水稻品种抗虫特征次生物质及其对白背飞虱种群的抑制作用

钟平生，梁广文，曾 玲

(1.华南农业大学昆虫生态研究室，广州 510642;2.惠州学院生命科学系，广东 惠州 516007)

白背飞虱Sogatella furcifera(Horváth)是水稻上的重要迁飞性害虫，长期以来施用化学药剂是控制稻飞虱最有效的途径。但化学药剂的长期大量不合理使用导致害虫对多种杀虫剂产生了不同程度的抗药性 (梁天锡和毛立新，1996;姚洪渭等，2000;Endo and Tsurumachiw，2001;Wang et al.，2008a)。近年来，随着水稻种植模式、品种结构和气候环境条件的改变 (侯再芬等，2007;陈仕高，2008;凌炎等，2009)，稻飞虱暴发频率逐渐升高、发生面积逐年加大，危害程度不断加重，给水稻的优质高产构成了严重威胁 (程家安和祝增荣，2006;李淑勇等，2009)。利用抗虫品种是控制稻飞虱的有效措施 (丁克军等，1993)，但如果大面积连续种植抗性基因单一的抗虫品种，较易引起稻飞虱产生新生物型，使原来的抗虫品种失去抗性 (黄所生等，2011)。为了深入了解珠三角地区水稻栽培品种对白背飞虱的抗性及抗原次生物质对白背飞虱种群增长的影响，探明不同抗原次生物质组成、差异对白背飞虱的抑制机理，本文从抗感水稻品种的植株中提取次生物质，应用高效液相色谱 (HPLC)技术分析测试次生物质的组成与含量，为探讨水稻抗虫性与抗原次生物质之间的互作关系提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种:粤农占、双桂、粳籼89等品种由广东省农科院水稻所提供;小农占、籼小占由江门市新会兴业发展有限公司提供。

1.2 抗性品种样品处理

将供试品种种子洗净、催芽后播种在65 cm×45 cm×10 cm的苗箱内，行距5 cm，行长20 cm。每品种设3个重复，各品种随机排列，放于网室内培养，并罩以大塑料纱养虫笼防虫 (60目)。待秧苗长至3叶时，每品种采集5株健壮植株，剪碎、混匀，反复缩分后，称取 (100.0±0.2)mg，用5 mL甲醇浸泡12 h，取其上层清液，待溶剂挥发干后，加入5 mL体积分数为50%的甲醇水溶液重新溶解，作为测试样品，采用赵颖等 (2004)的方法测定稻株中抗原次生物质。每样品5次重复，各峰面积取其平均值以测定水稻植株的抗性次生物质含量。

1.3 HPLC测定的色谱条件

样品在HP1100高效液相色谱仪上采用C18反相柱 (Hypersil ODS 5 μm，410 mm×250 mm)，以1%乙酸水溶液 (A)和乙腈 (B)的混合溶剂为梯度洗脱的流动相进行测定。色谱条件参照Mattice等 (2001)和赵颖等 (2004)的方法，并对其方法略作改进，将流动相梯度调整为:在1.5 mL·min－1流速下，以8%B洗脱3 min后，在22 min内提高到35%B，再在4 min内继续提高到80%B，最后在 11 min内降回 8%B，共运行40 min。进样量10 μL，紫外检测 OD320值。采集前30 min的色谱数据，确定相应色谱峰的保留时间和面积积分。

1.4 数据分析

谱图中保留10～19 min的13个谱峰的峰面积值用于数据分析，运用主成分分析法 (PCA)对这13个谱峰进行研究，以确定与抗白背飞虱有关的主要谱峰。同时将白背飞虱在抗性品种上的增长指数 (I)与这13个特征峰的峰面积值进行多元回归分析，以确定这些主要谱峰对水稻抗虫性的相对贡献，采用唐启义等 (2007)的方法进行统计分析和统计检验。

1.5 水稻抗性品种对白背飞虱种群的抑制作用

本试验选择在江门市新会区沙堆镇广东现代农业技术示范区。选取面积约2000 m2左右的稻田划分为5小区，分别种植抗感性不同的上述5个水稻品种。移栽后20 d开始调查白背飞虱种群的消长动态，直到水稻成熟为止，采用平行跳跃式取样，每隔4天调查1次，每品种取5个点，每点取10丛，共调查50丛，记录稻株上白背飞虱1～2龄若虫、3～5龄若虫和成虫数量。与此同时，将带卵稻株、3～5龄若虫采回室内饲养，统计卵寄生与不孵数、3～5龄若虫的寄生率。应用庞雄飞 (1995)等方法，组建以作用因子组配的生命表，并利用干扰作用控制指数 (The Interference Index of population control，IIPC)、排除作用控制指数(TheExclusion Indexofpopulation control，EIPC)评价抗性品种及其自然天敌对白背飞虱种群的控制作用，以此分析抗性品种对稻白背飞虱种群的控制效果与作用机理。

