南美斑潜蝇为害对黄瓜体内4种防御酶活性的影响

2013-12-20孙兴华周晓榕庞保平孟庆玖

生态学报 2013年23期

孙兴华，周晓榕，庞保平，孟庆玖

(内蒙古农业大学农学院，呼和浩特 010019)

植物在生长发育的过程中，经常会遭受到一些植食性昆虫的攻击，严重影响了植物体正常的生长发育，而在植物与害虫长期的协同进化过程中，植物并不是一味的被动受害，而是主动、积极地形成复杂的防卫体系，以寻求最适的生存对策［1］。当植物受到侵害时，植物细胞中控制物质代谢的各种酶会首先做出相应的反应，尤其是一些次生代谢物质形成过程中的关键酶类，如苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase，PAL)、多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)、过氧化物酶(peroxidase，POD)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)作为植物次生代谢过程中的4种关键酶，在植物的抗虫防御中起着重要的保护作用［2］。害虫取食为害对寄主植物体内防御酶活性的影响已有部分报道，如稻飞虱对水稻［3-4］、绿盲蝽［5-6］和棉铃虫［7］对棉花、苜蓿蚜对苜蓿［8-9］、蚜虫对高粱［10］、温室白粉虱对黄瓜［11］杨扇舟蛾对杨树［12］及棉铃虫对大豆［13］等。

南美斑潜蝇Liriomyza huidobrensis(Blanchard)是一种危害多种蔬菜和观赏植物的检疫性害虫［14］。目前有关南美斑潜蝇与寄主植物两者之间相互作用关系的研究，主要集中于寄主植物叶片表皮毛、挥发物、营养物质及次生化合物与寄主选择性的关系［15-19］，而有关南美斑潜蝇取食为害对其寄主植物体内防御酶活性影响的研究未见有过报道。因此，本试验通过对南美斑潜蝇幼虫取食诱导后黄瓜叶片中PAL、POD、PPO和SOD等4种酶活性的变化研究，以期进一步了解南美斑潜蝇与其寄主植物相互作用的机理，并从植物诱导抗性角度探索南美斑潜蝇的防治方法，为制订新的害虫综合防治策略提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试植物

选用我国北方地区普遍种植的黄瓜品种津春4号。精选无病饱满的种子，浸种催芽后直播于含有育苗基质花盆中，每盆播3—4粒种子。待植株长到一片真叶时，每盆选留2株置于温室中，待长到7—8片真叶时，去掉顶端以防其徒长，备用。

1.2 供试虫源

从呼和浩特东郊金河镇根堡村无公害蔬菜基地黄瓜和菜豆上采集南美斑潜蝇的成虫和蛹，成虫饲养于有盆栽菜豆的养虫笼内，将蛹群集饲养于装有含相对含水量70%的蛭石和细沙土混合的烧杯中，分别置于人工智能光照培养箱中(温度25℃，相对湿度70%—80%，光周期16L∶8D)。在盆栽菜豆上繁殖1代后，将2代蛹挑出，单头饲养于试管中，管口用湿棉球塞住，以防成虫羽化后逃逸并每天进行保湿。将试管置于上述标准的人工智能光照培养箱中，培养至羽化，备用。

1.3 不同受害程度黄瓜叶片的获得

以3盆健康苗为1组放入养虫笼(40 cm×40 cm×50 cm)内，然后将养虫笼放于上述条件的人工智能光照培养箱中。在重度受害处理的植株上选取从上数和从下数第2片叶作为系统受害对照，即把叶片用针扎过小孔的保鲜袋套住，防止斑潜蝇产卵为害。健康对照、轻度受害和重度受害处理每笼分别接入0、20和30对同一天羽化的南美斑潜蝇成虫，7 d后将黄瓜苗取出，以获取受害程度不同的黄瓜受害苗。重复3次。

1.4 南美斑潜蝇为害程度的划分

南美斑潜蝇为害程度(%)=取样叶片的虫道面积(cm2)/取样叶片的叶面积(cm2)×100分级标准如下:

健康对照未接虫健康苗;

系统对照邻近重度受害叶片的未受害叶片;

轻度受害潜食叶面积小于叶面积的10%;

重度受害潜食叶面积大于叶面积的40%。

1.5 测定方法

每个处理从同一养虫笼3盆黄瓜苗(苗龄约45d)中选取受害程度相近的2株，剪取相同受害程度的黄瓜叶片3—5片，冲洗表面杂质晾干，然后按照各个测定指标所需的量进行称取，重复3次。

