不同玉米品种玉米蚜田间消长与其主要生化物质的相关性研究

王 怡，赵 曼，田体伟，郭线茹，3，李为争，闫凤鸣

(1.河南农业大学植物保护学院，河南 郑州 450002; 2.中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193；3.河南粮食作物协同创新中心，河南 郑州 450002)

不同玉米品种玉米蚜田间消长与其主要生化物质的相关性研究

王 怡1，赵 曼2，田体伟1，郭线茹1，3，李为争1，闫凤鸣1

(1.河南农业大学植物保护学院，河南 郑州 450002; 2.中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193；3.河南粮食作物协同创新中心，河南 郑州 450002)

为明确玉米蚜发生数量与玉米主要生化物质含量的相关性，系统调查了玉米田玉米蚜种群数量的自然消长动态，分析了玉米不同生育期植株营养物质和次生物质的含量。 结果表明：玉米蚜的种群消长动态随玉米品种(系)生育期的变化而变化，但在抗蚜品种和感蚜品种(系)上的变化趋势基本一致；在玉米雄穗抽出之前，玉米蚜的种群密度较低；进入抽雄期后，发生量逐渐上升，至雄穗完全抽出时达到第一个发生高峰；进入吐丝期后，玉米蚜从雄穗转移至雌穗为害，至雌穗灌浆期达到第二个发生高峰；此后随着玉米雌穗的逐渐成熟及植株老化等，其种群数量急剧下降。 供试玉米品种(系)不同生育期的营养物质和次生物质含量存在一定差异，其中灌浆期可溶性总糖和可溶性蛋白质含量与玉米蚜发生量呈显著正相关，而单宁含量与4个生育期玉米蚜发生量呈显著负相关，说明单宁是抗性玉米品种的抗蚜因子之一。

玉米蚜；植物次生物质；单宁；抗虫机制

玉米蚜Rhopalosiphummaidis(Fitch)是为害玉米的重要刺吸式害虫，以成、若蚜刺吸玉米嫩叶、雄穗和雌穗苞叶的汁液，还可传播甘蔗花叶病毒引起玉米矮花叶病等，对玉米生长发育造成更大为害[1-4]。 近年来随着气候条件和作物布局等的变化，玉米蚜的为害呈加重趋势，发生严重年份，成、若蚜群集在新抽出的雄穗和正在灌浆的雌穗上为害，造成雄穗无法散粉，雌穗灌浆不实，严重影响玉米产量[2]。利用作物抗虫性是害虫综合治理的重要措施之一[5]。 研究发现，不同玉米品种受蚜害程度不同，即不同品种的抗蚜性存在差异[6]，且抗性品种对玉米蚜的生长发育和繁殖均有不利影响[7]。 徐雪等[8]鉴定了云南省24个玉米主栽品种的抗蚜性，根据蚜情指数将抗蚜性划分为5个级别，不同抗性级别品种上玉米蚜着蚜量差异显著。 影响植物抗虫性的因素很多，其中寄主植物中营养物质和次生物质含量与抗虫性关系密切，如小麦叶片中可溶性糖影响禾谷缢管蚜Rhopalosiphumpadi的繁殖及生长发育，禾谷缢管蚜发生量与可溶性糖含量呈正相关性，可溶性糖含量越低，小麦抗性越强[9]。 小麦叶片中单宁酸对麦蚜具有较强的拒刺探和拒食作用，且单宁含量与小麦品种的抗蚜级别呈负相关[10]。 作者利用EPG技术分析玉米蚜在不同品种上的取食行为，发现高抗玉米品种浚单20 和郑单958的叶片表面和韧皮部可能存在玉米蚜的抗性因子[11]。 为进一步明确寄主植物营养物质和次生物质含量与玉米植株抗蚜性是否有关，本研究在系统调查8个玉米品种(系)玉米蚜田间消长动态基础上，分析了玉米不同发育阶段主要营养物质和次生物质含量与玉米蚜发生量的关系，以期为抗蚜玉米品种(系)的鉴定和玉米抗蚜机制分析提供依据。

1 材料与方法

1.1试验材料

本研究采用的4个玉米品种浚单20、郑单958、良玉88和先玉335为河南省主栽品种，市售；另外4个是田间玉米蚜发生程度不同的玉米自交系旱21、87-1、濮改340-1-1和齐319，由河南农业大学农学院提供。将供试玉米品种(系)分小区种植于河南农业大学科教园区试验田，每小区20株，3次重复，随机区组排列。播种时间为2012-06-15，播种后正常农事管理，整个生育期不施用任何杀虫剂。