2 结果与分析

2.1 水稻品种抗性特征次生物质与白背飞虱种群增长指数的关系

在本研究色谱条件下，所测样品的5个水稻品种在10～19 min内均能检测到分离较好的13个峰 (表1)。经主成分分析，峰4、峰9与峰10对应的组分对抗虫性贡献相对较大，可能是影响水稻对白背飞虱抗性水平的主要抗原次生物质。将13个特征色谱峰面积与白背飞虱种群增长指数(I)值进行多元回归分析，得到最优回归方程为Y=152.0762+0.7749X4－13.1806X9－14.4265X10，式中，Y为白背飞虱种群增长指数 (I)值，X4、X9、X10分别为峰4、峰9、峰10的峰面积值。经各参数检验结果表明，拟合的回归方程中Y(I)与X4、X9、X10之间回归极显著 (r=0.9999，F=16277.0384，P=0.0058＜0.01);各回归参数估计值的假设检验结果也达差异极显著，该模型能很好地拟合次生物质含量与白背飞虱种群增长指数 (I)之间的关系。

由模型可见，这些次生物质对水稻抗性的贡献有正有负。峰9、峰10对应的次生物质含量的增加将降低水稻对白背飞虱的增长指数，即增强水稻的抗性;而峰4的作用则相反。次生物质含量对水稻抗性水平的综合影响以及相对贡献率，都可以从模型中定量地反映出来，因此，可利用此模型间接鉴定和预测水稻品种对白背飞虱的抗性水平。

表1 水稻液相色谱特征峰值表Table 1 Rice liquid chromatographic peak form characteristics

2.2 抗性品种对白背飞虱种群的抑制作用

根据田间系统调查及同期室内饲养获得的寄生率数据，组建了早稻白背飞虱自然种群生命表(表2)。由表2可看出，不同抗性品种对白背飞虱大田种群的抑制作用不同。白背飞虱种群趋势指数 (I)在感虫品种双桂上第1代和第2代分别为4.008和7.432，均大于中感品种小农占、籼小占以及中抗品种粳籼89的种群趋势指数I值。以感虫品种双桂为参照，计算出各品种两个世代的IIPC。结果表明，白背飞虱种群第一代在各品种初始密度相同的情况下，种群增长指数差异不大，分别达对照品种双桂的0.618～0.670倍;而在第二世代中，中抗品种粳籼89的IIPC为0.188;中感品种粤农占、小农占的IIPC为0.315、0.359。可见水稻抗虫品种对白背飞虱第二世代种群数量消长的影响是明显的，即中抗品种可有效地抑制水稻生长后期白背飞虱种群的增长。同时，籼小占上白背飞虱I值已达0.465，表明其抗性具有一定程度的下降，也即抗白背飞虱的生物型可能已产生一定的转变。

表2 早稻白背飞虱自然种群生命表Table2 The life table of natural population of WBPH on resistant varieties

2.3 不同水稻品种上天敌对白背飞虱种群的作用

在双桂、籼小占、小农占、粤农占和粳籼89上，白背飞虱两个世代种群趋势指数I分别为29.789、9.280、6.603、6.030和 3.689，即白背飞虱经过2个世代的生长发育，种群将分别增长29.789倍、9.280倍、6.603倍、6.030倍和3.689倍。换算成IIPC总值，中感品种籼小占、小农占、粤农占 IIPC总值分别为0.311、0.222、0.202，中抗品种粳籼89 IIPC总值为0.124。

同时，将捕食性天敌和寄生性天敌的作用合并，得到天敌类群对白背飞虱的排除作用控制指数EIPC(表3)。在表3可知，在中抗品种粳籼89上，捕食性天敌的EIPC为6.4392，在中感虫品种粤农占和籼小占上，EIPC分别为5.6689和5.3937，在感虫品种双桂上，EIPC为2.7956。表明捕食性天敌的捕食效能在中抗品种上最高，中感品种次之，感虫品种上最弱。寄生性天敌作用不如“捕食性天敌”强，但同样表现出这种相似变化趋势，表明抗虫品种对白背飞虱种群的抑制作用除了抗原次生物质差异外，也反映在自然天敌类群作用的增强上。

表3 不同抗感性品种上天敌类群的作用Table 3 The effect of groups of enemies on WBPH

2.4 次生物质特征峰总值与田间白背飞虱种群增长的关系

双桂、籼小占、小农占、粤农占、粳籼89液相色谱13个特征峰面积总值见图1。表明抗虫品种的色谱峰值之和大于感虫品种的色谱峰值之和，如中抗品种粳籼89和中感品种籼小占的色谱峰值之和分别为35.6860和29.8994，表明水稻品种抗原次生物质色谱峰面积的大小间接反映了水稻品种对白背飞虱种群的抗虫水平。

