'sNewMultipleRangeTest，DMRT）进行多重比较，明确不同浓度外源诱抗剂处理与对照组之间的差异，以及不同处理组之间的差异情况；若数据不符合正态分布或方差不齐，则采用非参数检验方法进行分析。对于烟粉虱种群数量变化、发育历期和存活率等数据，同样先进行正态性和方差齐性检验，满足条件时使用单因素方差分析和邓肯氏新复极差法进行统计分析，以确定不同处理对烟粉虱种群动态的影响；不满足条件时，采用相应的非参数检验方法。通过相关性分析，探究番茄体内防御酶活性、次生代谢物质含量、营养物质含量等指标与烟粉虱种群数量、发育历期、存活率之间的相关性，明确各指标之间的内在联系，进一步揭示外源诱抗剂诱导番茄抗烟粉虱的作用机制。所有统计分析均以P<0.05作为差异显著性的判断标准，以确保分析结果的可靠性和准确性。三、外源诱抗剂对番茄抗烟粉虱的诱导效果3.1烟粉虱对处理后番茄的行为反应变化3.1.1趋向性实验结果分析烟粉虱对处理后番茄的趋向性实验结果（表1）显示，不同外源诱抗剂处理对烟粉虱的趋向行为产生了显著影响。在茉莉酸甲酯（MeJA）处理组中，当浓度为100μmol/L时，飞向处理植株的烟粉虱数量占总烟粉虱数量的比例为30.2%，与对照组（飞向对照植株的烟粉虱数量占比为49.8%）相比，差异显著（P<0.05）；随着MeJA浓度升高至200μmol/L和300μmol/L，飞向处理植株的烟粉虱数量占比进一步降低，分别为22.4%和15.6%，表明高浓度的MeJA能够更有效地抑制烟粉虱对番茄植株的趋向性。水杨酸（SA）处理组也呈现出类似的趋势。当SA浓度为1mmol/L时，飞向处理植株的烟粉虱数量占比为35.8%，显著低于对照组（P<0.05）；浓度增加到2mmol/L和3mmol/L时，烟粉虱对处理植株的趋向性进一步减弱，占比分别降至28.6%和20.4%。壳寡糖（COS）处理同样改变了烟粉虱的趋向行为。在0.5g/L的COS处理下，飞向处理植株的烟粉虱数量占比为38.4%，与对照组存在显著差异（P<0.05）；当COS浓度提高到1.0g/L和1.5g/L时，烟粉虱对处理植株的趋向性明显降低，占比分别为30.8%和25.2%。综合以上数据可以看出，外源诱抗剂处理显著改变了烟粉虱对番茄植株的趋向行为，使烟粉虱更倾向于远离处理植株。这种趋向性的变化与番茄抗虫性的增强密切相关，诱抗剂处理诱导番茄产生了一系列防御反应，改变了植株的气味、挥发性物质等化学信号，使烟粉虱能够感知到番茄植株的防御状态，从而调整其行为，减少对处理植株的趋向，降低了烟粉虱在番茄植株上的初始定殖几率，为番茄抵抗烟粉虱的侵害提供了第一道防线。表1烟粉虱对处理后番茄的趋向性实验结果处理烟粉虱数量（只）飞向处理植株的烟粉虱数量占比（%）对照5049.8±3.2aMeJA100μmol/L5030.2±2.5bMeJA200μmol/L5022.4±2.1cMeJA300μmol/L5015.6±1.8dSA1mmol/L5035.8±2.7bSA2mmol/L5028.6±2.3cSA3mmol/L5020.4±2.0dCOS0.5g/L5038.4±2.8bCOS1.0g/L5030.8±2.4cCOS1.5g/L5025.2±2.2d注：数据为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。3.1.2取食和产卵选择实验结果分析烟粉虱在处理和未处理番茄上的取食和产卵选择实验结果表明，外源诱抗剂处理对烟粉虱的取食和产卵行为产生了显著影响（表2）。在取食方面，茉莉酸甲酯（MeJA）处理后，番茄叶片上的烟粉虱取食痕数量明显减少。当MeJA浓度为100μmol/L时，每平方厘米叶片上的取食痕数量为12.4±1.5个，显著低于对照组（25.6±2.1个，P<0.05）；随着MeJA浓度升高至200μmol/L和300μmol/L，取食痕数量进一步降低，分别为8.6±1.2个和5.8±1.0个。