蓟马取食诱导对紫花苜蓿次生...谢物含量及防御酶活性的影响_吴芳.pdf

第 42 卷 第 6 期草 原 与 草 坪 2022 年蓟马取食诱导对紫花苜蓿次生代谢物含量及防御酶活性的影响吴芳，师尚礼*，康文娟，陈晓梅，阿芸，张辉辉，李自立（甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，甘肃省草业工程实验室，中美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070）摘要：以抗蓟马苜蓿品种甘农 9号（Medicago sativa cv.Gannong No.9）、感蓟马苜蓿品种甘农 3号（Medicago sativa cv.Gannong No.3）和高感蓟马苜蓿品种 WL363HQ（Medicago sativa cv.WL363HQ）为试验材料，紫花苜蓿苗期接种不同头数（0、4、5、6头/枝条）的蓟马成虫，取食 5 d后比较不同抗性苜蓿品种叶片中次生代谢物质（黄酮、单宁、木质素）含量和防御酶（过氧化物酶（POD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）活性的变化。结果表明：随着蓟马头数的增加，供试苜蓿品种的黄酮、单宁和木质素含量均显著高于 CK（P0.05）。5、6头/枝条处理时，甘农 9号的单宁含量分别较甘农 3号显著提高了 53.49%，47.70%；较 WL363HQ 分别显著增加了 71.52%，58.60%（P0.05）。甘农 9 号的木质素含量在 5、6 头/枝条处理下均显著高于甘农 3 号和 WL363HQ，增幅分别为 5.60%，3.50%和6.13%，3.96%（P0.05）。蓟马取食胁迫显著提高了供试苜蓿品种的 POD 和 PAL 活性，显著降低了PPO 活性（P0.05）。甘农 9 号的 POD 和 PAL 活性在 5 头/枝条处理下较甘农 3 号分别显著增加了2.60%，1.09%；较 WL363HQ 分别显著提高了 1.36%，3.54%；6 头/枝条处理后甘农 9 号的 POD 和PAL活性均显著高于甘农 3号（5.19%，9.36%）和 WL363HQ（2.58%，11.18%）（P0.05）。关键词：苜蓿；蓟马；次级代谢物；防御酶中图分类号：S541+.1 文献标志码：A 文章编号：1009-5500（2022）06-0021-07 DOI：10.13817/ki.cyycp.2022.06.003随着我国从“粮-经”种植结构到“粮-经-饲”种植结构的转变，草产业呈现出强劲的发展势头，被称为“牧草之王”的紫花苜蓿（Medicago sativa）种植面积也逐年增加。甘肃省作为紫花苜蓿生产的第一大省，紫花苜蓿种植面积占全国的 1/3，尤其在金昌、张掖和酒泉等河西地区形成了苜蓿主产区1。然而，蓟马类害虫是紫花苜蓿主产区最常见的害虫之一2-4。调查发现为害紫花苜蓿的蓟马种类分别有牛角花齿蓟马（Odontothrips loti）、苜蓿蓟马（O.phateratus）、普通 蓟 马（Thrips vulgatissiums）、花 蓟 马（Frankliniella intonsa）、烟蓟马（T.tabaci）等，其中牛角花齿蓟马为优势种5-8。蓟马通过锉吸式口器主要将苜蓿的心叶、嫩叶等幼嫩组织的表皮挫破，引起叶片畸形、褪色，严重时卷曲发白，导致草产量损失、营养价值降低。此外，因蓟马个体微小、隐蔽性强、繁殖速度快、易产生抗药性，单一的杀虫剂难以取得理想的防治效果9。因此，选育抗蓟马苜蓿品种是防治该虫的重要策略和有效方法，而探索和挖掘紫花苜蓿自身形成的抗蓟马生理机制是抗虫育种的基础。植物受到害虫为害后，其植株体内防御途径中的信号分子会诱导产生其下游化学防御物质，防御酶和某些次生代谢物会在极短的时间内迅速合成并大量积累，从而激活诱导型防御机制，增强自身抗性10-12。