模擬昆蟲取食后紅皮云杉幼苗營養(yǎng)物質(zhì)的時序變化1)

馬曉乾 趙紅盈 鄧 勛 范海娟 王 茜

(黑龍江省林業(yè)科學(xué)院森林保護(hù)研究所，哈爾濱，150040) (東北林業(yè)大學(xué)) (黑龍江省森工總局營林局)

植物的多種自我防御機(jī)制是長期進(jìn)化過程中對復(fù)雜變化生境的一種適應(yīng)，是植物與生境相互作用逐步發(fā)展而成的。植物的這種自我防御體系根據(jù)產(chǎn)生的機(jī)制可分為組織防御和誘導(dǎo)防御。其中組織防御是植物自身固有的，其物質(zhì)基礎(chǔ)是植物自身的理化因子，與植物體內(nèi)基因型有關(guān)，具有全株性。誘導(dǎo)防御則是植物在受到外界因子影響時產(chǎn)生的一系列的防御反應(yīng)，如損傷、昆蟲取食、環(huán)境脅迫(包括氣候變化、土壤養(yǎng)分和水分變化等)［1-3］。昆蟲對寄主植物的選擇與寄主植物營養(yǎng)成分息息相關(guān)。昆蟲取食寄主植物時，寄主植物的反應(yīng)是多方面和多途徑的，除產(chǎn)生酚酸、單寧、生物堿等次生防御性物質(zhì)外，其自身的營養(yǎng)物質(zhì)(蛋白質(zhì)、可溶性糖及氨基酸等)也會發(fā)生變化。如曹宇等對西花薊馬(Frankliniella occidentalis)繁殖力與寄主營養(yǎng)物質(zhì)的關(guān)系研究表明，西花薊馬繁殖力與寄主植物葉片可溶性蛋白質(zhì)含量存在正相關(guān)關(guān)系，而與寄主植物葉片的可溶性糖含量、葉綠素含量及蛋白質(zhì)含量與可溶性糖含量比例的相關(guān)關(guān)系不顯著［4］。如馬尾松(Pinusmassoniana)受害植株中，植株抗性與馬尾松針葉中營養(yǎng)物質(zhì)的蛋白質(zhì)、可溶性糖及游離氨基酸的含量和含量變化分別呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)等［5］。植物營養(yǎng)物質(zhì)可以調(diào)節(jié)植物根冠生長、氣孔和滲透調(diào)節(jié)等生理生化機(jī)制，從而消弱或抑制蟲害對其生長發(fā)育的影響。植物營養(yǎng)物質(zhì)的差異及變化對昆蟲是否選擇某種植物攸關(guān)重要。對寄主植物營養(yǎng)物質(zhì)含量及變化的研究，在植食性昆蟲取食行為及生態(tài)學(xué)研究上具有一定的實踐及理論意義，有助于了解植食性昆蟲、寄主植物及生境之間相互作用的機(jī)制。筆者以紅皮云杉(Piceakoraiensis)幼苗為材料模擬地下害蟲取食，探討對紅皮云杉幼苗根部不同損傷處理后其營養(yǎng)物質(zhì)隨時間變化的情況以及不同程度損傷下營養(yǎng)物質(zhì)變化的差異性。

1 材料與方法

樣品的制備：于2011年6月下旬至8月上旬，在黑龍江省伊春市帶嶺區(qū)國家級實驗苗圃基地(東經(jīng)128°37'44″～129°17'51″;北緯 46°50'10″～47°21'33″)2年生紅皮云杉幼苗苗床上，對紅皮云杉幼苗須根進(jìn)行25%、50%、75%損傷處理，每處理26株，共78株，損傷后立即栽回原來位置，以無損傷云杉幼苗為對照(CK)。處理后分 3 h、6 h、12 h、24 h、48 h、72 h、5 d、10 d、15 d、20 d、25 d、30 d、40 d 采集標(biāo)本(不同損傷程度每個時間點采集2株)，置入便攜式冰箱帶回室內(nèi)，而后放入冰箱內(nèi)-20℃保存。將采集的2年生云杉幼苗根部剪成1.0 cm小段，稱取0.100～0.400 g，移入研缽加液氮研磨呈勻漿，轉(zhuǎn)移至5 mL離心管中，待液氮蒸發(fā)后置入冰箱內(nèi)-20℃保存，一周內(nèi)測定。

營養(yǎng)物質(zhì)的測定：蛋白質(zhì)、可溶性糖及游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別利用 Bradford法［6］190-192、蒽酮比色法［6］199-200和茚三酮試劑顯色法［7］進(jìn)行測定。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析：采用Excel及SPSS18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。用Duncan’s法分析不同損傷處理下，紅皮云杉幼苗各營養(yǎng)成分的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅皮云杉幼苗根部損傷后蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時序變化