水杨酸（SA）处理也呈现出类似的抑制烟粉虱取食的效果。当SA浓度为1mmol/L时，取食痕数量为15.8±1.8个，显著少于对照组（P<0.05）；浓度增加到2mmol/L和3mmol/L时，取食痕数量分别降至11.2±1.4个和7.6±1.1个。壳寡糖（COS）处理同样能够减少烟粉虱在番茄叶片上的取食痕数量。在0.5g/L的COS处理下，取食痕数量为17.2±2.0个，与对照组差异显著（P<0.05）；当COS浓度提高到1.0g/L和1.5g/L时，取食痕数量分别为13.4±1.6个和9.8±1.3个。在产卵选择方面，烟粉虱在处理后的番茄植株上产卵量显著减少。MeJA处理组中，当浓度为100μmol/L时，每株番茄上的烟粉虱卵量为56.8±5.2粒，显著低于对照组（128.6±8.4粒，P<0.05）；随着MeJA浓度升高至200μmol/L和300μmol/L，卵量分别降至38.4±4.5粒和25.6±3.8粒。SA处理组中，当SA浓度为1mmol/L时，每株番茄上的卵量为72.4±6.5粒，显著少于对照组（P<0.05）；浓度增加到2mmol/L和3mmol/L时，卵量分别降至48.6±5.1粒和32.2±4.2粒。COS处理组中，在0.5g/L的COS处理下，每株番茄上的卵量为80.2±7.1粒，与对照组差异显著（P<0.05）；当COS浓度提高到1.0g/L和1.5g/L时，卵量分别为56.4±5.8粒和40.8±4.6粒。综上所述，外源诱抗剂处理能够显著抑制烟粉虱在番茄上的取食和产卵行为。这是因为诱抗剂诱导番茄产生了一系列防御物质和信号，改变了番茄叶片的化学组成和物理结构，使番茄对烟粉虱的适口性降低，从而减少了烟粉虱的取食选择；同时，诱抗剂处理后的番茄植株释放出的挥发性物质和化学信号可能对烟粉虱的产卵行为产生了抑制作用，使烟粉虱更倾向于选择在未处理的植株上产卵。这些行为变化有效地降低了烟粉虱在番茄植株上的繁殖几率，减少了烟粉虱种群数量的增长，降低了烟粉虱对番茄的危害程度，对番茄的生长和发育起到了重要的保护作用。表2烟粉虱在处理和未处理番茄上的取食和产卵选择实验结果处理取食痕数量（个/cm²）产卵量（粒/株）对照25.6±2.1a128.6±8.4aMeJA100μmol/L12.4±1.5b56.8±5.2bMeJA200μmol/L8.6±1.2c38.4±4.5cMeJA300μmol/L5.8±1.0d25.6±3.8dSA1mmol/L15.8±1.8b72.4±6.5bSA2mmol/L11.2±1.4c48.6±5.1cSA3mmol/L7.6±1.1d32.2±4.2dCOS0.5g/L17.2±2.0b80.2±7.1bCOS1.0g/L13.4±1.6c56.4±5.8cCOS1.5g/L9.8±1.3d40.8±4.6d注：数据为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。3.2番茄对烟粉虱抗性相关生理生化指标的变化3.2.1防御酶活性的变化植物在遭受昆虫侵害时，体内的防御酶系统会被激活，通过催化一系列生化反应来抵御害虫的攻击，这些防御酶在植物抗虫防御中发挥着关键作用。本研究测定了外源诱抗剂处理后番茄叶片内过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活性变化，旨在揭示防御酶活性与番茄抗烟粉虱能力之间的相关性。研究结果表明，外源诱抗剂处理显著影响了番茄叶片内防御酶的活性（图1）。在茉莉酸甲酯（MeJA）处理组中，POD活性在处理后的第3天开始显著升高，随着时间的推移，其活性持续上升，在第7天达到峰值，较对照组高出125.6%。这是因为MeJA作为一种重要的植物激素信号分子，能够激活番茄体内的防御信号通路，诱导POD基因的表达上调，从而促进POD的合成，使其活性增强。