B型烟粉虱特异性诱导的烟草防御物质的筛选及其在防御烟蚜中的作用

发布时间：2020-10-31 21:53

　　 B型烟粉虱是重要的外来入侵害虫,温室白粉虱和烟蚜也是重要的农业害虫,它们均是韧皮部取食昆虫,且有多重共同的寄主植物。我们前期研究发现B型烟粉虱若虫能够诱导烟草系统叶对烟蚜的防御反应,而不能诱导局部叶对烟蚜的防御反应,且其诱导的对烟蚜的防御与诱导寄主的SA信号途径有关。本文通过比较研究B型烟粉虱、温室白粉虱和烟蚜三种刺吸式口器昆虫及不同虫态取食诱导烟草对烟蚜防御反应差异的基础上,测定分析烟草生化指标的变化差异,寻找B型烟粉虱若虫诱导烟草特异性表达的次生代谢产物和防御酶,并通过其时空效应和在Nah G烟草上的表达特点,结合对烟蚜防御反应的结果进行比较分析,进一步筛选出与防御烟蚜相关的防御产物。本研究结果对于进一步揭示B型烟粉虱对于土著昆虫种间竞争优势的机制具有重要的意义。主要研究结果如下:1.B型烟粉虱若虫诱导了烟草系统叶对烟蚜强烈的防御反应,温室白粉虱若虫诱导的次之,两种粉虱成虫与烟蚜为害的烟草对后为害的烟蚜没有明显的防御反应。与对照相比较,在B型烟粉虱若虫为害植株的系统叶上,烟蚜的存活率降低了64.4%,平均繁殖力降低9.9头/雌,发育历期延长了1.6天,平均虫重降低0.23mg/头,均与对照差异显著;温室白粉虱若虫为害的系统叶上烟蚜的存活率降低了16.7%,平均虫重降低0.13mg/头,也与对照差异显著,但烟蚜的繁殖力和发育历期与对照相比无明显差异;两种粉虱成虫与烟蚜为害的植株对后为害烟蚜的上述指标较对照没有明显的变化;两种粉虱若虫为害也不能诱导烟草局部叶位对后为害烟蚜的防御反应。2.B型烟粉虱和温室白粉虱的成虫、若虫与烟蚜均能为害诱导烟草SA含量较对照明显升高,但其诱导程度存在明显差异,其中B型烟粉虱若虫诱导的程度最为强烈。B型烟粉虱若虫为害诱导的烟草局部和系统叶位SA含量分别比对照升高19.1和10.2倍;温室白粉虱若虫诱导的分别比对照升高4.4和2.3倍。两种粉虱成虫为害对SA含量的影响均低于各自的若虫,B型烟粉虱成虫为害诱导的局部叶和系统叶较对照升高4.8和1.0倍;温室白粉虱成虫诱导局部叶位比对照升高1.5倍,系统叶位SA含量与对照无明显差异。烟蚜为害诱导烟草局部叶和系统叶SA含量分别比对照仅升高3.0和1.2倍。B型烟粉虱若虫为害烟草对SA含量的影响具有明显的时间和空间效应:1龄、2龄、3龄和4龄若虫分别取食诱导烟草系统叶位SA含量较对照升高0.2、10.2、1.1和0.2倍,3龄若虫对SA含量诱导程度最强;3龄若虫诱导烟草局部叶、系统叶和心叶SA含量分别较对照显著升高19.1、10.2和3.7倍,由下向上逐渐降低。结合对烟蚜的防御生测结果分析,发现三种昆虫为害诱导烟草SA含量的变化程度与对烟蚜的防御程度有关。3.通过比较测定3种刺吸式口器昆虫为害对烟草6种防御酶活性影响的差异发现,B型烟粉虱若虫特异性的诱导了POD、β-1,3葡聚糖酶、CAT和几丁质酶4种防御酶活性的显著升高,其中β-1,3葡聚糖酶、CAT和几丁质酶与烟蚜的防御有关。B型烟粉虱若虫特异性诱导系统叶位β-1,3葡聚糖酶、CAT和几丁质酶活性最显著的升高,分别为对照的1.91、1.46和1.46倍,也明显高于局部叶位;温室白粉虱若虫为害诱导的,分别为对照的1.30、1.30和1.09倍,明显低于B型烟粉虱若虫;烟蚜为害未引起3种酶活性的明显升高。APX、PPO和POD在温室白粉虱若虫和烟蚜为害植株上的最大升高幅度高于B型烟粉虱若虫为害植株的系统叶位。以上结果与3种刺吸式昆虫为害诱导的烟草不同叶位对烟蚜防御的结果比较分析,发现β-1,3葡聚糖酶、CAT和几丁质酶与对烟蚜的防御呈正相关。进一步研究发现,B型烟粉虱若虫为害Nah G烟,可抑制β-1,3葡聚糖酶、CAT和几丁质酶活性的升高;B型烟粉虱若虫为害野生型烟草,对β-1,3葡聚糖酶、CAT和几丁质酶活性的诱导具有明显的时间和空间效应,在3龄若虫为害的植株上升高最为显著;3龄若虫为害植株的局部叶、中间叶、系统叶和心叶4个叶位中,系统叶位上3种酶活性的升高最为显著。