寄主植物对豌豆蚜生长、生命表参数及对病原菌防御的影响

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豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)属于半翅目蚜科,是豆科作物的一种害虫。它不仅能通过造成伤口来直接危害植物,还能传播植物病毒。虽然其免疫系统不完整,但却能对入侵者产生免疫反应。尽管蚜虫大部分的防御反应已经建立,但关于寄主植物对这些反应的影响人们所知甚少。因此,本研究的主要目的是了解豌豆蚜在两种不同寄主植物上的生长、生命表参数和防御反应的差异,本研究的内容包括:(1)研究苜蓿(Medicago sativa)、蚕豆(Vicia faba)韧皮部汁液的营养差异,评价其对蚜虫生长速率、体重和生命表参数的影响;(2)比较豌豆蚜在两种寄主植物上的免疫反应;(3)评价植物对豌豆蚜对微生物侵染的非免疫性防御的影响。主要结果如下:1.蚕豆和苜蓿韧皮部汁液中潜在的营养变化影响豌豆蚜的生长和生命表参数精氨酸、组氨酸、赖氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸和苯丙氨酸这8种氨基酸的平均浓度在两种植物中差异显著,这些氨基酸在蚕豆叶片样品中均显著高于苜蓿叶片样品。同样,蚕豆中所有游离氨基酸的总浓度显著高于苜蓿。苜蓿中氨基酸含量最高的均为非必需氨基酸,即天冬酰胺(36.03%)、谷氨酸(17.37%)和丝氨酸(11.92%)。类似地,蚕豆中氨基酸含量最高的也为非必需氨基酸:天冬酰胺(60%)、酪氨酸(7.08%)和谷氨酸(3.91%)。蚕豆必需氨基酸总浓度显著高于苜蓿。苜蓿中苏氨酸(31.28%)、亮氨酸(16.1%)和缬氨酸(15.72%)含量最高,而蚕豆中组氨酸(48.4%)、赖氨酸(14.04%)和缬氨酸(9.7%)含量最高。结果表明,苜蓿必需氨基酸对氨基酸总量的贡献为9.65%,而蚕豆为12.35%。两种植物中差异最大的必需氨基酸是组氨酸、赖氨酸和苯丙氨酸。在这两种植物的叶片中鉴定出了三种糖类,即果糖、葡萄糖和蔗糖。两种植物的总糖浓度差异显著。蚕豆的单一种类糖含量均显著高于苜蓿。与之相对应,蚕豆中所有糖类的总量均显著高于苜蓿。更重要的是,本研究发现蚕豆中总氨基酸和总糖含量均显著高于苜蓿。苜蓿上饲养的蚜虫的生长速率、内禀自然增长率和周限增长率均低于在蚕豆上饲养的蚜虫。与蚕豆蚜相比,苜蓿蚜的平均世代时间、预繁殖期和倍增时间均延长。这些结果表明蚕豆是豌豆蚜最适宜的寄主植物,可能与其较高的营养品质有关。2.寄主植物影响豌豆蚜对病原菌感染的免疫反应蚜虫在不同病原菌感染后的存活率不受寄主植物的影响。然而,在苜蓿上饲养的豌豆蚜所携带的微生物量比在蚕豆上饲养的要少。另外,感染大肠杆菌和金黄色葡萄球菌后,两组蚜虫都产生了过氧化氢(H2O2),酚氧化酶(PO)活性显著提高。有趣的是,蚕豆上的蚜虫产生的H2O2水平高于苜蓿上的蚜虫,但PO活性低于苜蓿上的蚜虫。这可能是因为蚜虫为不同免疫反应分配的资源量不同。此外,这两种免疫反应也可能是相互权衡的。在侵染和未侵染条件下,苜蓿上豌豆蚜的PO活性均高于在蚕豆上豌豆蚜的PO活性,说明寄主植物影响了这一关键酶的活性。两种植物的蚜虫都能吞噬大肠杆菌和金黄色葡萄球菌细胞,但它们的吞噬能力没有显著差异。这些结果表明,不同植物上的蚜虫对侵染的反应不同,寄主植物通过影响蚜虫的免疫反应来调节蚜虫与病原之间的互作。3.寄主植物影响豌豆蚜对病原菌的替代防御反应在不同寄主植物(苜蓿和蚕豆)上饲养豌豆蚜,不会对其次生共生菌组成造成影响。饲养于蚕豆上的蚜虫面临细菌和真菌感染时,它们会更多更多的后代。另一方面,在苜蓿上饲养的蚜虫在金黄色葡萄球菌和球孢白僵菌的刺激下产生了更多的有翅后代。这可能意味着,当食物质量或供应低时,蚜虫会产生有翅后代,它们能飞走并寻找新的植物;而当食物质量高时,蚜虫会通过增加后代数量来应对感染。这表明寄主植物在这些反应中起一定的作用。综上所述,本研究发现,当饲喂营养质量有潜在不同的食料时,豌豆蚜的生长速度、体重、生命表参数和防御能力存在显著差异。这项研究最重要的一点指出了当蚜虫以营养质量不同的食物为食时,它们是如何对病原菌产生应对策略。更具体地说,食料会影响到蚜虫的防御策略,即产生更多后代或产生有翅后代。这一结果在设计使用病原微生物防治蚜虫的害虫生态管理方案中有重要的指导意义。
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