图1 水稻品种抗性特征次生化合物含量Fig.1 Rice varieties resistant characteristics material content

依据早稻白背飞虱种群增长指数，大田白背飞虱种群的增长趋势指数与特征次生物质色谱峰值的大小存在显著相关性。建立的拟合的线性回归方程为:Y=82.7086－2.3476X，相关系数R为0.9205，对回归方程进行检验，F值为16.6585，P=0.0266(＜0.05)，达到显著差异。

3 结论与讨论

水稻的抗虫性是多种特征次生物质共同作用的结果，抗性特征色谱峰总值与白背飞虱种群增长指数呈现极显著的相关性，其中以峰4、峰9与峰10对白背飞虱种群的发生程度贡献最大，3个次生物质组分对水稻抗性的贡献有正有负，贡献的权重也是各不相同的，不能简单加和。由于液相色谱仪的检测前处理简单，每一样品分析运行时间短，只需极少量的叶片组织，以不损害水稻植株的方式即可完成色谱峰值检测和抗性鉴定。该方法可用于大量筛选含有抗原次生化合物的抗性品系，使杂交后代抗性植株的鉴定与筛选变得容易，大大缩短抗性品种的育种周期。为建立快速、简捷、准确、稳定的水稻3叶期抗性鉴定方法提出了新途径。因此，利用高效液相色谱技术与方法，可简捷、快速地测定大田白背飞虱种群在不同水稻品种上的发生动态，即间接预测出水稻品种的抗虫性。

目前在珠三角地区推广种植的水稻品种对白背飞虱大多都表现感虫，有些品种对白背飞虱的抗虫性发生了改变，出现了新生物型，致使原先表现抗虫的品种丧失抗性。鉴于白背飞虱生物型已发生改变，为防患于未然，应对白背飞虱生物型的发生动态进行监测，以了解珠三角地区白背飞虱生物型组成结构，为抗白背飞虱育种和该虫的可持续控制提供帮助。目前，白背飞虱主要以化学防治为主，过度依赖化学农药在生产带来了诸多问题，如防治成本上升、杀死害虫天敌、害虫产生抗药性、稻田生境中有害物质的残留等(Heinrichand and Mochida，1984;Khan and Saxenal，1985;毛立新等，1992;王荫长等，1994;张内河等，1996)。实践证明，利用抗虫品种是控制白背飞虱的安全、有效措施。因此，为更有效地控制白背飞虱，应针对当地白背飞虱田间种群生物型的组成结构，加强抗虫品种培育与推广。

References)

Cheng JA，Zhu ZR，2006.Analysis on the key factors causing the outbreak of brown planthopper in Yangtze Area，China in 2005.Plant Protection，32(4):1－4.［程家安，祝增荣，2006.2005年长江流域稻区褐飞虱暴发成灾原因分析.植物保护，32(4):1 －4］

Chen SG，2008.Prelim inary study on the natural population dynam ics of Sogatella furcifera Horvath in transplanter planting rice.South-west China Journal of Agricultural Sciences，21(3):648 － 650.［陈仕高，2008.机插稻白背飞虱种群自然消长动态的初步研究.西南农业学报，21(3):648－650］

Ding KJ，Huang SS，Zeng L，Pang XF，1993.The effect of rice varietal resistance on the population dynamics of the white back planthopper.Journal of South China Agricultural University，14(3):37－41.［丁克军，黄寿山，曾玲，庞雄飞，1993.水稻品种抗虫性对白背飞虱种群的控制作用.华南农业大学学报，14(3):37 －41］

Endo S，TsurumachiM，2001.Insecticide susceptibility of the brown planthopper and the white－backed planthopper collected from Southeast Asia.J.Pestic.Sci.，26(1):82－86.

Heinrich EA，Mochida O，1984.From secondary to major pest status:The case of insecticide induced rice brown planthopper，nilapparvata lugens，resurgence.Prot.Ecol.，7:201－218.

Hou ZF，Xie QQ，Shao XQ，Chen SR，2007.The change regulation of pests number density of white back and brown planthopper in rice fields during rice growth period.Guizhou Agricultural Sciences，35(5):53－56.［侯再芬，谢启强，邵先强，陈仕荣，2007.水稻生育期间白背飞虱与褐飞虱田间虫量变化规律.贵州农业科学，35(5):53－56］

Huang SS，Huang FK，Wu BQ，Zhang XL，Nong CL，Ling Y，Long LP，2011.Identification of white－backed plant hopper biotype in Guangxi.Journal of Southern Agriculture，42(1):46－49.［黄所生，黄凤宽，吴碧球，张雪丽，农春莲，凌炎，龙丽萍，2011.广西白背飞虱生物型测定.南方农业学报，42(1):46－49］

Khan ZR，Saxenal RC，1985.Behavioral and physiological responses of Sogatella furcifera(Homoptera:Delphacidae)to selected resistant and suscep tible rice cultivars.J.Econ.Emtomol.，78:1280－1286.