以上的测定结果与B型烟粉虱若虫为害诱导的烟草对烟蚜的防御反应结合分析,β-1,3葡聚糖酶、CAT和几丁质酶与烟蚜防御密切相关,而PPO、POD和APX与其关系不大。4.液质普扫检测结果显示,与对照相比,B型烟粉虱若虫为害烟草诱导系统叶上变化的物质总数为3597种,其中上调和下调的物质分别有2442种和1155种。在上调的这2442种物质中,与温室白粉虱若虫为害的相比,其特异性诱导上调的物质有44种,升高5倍以上的物质有26种。结合两种粉虱若虫为害烟草诱导的不同叶位对烟蚜的防御活性分析,有11种物质可能与防御烟蚜相关。进一步比较B型烟粉虱若虫为害野生型和Nah G烟草对这11种物质的影响发现,B型烟粉虱若虫为害Nah G烟抑制了这11种物质含量的升高,结合烟蚜的生测试验分析,推测它们可能在B型烟粉虱若虫为害诱导的烟草对烟蚜的防御反应中起作用。5.通过比较测定3种刺吸式口器昆虫为害对烟草主要次生物质含量影响的差异,发现B型烟粉虱若虫特异性诱导了绿原酸、儿茶酸、咖啡酸、对香豆酸、芸香苷、莨菪亭、阿魏酸和槲皮素8种次生物质含量的显著升高,其中绿原酸、儿茶酸、咖啡酸和芸香苷与对烟蚜的防御有关。B型烟粉虱若虫特异性诱导了烟草系统叶位绿原酸、儿茶酸、咖啡酸和芸香苷含量最显著的升高,分别为对照的4.00、2.84、1.87和3.81倍,明显高于局部叶位;温室白粉虱若虫为害诱导的,分别为对照的2.27、2.13、1.32和3.19倍,明显低于B型烟粉虱若虫;烟蚜为害未引起4种物质含量的明显升高。对-香豆酸、阿魏酸、莨菪亭、山奈酚和槲皮素在B型烟粉虱若虫为害植株局部叶位上的升高程度均高于系统叶位;温室白粉虱为害仅诱导山奈酚和槲皮素在局部叶位上的升高;而烟蚜为害未对这5种次生物质的含量产生明显影响。三种刺吸式昆虫为害烟草均未引起没食子酸和肉桂酸含量的明显变化。与3种刺吸式昆虫为害诱导的不同叶位对烟蚜防御的差异结合分析,绿原酸、儿茶酸、咖啡酸和芸香苷与烟蚜防御呈正相关。进一步研究发现,B型烟粉虱若虫为害Nah G烟,可阻断绿原酸、儿茶酸、咖啡酸和芸香苷含量的升高;而B型烟粉虱若虫为害野生型烟草,绿原酸、儿茶酸、咖啡酸和芸香苷含量变化具有明显的时间和空间效应,3龄若虫为害对绿原酸、儿茶酸、咖啡酸和芸香苷含量的诱导最为显著;3龄若虫为害植株的局部叶、中间叶、系统叶和心叶4个叶位中,系统叶位上4种次生物质含量的升高最为显著。以上的测定结果与B型烟粉虱若虫为害诱导的烟草对烟蚜的防御反应结果结合进行分析,发现绿原酸、儿茶酸、咖啡酸和芸香苷与烟蚜的防御密切相关;对香豆酸、莨菪亭、阿魏酸、槲皮素与其无明显的相关性。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S433.39
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
1 前言
    1.1 昆虫取食诱导的寄主防御反应
    1.2 不同昆虫取食诱导寄主防御反应间的差异
        1.2.1 不同口器昆虫取食诱导寄主防御反应间的差异
        1.2.2 刺吸式口器昆虫取食诱导寄主防御反应间的差异
    1.3 诱导防御在刺吸式口器昆虫种间竞争中的作用
        1.3.1 刺吸式口器昆虫诱导的寄主防御
            1.3.1.1 对寄主防御蛋白的诱导
            1.3.1.2 对寄主次生代谢产物的诱导
        1.3.2 诱导防御对刺吸式口器昆虫种间竞争的调节
    1.4 B型烟粉虱诱导的寄主防御反应
        1.4.1 对寄主生理生化的影响
        1.4.2 对寄主信号途径的影响
        1.4.3 对寄主基因表达的影响
        1.4.4 诱导防御在其种间竞争中的作用
    1.5 立项依据和研究的目的意义、设计思路
        1.5.1 立项依据和研究的目的意义