紅皮云杉幼苗根部不同程度損傷后，其根部蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所增加，損傷程度不同，表現(xiàn)出一定的差異性，不同時間也具有一定的差異，見圖1。隨著處理時間的延長，25%損傷的紅皮云杉幼苗根部蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對照接近，差異不顯著(P＞0.05)。50%和75%損傷后不同時間內(nèi)蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于對照，并呈現(xiàn)一定的波動性，其中3、10、30 d顯著高于對照和25%損傷處理。75%損傷的在不同時間內(nèi)蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯高于對照，同時也呈現(xiàn)出一定的波動性，其中3、10、30 d均明顯高于對照、25%和50%損傷處理的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(P＜0.05)。

2.2 紅皮云杉幼苗根部損傷后可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時序變化

紅皮云杉幼苗根部不同程度損傷誘導(dǎo)后可溶性糖表現(xiàn)出降低現(xiàn)象，3～6 h內(nèi)迅速降低，隨后呈波動性變化，波動趨勢基本相似，但損傷程度不同和損傷后不同時間可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均具有一定的差異性。由圖2可見，對照變化比較平穩(wěn)，波動幅度較小，不同時間可溶性糖平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33.91 mg·g-1。25%損傷的紅皮云杉幼苗根部可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)除在10、15、25 d 明顯低于對照(P＜0.05)外，其它時間略低或者與對照接近。而50%、75%損傷的云杉幼苗根部可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯低于對照，并隨時間的延長，表現(xiàn)出逐漸接近對照的趨勢，在40 d時，對照、50%、75%損傷的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 34.10、30.19、28.01 mg·g-1。

圖1 不同損傷誘導(dǎo)紅皮云杉幼苗根部蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時序變化

圖2 不同損傷誘導(dǎo)紅皮云杉幼苗根部可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時序變化

2.3 紅皮云杉幼苗根部損傷后游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時序變化

不同損傷程度的紅皮云杉幼苗根部游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)出增加現(xiàn)象。在6、12 h時均表現(xiàn)為迅速增加，而后隨時間延長呈波動變化并逐漸趨向?qū)φ眨▌于厔莼疽恢?，如圖3。

圖3 不同損傷誘導(dǎo)紅皮云杉幼苗根部游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時序變化

25%損傷的紅皮云杉幼苗根部游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6 h、12 h、20 d時略高于對照，而在其它時間與對照基本接近(P＞0.05)。50%和75%損傷后不同時間紅皮云杉幼苗根部游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于25%損傷和對照(P＜0.05)。

3 結(jié)論與討論

植食性昆蟲的生長發(fā)育及對寄主植物的選擇與寄主植物的營養(yǎng)狀況密切相關(guān)，植食性昆蟲通過寄主植物揮發(fā)物識別寄主植物中營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生的變化從而決定是否取食［8-10］。本研究表明，模擬昆蟲取食后，紅皮云杉幼苗根部蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所增加，說明地下害蟲的危害誘導(dǎo)了紅皮云杉幼苗根部蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加。這與Scott等［11］發(fā)現(xiàn)被危害的寄主植物蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于健康植物一致。而也有研究顯示，寄主植物蛋白質(zhì)含量與植食性昆蟲危害無關(guān)［12-13］，這可能與不同植食性昆蟲對營養(yǎng)物質(zhì)的需求不同或植食性昆蟲在生境中對寄主植物的選擇上有著不同的識別機(jī)制有關(guān)。寄主植物可溶性糖含量具影響植食性昆蟲取食行為的作用，與植食性昆蟲的危害呈負(fù)相關(guān)［14-16］，與本研究結(jié)果相同。模擬昆蟲取食后，紅皮云杉幼苗根部可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)初期迅速降低，隨后逐漸與對照接近。表明損傷后誘導(dǎo)了紅皮云杉幼苗根部一系列生理生化反應(yīng)，作為能源物質(zhì)的糖被消耗。損傷程度不同對糖的消耗不同，損傷程度越大，糖的消耗越大，而糖的合成是通過植物的莖葉光合作用形成的。這說明損傷在一定程度上抑制了植物的光合作用。然而，在3 h～1 d期間紅皮云杉幼苗的營養(yǎng)物質(zhì)(蛋白質(zhì)、可溶性糖及游離氨基酸)無明顯變化，可能是由于短期內(nèi)光合作用未經(jīng)篩管/導(dǎo)管系統(tǒng)運輸?shù)礁?。同時，通過模擬昆蟲取食發(fā)現(xiàn)，損傷后紅皮云杉幼苗根部游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)初期增加，1 d后有所波動并逐漸趨向?qū)φ?。表明模擬昆蟲取食后誘導(dǎo)了云杉幼苗根部游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，這種反應(yīng)是多途徑的，寄主植物體內(nèi)生物合成的氨基酸，除用作合成蛋白質(zhì)原料外，還用于生物堿和木質(zhì)素的合成。在本研究中，模擬地下害蟲取食后紅皮云杉幼苗根部蛋白質(zhì)、可溶性糖及游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間呈現(xiàn)波動性的變化，除損傷外，可能與外界因子如光照、溫度、濕度、土壤養(yǎng)分及微生物等影響有關(guān)。了解紅皮云杉幼苗根部營養(yǎng)物質(zhì)，有助于揭示地下害蟲、寄主植物及生境之間的相互作用機(jī)制，對通過改變某一營養(yǎng)物質(zhì)的含量培育抗性品種具有重要的實踐及理論價值。

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