模拟昆虫取食后红皮云杉幼苗营养物质的时序变化1)

马晓乾 赵红盈 邓 勋 范海娟 王 茜

(黑龙江省林业科学院森林保护研究所，哈尔滨，150040) (东北林业大学) (黑龙江省森工总局营林局)

植物的多种自我防御机制是长期进化过程中对复杂变化生境的一种适应，是植物与生境相互作用逐步发展而成的。植物的这种自我防御体系根据产生的机制可分为组织防御和诱导防御。其中组织防御是植物自身固有的，其物质基础是植物自身的理化因子，与植物体内基因型有关，具有全株性。诱导防御则是植物在受到外界因子影响时产生的一系列的防御反应，如损伤、昆虫取食、环境胁迫(包括气候变化、土壤养分和水分变化等)［1-3］。昆虫对寄主植物的选择与寄主植物营养成分息息相关。昆虫取食寄主植物时，寄主植物的反应是多方面和多途径的，除产生酚酸、单宁、生物碱等次生防御性物质外，其自身的营养物质(蛋白质、可溶性糖及氨基酸等)也会发生变化。如曹宇等对西花蓟马(Frankliniella occidentalis)繁殖力与寄主营养物质的关系研究表明，西花蓟马繁殖力与寄主植物叶片可溶性蛋白质含量存在正相关关系，而与寄主植物叶片的可溶性糖含量、叶绿素含量及蛋白质含量与可溶性糖含量比例的相关关系不显著［4］。如马尾松(Pinusmassoniana)受害植株中，植株抗性与马尾松针叶中营养物质的蛋白质、可溶性糖及游离氨基酸的含量和含量变化分别呈负相关和正相关等［5］。植物营养物质可以调节植物根冠生长、气孔和渗透调节等生理生化机制，从而消弱或抑制虫害对其生长发育的影响。植物营养物质的差异及变化对昆虫是否选择某种植物攸关重要。对寄主植物营养物质含量及变化的研究，在植食性昆虫取食行为及生态学研究上具有一定的实践及理论意义，有助于了解植食性昆虫、寄主植物及生境之间相互作用的机制。笔者以红皮云杉(Piceakoraiensis)幼苗为材料模拟地下害虫取食，探讨对红皮云杉幼苗根部不同损伤处理后其营养物质随时间变化的情况以及不同程度损伤下营养物质变化的差异性。

1 材料与方法

样品的制备：于2011年6月下旬至8月上旬，在黑龙江省伊春市带岭区国家级实验苗圃基地(东经128°37'44″～129°17'51″;北纬 46°50'10″～47°21'33″)2年生红皮云杉幼苗苗床上，对红皮云杉幼苗须根进行25%、50%、75%损伤处理，每处理26株，共78株，损伤后立即栽回原来位置，以无损伤云杉幼苗为对照(CK)。处理后分 3 h、6 h、12 h、24 h、48 h、72 h、5 d、10 d、15 d、20 d、25 d、30 d、40 d 采集标本(不同损伤程度每个时间点采集2株)，置入便携式冰箱带回室内，而后放入冰箱内-20℃保存。将采集的2年生云杉幼苗根部剪成1.0 cm小段，称取0.100～0.400 g，移入研钵加液氮研磨呈匀浆，转移至5 mL离心管中，待液氮蒸发后置入冰箱内-20℃保存，一周内测定。

营养物质的测定：蛋白质、可溶性糖及游离氨基酸质量分数分别利用 Bradford法［6］190-192、蒽酮比色法［6］199-200和茚三酮试剂显色法［7］进行测定。

数据统计及分析：采用Excel及SPSS18.0软件进行数据统计和分析。用Duncan’s法分析不同损伤处理下，红皮云杉幼苗各营养成分的差异性。

2 结果与分析

2.1 红皮云杉幼苗根部损伤后蛋白质质量分数的时序变化

红皮云杉幼苗根部不同程度损伤后，其根部蛋白质质量分数有所增加，损伤程度不同，表现出一定的差异性，不同时间也具有一定的差异，见图1。随着处理时间的延长，25%损伤的红皮云杉幼苗根部蛋白质质量分数与对照接近，差异不显著(P＞0.05)。50%和75%损伤后不同时间内蛋白质质量分数均高于对照，并呈现一定的波动性，其中3、10、30 d显著高于对照和25%损伤处理。75%损伤的在不同时间内蛋白质质量分数均明显高于对照，同时也呈现出一定的波动性，其中3、10、30 d均明显高于对照、25%和50%损伤处理的蛋白质质量分数(P＜0.05)。