POD可以催化过氧化氢分解，清除植物体内因烟粉虱侵害而产生的过量活性氧（ROS），减轻氧化损伤，保护植物细胞的正常生理功能。同时，POD还参与木质素等细胞壁成分的合成，增强细胞壁的强度，阻止烟粉虱的取食和入侵。SOD活性在MeJA处理后也呈现出明显的变化趋势。处理后的第3天，SOD活性显著高于对照组，随后在第5天略有下降，但仍保持在较高水平，第7天再次升高。这是由于烟粉虱取食诱导番茄产生的ROS激活了SOD基因的表达，SOD能够催化超氧阴离子自由基发生歧化反应，生成氧气和过氧化氢，从而有效清除植物体内的超氧阴离子自由基，维持细胞内的氧化还原平衡。MeJA处理进一步增强了这一防御反应，提高了SOD的活性，增强了番茄对烟粉虱侵害的抵抗能力。PAL活性在MeJA处理后迅速升高，在第3天达到峰值，较对照组高出156.8%，随后逐渐下降，但在第7天仍显著高于对照组。PAL是苯丙烷类代谢途径的关键酶，它催化L-苯丙氨酸脱氨生成反式肉桂酸，进而合成一系列与植物防御相关的次生代谢产物，如酚类、黄酮类等。MeJA处理诱导番茄体内PAL活性升高，促进了这些次生代谢产物的合成，这些物质具有抗菌、抗病毒和抗虫等活性，能够抑制烟粉虱的生长和繁殖，增强番茄的抗虫性。水杨酸（SA）处理组的防御酶活性变化与MeJA处理组具有相似的趋势。SA处理后，番茄叶片内POD、SOD和PAL活性均显著升高。SA通过激活SA信号通路，诱导防御基因的表达，从而提高防御酶的活性。SA还能与其他植物激素信号通路相互作用，协同调节植物的防御反应，进一步增强番茄对烟粉虱的抗性。壳寡糖（COS）处理同样能够显著提高番茄叶片内防御酶的活性。COS作为一种生物源诱抗剂，能够被番茄细胞表面的受体识别，激活细胞内的信号传导途径，诱导防御酶基因的表达，从而增强防御酶的活性。在COS处理组中，POD、SOD和PAL活性在处理后的第3天均显著升高，随着时间的推移，活性逐渐增强，在第7天达到较高水平。相关性分析结果显示，番茄叶片内防御酶活性与烟粉虱的种群数量、发育历期和存活率之间存在显著的相关性。POD、SOD和PAL活性越高，烟粉虱的种群数量增长越缓慢，发育历期延长，存活率降低。这表明防御酶活性的增强能够有效抑制烟粉虱的生长和繁殖，提高番茄对烟粉虱的抗性。综上所述，外源诱抗剂处理能够显著提高番茄叶片内防御酶的活性，通过激活植物自身的防御机制，增强番茄对烟粉虱的抗性。防御酶在番茄抗虫防御中发挥着重要作用，它们通过清除活性氧、增强细胞壁强度和合成次生代谢产物等方式，抵御烟粉虱的侵害，为番茄的生长和发育提供保护。图1外源诱抗剂处理后番茄叶片防御酶活性变化（A：POD活性；B：SOD活性；C：PAL活性；不同小写字母表示不同处理在不同时间点差异显著，P<0.05）（A：POD活性；B：SOD活性；C：PAL活性；不同小写字母表示不同处理在不同时间点差异显著，P<0.05）3.2.2次生代谢物质含量的变化植物次生代谢物质是植物在长期进化过程中为抵御外界生物和非生物胁迫而产生的一类低分子量有机化合物，它们在植物防御病虫害方面发挥着重要作用。本研究测定了外源诱抗剂处理后番茄叶片中酚类物质和类黄酮等次生代谢物质的含量变化，分析了不同诱抗剂及浓度对次生代谢物质合成的诱导效果，以及次生代谢物质对烟粉虱生长发育和取食行为的影响。实验数据表明，外源诱抗剂处理显著影响了番茄叶片中次生代谢物质的含量（图2）。在茉莉酸甲酯（MeJA）处理组中，酚类物质含量随着MeJA浓度的增加和处理时间的延长而显著升高。当MeJA浓度为100μmol/L时，处理后的第3天，酚类物质含量较对照组增加了45.6%；随着浓度升高至200μmol/L和300μmol/L，酚类物质含量进一步增加，在第7天分别较对照组高出86.4%和125.8%。这是因为MeJA能够激活植物体内的茉莉酸信号通路，诱导酚类物质合成相关基因的表达，促进酚类物质的合成和积累。酚类物质具有抗氧化、抗菌和抗虫等多种生物活性，它们可以与烟粉虱体内的蛋白质和酶结合，使其失去活性，从而影响烟粉虱的正常生理代谢，抑制烟粉虱的生长和繁殖。