烟蚜取食对抗、感烟草品种信号分子和CAT活性的影响

孙计平，李雪君，孙 焕

（河南省农业科学院烟草研究所/黄淮烟区烟草病虫害绿色防控重点实验室，河南许昌 461000）

0 引言

中国是烟草种植大国，尤其是烤烟，是国内重要的经济作物[1]，烟草生产的可持续发展事关行业发展全局。烟蚜是世界性害虫，也是国内烟草的主要害虫之一[2]。烟蚜通过刺吸取食危害烟草，造成系统性损伤[3]，同时分泌甜而黏的“蜜露”，常诱发烟叶产生“煤污病”。此外，烟蚜还传播黄瓜花叶病(cucumber mosaic virus，CMV)和马铃薯Y病毒(potato virus Y，PVY)等多种病毒病[4]。化学农药防治烟蚜见效快，在农业生产上被广泛使用，但容易产生抗药性，研究表明，烟蚜已经对多种化学农药产生抗药性[5-6]。因此，防治蚜虫最有效的方法是推广抗蚜虫品种，利用其防御机制控制蚜虫是一种有效且环境友好型防治措施[7]。

蚜虫取食会诱导植物产生系列化学反应，包括水杨酸(salicylic acid，SA)、茉莉酸(jasmonic acid，JA)等多种信号传导途径的调控[8]，从而抑制蚜虫取食、产卵等行为[9]，减轻烟蚜危害。茉莉酸是植物抗虫的主要信号分子，在植物防御昆虫中发挥着重要作用[10]。蚜虫取食小麦同时激活了茉莉酸信号和水杨酸信号传导途径[11]，受到蚜虫为害后，高钾小麦体内JA含量显著提高[12]。榆瘿蚜为害榆树叶片后，榆树叶片JA含量显著增加[13]。一氧化氮(carbon monoxide，NO)是植物体次生代谢物合成的必需信号分子之一，可以通过合成苯丙氨酸解氨酶促进SA的合成，通过SA改变过氧化氢酶(catalase，CAT)和过氧化物酶(peroxidase，POD)活性以增强植物防御反应[14]。不同口器昆虫取食烟草叶片后，烤烟和白肋烟均能激发植物防御初期的NO和JA等信号分子的防御响应[15]，提高相关酶活性。武德功[16]研究认为，玉米品种的抗蚜性与POD和CAT活性的变化具有相关性。关于烟草品种抗蚜机制的研究较少，烟蚜取食可诱导烟草体内信号物质NO和H2S含量增加、防御酶活性提高[17]。本实验室前期对烟草品种蚜虫抗性进行了鉴定，并对不同烟蚜抗性烟草品种受到蚜虫侵袭5 h后JA含量与0 h进行了比较[18]，不同烟蚜抗性烟草品种在受到烟蚜侵袭后NO含量和酶活性变化的研究较少。为深入研究不同蚜虫抗性烟草品种受到蚜虫侵袭后信号分子变化趋势，本研究选用6个不同烟蚜抗性的烟草品种，研究烟蚜侵袭不同时间对JA和NO含量以及CAT活性的影响，以期揭示烟草品种对烟蚜的防御响应机制，并为烟草抗蚜材料的进一步应用提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

6个供试烟草品种具体见表1，均由河南省农业科学院烟草研究所提供。

表1 参试品种

1.2 烟苗培养和接种蚜虫

2020年3月，在河南省农业科学院烟草研究所育苗大棚采用漂浮育苗培育烟苗。烟苗培养至3～4片真叶时，移栽到花盆中培养，每盆1株，每个品种18盆。烟苗培养至7～8片真叶，每个品种选择有代表性15株接种蚜虫，每株接种4龄无翅成蚜30头，0、3、6、9 h分别取叶片，5株混合取样作为1个重复，试验重复3次。

1.3 样品测试分析

1.3.1 茉莉酸含量测定 参考实验室前期测定方法[18]。称取0.1 g样品，液氮中研磨，加入1 mL80%甲醇溶液，-20℃过夜；4℃、8 000 r/min离心1 h，取上清液，过C-18固相萃取柱，氮气吹干，保存备用；上机前加入pH 7.4的PBS缓冲液，定容1 mL；室温条件下放置30 min，4℃离心15 min，取上清液保存于4℃冰箱，采用超高效液相色谱测定。

1.3.2 一氧化氮含量测定 采用试剂盒提取（试剂盒采购于苏州科铭生物技术有限公司，货号为NO-1-G），酶标仪微量法测定，测定步骤参考试剂盒说明书进行，读取特定产物在波长550 nm的吸光值，根据说明书计算样品一氧化氮含量。

