南方水稻黑条矮缩病对白背飞虱和褐飞虱体内3种水解酶活性的影响

杨洪 蒋德春 金道超 周操 杨熙彬

摘 要：为明确水稻感染病毒病后对白背飞虱和褐飞虱体内水解酶活性的影响，本文研究了水稻感染南方水稻黑条矮缩病毒（SRBSDV）对两种稻飞虱若虫及成虫体内3种水解酶活性的变化。结果表明：白背飞虱若虫和成虫取食带毒稻株后，羧酸酯酶（CarE）活性分别在5 d和24 h时显著低于对照组;而酸性磷酸酯酶（ACP）活性仅在成虫取食带毒稻株12 h时显著低于对照组;碱性磷酸酯酶（AKP）活性虽低于对照组，但差异均不显著。另外，褐飞虱若虫取食带毒稻株后，CarE活性在24 h和5 d时均显著低于对照组，但是ACP和AKP活性与对照相比均无显著差异。褐飞虱成虫取食带毒稻株后，CarE活性（12 h、24 h和5 d）和ACP活性（24 h）被显著抑制，但AKP活性与对照相比均无显著差异。白背飞虱和褐飞虱取食染病稻株后，其成虫及若虫体内CarE和ACP活性被显著抑制，但是AKP活性与对照相比虽有降低，但均无显著差异。

关键词：南方水稻黑条矮缩病毒;褐飞虱;白背飞虱;水解酶

中图分类号：Q965

文獻标识码：A

文章编号：1008-0457（2019）02-0043-05     国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.02.008

Abstract：In order to illuminate the effects of rice infected with virus on the activity of hydrolases in white-backed planthopper （WBPH） and brown planthopper （BPH）， the effects of rice infected with Southern rice black-streaked dwarf virus on three hydrolases in nymph and adult of two rice planthoppers were investigated in the present work. The results showed that the CarE activity of nymphs and adults fed on the rice of infected virus was significantly lower than that of the control at the 5.th d and 24.th h， respectively. However， ACP activity was significantly lower than that of the control group only when the adults fed on the rice of infected virus for 12 hours. AKP activity was lower than that of the control， despite the difference was not significant. In addition， the CarE activity of the BPH nymphs fed on the rice of infected virus was significantly lower than that of the control group at the 24.th h and 5.th d， although the ACP and AKP activities were not significantly different from those in the control group. After fed on the rice of infected virus of BPH adult， the CarE activity （12 h， 24 h and 5 d） and ACP activity （24 h） were significantly inhibited， however， the AKP activity was not significantly different from the control. The activities of CarE and ACP in nymph and adult of WBPH and BPH were significantly inhibited after fed on the rice of infected the virus， and AKP activities were not significantly different from those of control.

Key words：southern rice black-streaked dwarf virus;Nilaparvata lugens;Sogatella furcifera; hydrolases

南方水稻黑条矮缩病毒（ Southern rice black streaked dwarf virus，SRBSDV） 隶属于呼肠孤病毒科Reovirudae 斐济病毒属Fijivirus，我国在2001 年首次发现[1]。该病自发现以来，在我国南部稻区快速扩散，其症状类似于水稻黑条矮缩病（Rice black streaked dwarf virus，RBSDV），严重发生时将造成水稻大量减产，甚至颗粒无收[2-4]。白背飞虱Sogatella furcifera 是该病毒的主要传播媒介，试验条件下灰飞虱Laodelphax striatellus也能进行传毒，但效率较低。另外，褐飞虱Nilaparvata lugens及叶蝉不能够进行传毒[1]。