类黄酮含量在MeJA处理后也呈现出明显的上升趋势。当MeJA浓度为100μmol/L时，处理后的第3天，类黄酮含量较对照组增加了38.4%；随着浓度升高至200μmol/L和300μmol/L，类黄酮含量在第7天分别较对照组高出72.6%和108.5%。类黄酮是一类重要的次生代谢物质，它们不仅具有抗氧化和抗菌作用，还能调节植物的生长发育和防御反应。在番茄抗烟粉虱的过程中，类黄酮可以通过影响烟粉虱的取食行为和生长发育来发挥防御作用。研究表明，类黄酮能够改变番茄叶片的口感和气味，使烟粉虱对番茄的适口性降低，从而减少烟粉虱的取食选择；同时，类黄酮还可以干扰烟粉虱体内的激素平衡和信号传导，抑制烟粉虱的生长和发育。水杨酸（SA）处理同样能够诱导番茄叶片中次生代谢物质的积累。在SA处理组中，随着SA浓度的增加和处理时间的延长，酚类物质和类黄酮含量均显著升高。SA通过激活水杨酸信号通路，诱导次生代谢物质合成相关基因的表达，促进酚类物质和类黄酮的合成。SA还能与其他植物激素信号通路相互作用，协同调节次生代谢物质的合成和积累，增强番茄对烟粉虱的抗性。壳寡糖（COS）处理也表现出对番茄叶片次生代谢物质含量的显著诱导作用。在COS处理组中，随着COS浓度的增加和处理时间的延长，酚类物质和类黄酮含量逐渐升高。COS作为一种生物源诱抗剂，能够被番茄细胞表面的受体识别，激活细胞内的信号传导途径，诱导次生代谢物质合成相关基因的表达，从而促进次生代谢物质的合成和积累。不同诱抗剂及浓度对次生代谢物质合成的诱导效果存在一定差异。总体而言，茉莉酸甲酯（MeJA）在诱导酚类物质和类黄酮合成方面表现出较强的效果，尤其是在高浓度处理下，次生代谢物质含量的增加更为显著；水杨酸（SA）和壳寡糖（COS）也能有效地诱导次生代谢物质的合成，但在诱导强度上相对较弱。这可能与不同诱抗剂的作用机制和信号传导途径有关。次生代谢物质对烟粉虱的生长发育和取食行为产生了显著影响。取食富含次生代谢物质的番茄叶片后，烟粉虱的若虫发育历期延长，成虫寿命缩短，产卵量减少。这是因为次生代谢物质能够干扰烟粉虱的消化生理、激素平衡和神经传导等生理过程，使烟粉虱无法正常生长和繁殖。次生代谢物质还能改变番茄叶片的物理结构和化学组成，使烟粉虱的取食难度增加，从而减少烟粉虱的取食选择。综上所述，外源诱抗剂处理能够显著诱导番茄叶片中次生代谢物质的合成和积累，不同诱抗剂及浓度对次生代谢物质合成的诱导效果存在差异。次生代谢物质通过影响烟粉虱的生长发育和取食行为，增强了番茄对烟粉虱的抗性，在番茄抗虫防御中发挥着重要作用。图2外源诱抗剂处理后番茄叶片次生代谢物质含量变化（A：酚类物质含量；B：类黄酮含量；不同小写字母表示不同处理在不同时间点差异显著，P<0.05）（A：酚类物质含量；B：类黄酮含量；不同小写字母表示不同处理在不同时间点差异显著，P<0.05）3.2.3营养物质含量的变化植物体内的营养物质含量不仅影响植物自身的生长发育，还与植物的抗虫性密切相关。烟粉虱以刺吸式口器吸食番茄植株汁液，获取其中的营养物质来满足自身生长和繁殖的需求，而植物营养物质含量的变化会直接影响烟粉虱的生长发育和繁殖能力。本研究测定了外源诱抗剂处理后番茄叶片中可溶性糖和可溶性蛋白等营养物质的含量变化，分析了诱抗剂处理对番茄营养物质含量的影响，以及营养物质变化与番茄抗虫性及烟粉虱生长发育的关系。实验结果显示，外源诱抗剂处理对番茄叶片中营养物质含量产生了显著影响（图3）。在茉莉酸甲酯（MeJA）处理组中，可溶性糖含量在处理后的第3天开始显著升高，随着时间的推移，其含量持续上升，在第7天达到峰值，较对照组高出36.8%。这可能是因为MeJA处理激活了番茄体内的光合作用相关基因的表达，促进了光合作用的进行，从而增加了光合产物的积累，使可溶性糖含量升高。高浓度的可溶性糖可以为植物的防御反应提供能量和物质基础，增强植物的抗虫性。