1.3.3 过氧化氢酶活性测定 采用过氧化氢酶试剂盒提取，测定步骤参考试剂盒说明书进行（试剂盒采购于苏州科铭生物技术有限公司，货号为CAT-1-Y），采用紫外分光光度计测定，波长240 nm，根据说明书计算样品CAT活性。

1.4 数据处理

数据处理和作图采用Excel 2007。方差分析应用DPS 14.5软件，采用LSD法进行多重比较和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 烟蚜取食对不同烟蚜抗性烟草品种茉莉酸含量的影响

不同烟草品种烟蚜取食后茉莉酸含量均呈现先增加再减少的趋势（图1），所有品种JA含量均在烟蚜取食6 h达到最高，且显著高于其他时间段。烟蚜取食前，茉莉酸含量表现为抗蚜品种＞中抗品种＞感蚜品种＞高感品种，品种间差异达到显著水平。烟蚜取食3 h后，抗蚜品种‘竖把老母鸡2113’茉莉酸含量增加量最多，比0 h增加67.59 ng/g，其次为‘龙舌烟’、‘毛烟’，茉莉酸分别增加57.70、59.63 ng/g，感蚜品种‘SpeightG-28’、高感品种‘螺丝头2474’和‘云烟97’茉莉酸增加量分别为37.56、35.90、36.19 ng/g。烟蚜取食6 h后，抗蚜品种‘竖把老母鸡2113’茉莉酸含量比0 h增加357.26 ng/g，其次为‘龙舌烟’和‘毛烟’，茉莉酸分别增加348.18、329.50 ng/g，感蚜品种‘SpeightG-28’、高感品种‘螺丝头2474’和‘云烟97’茉莉酸增加量均低于300 ng/g。烟蚜取食9 h后，抗蚜品种‘竖把老母鸡2113’茉莉酸含量比0 h增加275.55 ng/g，其次为‘龙舌烟’和‘毛烟’，茉莉酸分别增加250.65、249.47 ng/g，感蚜品种‘SpeightG-28’、高感品种‘螺丝头2474’和‘云烟97’茉莉酸增加量分别为213.119、206.40、201.99 ng/g。不同烟草品种受蚜虫侵袭后茉莉酸含量增加量不同，总体表现为抗蚜品种＞中抗品种＞感蚜品种＞高感品种。

图1 烟蚜取食对不同抗性烟草品种JA含量的影响

2.2 烟蚜取食对不同烟蚜抗性烟草品种一氧化氮含量的影响

由图2可知，抗蚜品种‘竖把老母鸡2113’各时间点一氧化氮含量均高于其他品种，其中0、6、9 h差异达显著水平。烟蚜取食后，抗蚜品种‘竖把老母鸡2113’、中抗品种‘毛烟’和‘龙舌烟’的一氧化氮含量变化均呈现先增加再降低的趋势，一氧化氮含量均在烟蚜取食3 h达到最高，其次为烟蚜取食6 h后，这2个时间段一氧化氮含量显著高于其他时间段。感蚜品种‘SpeightG-28’、高感蚜虫品种‘云烟97’和‘螺丝头2474’在烟蚜取食3 h后一氧化氮含量与0 h差异不显著，在烟蚜取食6 h和9 h后一氧化氮含量显著低于0 h。

图2 烟蚜取食对不同抗性烟草品种一氧化氮含量的影响

所有参试品种的一氧化氮含量均在烟蚜取食9 h后最低，与0 h相比较，感蚜品种‘SpeightG-28’、高感蚜虫品种‘螺丝头2474’和‘云烟97’的一氧化氮含量下降幅度较大，分别下降了20.41%、21.31%和29.23%；‘竖把老母鸡2113’、中抗品种‘龙舌烟’和‘毛烟’的一氧化氮含量下降幅度相对较小，分别下降了6.36%、8.96%和11.97%。

2.3 烟蚜取食对不同烟蚜抗性烟草品种CAT活性的影响

由图3可知，所有品种CAT活性均以蚜虫取食前最低，烟蚜取食后，CAT活性表现为增加趋势，蚜虫取食后9 h最高，极显著高于其他时间点。烟蚜取食3 h后，中抗品种‘龙舌烟’CAT活性增加量最多，比0 h增加19.40 U/mg，其次为抗蚜品种‘竖把老母鸡2113’。烟蚜取食6 h后，抗蚜品种‘竖把老母鸡2113’和中抗品种‘毛烟’CAT活性增加量最多，分别22.34、22.73 U/mg。烟蚜取食9 h后，抗蚜品种‘竖把老母鸡2113’CAT活性增加量最多、增幅最大，比0 h增加43.21 U/mg，是0 h的1.66倍。

