2 4-表油菜素内酯对烟粉虱-黄瓜互作的影响

史保争 张妍妍 何海芳 李静静 闫凤鸣 雷彩燕

摘 要：以Q型烟粉虱为材料，测定了不同浓度2，4-表油菜素内酯（2，4-Epibrassinolide，EBR）在烟粉虱-黄瓜互作中对烟粉虱和寄主植物发育的影响。结果表明，烟粉虱取食导致黄瓜中可溶性糖含量显著增加，防御性物质酚类含量显著降低。喷施0.1 mg·L-1 EBR后，烟粉虱取食过的黄瓜中可溶性糖含量显著降低，苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia lyases，PAL）活性显著提升，酚类物质含量增加。与不喷施EBR的CK2相比，喷施0.1 mg·L-1 EBR后二龄烟粉虱存活率显著降低;喷施1.0 mg·L-1 EBR后14 d若虫体长和体宽分别比CK2减小7.3%和10.0%，有显著抑制作用。综上所述，在本试验条件下EBR处理有利于黄瓜生长，同时可以缓解烟粉虱取食对植株造成的生理影响并抑制烟粉虱生长发育。

关键词：黄瓜;烟粉虱;2，4-表油菜素内酯

Abstract： Q type Bemisia tabaci was used as materials to study the effects of 2，4-Epibrassinolide （EBR） on the development of Bemisia tabaci and host plants during Bemisia tabaci- host interaction. The results showed that after feeding， the soluble sugar content increased significantly， and the phenol content of the defensive substances decreased significantly. After 0.1 mg·L-1 EBR sprayed， the content of soluble sugar in the cucumber feed by Bemisia tabaci was reduced significantly， however the activity of PAL （Phenylalanine ammonia lyases， PAL） and the content of defensive phenols were increased clearly. Furthermore， 0.1 mg·L-1 EBR significantly reduced the survival rate of the second instar Bemisia tabaci. The 1.0 mg·L-1 EBR had a significant inhibitory effect on the 14th nymph， the body length and body width were reduced by 7.3% and 10.0%， respectively， compared with the control group. The results of this study showed that EBR treatment was beneficial to the growth of cucumber， and could alleviate the physiological effects of Bemisia tabaci feeding on plants and inhibit the growth and development of Bemisia tabaci.

Key words： Cucumber; Whitefly; 2，4-Epibrassinolide

油菜素内酯是1970年Mitchell等[1]从油菜的花粉中提取出来的一类具有生物活性的物质，属于多羟基化的类固醇激素。1979年Grove[2]经过测定得到了它的结构并命名为油菜素甾醇（brassinolide，BL）。目前在植物界已经发现了约60种油菜素内酯类化合物[3]，统称为油菜素内酯化合物（Brassinosteroids，BRs）。作为植物体内第六大植物激素，油菜素内酯化合物可以提高植物对干旱、高盐等非生物胁迫的抗性，以及对植物病原物的抵抗能力[4-8]。关于油菜素内酯对植物抗虫性以及植物-昆虫互作方面的影响近年来逐渐被报道，例如油菜素内酯影响小菜蛾的生长发育及取食量[9]，降低烟粉虱在十字花科植物上的产卵量[10]，油菜素内酯作为化学激发因子可提高水稻对褐飞虱的抗性[11]。因此，在生产实践中，BRs广泛被应用于调控植物的生长发育和抗性提高。