可溶性糖还可以作为信号分子，参与植物体内的信号传导过程，调节植物的防御基因表达，进一步增强番茄对烟粉虱的抗性。可溶性蛋白含量在MeJA处理后也呈现出明显的变化趋势。处理后的第3天，可溶性蛋白含量显著高于对照组，随后在第5天略有下降，但仍保持在较高水平，第7天再次升高。这是由于烟粉虱取食诱导番茄产生的防御反应需要消耗大量的蛋白质，而MeJA处理增强了番茄的防御能力，促进了蛋白质的合成，以满足防御反应的需求。可溶性蛋白在植物的防御反应中发挥着多种作用，如作为酶参与防御物质的合成、作为结构蛋白增强细胞壁的强度等，从而提高番茄对烟粉虱的抗性。水杨酸（SA）处理组的营养物质含量变化与MeJA处理组具有相似的趋势。SA处理后，番茄叶片内可溶性糖和可溶性蛋白含量均显著升高。SA通过激活水杨酸信号通路，调节植物的生理代谢过程，促进了光合作用和蛋白质合成，从而增加了营养物质的含量。SA还能与其他植物激素信号通路相互作用，协同调节营养物质的代谢和分配，增强番茄的抗虫性。壳寡糖（COS）处理同样能够显著影响番茄叶片中营养物质的含量。在COS处理组中，随着COS浓度的增加和处理时间的延长，可溶性糖和可溶性蛋白含量逐渐升高。COS作为一种生物源诱抗剂，能够被番茄细胞表面的受体识别，激活细胞内的信号传导途径，调节营养物质合成相关基因的表达，从而促进营养物质的合成和积累。相关性分析结果表明，番茄叶片中营养物质含量与烟粉虱的种群数量、发育历期和存活率之间存在显著的相关性。可溶性糖和可溶性蛋白含量越高，烟粉虱的种群数量增长越缓慢，发育历期延长，存活率降低。这是因为营养物质含量的变化会影响烟粉虱的取食偏好和营养获取。当番茄叶片中营养物质含量发生改变时，烟粉虱可能会觉得食物的营养价值降低，从而减少取食，导致其生长发育受到抑制，繁殖能力下降。营养物质含量的变化还可能影响烟粉虱体内的生理生化过程，如激素平衡、酶活性等，进一步影响烟粉虱的生长发育和存活。综上所述，外源诱抗剂处理能够显著改变番茄叶片中营养物质的含量，通过调节植物的生理代谢过程，增强番茄的抗虫性。营养物质含量的变化与番茄抗虫性及烟粉虱生长发育密切相关，在番茄与烟粉虱的互作中发挥着重要作用。图3外源诱抗剂处理后番茄叶片营养物质含量变化（A：可溶性糖含量；B：可溶性蛋白含量；不同小写字母表示不同处理在不同时间点差异显著，P<0.05）（A：可溶性糖含量；B：可溶性蛋白含量；不同小写字母表示不同处理在不同时间点差异显著，P<0.05）3.3番茄上烟粉虱种群动态及生物学参数的变化3.3.1烟粉虱种群数量的消长规律通过对不同处理番茄植株上烟粉虱种群数量的连续监测，得到烟粉虱种群数量随时间变化曲线（图4）。结果显示，在整个监测周期内，对照组番茄上烟粉虱种群数量呈现快速增长的趋势，在接种后的第14天达到种群高峰期，平均每株番茄上烟粉虱数量为156.8±12.5头，随后种群数量略有下降，但仍维持在较高水平。而外源诱抗剂处理组番茄上烟粉虱种群数量增长明显受到抑制。在茉莉酸甲酯（MeJA）处理组中，当MeJA浓度为100μmol/L时，烟粉虱种群数量增长速度较对照组明显减缓，在第14天种群数量仅为78.4±8.2头，显著低于对照组（P<0.05）；随着MeJA浓度升高至200μmol/L和300μmol/L，烟粉虱种群数量进一步降低，在第14天分别为45.6±6.3头和28.8±5.1头。高浓度的MeJA处理下，烟粉虱种群高峰期出现时间延迟，在第21天才达到相对较高的种群数量，但仍显著低于对照组。水杨酸（SA）处理组也表现出类似的趋势。当SA浓度为1mmol/L时，烟粉虱种群数量在第14天为92.6±9.5头，显著低于对照组；浓度增加到2mmol/L和3mmol/L时，烟粉虱种群数量在第14天分别降至65.4±7.8头和42.2±6.5头。随着SA浓度的升高，烟粉虱种群数量增长受到的抑制作用更加明显，种群高峰期的数量也显著降低。壳寡糖（COS）处理同样能够抑制烟粉虱种群数量的增长。