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水稻普通矮缩病是水稻上的一种重要病害,广泛分布于中国、日本、朝鲜、菲律宾、尼泊尔等水稻种植区,给水稻生产造成严重损失。水稻矮缩病毒(Rice dwarf virus,RDV)是水稻普通矮缩病的病原,属于呼肠孤病毒科(Reoviridae),植物呼肠孤病毒属(Phytoreovirus)。黑尾叶蝉(Nephotettiixcincticeps)是RDV的主要传播介体,以增殖型持久性方式传播。本论文以RDV和黑尾叶蝉为主要对象,围绕介体昆虫-病毒-寄主植物三者之间的互作,研究感病寄主植物对介体昆虫生长发育、种群增长、取食和产卵行为的影响,分析病毒与介体昆虫“双重”为害的机制,并测定感病寄主挥发物、氨基酸及防御相关基因的变化,以揭示三者互作的生物学与生态学机制。主要结果如下:1感染RDV的水稻对黑尾叶蝉生物学参数及种群增长的影响叶蝉取食感病水稻TN1后,若虫发育历期和雄成虫寿命相对于健康处理显著缩短,其他生物学参数无显著差异。叶蝉取食感病水稻Xiushuill后,雌性若虫发育历期显著缩短,雄性成虫寿命显著延长,产卵量较健康处理显著增加,其他生物学参数无显著差异。综合分析RDV单因素对两个水稻品种上叶蝉生物学参数的影响,发现与取食健康水稻相比,若虫发育历期显著缩短,雌成虫寿命和产卵量分别显著延长和增加,而对其它生物学参数则无显著影响。RDV仅对黑尾叶蝉的净生殖率(R0)参数有显著影响,RDV-Xiushuill上最高,RDV-TN1上最低,对内禀增长率(rm)、世代平均历期(T)、种群加倍时间(DT)、周限增长率(λ)等生命表参数无显著影响。感病水稻上黑尾叶蝉种群增长更快,总成虫数量更多,在观测的第4、5、6个月时达到显著差异,但在观测的第7个月未达到统计学差异水平。2 RDV对黑尾叶蝉取食和产卵选择性的影响RDV侵染水稻会引起黑尾叶蝉取食选择性的改变,在试验观测的时间段内,随着时间延长,无毒叶蝉逐渐对感病水稻产生趋性,更多的叶蝉集中到感病水稻上取食。对于感染RDV的带毒介体黑尾叶蝉,在试验观测的时间段内,随着时间延长,带毒叶蝉逐渐对健康水稻产生趋性,更多的叶蝉集中到健康水稻上取食。RDV对无毒及带毒黑尾叶蝉的产卵选择性均无显著影响,每植株卵块数、每卵块的卵量及每植株上的总卵量,这三个参数均无显著差异。3 RDV对黑尾叶蝉嗅觉反应的影响用四臂嗅觉仪观测了带毒与无毒的介体黑尾叶蝉对感病与健康状态下的两种水稻挥发物的嗅觉反应。对于无毒叶蝉来说,相对于空白对照(空气),单一的健康水稻处理或感病水稻处理的挥发物区域都能显著地吸引更多昆虫并长时间的滞留;两个气味源同时存在时,叶蝉则对感病水稻处理的挥发物所在区域表现出更强的趋性。对于带毒叶蝉来说,相对于空白对照(空气),单一的健康水稻处理或感病水稻处理的挥发物区域也都能显著地吸引更多昆虫并长时间的滞留;而当两个气味源同时存在时,叶蝉则对健康水稻处理的挥发物所在区域表现出更强的趋性。表明RDV可以影响叶蝉的嗅觉行为,从而影响其取食趋性,并最终会对病毒的传播与扩散产生深远影响。4RDV对黑尾叶蝉取食行为影响的EPG测定无毒黑尾叶蝉在感病水稻上非取食波(NP)更短,韧皮部取食(Nc4)和木质部取食(Nc5)总持续时间更长,表明相对于健康的水稻处理,无毒黑尾叶蝉在感病水稻上更快的开始取食,并且在韧皮部和木质部总持续取食时间更长,有利于吸食更多的汁液以获取病毒;同时,带毒黑尾叶蝉在健康水稻上路径波(Nc2)更长,韧皮部取食(Nc4)和木质部取食(Nc5)持续时间相对较短,表明相对于感病水稻处理,带毒黑尾叶蝉吸食汁液的时间较短,但花费在唾液分泌及刺探路径上的时间更长,分泌唾液是传播病毒的先决条件,这也说明RDV的影响使得带毒黑尾叶蝉更容易在健康水稻上将病毒传播出去。综合结果表明RDV会对介体昆虫的刺探取食行为造成影响,最终有利于病毒的获取与传播。5 RDV对水稻挥发物、氨基酸含量及防御相关基因表达水平的影响通过收集和测定水稻挥发物,共鉴定出24种挥发物。其中大部分化合物为萜类化合物,共16种,醇类化合物3种、酮类和酯类化合物各1种,未知化合物 3 种。TN1 水稻感染 RDV 后,2-Heptanone(2-庚酮)、2-Heptanol(2-庚醇)和α-Cedrene(α-柏木烯)的含量显著提高;Xiushui11水稻感染RDV后,仅Linalool(芳樟醇)的含量显著高于健康水稻。对感病水稻叶片内的游离氨基酸进行了测定,共鉴定出18种游离氨基酸。TN1水稻感染RDV后,Ala(丙氨酸)和Met(甲硫氨酸)含量显著提高;Xiushui1 1水稻感染RDV后,Asp(天冬氨酸)和Met(甲硫氨酸)含量显著提高,而g-ABA(γ-氨基丁酸)含量显著降低。本研究中对不同病程点RDV含量的测定结果表明两个水稻品种病株中RDV含量在不同病程点趋势基本一致,在病程15-45 d期间,RDV病株病毒含量逐渐递增,在病程点45 d时达到最大值,而后在60 d时下降。我们在水稻感染RDV后的病程点15d、30d、45d、60d对3个水稻自身防御相关基因:茉莉酸(jasmonic acid,JA)信号转导途径关键酶合成基因OsAOS1、水杨酸(salicylic acid,SA)信号转导途径关键酶合成基因OsICS、乙烯(ethylene,ET)信号转导途径关键酶合成基因OsACS2表达水平进行了定量分析。结果发现水稻感染RDV后,QsICS表达量上调,OsAOS1和OsACS2表达量下调。相关性分析结果显示水稻感染病毒后不同病程点三种防御信号转导途径关键酶合成基因表达量与RDV含量不存在显著相关性。