        1.5.2 设计思路
2. 材料和方法
    2.1 试验材料
    2.2 三种刺吸式口器昆虫前侵染的烟草对烟蚜防御反应测定
        2.2.1 粉虱成虫前侵染烟草对烟蚜防御反应的测定
        2.2.2 粉虱若虫前侵染烟草对烟蚜防御反应的测定
        2.2.3 烟蚜前侵染烟草对烟蚜防御反应的测定
    2.3 三种刺吸式口器昆虫为害对烟草SA含量的影响
        2.3.1 粉虱成虫为害对烟草SA含量影响的前处理
        2.3.2 粉虱若虫为害对烟草SA含量影响的前处理
        2.3.3 烟蚜为害对烟草SA含量影响的前处理
        2.3.4 SA含量测定方法
    2.4 三种刺吸式口器昆虫为害对烟草防御酶活性的影响
        2.4.1 粉虱若虫和烟蚜为害对烟草防御酶活性影响的前处理
        2.4.2 防御酶活性的测定方法
    2.5 三种刺吸式口器昆虫为害对烟草次生物质含量的影响
        2.5.1 粉虱若虫和烟蚜为害对烟草次生物质含量影响的前处理
        2.5.2 次生物质含量测定
    2.6 数据处理
3. 结果与分析
    3.1 三种刺吸式口器昆虫前侵染的烟草对烟蚜防御反应的差异比较
        3.1.1 三种刺吸式口器昆虫前侵染的烟草对烟蚜存活率影响的差异
            3.1.1.1 两种粉虱成虫和若虫前侵染对烟草局部和系统叶位烟蚜存活率的影响
            3.1.1.2 烟蚜前侵染对烟草局部和系统叶烟蚜存活率的影响
        3.1.2 三种昆虫前侵染的烟草对烟蚜生长发育和繁殖影响的差异
            3.1.2.1 两种粉虱成虫、若虫和烟蚜前侵染对烟草系统叶烟蚜生长发育和繁殖的影响
            3.1.2.2 两种粉虱成虫、若虫和烟蚜前侵染对烟草局部叶烟蚜生长发育和繁殖的影响
    3.2 三种刺吸式口器昆虫为害对烟草 SA 含量影响的差异比较
        3.2.1 B型烟粉虱若虫、成虫为害对烟草局部和系统叶位SA含量的影响
        3.2.2 温室白粉虱若虫、成虫为害对烟草局部和系统叶位SA含量的影响
        3.2.3 蚜虫为害对烟草局部和系统叶位SA含量的影响
        3.2.4 B型烟粉虱若虫为害对烟草SA含量影响的时空效应
    3.3 B型烟粉虱若虫为害烟草特异性诱导的防御酶的筛选及其与防御烟蚜的关系
        3.3.1 B型烟粉虱若虫为害烟草特异性诱导的防御酶的筛选
            3.3.1.1 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草多酚氧化酶PPO活性影响的比较
            3.3.1.2 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草过氧化物酶POD活性影响的比较
            3.3.1.3 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草β-1,3 葡聚糖酶活性影响的比较
            3.3.1.4 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草过氧化氢酶CAT活性影响的比较
            3.3.1.5 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草抗坏血酸过氧化物酶APX活性影响的比较
            3.3.1.6 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草几丁质酶活性影响的比较
        3.3.2 B型烟粉虱若虫为害烟草特异性诱导的防御酶与防御烟蚜的关系