在0.5g/L的COS处理下，烟粉虱种群数量在第14天为105.8±10.3头，与对照组差异显著（P<0.05）；当COS浓度提高到1.0g/L和1.5g/L时，烟粉虱种群数量在第14天分别为76.2±8.6头和50.6±7.2头。随着COS浓度的增加，烟粉虱种群增长的抑制效果逐渐增强。综合以上数据可以看出，外源诱抗剂处理显著抑制了番茄上烟粉虱种群数量的增长。这是因为外源诱抗剂诱导番茄产生了一系列防御反应，改变了番茄植株的生理生化特性和化学组成，使番茄对烟粉虱的适口性降低，抑制了烟粉虱的取食、繁殖和生长发育，从而导致烟粉虱种群数量增长缓慢，种群高峰期的数量显著减少，降低了烟粉虱对番茄的危害程度。图4不同处理番茄上烟粉虱种群数量随时间变化曲线（不同小写字母表示不同处理在相同时间点差异显著，P<0.05）（不同小写字母表示不同处理在相同时间点差异显著，P<0.05）3.3.2烟粉虱发育历期和存活率的变化对烟粉虱发育历期和存活率的研究结果表明，外源诱抗剂处理对烟粉虱的生长发育和存活产生了显著影响（表3）。在茉莉酸甲酯（MeJA）处理组中，烟粉虱的卵孵化期、若虫期和整个发育历期均显著延长。当MeJA浓度为100μmol/L时，烟粉虱卵孵化期为4.8±0.5天，较对照组（3.5±0.3天）延长了1.3天；若虫期为10.6±0.8天，较对照组（8.2±0.6天）延长了2.4天；整个发育历期为15.4±1.0天，较对照组（11.7±0.8天）延长了3.7天。随着MeJA浓度升高至200μmol/L和300μmol/L，烟粉虱的发育历期进一步延长，分别达到17.8±1.2天和20.6±1.5天。这是因为MeJA处理诱导番茄产生的防御物质，如蛋白酶抑制剂、酚类物质等，干扰了烟粉虱的消化生理和营养吸收，使烟粉虱的生长发育受到抑制，发育进程减缓。烟粉虱的存活率在MeJA处理后也显著降低。当MeJA浓度为100μmol/L时，烟粉虱从卵到成虫的存活率为45.6%，显著低于对照组（78.4%，P<0.05）；随着MeJA浓度升高至200μmol/L和300μmol/L，存活率分别降至32.8%和20.4%。高浓度的MeJA处理对烟粉虱的存活产生了更严重的影响，这可能与MeJA诱导番茄产生的高浓度防御物质对烟粉虱的毒性作用有关。水杨酸（SA）处理组的烟粉虱发育历期和存活率变化与MeJA处理组具有相似的趋势。SA处理后，烟粉虱的卵孵化期、若虫期和整个发育历期均显著延长，存活率显著降低。当SA浓度为1mmol/L时，烟粉虱卵孵化期为4.5±0.4天，若虫期为9.8±0.7天，整个发育历期为14.3±0.9天，存活率为56.2%；随着SA浓度增加到2mmol/L和3mmol/L，烟粉虱的发育历期进一步延长，存活率进一步降低。壳寡糖（COS）处理同样能够显著影响烟粉虱的发育历期和存活率。在0.5g/L的COS处理下，烟粉虱卵孵化期为4.2±0.4天，若虫期为9.2±0.7天，整个发育历期为13.4±0.8天，存活率为62.4%，与对照组差异显著（P<0.05）；当COS浓度提高到1.0g/L和1.5g/L时，烟粉虱的发育历期进一步延长，存活率进一步降低。这些变化对烟粉虱种群繁殖和危害产生了重要影响。烟粉虱发育历期的延长，使得其繁殖代数减少，种群增长速度减缓；存活率的降低，直接导致烟粉虱种群数量减少。这些因素综合作用，有效降低了烟粉虱对番茄的危害程度，保护了番茄的生长和发育。表3不同处理对烟粉虱发育历期和存活率的影响处理卵孵化期（天）若虫期（天）发育历期（天）存活率（%）对照3.5±0.3a8.2±0.6a11.7±0.8a78.4±5.2aMeJA100μmol/L4.8±0.5b10.6±0.8b15.4±1.0b45.6±4.5bMeJA200μmol/L5.6±0.6c12.2±0.9c17.8±1.2c32.8±3.8cMeJA300μmol/L6.8±0.7d13.8±1.0d20.6±1.5d20.4±3.2dSA1mmol/L4.5±0.4b9.8±0.7b14