论文部分内容阅读
烟粉虱(Bemisia tabaci)是近二十年来入侵我国的重要农业害虫。烟粉虱之所以能够对农作物造成严重危害,其中一个主要原因是:当受到烟粉虱为害后,寄主植物会将烟粉虱取食误认为病害侵染,从而激活其抗病相关的水杨酸(salicylic acid,SA)防御反应;相反植物体内抗虫相关的茉莉酸(jasmonic acid,JA)防御反应却被抑制,茉莉酸的下调会使植物更容易遭受昆虫(包括烟粉虱)的攻击。近期有研究表明温室白粉虱诱导的番茄挥发物能够激活邻近番茄植株的抗病防御反应,这提示我们,烟粉虱有可能通过操控植物间的化学通讯,干扰邻近植株的防御反应,这为我们研究烟粉虱入侵机制提供了一个新的研究思路。通过深入理解烟粉虱干扰寄主植物防御反应的新机制,可以为未来的烟粉虱田间防治提供必要的基础信息。本研究以烟粉虱、病原菌Pst DC3000以及番茄作为研究模式系统,详细比较了烟粉虱及病原菌诱导番茄的挥发物分别处理邻近健康番茄后,邻近植株应对相应虫害或病害时,其抗虫、抗病防御反应的动态变化;对比分析烟粉虱与病原菌诱导番茄的挥发物组分,利用烟粉虱诱导的挥发物纯品溶液处理健康番茄植株并测定处理后植物防御反应及抗虫性变化,综合分析后明确烟粉虱调控植物间信息传递的活性成分。具体的研究结果如下:1.烟粉虱诱导番茄挥发物对邻近植株抗虫性及其防御反应的影响本实验首先研究了健康番茄挥发物及烟粉虱虫害番茄挥发物分别处理邻近健康番茄后,邻近植株上烟粉虱成虫产卵量、若虫发育速率的变化情况。研究结果表明:与对照组(以健康番茄作为气味源处理的番茄植株)相比,烟粉虱雌虫在处理组(烟粉虱为害1、3、5、7 d后的虫害植株作为气味源处理的番茄植株)植株上的平均产卵量并无显著变化;但是在烟粉虱为害5、7 d后的植株作为气味源处理的番茄上烟粉虱若虫发育速率显著加快。以上结果说明烟粉虱虫害植株挥发物处理邻近植株后,能够促进邻近植株上烟粉若虫的发育,但对成虫繁殖无影响。其次,分析了烟粉虱虫害植株挥发物处理邻近植株后,烟粉虱取食前后邻近植株内源茉莉酸和水杨酸的累积变化以及抗虫、抗病防御基因的动态变化情况,结果表明:当烟粉虱未取食时,处理组中邻近植株体内茉莉酸、水杨酸含量与对照组相比无显著性差异,防御基因LoxD、PI-I、PI-II、Mi-1.2、PR-1a和PR-1b相对表达量与对照组相比也无显著性差异;但是当烟粉虱取食12、24 h后,处理组中邻近植株的水杨酸含量显著增加,而茉莉酸含量显著下降,且抗虫基因LoxD、PI-I、PI-II、Mi-1.2的相对表达量呈现不同程度的下调,而抗病基因PR-1a、PR-1b表达水平均显著上调。综上,我们认为烟粉虱诱导番茄挥发物处理邻近健康番茄后,只有当烟粉虱为害邻近植株时,邻近植株的茉莉酸防御反应会受到抑制,进而导致烟粉虱若虫在邻近植株上发育速率加快。2.病原菌Pst DC3000诱导番茄挥发物对邻近植株抗病、抗虫性及其防御反应的影响本实验首先研究了健康及病原菌侵染的番茄挥发物对邻近健康番茄的抗病性以及烟粉虱若虫发育速率的影响。研究结果表明:与对照组(以健康番茄作为气味源)相比,病原菌Pst DC3000侵染初期(0 h),处理组(病原菌Pst DC3000侵染48 h后的番茄作为气味源)邻近植株上病原菌的生长量间无显著性差异,但是病原菌Pst DC3000侵染48 h后,处理组邻近植株上病原菌浓度显著降低,且烟粉虱若虫发育速率显著加快。