烟粉虱（Bemisia tabaci）是一种世界上公认的“超级害虫”，属于半翅目粉虱科，包含至少有44个种群的复合种群，其中B型和Q型烟粉虱在全球分布范围非常广泛[12]。虽然不同的种在形态上没有明显的差异，但是在遗传结构上有差异且存在生殖隔离，根据烟粉虱mt DNA COI线粒体细胞色素氧化酶I基因标记可对不同的烟粉虱进行种间鉴定。B型烟粉虱和Q型烟粉虱作为我国的入侵物种，分别于20世纪90年代末和2003年在我国被发现，这2个生物型取代了许多本地种，B型烟粉虱具有很强的竞争力，可以通过调整性别比例使其有利于种群扩张，并且Q型烟粉虱在许多施加农药较多地区取代B型烟粉虱成为了优势种[13-15]。广州沿海一带B型烟粉虱占据主导地位，内地Q型烟粉虱较多。烟粉虱的成虫、若虫均具有刺吸式口器从而吸取植物汁液，引起植物生理异常。烟粉虱还可以分泌蜜露，残留在植物叶片上，诱发煤污病，进而影响植物的光合作用，影响植物的品質和产量[16]。烟粉虱还可以传播植物病毒，作为传播植物病毒效率最高的介体之一，可以传播5个属超过400多种植物病毒[17]，给全世界范围内农业生产造成了巨大损失。在过去20 a（年）里，烟粉虱作为重要传播病毒的介体，给全世界热带及亚热带地区的作物生产带来了负面影响[18]。由于烟粉虱有多种生物型，依赖于传统的杀虫剂防治，致使烟粉虱抗性增强，因此对烟粉虱进行安全的防治非常重要[19]。

关于油菜素内酯对烟粉虱-寄主互作的影响及其生理机制，目前还不清楚。植物的营养特性不仅影响植物的生长发育状况，同时可以通过影响昆虫的取食而影响昆虫与寄主的互作。可溶性蛋白是植物体内重要的调节渗透和营养物质，也包含参与各种代谢的酶类，所以可溶性蛋白是一个重要的营养和抗性生理指标[20]。可溶性糖含量与植物的光合作用密切相关，胁迫条件下植物的呼吸作用加强，淀粉水解加强，可溶性糖积累，从而降低植物的光合作用[21-23]。苯丙氨酸解氨酶（PAL）作为植物体内苯丙烷代谢途径的关键酶，诱导植物体内多种次生酚类化合物、木质素、植保素等抗性物质的合成，因此，PAL在植物的抗虫过程中具有重要的作用[24]。植物酚类物质在植物体内具有抗氧化、抗虫、抗病等作用[25]。笔者以黄瓜为寄主材料，研究在烟粉虱-寄主互作过程中油菜素内酯对烟粉虱发育特性和寄主植物生长发育、营养以及防御特性的影响，以期为烟粉虱的绿色防控提供可靠的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试黄瓜博杰107购于天津德瑞特种业有限公司，Q型烟粉虱取自河南农业大学化学生态学实验室温室中长期标准化饲养的棉花上。2，4-表油菜素内酯购买于博美生物科技有限责任公司，分子式C28H48O6，分子质量：480.68，CAS号：78821-43-9。

1.2 试验设计

试验于2020年6—11月在河南农业大学化学生态学实验室进行。随机选取长势一致的20株黄瓜苗（4片真叶期）用于试验，黄瓜苗种植在花盆（盆底直径8 cm，盆口直径11.5 cm，高10 cm）中，黄瓜苗和烟粉虱养殖在饲养笼中（60 cm×40 cm×80 cm）。试验共设置2个蒸馏水对照和3个油菜素内酯处理（表1），每个处理4株黄瓜苗，4次重复。首先在4叶期进行EBR喷施处理，24 h后接种30对烟粉虱，24 h后移去[26]，每周喷施1次EBR。黄瓜和烟粉虱的养殖条件：温度30～31 ℃，相对湿度70%～80%，光周期L∶D=16 h∶8 h。

1.3 测定指标与方法

对喷施4次EBR之后的黄瓜植株进行生长指标测定。使用手持SPAD叶绿素测定仪（SPAD-502Plus）测定植株叶绿素SPAD值;使用智能叶面积测量系统（型号YMJ-C，浙江托普云农科技股份有限公司）测定叶面积;采用卷尺测定株高（从黄瓜茎基部至生长点的长度）;用天平称量叶片质量。