1.2玉米蚜在不同玉米品种(系)上的种群动态调查

自玉米拔节期开始调查，调查时间为2012-07-20至2012-09-28。逐株记录各玉米品种(系)叶片、茎秆、雄穗和雌穗上的玉米蚜发生量，每5 d调查一次，直至玉米成熟收获。

1.3玉米植株营养物质含量测定

1.3.1 样品处理 采集各玉米品种(系)抽雄穗前(7叶期)、抽雄穗(60%植株已抽出)和吐丝期前的叶片(顶叶下第5、6片叶)，以及雌穗灌浆期的雌穗苞叶，取样时间分别为2012-08-09、2012-08-19、2012-08-29和2012-09-08，每品种(系)5个重复。 将样品带回实验室用蒸馏水冲洗干净，晾干后在105 ℃下杀青30 min，60 ℃烘至恒重，粉碎后过60目筛，干粉置于-20 ℃条件保存备用。

1.3.2 还原性糖、可溶性糖和淀粉含量测定 分别称取各样品干粉0.1 g，置于50 mL试管中，加入8 mL 80%乙醇，在80 ℃水浴条件下水浴30 min，冷却至室温后，4 500 r·min-1离心5 min，收集上清液，沉淀加入8 mL 80%乙醇再次提取，重复2次，3次提取液合并后用蒸馏水定容至100 mL，用于还原性糖和可溶性糖含量测定，其沉淀用于淀粉含量测定。 还原性糖含量测定采用二硝基水杨酸法(简称DNS法)，可溶性糖和淀粉含量测定采用蒽酮法[12]。

1.3.3 可溶性蛋白含量测定 分别称取各样品干粉0.25 g，加2 mL磷酸缓冲液(pH=7.8)充分匀浆研磨，再分别用1 mL的磷酸缓冲液冲洗3～4次，倒入离心管中，6 000 r·min-1离心30 min，取上清液测定可溶性蛋白含量，测定方法采用考马斯亮蓝法[13-14]。

1.4玉米植株次生物质含量测定

1.4.1 单宁含量测定 取样部位及重复同营养物质含量测定。 将样品带回实验室用蒸馏水冲洗干净，晾干后，在60 ℃恒温干燥箱中烘至恒重，粉碎，过40目筛。 分别称取各样品干粉0.05 g，置于15 mL试管中，加入70%甲醇5 mL，封口膜封口，摇匀后室温静置24 h，4 000 r·min-1离心15 min，取上清液测定单宁含量，测定方法参考武予清等的方法[15]。

1.4.2 总酚含量测定 取样部位及重复同营养物质含量测定。 取新鲜样品0.5 g，加入20 mL 95%乙醇后机械研磨成浆，过滤后用95%乙醇定容至25 mL，测定总酚含量，测定方法参照韩富根等的方法[16]。

1.5数据统计与分析

运用Excel 2003和SPS17.0统计软件对试验数据进行统计分析，并使用Duncan氏新复极差法对相关数据进行差异显著性分析，差异显著程度设置为P<0.05。

2 结果与分析

2.1玉米蚜在不同玉米品种(系)上的种群消长动态

调查不同玉米品种(系)不同生育期玉米蚜的种群数量(表1) ，可以看出玉米蚜在田间发生期较晚，玉米抽雄前几天始见，此时玉米蚜种群密度很低，主要集中在玉米叶片、茎秆和尚未抽出的雄穗上取食(8月9日)；雄穗抽出后，玉米蚜种群数量增长加快，达到第1个发生高峰(8月24日前后)，此时玉米蚜主要集中在玉米雄穗上为害，呈点片发生，受害严重的雄穗密布蜜露，小穗粘连，散粉困难；此后随着玉米雄穗逐渐干枯，玉米蚜向叶片、茎秆和雌穗转移(8月29日前后)；玉米进入吐丝期后，玉米蚜集中在雌穗上为害，至灌浆期时达到第2个发生高峰。 但这个高峰期在不同品种(系)上出现的时间有差异，在感虫品种(濮改340-1-1和齐319)上的高峰出现时间(9月8日前后)略早于在抗性品种(郑单958、浚单20、良玉88和先玉335)上的高峰时间(9月18日前后)；以后随着玉米植株的老化、营养条件恶化等，玉米蚜种群密度急剧下降，直至为0。 从整个生育期玉米蚜种群数量看，感虫品系(齐319和濮改340-1-1)上玉米蚜发生量明显高于抗虫品种。

