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美洲棉铃虫（鳞翅目:夜蛾科）是美洲地区重要的杂食性害虫,其寄主多为重要的经济作物。本文以美洲棉铃虫为研究对象,利用番茄-美洲棉铃虫研究体系来研究美洲棉铃虫相关微生物在该研究体系中所起的作用,以期推进植物-昆虫-微生物三营养层次间相互作用方面的研究。昆虫和植物生活在一个充满着多种多样的微生物的环境中,这些微生物包括细菌、病毒、真菌以及线虫等,随着时间的推移,他们之间形成了复杂多样的相互作用关系。昆虫在遭受到不同类型病原物危害时,会启动相应的免疫反应机制来保护自身不受危害或降低危害程度。有研究表明,同一属的两种昆虫杆状病毒分别侵染寄主昆虫后所引起的昆虫适合度代价是不相同的。因此,探索被不同病毒侵染后幸存的寄主昆虫启动免疫响应机制的时间动态和适合度代价非常重要,这可以帮助我们明确寄主昆虫启动免疫反应的时间点和了解寄主昆虫为此而消耗的适合度,以及二者之间存在的关系。因此,在第二章的研究中我们采用棉铃虫单粒包埋型核多角体病毒（HzSNPV）和苜蓿银纹夜多粒包埋型核多角体病毒（AcMNPV）分别侵染美洲棉铃虫的幼虫,在侵染后的不同时间点（24、48、72、96小时）监测美洲棉铃虫幼虫的免疫反应。美洲棉铃虫是HzSNPV的完全容纳性寄主,是AcMNPV的半容纳性寄主,因此假设这两种病毒分别侵染了它们的共同寄主美洲棉铃虫后会引起不同的免疫反应和相应的适合度代价。本文中测量的关于昆虫免疫反应的指标有病毒侵染后不同时间点下的美洲棉铃虫血淋巴液中的血细胞数量（haemocyte numbers）、蛋白含量（protein concentration）、酚氧化酶（phenoloxidase,PO）和黄素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide,FAD）-葡萄糖脱氢酶（FAD-glucose dehydrogenase,GLD）的活性水平,与之相关联的适合度代价指标有幼虫的发育历期、幼虫每日的增重量和蛹的重量。这两种病毒分别侵染美洲棉铃虫以后,美洲棉铃虫血淋巴液中的GLD活性水平在多个时间点均上升,而血细胞数量、PO活性和总蛋白的含量均没有被诱导升高,反而在某些时间点下降。同时,被两种病毒分别侵染后存活下来的美洲棉铃虫的蛹重量均减轻了,被HzSNPV侵染后存活下来的美洲棉铃虫的生长速度加快,而被AcMNPV侵染后存活下来的美洲棉铃虫的生长速度降低。这些结果表明,美洲棉铃虫被不同的昆虫杆状病毒侵染后所引起的免疫反应和其造成的适合度代价是不同的。尽管植物、植食性昆虫及其相关微生物这三营养层次间的相互作用关系已经作为热门话题被研究了几十年,但是昆虫病原物在间接调节昆虫和植物互作中所所起的作用仍然不清楚。在第三章的研究中我们采用低剂量(LD15)的昆虫广谱性病毒AcMNPV侵染美洲棉铃虫幼虫,随后检测被AcMNPV侵染的美洲棉铃虫幼虫能否间接的调控番茄植株的防御反应。番茄防御反应的诱导处理分为三组来处理番茄叶片,分别为:1)未处理的对照组;2)健康组美洲棉铃虫幼虫取食危害;3)美洲棉铃虫幼虫被AcMNPV侵染后取食危害。随后,分别比较了这三组处理的番茄叶片中防御反应相关的物质,包括蛋白酶抑制剂（trypsin proteinase inhibitors,TPI）、过氧化物酶（peroxidase,POD）和多酚氧化酶（polyphenol oxidase,PPO）的活性和防御反应相关基因（蛋白酶抑制剂II和半胱氨酸蛋白酶抑制剂）的相对表达水平。同时,在生测实验中分别用这三组番茄叶片饲喂4 d健康的美洲棉铃虫幼虫,比较它们之间生长速率的差异。结果表明,AcMNPV侵染后的美洲棉铃虫幼虫确实能引起番茄的防御反应,随后我们检测了美洲棉铃虫唾液中可能的效应子（如葡糖氧化酶（glucose oxidase,GOX）、磷脂酶C（phospholipase C,PLC）和三磷酸腺苷（adenosine 5′-triphosphate,ATP））的含量水平,通过对这些酶活性水平的检测发现,AcMNPV的侵染没有影响美洲棉铃虫幼虫的唾液中这三个效应子产生相应的变化。因此推测,AcMNPV侵染后的美洲棉铃虫幼虫能引起番茄的防御反应的原因可能是在其取食的过程中分泌了更多的唾液,或者是其他更复杂的未知原因。由于昆虫的肠道中拥有多种多样的微生物,而这些微生物可能会影响植物在自然界中的生长发育,施用植物益生细菌来提高农业产量和土壤质量的方法已经引起了广泛的关注。因此,我们假设昆虫相关的微生物也有成为生物肥料的潜在可能性。Enterobacter ludwigii是土壤中常见的细菌,第四章研究中采用的细菌E.ludwigii是从野外收集的美洲棉铃虫幼虫的口腔回流物中分离出来的。在美洲棉铃虫幼虫取食番茄果肉的同时可能会将口腔回流物中的细菌残留在番茄种子上,从而影响子代番茄的生长。基于该假设,本研究将细菌接种到发芽的番茄种子上,随后将这些细菌处理过的番茄种子种植在温室,分别在番茄生长11天和25天的时候测量番茄植株的生物学参数,比较细菌处理和未处理的番茄生长发育状况的差异。根据能量守恒原理,植物体内的总能量是恒定的,因此植物在生长发育和防御响应水平之间存在一种相互制衡的关系（Trade-offs）。本文的研究结果表明,施用E.ludwigii后番茄的生长速度加快,而防御反应水平并没有下降。当施用E.ludwigii后,番茄植株的根、地上部分和下胚轴的平均生长速度明显的比对照组快,并且施用E.ludwigii的植株收获了更多的番茄果实。然而,E.ludwigii处理过的番茄植株的两个重要的防御相关蛋白POD和PPO的活性水平没有下降。同时,生测实验的结果也表明取食了细菌处理过的番茄叶片的美洲棉铃虫幼虫的死亡率没有降低,因此可以确定施用E.ludwigii后番茄的防御反应水平并没有下降。总的来说,施用细菌E.ludwigii后,番茄植株并没有以降低自身的抗虫反应水平作为生长速度加快、产量提高的补偿条件。