            3.3.2.1 B型烟粉虱若虫为害野生型和Nah G烟草对防御酶活性影响的比较
            3.3.2.2 B型烟粉虱若虫为害野生型烟草对防御酶活性影响的时空效应
    3.4 B型烟粉虱若虫为害烟草特异性诱导的次生物质的筛选及其与防御烟蚜的关系
        3.4.1 B型烟粉虱诱导的烟草特异性次生物质的普筛
        3.4.2 B型烟粉虱若虫为害烟草特异性诱导的次生物质的筛选
            3.4.2.1 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草没食子酸含量的影响
            3.4.2.2 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草绿原酸含量的影响
            3.4.2.3 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草儿茶酸含量的影响
            3.4.2.4 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草咖啡酸含量的影响
            3.4.2.5 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草对香豆酸含量的影响
            3.4.2.6 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草芸香苷含量的影响
            3.4.2.7 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草莨菪亭含量的影响
            3.4.2.8 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草阿魏酸含量的影响
            3.4.2.9 两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草槲皮素含量的影响
            3.4.2.10两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草肉桂酸含量的影响
            3.4.2.11两种粉虱若虫和烟蚜为害对烟草山萘酚含量的影响
        3.4.3 B型烟粉虱若虫为害烟草特异性诱导的次生物质与防御烟蚜的关系
            3.4.3.1 B型烟粉虱若虫为害对野生型和Nah G烟草主要次生物质含量影响的比较
            3.4.3.2 B型烟粉虱若虫为害对野生型烟草主要次生物质含量影响的时空效应
4.讨论
    4.1 三种刺吸式口器昆虫及不同虫态诱导烟草防御反应的差异
        4.1.1 B型烟粉虱为害诱导寄主响应的特异性
        4.1.2 B型烟粉虱为害诱导寄主特异性的防御反应在其与其它昆虫种间竞争中的作用
    4.2 B型烟粉虱若虫为害烟草特异性诱导的防御物质在对烟蚜防御中的作用
        4.2.1 B型烟粉虱为害烟草诱导SA含量特异性的升高在对烟蚜防御中的作用
        4.2.2 B型烟粉虱为害烟草诱导的防御酶在对烟蚜防御中的作用
        4.2.3 B型烟粉虱为害烟草诱导的次生物质在对烟蚜防御中的作用
5.结论
创新点
参考文献
附录
致谢
攻读学位期间发表论文情况

【参考文献】

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1 陈建明,俞晓平,吕仲贤,郑许松,徐红星,程家安,刘光杰;水稻品种对白背飞虱的耐虫性反应及稻株营养成分的变化[J];应用生态学报;2003年12期

本文编号：2864549