2.2玉米不同生育期各品种(系)营养物质含量的变化

表1 8个玉米品种(系)上的玉米蚜数量调查Table 1 Survey of the population of R.maidis on 8 maize hybrids (inbreds)

从图1可以看出，玉米叶片或雌穗苞叶中主要营养物质含量不仅在玉米品种间存在差异，在玉米不同生育期间也存在差异。从可溶性糖含量看，从玉米抽雄穗前(大喇叭口末期)到吐丝前期，各品种(系)的可溶性糖含量均较低；在雌穗灌浆期，可溶性糖含量显著提高。 抽雄穗前，自交系87-1中的可溶性总糖含量最高，其次为齐319和濮改340-1-1，显著高于其他品种(系)。在抽雄穗期和灌浆期，除旱21外，其他3个自交系的可溶性总糖含量显著高于4个玉米品种；吐丝期前，87-1中的可溶性总糖最高，显著高于其他品种(系)。从还原糖含量看，灌浆期前测定的3个阶段，各品种(系)的还原糖含量均较少，灌浆期快速增加，以齐319中含量最高，其次是浚单20、良玉88和濮改340-1-1，旱21中含量最少。

淀粉含量在品种(系)间变化较大，抽雄穗前，4个自交系中的淀粉含量显著高于4个玉米品种；抽雄穗时，淀粉在4个玉米品种中的含量显著高于自交系(除87-1)；灌浆期，旱21中淀粉含量显著高于其他品种(系)。可溶性蛋白含量在抽雄穗期最高。抽雄穗时，以郑单958中含量最高，其次是濮改340-1-1和良玉88，3个自交系齐319、87-1和旱21中含量最低。综合以上分析可以看出，测定的4种营养物质含量与各品种上玉米蚜的发生量没有明显的关系。

注：图柱上方不同小写字母表示同一时期不同品种间差异显著(P<0.05)，下同。Note:Each different small-letter above the Column means significant differences among different varieties in the same period (P<0.05).The same as below.

2.3玉米不同生育期各品种(系)次生物质含量的变化

由图2以看出，在抽雄穗前，齐319和濮改340-1-1中的单宁含量显著低于其他6个品种(系)，且这6个品种(系)间的单宁含量差异不显著；总酚含量郑单958最高，其次为浚单20和良玉88，其余品种(系)间的总酚含量差异不显著。 在抽雄穗时，4个品种间的单宁和总酚含量差异不显著，但均高于4个自交系。 在吐丝期前，单宁和总酚在郑单958中的含量均最高，其次为浚单20，在齐319中的含量最低，其他品种(系)间这2种次生物质的含量差异不大。 在雌穗灌浆期，单宁和总酚在浚单20中的含量显著高于其他品种(系)，且4个玉米品种中的单宁含量均高于4个自交系，除87-1外，总酚在4个品种中的含量也高于自交系。

图2 8个玉米品种(系)的单宁和总酚含量Fig.2 Tannin and total phenols contents of 8 maize hybrids (inbred lines)

2.4玉米营养物质和次生物质含量与玉米蚜发生量的关系

通过以上分析可知，玉米营养物质和次生物质的含量不仅在品种(系)间有差异，而且同一品种(系)不同发育时期也存在差异。各时期玉米营养物质和次生物质含量与玉米蚜发生量的相关性见表2。从表2可以看出，营养物质含量与玉米蚜发生量之间相关性不明显，仅在灌浆期的可溶性蛋白和可溶性总糖含量与其雌穗及单株蚜量呈显著正相关，说明供试玉米品种(系)的营养物质均能满足玉米蚜的生长发育需要。 但测定的2种次生物质含量与玉米蚜发生量均呈负相关，且测定的4个时期玉米单宁含量与单株蚜量均呈显著负相关，说明玉米植株中的次生物质尤其是单宁是影响玉米蚜种群数量的主要因子。

表2 玉米营养(次生)物质含量与玉米蚜发生量之间的相关系数Table 2 Correlation coefficient between contents of nutrients or secondary substances and population quantity of R.maidis

注：*代表玉米蚜发生量与玉米营养(次生)物质含量之间的相关系数达到显著水平(P<0.05)。
Note:* means the coefficient of correlation between the aphid occurrence quantity of maize and the nutrition (secondary) substances of maize reaches significant level.