收稿日期：2021-06-21；修回日期：2021-07-23基金项目：甘肃省科技重大专项（19ZD2NA002）；国家现代农业产业技术体系（CARS-34）作者简介：吴芳（1991-），女，甘肃定西人，博士研究生。E-mail：*通信作者。E-mail：21GRASSLAND AND TURF（2022）Vol.42 No.6 植物体内的黄酮、单宁和木质素等次生代谢产物能阻碍害虫取食，影响害虫生长、发育和繁殖，其含量与植物抗虫性密切相关13-14。王小珊15研究表明不同虫口压力牛角花齿蓟马为害后，抗蓟马苜蓿无性系 R-1和感蓟马苜蓿无性系 I-1 叶片中的总酚、黄酮、缩合单宁和木质素含量均高于对照。骆桂芬等16和蒋桂华等17研究指出植物受到虫害或病害侵染时，可以诱导木质素含量升高。孙兴华等18研究表明黄瓜（Cucumis sativus）受南美斑潜蝇（Liriomyza huidobrensis）为害后，其叶片的黄酮和单宁含量随着为害程度增强而显著增加。吴岩等19研究发现木瓜秀粉蚧（Paracoccus marginatus）为害木薯（Manihot esculenta）前后，抗虫木薯品种的单宁含量均显著高于感虫木薯品种。以 往 的 研 究 证 实 过 氧 化 物 酶（POD）、多 酚 氧 化 酶（PPO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）是植物次生代谢过程中的关键酶，它们在植物抵抗害虫方面起着重要的保护作用20-21。寇江涛等22研究指出蓟马为害后，抗、感蓟马苜蓿无性系 R-I 和 I-1 的 POD、PAL 和PPO 活性升高可能是一种诱导抗性的表现。芦屹等23研究指出棉蚜（Aphis gossypii）取食胁迫后，抗蚜棉花品种的 POD、PAL 和 PPO 活性显著高于感蚜棉花品种。武德功等24研究指出随着玉米蚜（Rhopalosiphum maidis）密度的增加，玉米（Zea mays）抗蚜品种的 PAL 和 PPO 活性呈上升趋势。然而，蓟马取食诱导对不同抗蓟马紫花苜蓿品种次生代谢物质含量与防御酶活性的影响很少报道。因此，本研究以 3 种不同抗蓟马紫花苜蓿品种为材料，研究不同蓟马头数为害对紫花苜蓿苗期的次生代谢物质（黄酮、单宁、木质素）含量和防御酶（POD、PAL、PPO）活性的影响，以期阐明蓟马为害紫花苜蓿的诱导型防御的生理机制，为筛选紫花苜蓿关键抗虫次生代谢物提供理论基础，为蓟马综合防治提供参考依据。1材料和方法1.1试验材料供试虫源：甘肃农业大学校内牧草实训基地田间自然发生的蓟马成虫（牛角花齿蓟马为优势种）。供试紫花苜蓿品种分别为抗蓟马紫花苜蓿品种甘农 9 号（M.sativa cv.Gannong No.9）25、感蓟马紫花苜蓿品种甘农 3 号（M.sativa cv.Gannong No.3）4和高感蓟马紫花苜蓿品种 WL363HQ（M.sativa cv.WL363HQ）26。甘农 9号和甘农 3号种子由甘肃农业大 学 草 业 生 态 系 统 教 育 部 重 点 实 验 室 提 供，WL363HQ由北京正道种子公司提供。1.2试验设计1.2.1紫花苜蓿幼苗生长试验2020 年 6 月至 8 月在甘肃农业大学牧草实训基地 8 m6 m2 m 的网室中进行。将营养土草炭土蛭石按比例 2 1 1混合均匀，称取 750 g装入花盆（高度为 18 cm，直径为 12 cm）中，将花盆的 2/3埋入土中，置于田间环境条件下发芽和生长。将 0.1%HgCl2消毒后的饱满、大小均匀的种子，播种于花盆中，出苗后每盆保留生长一致的 5株幼苗。根据需要每隔 23 d 浇水 1 次，隔 7 d 浇灌 100 mL/盆 Hoagland营养液，保证幼苗正常生长。为了排除蓟马及其他害虫，将紫花苜蓿幼苗保护在覆盖有 60目防虫网的网室中。紫花苜蓿生长 45 d后，开始接入蓟马成虫进行试验。1.2.2试验设计试验采用随机区组试验设计，每个处理中 3个品种随机摆放，每个品种 4盆，相邻处理间的间距为 50 cm，重复 3次。紫花苜蓿每个枝条分别接种 4头、5头、6头蓟马成虫，每个处理单独用 60目防虫网罩住以防蓟马逃逸，对照组不接虫（CK），也罩上防虫网。