PAL活性测定参照薛应龙的方法［20］，酶活性单位为ΔOD290·g－1·min－1。

PPO活性测定参照高俊凤的方法［21］，酶活性单位为ΔOD525·g－1·min－1。

POD活性测定参照高俊凤的方法［21］，酶活性单位为ΔOD470·g－1·min－1。

SOD活性测定参照高俊凤的方法［21］，酶活性单位为ΔOD560·g－1·min－1。

1.6 数据统计分析

本实验所有数据均采用SPSS16.0统计软件进行统计分析，不同处理间差异显著性采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 南美斑潜蝇幼虫为害对PAL活性的影响

由表1可知，在同一受害期内，4种不同程度的虫害处理之间PAL活性在整体上差异显著(P＜0.05);同一受害程度处理不同时间之间PAL活性也在整体上差异显著(P＜0.05)。系统对照和重度受害PAL活性在不同时间均显著地高于健康对照(P＜0.05)，轻度受害第7和9天低于健康对照，其余时间均高于健康对照。随着南美斑潜蝇幼虫持续为害时间的延长，所有处理的PAL活性上升，系统对照和轻度受害在第5天达到最高值，第7天略有下降，第9天又回升;重度受害第7天达最高值，第9天急剧下降。

表1 南美斑潜蝇幼虫持续取食后黄瓜叶片中PAL活性的变化Table 1 Changes of PAL activity in cucumber leaves after Liriomyza huidobrensis larvae feeding continuously

2.2 南美斑潜蝇幼虫为害对PPO活性的影响

由表2可知，在同一受害期内，4种不同程度的虫害处理之间PPO活性在整体上差异显著(P＜0.05);同一受害程度处理不同时间之间PPO活性也在整体上差异显著(P＜0.05)。除第5天重度受害PPO活性低于轻度受害外，其余时间均是重度受害＞轻度受害＞系统对照＞健康对照。随着受害程度的加深，PPO活性变化幅度加大。健康对照PPO活性变化幅度较小，第3和5天略高。系统对照PPO活性第1天最高，然后下降，第5天达最低值，第7天又开始回升。轻度受害处理PPO活性第1和3天较低，第3天后快速上升，第5天后上升幅度较小。重度受害处理PPO活性变化较大，第5天达最低值，然后急剧上升。

表2 南美斑潜蝇幼虫持续取食后黄瓜叶片中PPO活性的变化Table 2 Changes of PPO activity in cucumber leaves after Liriomyza huidobrensis larvae feeding continuously

2.3 南美斑潜蝇幼虫为害对POD 活性的影响

由表3可知，在同一受害期内，4种不同程度的虫害处理之间POD活性在整体上差异极显著(P＜0.01);同一受害程度处理不同时间之间POD活性也在整体上差异极显著(P＜0.01)。除第9天轻度受害POD活性最低外，其余时间均是随着受害程度的加深，POD活性升高，即重度受害＞轻度受害＞系统对照＞健康对照。健康对照和系统对照POD活性变化幅度较小，而轻度受害和重度受害POD变化幅度较大。所有处理均是在第5天达最高值。

表3 南美斑潜蝇幼虫持续取食后黄瓜叶片中POD活性的变化Table 3 Changes activity of POD in cucumber leaves after Liriomyza huidobrensis larvae feeding continuously

2.2.4 南美斑潜蝇幼虫为害对SOD活性的影响

由表4可知，在同一受害期内，4种不同程度的虫害处理之间SOD活性在整体上均存在极显著差异(P＜0.01)，除第5天系统对照SOD活性最高外，其余处理均是重度受害SOD活性最高;除第9天系统对照SOD活性与轻度受害差异不显著外，其余时间均是系统对照SOD活性高于轻度受害。除健康对照SOD活性在不同时间差异不显著外(P=0.681)，其余处理不同时间之间SOD活性也在整体上差异极显著(P＜0.01)。南美斑潜蝇幼虫为害后，系统对照SOD活性逐渐上升，第5天达最高值后逐渐下降;轻度受害SOD活性逐渐下降，第3天达最低值后又逐渐上升;重度受害SOD活性在第3天下降后逐渐上升。

表4 南美斑潜蝇幼虫持续取食后黄瓜叶片中SOD活性的变化Table 4 Changes of SOD activity in cucumber leaves after Liriomyza huidobrensis larvae feeding continuously