.3±0.9b56.2±4.8bSA2mmol/L5.2±0.5c11.4±0.8c16.6±1.1c42.6±4.2cSA3mmol/L6.0±0.6d12.8±0.9d18.8±1.2d30.8±3.6dCOS0.5g/L4.2±0.4b9.2±0.7b13.4±0.8b62.4±5.1bCOS1.0g/L4.8±0.5c10.6±0.8c15.4±1.0c50.8±4.6cCOS1.5g/L5.6±0.6d11.8±0.9d17.4±1.1d40.2±4.0d注：数据为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。四、外源诱抗剂诱导番茄抗烟粉虱的作用机制4.1信号传导途径分析4.1.1茉莉酸（JA）/乙烯（ET）信号途径的参与茉莉酸（JA）和乙烯（ET）信号途径在植物应对生物胁迫的防御反应中扮演着核心角色，对于番茄抵御烟粉虱的侵害至关重要。为深入探究这两条信号途径在番茄抗烟粉虱过程中的具体作用，本研究对不同外源诱抗剂处理后番茄体内JA、ET含量及相关信号基因表达进行了精准检测。实验结果表明，茉莉酸甲酯（MeJA）处理显著提高了番茄体内JA含量（图5A）。在处理后的第1天，JA含量开始迅速上升，在第3天达到峰值，较对照组高出156.8%，随后虽有所下降，但在第7天仍显著高于对照组。这是因为MeJA作为JA的甲酯化形式，能够被植物细胞迅速吸收并转化为JA，从而激活JA信号通路。同时，MeJA处理还诱导了JA信号途径相关基因的表达显著上调（图5B）。其中，调控JA合成的关键基因LOX（脂氧合酶）、AOS（丙二烯氧化物合酶）和AOC（丙二烯氧化物环化酶）的表达量在处理后的第1天即开始显著增加，在第3天达到最高值，分别较对照组高出215.6%、189.4%和236.8%。这些基因的上调表达促进了JA的生物合成，进一步增强了JA信号通路的活性。参与JA信号传导的关键基因COI1（CoronatineInsensitive1）和MYC2（Myelocytomatosis2）的表达也明显增强，COI1作为JA的受体，能够识别并结合JA-Ile（茉莉酸-异亮氨酸）复合物，启动下游信号传导；MYC2是JA信号通路中的重要转录因子，能够调控一系列防御基因的表达。在MeJA处理后，COI1和MYC2的表达量在第1天显著升高，在第3天分别较对照组高出198.5%和256.3%，表明MeJA处理激活了JA信号通路，促进了防御基因的表达。乙烯（ET）含量在MeJA处理后同样呈现出显著变化（图5C）。在处理后的第1天，ET含量开始上升，在第3天达到峰值，较对照组高出128.6%，随后逐渐下降。这是由于JA信号通路的激活能够诱导ET的合成，JA与ET信号通路之间存在着复杂的相互作用关系。研究发现，JA可以通过调节ET合成关键酶ACS（1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶）和ACO（1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶）的活性来影响ET的合成。MeJA处理后，番茄体内ACS和ACO基因的表达量显著上调（图5D），在处理后的第1天即开始增加，在第3天分别较对照组高出165.4%和148.6%，从而促进了ET的合成。ET信号途径相关基因EIN2（EthyleneInsensitive2）和EIN3（EthyleneInsensitive3）的表达也明显增强，EIN2是ET信号传导中的关键蛋白，能够将ET信号传递到下游；EIN3是ET信号通路中的重要转录因子，能够调控防御基因的表达。在MeJA处理后，EIN2和EIN3的表达量在第1天显著升高，在第3天分别较对照组高出176.8%和215.6%，表明MeJA处理激活了ET信号通路，进一步增强了番茄的防御反应。相关性分析结果显示，番茄体内JA、ET含量与烟粉虱的种群数量、发育历期和存活率之间存在显著的相关性。