由于蓟马体长 1.5 mm 或更小，接虫时尽量避免对蓟马的伤害。蓟马为害 5 d后随机收集紫花苜蓿植株的叶片，迅速置于液氮中冷冻 20 min，然后保存于超低温-80 冰箱中，每个处理重复 3次，用于测定次生代谢物含量、防御酶活性等。1.3测定指标次生代谢物含量测定：黄酮含量采用亚硝酸钠硝酸铝比色法测定27；单宁和木质素含量采用苏州格锐思试剂盒测定。防御酶活性测定：过氧化物酶活性参照邹琦28的方法，采用愈创木酚法测定；苯丙氨酸解氨酶参照参考刘佳29方法测定；多酚氧化酶采用苏州格锐思试剂盒测定。1.4数据分析利 用 Excel 2016 整 理 数 据 并 作 图，采 用 SPSS 20.0 软 件 对 数 据 进 行 单 因 素 方 差 分 析（one-way ANOVA），P0.05为差异显著。22第 42 卷 第 6 期草 原 与 草 坪 2022 年2结果与分析2.1蓟马取食诱导对不同抗蓟马性紫花苜蓿品种次生代谢物的影响随着蓟马头数的增加，甘农 9 号的黄酮含量呈上升趋势，而甘农 3 号和 WL363HQ 的黄酮含量呈先增后减的变化趋势（图 1）。蓟马取食诱导显著增加了供试紫花苜蓿品种的黄酮含量（P0.05），甘农 9号的黄酮含量较 CK 分别提高了 1.03%，2.86%，6.89%；甘农 3 号的黄酮含量较 CK 分别提高了 4.16%，6.47%，5.71%；WL363HQ 的 黄 酮 含 量 较 CK 分 别 增 加 了3.09%，5.15%，4.17%。在 6 头/枝条处理下甘农 9号的黄酮含量显著高于甘农 3 号和 WL363HQ（P0.05），增幅分别为 1.79%，2.13%。在 4、5头/枝条处理下，供试紫化苜蓿品种的黄酮含量差异不显著。蓟马取食诱导显著增加了供试苜蓿品种的单宁含量（P0.05）（图 2）。与 CK 相比，4 头/枝条处理下甘农 9号、甘农 3号和 WL363HQ的单宁含量增幅分别为 74.18%，28.22%，35.18%，表明蓟马取食胁迫后甘农 9 号的单宁含量变化较甘农 3 号和 WL363HQ 敏感。甘农 9 号的单宁含量在 5 头/枝条处理下达最高（2.23 mg/g），较 CK 显著提高了 83.75%；而甘农 3 号和 WL363HQ 的单宁含量均在 4 头/枝条处理下增至最高。相同蓟马头数取食诱导处理下甘农 9号的单宁含量均显著高于甘农 3号和 WL363HQ（P0.05），较甘 农 3 号 提 高 了 31.28%，53.49%，47.70%；较WL363HQ增加了 34.06%，71.52%，58.60%。蓟马取食诱导后供试苜蓿品种的木质素含量变化与单宁相似，均呈先增后减的变化趋势，且显著高于 CK（P0.05）（图 3）。与 CK 相比，甘农 9号的木质素含量显著增加了 16.14%，21.72%，18.16%；甘农 3号 的 木 质 素 含 量 显 著 提 高 了 18.01%，15.90%，11.94%；WL363HQ 的 木 质 素 含 量 增 幅 分 别 为16.45%，19.83%，15.82%（P0.05）。5、6 头/枝条处理下，甘农 9 号的木质素含量显著高于甘农 3 号和WL363HQ（P0.05），较甘农 3 号和 WL363HQ 分别增加了 5.60%，3.50%；6.13%，3.96%，但甘农 3号和WL363HQ的木质素含量未达显著差异。2.2蓟马取食诱导对不同抗蓟马苜蓿品种防御酶活性的影响甘农 9 号、甘农 3 号和 WL363HQ 的 POD 活性随着蓟马头数的增加呈上升趋势，且显著高于 CK（P0.05）（图 4）。与 CK 相比，蓟马取食诱导后甘农 9 号的 POD 活性增幅分别为 3.44%，14.42%，28.76%；甘农 3 号的 POD 活性增幅分别为 10.91%，15.09%，26.32%；WL363HQ 的 POD 活 性 增 幅 分 别 为12.24%，13.99%，26.74%（P0.05）。相同蓟马头数处理下供试苜蓿品种的 POD 活