3 结论与讨论

田间系统调查结果显示，玉米蚜种群数量随玉米生长发育的变化而变化，这种变化规律在不同品种(系)上的表现基本一致，其中在感蚜品种上的发生量高于抗蚜品种，这与本课题组前期的观察结果相似[6]，说明不同品种上玉米蚜的发生量与品种特性也即品种的抗蚜性有关。

植物的抗虫性包括不选择性、抗生性和耐害性，称为植物抗虫三机制[17]。其中抗生性由植物本身的生化物质决定，这些生化物质通过影响植食性昆虫的寄主选择、取食行为及生长发育等发挥抗虫作用，最终导致昆虫种群数量下降[18-19]，但不同物质甚至同类物质对不同昆虫种群所起的作用不同[20-22]。 本研究测定了玉米4个生长发育关键时期主要营养物质和次生物质含量，分析了其与玉米蚜发生量的相关性，发现不同玉米品种(系)营养物质和次生物质含量存在一定差异，其中灌浆期可溶性总糖和可溶性蛋白质含量与玉米蚜发生量呈显著正相关，这与张廷伟[9]报道的小麦品种对禾谷缢管蚜的抗性结果相一致。 同时发现单宁含量与4个时期玉米蚜发生量呈显著负相关，在其他一些研究中也有类似的报道[10,23]，且单宁能显著降低蚜虫的生存率、繁殖率和内禀增长率，延长蚜虫的发育周期[23-24]，据此我们推测，单宁是抗蚜性玉米品种的主要抗性因子之一，有待进一步研究予以证实。

综上所述，玉米与玉米蚜之间的相互作用表现比较复杂，这种复杂性不仅随玉米品种(系)的不同而变化，也因玉米生育期的不同而变化；玉米植株的自然感蚜性与其生化物质含量的关系也呈现不同的关系。因此，在评价玉米植株抗蚜性时，一方面需要根据田间植株的自然感蚜性及蚜虫种群的消长规律进行评价，另一方面需要进一步分析蚜虫种群数量的变化是否与寄主植物生化物质含量有关。 本研究选择的4个玉米品种与4个玉米品系，虽然其田间感蚜性及蚜虫种群数量与其营养物质和次生物质含量的关系不尽相同，但总体上显示玉米蚜种群数量与寄主植物灌浆期可溶性总糖和可溶性蛋白含量与呈显著正相关，而与寄主植物中单宁含量呈显著负相关。 若要进一步探明玉米植株对玉米蚜的抗性机制，明确植物次生物质对植食性昆虫的抗性机制及其在昆虫抗性形成过程中所发挥的作用，需要在此基础上进一步研究玉米植株次生物质对玉米蚜体内代谢酶及保护酶活性的及基因表达量的影响，并结合其他试验技术展开更为全面、系统的研究。

[1] 王永宏,苏丽,仵均祥.温度对玉米蚜种群增长的影响[J].昆虫知识,2002,39(4):277-280.

[2] 王永宏,仵均祥,苏丽.玉米蚜的发生动态研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2003,31(增):25-28.

[3] 赵玖华,尚佑芬,路兴波,等.田间蚜虫消长与玉米矮花叶病流行的相关性研究[J].山东农业科学,2003,1(1):30-31.

[4] SO Y S,JI H C,BREWBAKER J L.Resistance to corn leaf aphid (RhopalosiphummaidisFitch) in tropical corn (ZeamaysL.)[J].Euphytica,2010,172(3):373-381.

[5] 许璐.不同水稻品种对稻纵卷叶螟的抗性及其生理生化机制研究[D].扬州:扬州大学,2008.

[6] 李远,赵曼,郭线茹,等.不同玉米品种(系)田间抗蚜性的初步鉴定[J].河南农业大学学报,2012,46(3):307-312.

[7] 赵曼,郭线茹,李为争,等.不同玉米品种(系)对玉米蚜生长发育和种群增长的影响[J].生态学报，2013,33(15):4707-4714.

[8] 徐雪,吕晓坤,何力,等.玉米不同品种对玉米蚜的抗性鉴定[J].云南农业大学学报 2013,28(4):598-601.

[9] 张廷伟.小麦抗禾谷缢管蚜的生理机制研究[D].兰州:甘肃农业大学,2010.