植物、昆虫与病毒传播之间的相互作用是协同进化的[5]。病毒会通过直接感染寄主昆虫或间接地感染寄主植物从而影响其寄主昆虫的行为[6-10]。无论是饲养于携带SRBSDV植株还是健康植株上，带毒的白背飞虱其发育历期均长于没有带毒的白背飞虱。带毒白背飞虱雌虫产卵量少于不带毒的飞虱，且带毒和不带毒的飞虱在带毒苗上的产卵量少于在健康苗上的产卵量[6]。除此之外，病毒感染其寄主昆虫会促进其寄主适应性[11]。RBSDV感染非介体昆虫褐飞虱会提高其生态适合度[6]。Zhang等[8]研究发现SRBSDV感染寄主白背飞虱可以促进其寄主适合性，其实验表明以带毒水稻饲养的飞虱成虫寿命更长、繁殖力更高、蜜露分泌更多。另外，有研究表明，感染南方水稻黑条矮缩病毒的水稻能够显著抑制褐飞虱的产卵量[12]。过去的研究表明，逆境胁迫下昆虫体内的主要酶系其活性和质量都会发生变化，这是昆虫响应逆境胁迫的重要生化机制[13-15]。羧酸酯酶（CarE）、酸性磷酸酯酶（ACP）、碱性磷酸酯酶（AKP）是昆虫体内重要的解毒水解酶系，参与昆虫对内源或异源有毒物质的代谢解毒[16]。严格来说，感病毒植株已经不适于寄主昆虫的取食，病毒作为逆境环境中的一种外源性物质，它对昆虫体内多种酶系活性的影响迄今鲜有报道。近些年，关于SRBSDV影响白背飞虱生态方面的报道已有很多，但生理生化方面的研究还很少。因此本研究着重探索了SRBSDV对两种稻飞虱体内酶活性的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻：室内感染SRBSDV的中优849水稻和健康的中优849水稻，待长至四叶一心期时取其新鲜叶片作为供试材料。

供试虫源：白背飞虱、褐飞虱分别于2012年6、7月采自贵州省贵阳市花溪区的稻田，在温度（26±1）℃、湿度（70±1）%、光照L∶D （16 h∶8 h）的室内防虫笼里，以TN1水稻饲养3代以上。

1.2 待测虫源

将饲养于无毒水稻TN1上的褐飞虱、白背飞虱3龄若虫或初羽化成虫分别转接于带有SRBSDV的水稻和同龄健康水稻上，每株10头。接虫后12 h、24 h和5 d取出试虫，用液氮迅速冷冻后转至-80℃冰箱保存备用。

1.3 实验方法

将饲养于无毒水稻TN1上的褐飞虱、白背飞虱3龄若虫或初羽化成虫分别转接于带有SRBSDV的中优849水稻和同龄健康水稻上，每株10头。接虫后12 h、24 h和5 d取出试虫，用液氮迅速冷冻后转至-80℃冰箱保存备用。分别取上述处理过的试虫10头，加入900 μL的生理盐水，用玻璃匀浆器置冰上匀浆，4℃条件下3000 r/min离心10 min，取上清液为酶源液。每处理重复4次。

酸性磷酸酯酶（ACP）、碱性磷酸酯酶（AKP）活性采用南京建成科技有限公司的试剂盒进行测定，羧酸酯酶（CarE）参照袁瑞的[17]方法进行测定。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2003进行数据处理，再用SPSS 13.0软件进行独立样本t检验. [18]。

2 结果与分析

2.1 SRBSDV对白背飞虱若虫体内水解酶活性的影响

白背飞虱3龄若虫在感病水稻和健康水稻上取食不同时间后，体内三种水解酶活性的结果见表1。结果显示，若虫取食感病稻株12 h、24 h后的CarE活性与对照差异不明显，但是取食5 d后的CarE活性显著低于对照，且取食5 d相较于24 h的CarE活性有上调趋势。若虫取食感病稻株12 h、24 h、5 d后，虫体内ACP的活性与对照组相差不大，但都低于对照。另外，若虫取食感病稻株12 h、24 h、5 d后，虫体内AKP的活性随取食的时间延长而降低，但与对照相比，其活性均无显著变化。