对喷施4次EBR之后的黄瓜植株进行黄瓜叶片取样，液氮速冻后放入超低温冰箱备用。采用硫酸蒽酮比色法测定黄瓜叶片可溶性糖含量;采用考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白含量;采用福林试剂显色法测定总酚含量[27];参照李合生的方法测定苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性[28]。

对烟粉虱若虫观察时，在超景深显微镜下对每个植株上的10～30头卵进行标记，拍照记录各自的位置，之后每天在超景深显微镜下跟踪观察卵的发育情况，等到其孵化到一龄固定位置后重新拍照记录位置，每天记录未孵化卵数、每个若虫的存活状况以及龄期。在超景深显微镜下对8、11、14 d的烟粉虱若虫大小进行测定。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2019、Graphpad 8.0整理数据和绘图，利用SPSS 24.0进行数据差异显著性分析，采用单因素ANOVA檢验，事后比较采用LSD分析方法。

2 结果与分析

2.1 EBR对烟粉虱寄主植物的影响

2.1.1 EBR促进黄瓜的生长发育 由图1～3可以看出，与CK0相比，烟粉虱取食会降低黄瓜叶片质量、叶面积、株高，但是没有显著差异;烟粉虱取食的黄瓜在喷施EBR后叶片质量、叶面积、株高都有所增加，其中0.1 mg·L-1（EBR）处理的黄瓜营养生长指标均显著高于烟粉虱取食的CK1处理植株，表明在烟粉虱-寄主互作中，喷施EBR可以促进寄主植物的生长。

2.1.2 EBR提升黄瓜叶片叶绿素SPAD值 叶绿素的相对含量影响到植物的光合作用，与植物的生长发育密不可分。从图4可以看出，与CK0相比，烟粉虱取食、喷施低浓度EBR均可提升黄瓜叶片叶绿素SPAD值，随着EBR浓度提升叶绿素SPAD值逐渐减小。在各处理中，BR1处理黄瓜叶片叶绿素SPAD值均显著高于其他处理，比CK1提高51.2%;BR3处理叶片叶绿素SPAD值显著低于其他处理。表明喷施0.1 mg·L-1的EBR促进了黄瓜的光合作用，喷施1.0 mg·L-1的EBR抑制了黄瓜的光合作用。

2.1.3 EBR对黄瓜营养特性的影响 由图5可以看出，在各处理中，BR1处理黄瓜叶片可溶性蛋白含量最高，显著高于其他处理，其他处理间黄瓜叶片蛋白含量无显著差异。表明喷施0.1 mg·L-1 EBR处理可以提高烟粉虱取食前后植株中可溶性蛋白含量。

从图5可以看出，与CK0相比，CK1处理烟粉虱取食诱导黄瓜叶片中可溶性糖含量显著增加。与CK1处理相比，BR1和BR3处理黄瓜叶片中可溶性糖含量均显著降低;BR2处理黄瓜叶片中可溶性糖含量降低，但差异不显著。这表明虽然烟粉虱取食的黄瓜叶片中可溶性糖显著增加，但喷施EBR以后降低了可溶性糖的积累，缓解了烟粉虱取食对黄瓜生长的影响。

2.1.4 EBR对黄瓜防御特性的影响 由图6可知，烟粉虱取食降低了黄瓜叶片中PAL活性，而喷施EBR后黄瓜叶片中PAL活性均高于CK1，表明喷施EBR可以提高烟粉虱-寄主互作过程中寄主植物PAL酶活性，其中喷施0.5 mg·L-1 EBR的效果最好，喷施0.1 mg·L-1 EBR的效果次之。

由图7可以看出，在各处理中，CK1处理黄瓜叶片中总酚含量显著低于CK0，与CK1相比，喷施油菜素内酯的3个处理叶片总酚含量均有提高，但差异不显著。表明烟粉虱取食显著降低了黄瓜叶片中总酚含量，但EBR处理可提高烟粉虱取食前后寄主体内抗性物质含量。