[10] 陈巨莲,孙京瑞,丁红建,等.主要抗蚜小麦品种(系)的抗性类型及其生化抗性机制[J].昆虫学报,1997,40(增刊):190 - 195.

[11] 赵曼,田体伟,李为争,等.玉米蚜在8个玉米品种(系)上取食行为的比较分析[J].中国农业科学,2015,48(8):1538-1547

[12] 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2000.

[13] 邹琦.植物生理学实验指导[M].北京:中国农业出版社,2000.

[14] 路阳,王贤舜,丁丽俐,等.用考马斯亮蓝G-250迅速、灵敏地测定蛋白质浓度[J].生物学杂志，1992,45(1)：24-26.

[15] 武予清,郭予元.棉花植株中的单宁测定方法研究[J].应用生态学报,2000,11(2):243-245.

[16] 韩富根,刘学芝,焦桂珍.用福林法测定烟叶中总酚含量的探讨[J].河南农业大学学报，1993,27(1):95-98.

[17] PAINTER R H.Insect resistance in crop plants [M].New York:Macmillan Co,1951.

[18] HARE J D,SUN J J.Production of induced volatiles byDaturawrightiiin response to damage by insects:effect of herbivore species and time [J].Journal of Chemical Ecology,2011,37(7):751-764.

[19] WILLIAMS L ,RODRIGUEZ-SAONA C,PARE P W,et al.The piercing-sucking herbivoresLygushesperusandNezaraviridulainduce volatile emissions in plants [J].Archives of Insect Biochemistry and Physiology,2005,58(2):84-96.

[20] 林凤敏,吴敌,陆宴辉,等.棉花主要抗虫次生物质与其对绿盲蝽抗性的关系[J].植物保护学报,2011,38(3):202-208.

[21] 蔡青年,张青文,高希武,等.小麦体内次生物质对麦蚜的抗性作用研究[J].中国农业科学,2003,36(8)：910-915.

[22] 刘芳,宋英,包善微,等.水稻品种对灰飞虱的抗性及其机制[J].植物保护学报,2007,34(5):449-453.

[23] 陆宴辉,杨益众,印毅,等.棉花抗蚜性及抗性遗传机制研究进展[J].昆虫知识,2004,41(4):291-294.

[24] 许兰杰，余永亮，程星，等.小麦幼苗对禾谷缢管蚜的抗性及其与叶绿素含量的相关性[J].河南农业科学，2015,44(8):71-75.

(责任编辑：蒋国良)

StudyontherelationshipbetweentheoccurrencequantityofRhopalosiphummaidis(Fitch)andmainbiochemicalsubstancecontentsinmaize

WANG Yi1,ZHAO Man2,TIAN Tiwei1,GUO Xianru1,3,LI Weizheng1,YAN Fengming1

(1.College of Plant Protection,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China; 2.Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Science,Beijing 100193,China; 3.Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops，Zhengzhou 450002,China)

In order to make clear the relationship between the occurrence quantity of corn aphid and the biochemical substance contents in maize plants,we conducted the population dynamics of the corn aphid in the field,and then analyzed the contents of nutrients and secondary substances of different stages of maize plant.The results showed that the population dynamics of the aphid changed with the growth stage of the different host plants,but the changing trends of aphid population quantity in resistant plants are consistent with those in susceptible plants.Corn aphid population density is relatively low before the heading stage,and then gradually increased in heading stage.The aphid population reached the first occurrence peak when the tassel completely came out.In the silking stage,corn aphid transferred from tassels to ears continue damaging,and reached the second peak in the ear filling stage,then decreased sharply with the ear matured and plant aged.There are some differences in the contents of main nutrients and secondary substances at different developmental stages of maize plants,we found that in the filling stage the content of soluble total sugar and soluble protein was significantly positively correlated with the occurrence of corn aphid,but the content of tannin was significantly negatively correlated with the occurrence of corn aphid in the 4 critical periods of maize growth,indicating that tannin is one of the anti-aphid factors of maize variety.

Rhopalosiphummaidis(Fitch); plant secondary substance; tannin; insect resistance mechanism

S435

：A

2015-10-19

河南省现代农业产业技术体系(玉米)项目(S2010-02-G05)

王 怡(1991-)，女，河南焦作人，硕士研究生，从事昆虫生态学研究.

郭线茹(1963-)，女，河南偃师人，教授.

1000-2340(2016)03-0364-06