2.2 SRBSDV对白背飞虱成虫体内水解酶活性的影响

白背飞虱初羽化成虫在感病水稻和健康水稻上取食不同时间后，体内三种水解酶活性的结果见表2。结果显示，整体上虫体内CarE的活性随取食时间的延长而呈现出先降低后升高的趋势，成虫取食感病稻株12 h和5 d后的CarE活性与对照无显著差异，但取食24 h时的CarE活性显著低于对照。虫体内ACP的活性变化趋势与CarE相似，成虫取食感病稻株12 h、24 h、5 d时的酶活性低于照组，且12 h时的酶活性显著低于对照。另外，虫体内AKP的活性随取食的时间延长而降低;成虫取食感病稻株12 h、24 h、5 d时的酶活性与对照相比，虽均呈现下降的趋势，但是差异均不显著。

2.3 SRBSDV对褐飞虱若虫体内水解酶活性的影响

褐飞虱若虫在感病水稻和健康水稻上取食不同时间后，体内三种水解酶的活性随取食时间的延长变化不一，其活性结果见表3。结果显示，褐飞虱3龄若虫从TN1水稻转至感病的中优849水稻和健康的中优849水稻后，若虫取食感病稻株24 h、5 d时的CarE活性显著低于对照，分別比对照低21%和22%，取食12 h时的CarE活性虽较对照低，但差异不显著，另外，5 d时的活性较24 h时的活性有上调趋势。若虫体内ACP、AKP活性总体上呈现出随取食的时间延长而降低的趋势，另外，与对照相比，取食感病稻株12 h、24 h、5 d时ACP、AKP活性均低于对照，但差异均不显著。

2.4 SRBSDV对褐飞虱成虫体内水解酶活性的影响

褐飞虱初羽化成虫在感病水稻和健康水稻上取食不同时间后，成虫体内三种水解酶活性的结果见表4。结果显示，褐飞虱从TN1水稻转至感病的中优849水稻和健康的中优849水稻后，CarE、ACP和AKP活性随取食的时间延长而降低。成虫取食感病稻株12 h、24 h、5 d时的CarE活性均显著低于对照组，分别比对照低26%、24%和13%。另外，成虫取食感病稻株24 h时的ACP活性显著低于照组，比对照低27%;但成虫取食感病稻株12 h、24 h、5 d时的AKP活性与对照组相比虽有降低但差异不显著。

3 結论与讨论

2001年在我国广东首次发现一种由白背飞虱传播的水稻病毒，后被正式鉴定为南方水稻黑条矮缩病毒（Southern rice black streaked dwarf virus，SRBSDV），该病害自发现后发生面积不断扩大，为害逐年加重，是当前我国南部稻区及南亚、东南亚稻区最主要、危害最严重的水稻病毒病害之一[19]。植物、昆虫与病毒传播之间的相互作用是协同进化的[6]。病毒会通过直接感染寄主昆虫或间接地感染寄主植物从而影响其寄主昆虫的行为及生理生化的变化[6-8，20]。Miao[21]用质型多角体病毒（CPV）感染家蚕后其中肠AKP活性会降低，因为CPV仅感染中肠的上皮细胞，产生大量的多角体，以致破坏细胞导致AKP的活力下降。褐飞虱的传毒方式为循回增殖型，且不经卵传给下一代。循回型病毒在昆虫体内的传播途径是病毒被昆虫介体摄入后，进入肠道，与中肠或后肠上皮细胞相互作用并被吸入，穿过肠道释放到血腔，然后运输并进入附唾液腺，当昆虫取食时，随着唾液的分泌从植物的伤口侵入植物[22]。因此，可以很好的解释本研究的结果。除此之外，本研究结果中褐飞虱成虫和若虫取食病株后AKP活性较对照虽有降低但差异不显著。某些生物源农药对昆虫AKP也有一定作用，如铿木三萜（Dysoxylum triterpenes）和蕨内酯（Beddomei lactone）等可以抑制稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis Guenée中肠AKP，降低其食物利用率[23]，具有相同效果的还有印度楝树油柠檬苦素（neem limonoids）和川楝（Melia azedarach）萃取物[24]，蓖麻提取液可显著抑制甜菜夜蛾幼虫AKP活性[25]，表明这些植物源农药可以作用于AKP等靶标酶来控制害虫。