3 讨论

植物在受到病虫害的侵害时，通常会诱导产生某些自身防御酶系来对其进行化学抵御，以维持自身的生存［2］。本文研究表明，南美斑潜蝇幼虫取食为害可诱导寄主植物叶片内PAL、PPO、POD和SOD等4种防御酶活性上升，受害程度越重上升幅度越大，而且诱导作用是系统性的。绿盲蝽［5-6］、苜蓿蚜［8-9］、高粱蚜［10］及温室白粉虱［11］取食为害均导致其寄主植物体内PAL、PPO和POD活性上升，与本文研究结果一致，但上述研究均未研究诱导效果是否具有系统性。刘裕强等研究表明［3］，褐飞虱刺吸取食诱导植株体内脂氧合酶(lipoxidase，LOX)、脂氢过氧化物裂解酶(hydroperoxide lyase，HPL)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性均显著升高，褐飞虱刺吸对PAL的影响是系统性的，而对LOX的影响则仅局限于褐飞虱刺吸部位的茎杆中。张金锋和薛庆中研究表明［4］，受白背飞虱为害后，稻株体内的SOD活性增加、过氧化氢酶(catalase，CAT)活性下降，POD活性变化在抗虫和感虫材料中有差异，前者活性增加，后者下降;受褐飞虱为害后，SOD活性增加，CAT和POD活性在抗虫材料中下降，而在感虫材料中增加;其为害造成的抗虫材料SOD活性增长率和感虫材料CAT活性下降率均比白背飞虱高。综上所述，目前绝大多数研究表明，害虫取食为害可诱导寄主植物体内PAL、PPO、POD和SOD等防御酶活性上升，从而可能对害虫产生不利的影响。

苯丙氨酸解氨酶(PAL)是苯丙烷类代谢途径中的关键酶和限速酶［22］，在此代谢过程可产生酚类物质、木质素、植保素和阿魏酸等物质的合成，这些物质对植物的生长发育和防御病虫害的攻击有着重要作用［23］。有实验证明，昆虫取食可诱导酚类物质的合成［24］。本研究表明(表1)，南美斑潜蝇幼虫为害导致黄瓜叶片中PAL活性显著上升，诱导产生更多的单宁和黄酮等酚类物质，从而可能对南美斑潜蝇取食和生长发育产生不利的影响。这与寄主选择性的研究结果相一致，南美斑潜蝇不喜欢在单宁和黄酮等酚类物质含量高的寄主植物上产卵和取食［15，18］。

多酚氧化酶(PPO)在植物的防御机制中发挥了重要的作用。在昆虫取食过程中，它能促进醌类等各种氧化酚类化合物质的合成，这些物质会将食物蛋白中的必需氨基酸烷基化，进而产生一定的毒性，从而达到抵御病虫害的作用［25］。本文研究表明(表2)，在黄瓜叶片受到南美斑潜蝇幼虫取食为害后，PPO活性随着受害程度的增加而增加，而且与其他3种酶相比，PPO活性上升幅度最大，特别是在第7天和9天重度受害叶片中PPO活性是健康对照的1倍以上，说明PPO对害虫为害更敏感。

植物受到病虫害为害时会产生大量的活性氧(reactive oxygen，ROS)，多余的活性氧会影响植物正常的生理活动。在植物正常代谢过程中，植物体内的抗氧化酶系统和非酶抗氧化系统会及时清除某些活性氧类，从而避免了由活性氧引起的膜脂过氧化作用所造成的细胞膜系统的损伤［26］。而POD和SOD作为活性氧清除系统的2个关键酶有效抑制了活性氧自由基对植物的损害。SOD催化超氧自由基(O－2)产生歧化反应，生成毒性较小的H2O2和O－2［27］;POD能催化酚类物质氧化，在清除H2O2和OH－自由基方面也具有重要的防御作用［28-29］。在这两种酶的相互作用下，细胞内的自由基得以维持在正常水平，从而减轻了自由基对植物的毒害，提高了植物的抗逆能力［30］。本研究表明(表3，表4)，在南美斑潜蝇幼虫取食诱导后，系统对照、轻度受害和重度受害叶片中POD和SOD活性均高于健康对照，并且在第5天达最高值。

本文首次对南美斑潜蝇取食诱导后黄瓜叶片中防御酶活性随虫害程度和持续时间的变化进行了初步研究，发现在黄瓜受到南美斑潜蝇幼虫为害时，其叶片中PAL、PPO、POD和SOD等4种酶的活性随着虫害程度的不同和持续时间的延长而变化，但其变化的分子机制有待深入研究。

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