以上结果说明病原菌Pst DC3000诱导植株挥发物处理邻近植株后,能够增强邻近植株的抗病性以及促进邻近植株上烟粉若虫的发育。其次分析了病原菌Pst DC3000侵染番茄挥发物处理邻近植株后,邻近植株喷洒病原菌Pst DC3000后内源茉莉酸和水杨酸的累积变化以及抗虫、抗病防御基因的动态变化情况,结果表明:与对照组相比,病原菌侵染初期(0 h),处理组邻近植株的内源水杨酸含量显著增加,且其调控的PR-1a、PR-1b基因相对表达量均显著上调,但茉莉酸含量与其调控的PI-I、PI-II基因相对表达量并无显著变化。当病原菌Pst DC3000侵染番茄24 h后,处理组邻近植株的内源水杨酸含量以及PR-1a、PR-1b基因相对表达量相较于对照组无显著性变化,但是茉莉酸含量显著降低以及其调控的PI-I、PI-II基因相对表达量均显著下调。综上,我们认为病原菌Pst DC3000诱导的挥发物能直接激活邻近植株的水杨酸防御反应,同样导致了邻近植株对烟粉虱的抗虫性降低,该部分结果与烟粉虱诱导番茄的挥发物向邻近植物传递的信息的结果具有相似性,说明烟粉虱诱导挥发物干扰邻近植株防御反应,可能是植物应对烟粉虱携带的双生病毒而产生的。3.明确烟粉虱调控植物间信息传递的活性成分本实验首先定量分析健康、烟粉虱为害以及病原菌侵染后的番茄植株挥发物组分。研究结果表明:与健康番茄的挥发物相比,烟粉虱为害1、3 d后番茄挥发物并无显著变化;但烟粉虱为害5 d后,虫害植株挥发物中的单萜类β-myrcene、ρ-cymene、倍半萜烯类β-caryophyllene含量显著增加;同样的,烟粉虱为害番茄7 d,其挥发物组分β-myrcene、β-caryophyllene含量显著增加。与烟粉虱为害处理不同,病原菌Pst DC3000侵染番茄24 h后,其挥发物组分(Z)-3-hexenol、1-hexanol、methyl salicylate、α-cubebene含量均显著增加;而Pst DC3000侵染番茄48 h后,几乎所有的挥发物组分含量均显著增加。其次,利用烟粉虱诱导的β-myrcene、ρ-cymene、β-caryophyllene分别处理健康番茄植株24 h后,然后测定烟粉虱若虫在不同处理的番茄上的发育情况。结果发现:与对照组相比,经β-myrcene或β-caryophyllene处理后的番茄植株上烟粉虱若虫发育速率加快。最后,分析了烟粉虱取食对照组、处理组番茄植株前后其体内茉莉酸和水杨酸的累积变化以及抗虫防御基因的动态变化情况。结果表明:烟粉虱为害前,经ρ-cymene、β-myrcene、β-caryophyllene分别处理后的番茄植株,植株的内源水杨酸和茉莉酸含量、防御基因LoxD、PI-I、PI-II、Mi-1.2表达水平与对照组相比均无显著变化;但是当烟粉虱为害后,与对照组相比,只有β-myrcene或β-caryophyllene处理后的番茄植株,其内源水杨酸含量显著增加,而茉莉酸含量显著降低,并且四个防御基因表达水平均显著下调。以上结果说明烟粉虱诱导的番茄挥发物β-myrcene和β-caryophyllene并未直接激活邻近番茄的防御反应,但却能够向邻近植株传递预警信息,该结果与烟粉虱诱导挥发物处理的邻近植株的结果具有一致性,因此我们可以确定烟粉虱主要通过操控番茄挥发物中的β-myrcene和β-caryophyllene,来干扰虫害植株与健康植株间信息传递,进而抑制邻近植株防御反应,这有可能是其快速扩散并造成严重危害的重要原因之一。