图3 烟蚜取食对不同抗性烟草品种CAT活性的影响

3 结论

烟蚜取食可诱导烟草植株体内信号物质NO和JA含量增加、CAT活性提高，进而产生系列防御反应，抗蚜虫烟草品种在受到烟蚜为害后信号分子和酶活性变化快，且升高幅度大于感蚜虫品种。烟蚜为害前后烟草叶片NO和JA含量及CAT活性的变化可以作为烟草品种抗蚜性鉴定生理指标，为进一步深入研究烟草品种抗蚜机理提供了参考。

4 讨论

植物防御反应是植物应对昆虫取食的特异性反应，可激发植物体内乙烯、SA、JA、H2O2等多条信号途径[15]。JA是关键的信号分子之一，与植物的抗逆性密切相关[18,22]，JA最重要的作用就是对伤口诱导的防御响应[23]。张艳敏等[15]研究‘云烟87’接种蚜虫后发现叶片和根系中JA含量均显著增加。本实验室前期的研究认为，蚜虫为害5 h后，烟草叶片JA含量显著增加，且抗蚜品种受到蚜虫侵袭后JA含量增幅也明显高于其他品种[18]，但没有进行蚜虫危害后多个时间段JA的变化研究。为了深入研究烟草品种受到蚜虫侵袭后信号分子变化趋势，选用不同抗蚜性的烟草品种接种蚜虫，受到蚜虫为害后，烟草叶片JA含量表现为先增加后降低的趋势，烟蚜取食6 h后叶片JA含量达到峰值，且抗蚜品种JA含量的增量大于感蚜品种，因此结合前期研究结果，烟蚜取食5～6 h后取叶片测定JA含量，可以用于鉴定烟草品种的抗蚜性。

植物遭受到害虫侵袭后，可以诱导植物体产生防御信号物质，进而激活防御反应提高抗虫性[17]。信号分子NO参与植物逆境胁迫的防御反应[24]，能够介导植物细胞中防卫基因表达[15]。Moloi等[25]研究认为，蚜虫取食能诱导小麦体内NO的增加。余源婵等[17]研究发现，烟蚜取食可诱导叶片NO含量显著升高，不同品种NO含量达到峰值时间不同，推测信号分子NO参与了植物抗虫性的诱导。张艳敏等[14]研究表明，烟蚜取食‘云烟87’烟株后，NO含量在叶部和根部均呈先增加后降低趋势。本研究发现，蚜虫为害烟草叶片后，不同烟蚜抗性烟草品种表现不同，抗蚜品种NO含量表现为先增加后下降，烟蚜取食3 h后NO含量达到峰值；感蚜品种NO含量在烟蚜取食3 h后与0 h差异不显著，但烟蚜取食6、9 h后显著降低，这与张艳敏等[14]研究认为‘云烟87’接种蚜虫9 h后NO含量达到峰值的结果不一致，可能是烟草品种、苗龄和接种蚜虫数量差异所致；但研究结果均表明信号分子NO参与了烟蚜胁迫响应，烟蚜取食前后NO含量变化可以作为鉴定烟草品种抗蚜性的辅助指标。

昆虫取食可诱导植物多种防御酶活性变化，以形成有效的防御体系来抵制虫害[26]，抗蚜和感蚜玉米品种在受到蚜虫为害后，SOD、POD、CAT均呈现先升高后降低的趋势，抗蚜品种升高率高于感蚜品种[16]。本研究结果表明，抗蚜和感蚜烟草品种在受到烟蚜侵袭后，CAT均表现为增加趋势，烟蚜取食9 h后，抗蚜品种‘竖把老母鸡2113’的CAT活性为0 h的1.66倍，显著高于其他品种。由于试验只检测到接虫后9 h，CAT活性在9 h之后变化还有待于进一步研究。

本研究仅研究了6个烟草品种烟蚜取食后JA、NO含量和CAT活性的变化，初步探讨了不同蚜虫抗性烟草品种接虫后的反应。寄主植物对烟蚜的抗性是一个综合性状，不仅受叶片结构、腺毛密度等物理特征的影响，而且受叶面化学成分的影响。抗虫性是一个个体内部全部基因的综合效应，因此，烟草品种抗蚜机理的研究还有待于进一步开展。