Liang TX，Mao LX，1996.Studies on the monitoring of insecticide resistance of rice planthoppers.Entomological Jouenal of East China，5(1):89－93.［梁天锡，毛立新，1996.水稻飞虱的抗药性监测研究.华东昆虫学报，5(1):89－93］

Ling Y，Fan GX，Long LP，2009.Determination on susceptibility of different Sogatella furcifera populations to insecticides in different areas of Guangxi，Guangxi Agricultural Sciences，40(7):847 －849.［凌炎，范桂霞，龙丽萍，2009.广西不同白背飞虱种群对杀虫剂的敏感性测定.广西农业科学，40(7):847－849］

Li SY，Liu X，Gao CF，Bo XP，Su JY，Wang YH，Yu L，Yan X，Shen JL，Yang J，Tao LM，2009.Laboratory screening of alternatives to highly－toxic insecticides for controlling the white－backed planthopper，Sogatella furcifera and resistance risk assessment to imidacloprid in rice.Chinese Journal of Rice Science，23(1):79－84.［李淑勇，刘学，高聪芬，薄仙萍，苏建亚，王彦华，余论，严鑫，沈晋良，杨峻，陶岭梅，2009.防治水稻白背飞虱高毒农药替代药剂的室内筛选及对吡虫啉的抗性风险评估.中国水稻科学，23(1):79－84］

Mattice JD，Dilday RH，Gbur EE，Skulman BW，2001.Barnyardgrass growth inhibition with rice using high－performance liquid chromatography to identify rice accession activity.Agron.J.，93:8－11.

Mao LX，Liang TX，1992.Monitoring in suseeptibility of whitebacked planthopper and brown planthopper to thirteen insectieides.Chinese J.Ric.Sci.，6(2):70－76.［毛立新，梁天锡，1992.水稻飞虱对十三种杀虫剂的抗性监测.中国水稻科学，6(2):70－76］

Pang XF，Liang GW，1995.System Control of Insect Pest Population.Guangzhou:Guangdong Sciences and Technology Press.139－142.［庞雄飞，梁广文，1995.害虫生态控制系统.广州:广东科学技术出版社，139－142］

WangYH，Gao CF，Zhu YC，Chen J，Li WH，Zhuang YL，Dai DJ，ZhouWJ，Ma CY，Shen JL，2008.Imidacloprid susceptibility survey and selection risk assessment in field populations of Nilaparvata lugens(Homoptera:Delphacidae). J. Econ. Entomol.，101(2):515－522.

Wang YC，Fang JQ，Tian XZ，Gao BZ，Fan YR，1994.Studies on the resurgent question of planthoppers iuduced by deltamethrin and methamidophos.Entomological Knowledge，31(5):257 － 262.［王荫长，范加勤，田学志，高保宗，范岳荣，1994.溴氰菊酯和甲胺磷引起的稻飞虱再猖獗问题的研究.昆虫知识，31(5):257 －262］

Wang WZ，1987.Ccntrol functionof rice resistance to white backed planthopper population life system.South China Agricultural University Master's Thesis.［王维专，1987.水稻抗虫性对褐稻虱种群生命系统的控制作用.华南农业大学硕士论文］

Yao HW，Ye GY，Cheng JA，2000.Insecticide resistance in different populations of the white－backed planthopper.Chinese Journal of Rice Science，14(3):183－184.［姚洪渭，叶恭银，程家安，2000.白背飞虱不同种群抗药性的测定.中国水稻科学，14(3):183 －184］

Zhang NH，Ou GC，Yi GH，Xie RH，1996.Studies on resurgences of rice plonthopper induced by the application of several kinds of insecticides.Plant Protection Technology and Extension，(1):5 － 7.［张内河，欧高才，易光辉，谢荣辉，1996.刺激稻飞虱再猖獗的试验研究.植保技术与推广，(1):5－7］

Zhao Y，Huang FK，Tong XL，Ling B，Pang XF，2004.Secondary compounds in rice varieties resistant to Nilaparvata lugens.Chinese Journal of Applied Ecology，15(11):2161－ 2164.［赵颖，黄凤宽，童晓立，凌冰，庞雄飞，2004.水稻品种中抗褐飞虱抗原次生物质的分析.应用生态学报，15(11):2161–2164］