ACP、AKP 和CarE 均为虫体内重要的水解酶，其活力被抑制，可影响昆虫正常的生长发育，甚至死亡。马志卿等[26]报道以叶蝶饲喂法处理粘虫Mythimna separata Walker不同时间，粘虫受松油烯-4-醇的影响，虫体内ACP的活性随着处理时间的延长，抑制作用增强，AKP的活性表现为先抑制，后有所恢复，再被抑制，CarE的活性受松油烯-4-醇的影响不明显。吴刚等[27]报道白背飞虱在抗虫品种上的生存率极低，发育受阻，且虫体内ACP、AKP、CarE活性被明显低于感虫品种，说明白背飞虱在取食抗虫品种的水稻后，体内ACP、AKP、CarE活性受到强烈抑制。本研究中ACP、AKP的结果与马志卿，吴刚等[27-28]的研究中ACP、AKP结果较为相似，而CarE的结果稍有差异。本研究中CarE活性低于对照且随取食时间的延长有先降低后上调的趋势，这与何晓婵等[28]报道的白背飞虱在取食感染RBSDV稻株后CarE活性显著高于对照的结果相反，这可能与本研究中稻飞虱取食病株后存活率降低，而何晓婵等[28]的报道中白背飞虱取食感病稻株后存活率提高是相关的。本研究中ACP、AKP、CarE活性受到抑制可能由稻飞虱取食感病稻株后受病毒的影响自身生理发生变化导致，也可能是受感病稻株产生的次生物质影响的结果，具体原因还有待进一步研究。

参考文献：

[1] 周国辉，温锦君，蔡德江，等.呼肠孤病毒科斐济病毒属一新种：南方水稻黑条矮缩病毒[J].科学通报，2008，53（20）：2 500-2508.

[2] Zhang H M，Yang J，Chen J P，Adams M J. A black-streaked dwarf disease on rice in China is caused by a novel fijivirus[J].Archives of Virology，2008，153（10）：1893-1898.

[3] Wang Q，Yang J，Zhou G H，et al. The complete genome sequence of two isolates of Southern rice black-streaked dwarf virus，a new member of the genus Fijivirus[J].Journal of Phytopathology，2010，158（11-12）：733-737.

[4] 杨 航，杨 洪，金道超，等.白背飞虱交配和产卵行为研究[J].山地农业生物学报，2016，35（1）：14-17+22.

[5] Froissart R，Doumayrou J，Vuillaume F， et al. The virulence-transmission trade-off in vector-borne plant viruses：a review of （non-）existing studies[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London -Series B：Biological Sciences，2010，365：1907-1918.

[6] Lei W，Liu D，Li P，et al. Interactive effects of southern rice black-streaked dwarf virus infection of host plant and vector on performance of the vector，Sogatella furcifera （Homoptera：Delphacidae）[J].Journal of economic entomology，2014，107（5）：1721-1727.

[7] Xu H X，He X C，Zheng X S，et al. Influence of rice black streaked dwarf virus on the ecological fitness of non‐vector planthopper Nilaparvata lugens （Hemiptera：Delphacidae）[J].Insect science，2014，21（4）：507-514.

[8] Zhang J，Zheng X，Chen Y，et al. Southern rice black-streaked dwarf virus infection improves host suitability for its insect vector，Sogatella furcifera （Hemiptera：Delphacidae）[J].Journal of economic entomology，2014，107（1）：92-97.

[9] 邓 瑶，刘玉娣，王香萍，等.感染和未感染南方水稻黑条矮缩病毒的白背飞虱成虫唾液腺转录组比较分析[J].昆虫学报，2018，61（4）：449-457.