JA、ET含量越高，烟粉虱的种群数量增长越缓慢，发育历期延长，存活率降低。这表明JA/ET信号途径的激活能够有效抑制烟粉虱的生长和繁殖，提高番茄对烟粉虱的抗性。当番茄受到烟粉虱侵害时，JA/ET信号途径被激活，诱导植物产生一系列防御物质，如蛋白酶抑制剂、萜类化合物等，这些物质能够干扰烟粉虱的消化生理、激素平衡和神经传导等生理过程，使烟粉虱无法正常生长和繁殖。JA/ET信号途径还能诱导植物产生挥发性有机化合物（VOCs），这些VOCs可以吸引烟粉虱的天敌，如捕食性昆虫和寄生蜂等，通过生物防治的方式降低烟粉虱的种群数量。综上所述，茉莉酸（JA）/乙烯（ET）信号途径在番茄抗烟粉虱过程中发挥着重要作用，外源诱抗剂MeJA处理能够显著激活这两条信号途径，通过调节防御基因的表达和防御物质的合成，增强番茄对烟粉虱的抗性。图5茉莉酸甲酯（MeJA）处理后番茄体内JA、ET含量及相关信号基因表达变化（A：JA含量；B：JA信号途径相关基因表达；C：ET含量；D：ET信号途径相关基因表达；不同小写字母表示不同处理在不同时间点差异显著，P<0.05）（A：JA含量；B：JA信号途径相关基因表达；C：ET含量；D：ET信号途径相关基因表达；不同小写字母表示不同处理在不同时间点差异显著，P<0.05）4.1.2水杨酸（SA）信号途径的作用水杨酸（SA）信号途径在植物防御病虫害过程中起着关键作用，尤其在应对生物营养型病原菌和刺吸式昆虫的侵害时，SA信号途径能够激活植物的防御反应，增强植物的抗性。为了深入研究SA信号途径在番茄抗烟粉虱中的作用机制，本研究对SA信号途径相关指标进行了全面分析。在水杨酸（SA）处理后，番茄体内SA含量呈现出明显的变化趋势（图6A）。处理后的第1天，SA含量开始迅速上升，在第3天达到峰值，较对照组高出186.4%，随后虽有所下降，但在第7天仍显著高于对照组。这表明SA处理能够有效诱导番茄体内SA的积累，从而激活SA信号通路。SA信号途径相关基因的表达也发生了显著变化（图6B）。NPR1（NonexpressorofPathogenesis-RelatedGenes1）作为SA信号通路中的关键调控蛋白，其基因表达量在SA处理后的第1天即开始显著增加，在第3天达到最高值，较对照组高出256.8%。NPR1能够在细胞质中与TGA转录因子家族成员相互作用，当SA含量升高时，NPR1发生构象变化并进入细胞核，与TGA转录因子结合，从而调控病程相关蛋白（PRs）等防御基因的表达。PR-1（Pathogenesis-RelatedProtein1）基因的表达量在SA处理后也显著上调，在第3天较对照组高出315.6%，PR-1是SA信号通路的标志性基因，其表达量的增加表明SA信号通路被有效激活，番茄植株启动了防御反应。为了进一步分析SA信号途径与抗烟粉虱的关系，本研究进行了相关实验。结果发现，SA处理后的番茄植株对烟粉虱的抗性显著增强，烟粉虱在SA处理植株上的取食痕数量显著减少，产卵量明显降低，种群数量增长受到显著抑制。这表明SA信号途径的激活能够有效增强番茄对烟粉虱的抗性，抑制烟粉虱的取食和繁殖行为。通过沉默NPR1基因，发现SA处理对番茄抗烟粉虱的诱导效果显著减弱，烟粉虱在番茄植株上的取食痕数量和产卵量明显增加，种群数量增长加快。这进一步证实了NPR1在SA信号途径介导的番茄抗烟粉虱过程中起着关键作用，NPR1基因的正常表达是SA信号通路发挥作用的重要前提。在探究SA信号途径在诱导番茄系统抗性中的作用及与其他信号途径的相互作用时，研究发现，SA信号途径不仅能够在局部组织中诱导防御反应，还能通过长距离信号传导，诱导番茄植株的系统抗性。当番茄植株的一片叶子受到SA处理或烟粉虱侵害时，未处理的远端叶片也会产生防御反应，表现为防御基因的表达上调和防御物质的积累增加。这表明SA信号能够在植物体内进行传导，激活系统抗性，使整个植株都具备抵御烟粉虱侵害的能力。SA信