2.2 EBR对烟粉虱生长发育的影响

2.2.1 EBR对烟粉虱若虫存活率和孵化率的影响 为了进一步研究EBR对烟粉虱-寄主互作的影响，测定了不同浓度EBR处理的烟粉虱若虫存活率和孵化率。由图8可以看出，与CK1比较，BR1处理烟粉虱若虫在二龄时期的存活率显著降低，表明EBR可以降低烟粉虱二龄若虫的存活率。从卵到成虫整个过程中，BR1和BR3处理的烟粉虱存活率比CK1有提升，但没有达到显著水平。

2.2.2 EBR对烟粉虱发育的影响 由图9可以看出，与CK1相比，高浓度EBR（1.0 mg·L-1）对烟粉虱发育历期的影响主要表现在卵孵化期增长，三龄期显著增长，四龄期减短;而低浓度EBR处理（0.1 mg·L-1）对烟粉虱的发育没有显著影响。

2.2.3 EBR对烟粉虱不同龄期若虫大小的影响 由图10可以看出，烟粉虱在8 d的时候，CK1、BR1、BR3处理若虫体长、体宽均无显著差异;在11 d时，BR3处理若虫体长、体宽均小于CK1和BR1，仅BR3处理若虫体长与CK1存在显著差异;而在14 d时，BR3处理若虫的体长和体宽与CK1相比显著减小，体长减少7.3%，体宽减少10%，BR1与CK1、BR3处理若虫体长和体宽都没有显著性差异。表明1.0 mg·L-1的EBR处理对14 d的烟粉虱若虫的体型大小具有显著的抑制作用，不利于烟粉虱若虫的发育。

3 讨论与结论

油菜素内酯是一种类固醇类植物激素，可以通过改变植物生理生化过程（如促进细胞的伸长、分裂和光合产物的运输）维持较高的叶绿素含量，延缓衰老，增强植物的抗逆性[29]。在逆境胁迫下，外源油菜素内酯可以促进植物的生长，提高植物的光和性能，从而缓解逆境对植物生长的影响[30-31]。在本研究中笔者发现，叶面喷施EBR后，黄瓜植物叶片质量、叶面积、株高都有所提高，表明EBR可以减轻烟粉虱取食对寄主植物生长的影响，从而提高寄主植物的抗性。

植物体内酚类、萜类、生物碱等抗性物质可以影响昆虫的寄主选择、取食行为和生长发育，从而与植物抗虫性密切相关[32]。而PAL是植物体内酚类物质合成中的关键酶和限速酶，PAL活性与酚类物质的含量及植物的抗性密切相关[27]。李丽花等[33]的研究证明，2，4-表油菜素内酯处理能显著提高杏果中PAL活性以及总酚类物质含量，降低发病率。在本研究中，烟粉虱取食降低了寄主中PAL活性以及酚类物质含量，EBR处理则可以提高寄主中PAL活性和酚类物质含量，表明EBR喷施可以通过提高寄主体内抗性酶活性和抗性物质含量提高寄主抗性。笔者还发现，0.1 mg·L-1 EBR处理显著降低二龄若虫的存活率，1.0 mg·L-1 EBR处理显著抑制14 d的若虫体型大小的发育，这种影响是植物营养状况的改变还是防御物质的增加所导致还需要进一步的深入研究。

本研究初步确定在烟粉虱-植物互作中，油菜素内酯可以通过促进寄主植物的生长发育，改变寄主植物体内可溶性蛋白和可溶性糖的含量，提高防御酶和防御物质的含量，从而提高植物的抗性。同时，油菜素内酯对烟粉虱的生长发育也会产生不利影响。烟粉虱除了直接取食植物造成伤害以外，还可以传播很多重要的植物病毒，给植物造成更大的危害。为此，笔者接下来将进一步研究油菜素内酯在烟粉虱传播病毒过程中对寄主植物的影响，为烟粉虱以及植物病毒病的有效防控提供基础。

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