2.2 红皮云杉幼苗根部损伤后可溶性糖质量分数的时序变化

红皮云杉幼苗根部不同程度损伤诱导后可溶性糖表现出降低现象，3～6 h内迅速降低，随后呈波动性变化，波动趋势基本相似，但损伤程度不同和损伤后不同时间可溶性糖质量分数均具有一定的差异性。由图2可见，对照变化比较平稳，波动幅度较小，不同时间可溶性糖平均质量分数为33.91 mg·g-1。25%损伤的红皮云杉幼苗根部可溶性糖质量分数除在10、15、25 d 明显低于对照(P＜0.05)外，其它时间略低或者与对照接近。而50%、75%损伤的云杉幼苗根部可溶性糖质量分数均明显低于对照，并随时间的延长，表现出逐渐接近对照的趋势，在40 d时，对照、50%、75%损伤的可溶性糖质量分数分别为 34.10、30.19、28.01 mg·g-1。

图1 不同损伤诱导红皮云杉幼苗根部蛋白质质量分数的时序变化

图2 不同损伤诱导红皮云杉幼苗根部可溶性糖质量分数的时序变化

2.3 红皮云杉幼苗根部损伤后游离氨基酸质量分数的时序变化

不同损伤程度的红皮云杉幼苗根部游离氨基酸质量分数表现出增加现象。在6、12 h时均表现为迅速增加，而后随时间延长呈波动变化并逐渐趋向对照，波动趋势基本一致，如图3。

图3 不同损伤诱导红皮云杉幼苗根部游离氨基酸质量分数的时序变化

25%损伤的红皮云杉幼苗根部游离氨基酸质量分数在6 h、12 h、20 d时略高于对照，而在其它时间与对照基本接近(P＞0.05)。50%和75%损伤后不同时间红皮云杉幼苗根部游离氨基酸质量分数明显高于25%损伤和对照(P＜0.05)。

3 结论与讨论

植食性昆虫的生长发育及对寄主植物的选择与寄主植物的营养状况密切相关，植食性昆虫通过寄主植物挥发物识别寄主植物中营养物质发生的变化从而决定是否取食［8-10］。本研究表明，模拟昆虫取食后，红皮云杉幼苗根部蛋白质质量分数有所增加，说明地下害虫的危害诱导了红皮云杉幼苗根部蛋白质质量分数的增加。这与Scott等［11］发现被危害的寄主植物蛋白质质量分数高于健康植物一致。而也有研究显示，寄主植物蛋白质含量与植食性昆虫危害无关［12-13］，这可能与不同植食性昆虫对营养物质的需求不同或植食性昆虫在生境中对寄主植物的选择上有着不同的识别机制有关。寄主植物可溶性糖含量具影响植食性昆虫取食行为的作用，与植食性昆虫的危害呈负相关［14-16］，与本研究结果相同。模拟昆虫取食后，红皮云杉幼苗根部可溶性糖质量分数初期迅速降低，随后逐渐与对照接近。表明损伤后诱导了红皮云杉幼苗根部一系列生理生化反应，作为能源物质的糖被消耗。损伤程度不同对糖的消耗不同，损伤程度越大，糖的消耗越大，而糖的合成是通过植物的茎叶光合作用形成的。这说明损伤在一定程度上抑制了植物的光合作用。然而，在3 h～1 d期间红皮云杉幼苗的营养物质(蛋白质、可溶性糖及游离氨基酸)无明显变化，可能是由于短期内光合作用未经筛管/导管系统运输到根部。同时，通过模拟昆虫取食发现，损伤后红皮云杉幼苗根部游离氨基酸质量分数初期增加，1 d后有所波动并逐渐趋向对照。表明模拟昆虫取食后诱导了云杉幼苗根部游离氨基酸质量分数的变化，这种反应是多途径的，寄主植物体内生物合成的氨基酸，除用作合成蛋白质原料外，还用于生物碱和木质素的合成。在本研究中，模拟地下害虫取食后红皮云杉幼苗根部蛋白质、可溶性糖及游离氨基酸质量分数随时间呈现波动性的变化，除损伤外，可能与外界因子如光照、温度、湿度、土壤养分及微生物等影响有关。了解红皮云杉幼苗根部营养物质，有助于揭示地下害虫、寄主植物及生境之间的相互作用机制，对通过改变某一营养物质的含量培育抗性品种具有重要的实践及理论价值。

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