[10] 王璐丰，胡 奎，贺华良，等.南方水稻黑条矮缩病毒诱导的水稻挥发物及白背飞虱成虫对其组分的行为反应[J].昆虫学报，2017，60（4）：412-420.

[11] Maris P C，Joosten N N，Goldbach R W，et al. Tomato spotted wilt virus infection improves host suitability for its vector，Frankliniella occidentalis[J].Phytopathology，2004，94：706-711.

[12] 蒋德春，金道超，杨 洪，等.南方水稻黑条矮缩病对非介体褐飞虱生长发育和繁殖的影响[J].山地农业生物学报，2013，32（1）：1-5.

[13] Motoyama N，Dauterman W C. Role of nonoxidative metabolism in organophosphorus resistance[J].Journal of agricultural and food chemistry，1974，22（3）：350-356.

[14] 郭凤英，赵志模，邓新平. 朱砂叶螨抗药性与羧酸酯酶活性的关系[J].农药学学报，1999，1（2）：91-93.

[15] 张 超，刘童童，杨 洪，等.田间烟蚜种群对3种杀虫剂抗性与酶活性关系的研究[J].广东农业科学，2017，44（1）：100-105.

[16] 谭维嘉，王 荷，曹 煜. 棉蚜对溴氰菊酯不敏感性与水解酶的变化初探[J].植物保护学报，1988，15（2）：135-138.

[17] 袁 瑞，杨 洪. 异色瓢虫对3种杀虫剂抗性选育过程中酯酶活性和蛋白含量的动态变化[J].貴州科学，2012，30（4）：29-33.

[18] 盖钧镒.实验统计方法[M].第1版. 北京：中国农业出版社，2008：88-89.

[19] 张 彤，周国辉. 南方水稻黑条矮缩病研究进展[J].植物保护学报，2017，44（6）：896-904.

[20] 陈 晨，蒋德春，杨 洪，等.南方水稻黑条矮缩病对褐飞虱和白背飞虱体内三种保护酶活性的影响[J].环境昆虫学报，2016，38（1）：113-118.

[21] Miao Y G. Studies on the activity of the alkaline phosphatase in the midgut of infected silkworm，Bombyx mori L[J].Journal of Applied Entomology，2002，126（2-3）：138-142.

[22] 梁小波，鲁瑞芳，吴云峰，等.植物病毒昆虫介体传播的研究进展[J].生物工程进展，2001，21（4）：11-17.

[23] Nathan S S，Choi M Y，Paik C H， et al. Food consumption，utilization，and detoxification enzyme activity of the rice leaffolder larvae after treatment with Dysoxylum triterpenes[J].Pesticide Biochemistry and Physiology，2007，88（3）：260-267.

[24] Nathan S S. Effects of Melia azedarach on nutritional physiology and enzyme activities of the rice leaffolder Cnaphalocrocis medinalis （Guenée） （Lepidoptera：Pyralidae）[J].Pesticide Biochemistry and Physiology，2006，84（2）：98-108.

[25] 化丽丹，蒋杰贤，季香云，等.蓖麻提取液对甜菜夜蛾幼虫解毒酶活性的影响[J].植物保护，2017，43（4）：81-84.

[26] 马志卿，韩秀玲，冯俊涛，等.松油烯-4-醇对粘虫几种代谢酶及酚氧化酶的影响[J].中国农业科学，2008，41（2）：437-442.

[27] 吴 刚，吴中孚，赵士熙，等.水稻品种抗性对白背稻虱羧酸酯酶和磷酸酯酶活力的影响[J].植物保护学报，1993，20（2）：139-142.

[28] 何晓婵，徐红星，郑许松，等.水稻黑条矮缩病毒对非介体稻飞虱——白背飞虱适应性的影响[J].中国水稻科学，2011，25（6）：654-658.