中國月季感染白粉菌后礦質元素種類和含量的變化

楊發(fā)忠++董智森++肖春

摘要：采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-OES）法測定了中國月季感染白粉菌前后礦質元素種類和含量的變化。測定的16種礦質元素，從健康中國月季中都能檢出；而從感病后的中國月季中僅有14種檢出，并且含量發(fā)生了明顯變化。感病后K、Ca、Mg、Si、Na、Se等元素含量顯著降低，其中Si含量降低程度最大，為62.62%；而Al、Cu含量增加程度最大，分別為810.71%、656.20%，且Al的含量高達528.12 μg/g。結果表明，白粉菌侵染誘導了中國月季生理生化發(fā)生變化。分析了白粉菌侵染中國月季后對中國月季上昆蟲甜菜夜蛾產生抑制作用的原因。研究結果為病蟲互作關系及其互作機制的研究奠定了基礎。

關鍵詞：月季白粉菌；中國月季；礦質元素；ICP-OES；病蟲互作關系

中圖分類號： S436.8+1文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0304-03

收稿日期：2015-05-02

基金項目：國家自然科學基金（編號：31160354）。

作者簡介：楊發(fā)忠（1974—），男，云南楚雄人，博士，副教授，主要從事化學生態(tài)學的研究。E-mail：yangfazhong105@163.com。

通信作者：肖春，博士，教授，主要從事昆蟲行為與化學生態(tài)學研究。E-mail：xiaochune@yeah.net。已有較多的研究表明，在植物病原菌—寄主植物—昆蟲組成的三元系統(tǒng)中，存在著寄主植物介導間接的病蟲相互作用[1-4]。其中，植物病原菌侵染寄主植物會對共享寄主的昆蟲造成不利影響。研究已經證明中國月季感染月季白粉菌后，對中國月季上的甜菜夜蛾產生不利影響[5]，但是對影響機制研究還未見相關文獻報道。研究寄主植物介導間接的病蟲互作關系的植物保護學家根據(jù)所得相關結果進行推測，病害對蟲害的影響與植物病原菌誘導植物生理生化代謝變化有著直接的關系[1]。顯然，植物染病后體內礦質元素種類和含量變化正是植物代謝變化的一個重要方面。

各種礦質元素對昆蟲維持正常生長發(fā)育的重要性已眾所周知。進行昆蟲人工飼養(yǎng)所用人工飼料中需要加入韋氏鹽來提供所需的礦質元素[6]，起到“保生長”的重要作用。如果人工飼料中沒有加入適量的各種礦質元素，即使其他各種營養(yǎng)成分合適，昆蟲也無法正常生長發(fā)育和繼代繁殖。

中國月季感染白粉菌后甜菜夜蛾幼蟲取食量下降，蛹重減輕，幼蟲歷期延長，幼蟲死亡率提高，表明白粉菌對甜菜夜蛾有明顯的抑制作用[5]。本研究采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-OES）法對中國月季感染白粉菌后各種礦質元素種類和含量的變化進行測定，以期明確白粉菌對甜菜夜蛾的不利影響以及感染白粉菌后礦質元素變化，從而為病蟲互作關系[1]的研究奠定基礎。

1材料與方法

1.1材料

供試植物中國月季幼苗以及所需月季白粉菌均采自云南省昆明市呈貢區(qū)斗南花卉基地種植中國月季的大棚中。

1.2儀器與試劑

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-OES）儀，美國VARIAN公司生產，型號VISTA-MPX CCD Simultaneous ICP-OES；波長范圍175～785 nm全覆蓋，完全無斷點；焦距 0.4 m，中階梯光柵刻線97.4線/mm；RF發(fā)生器頻率40.68 MHz；等離子體輸出功率700～1 700 W；等離子體冷卻氣0～22.5 L/min可調。

Ca、Na、K、Mg、Co、P、Si、B、Fe、Al、Mn、Cu、Zn、Cr、Pb、Se 16種標準貯備液購自國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院，均為1 000 μg/mL，介質為5% HNO3、HClO4、HCl、氫氟酸、過氧化氫等，均為分析純，超純水配制。

1.3試驗方法

1.3.1中國月季栽培將采回的健康無病蟲害的中國月季幼苗用基質在溫室中栽培，進行適時澆水、施肥、防治病蟲害等正常管理。培育條件為溫度27 ℃，濕度70%，光周期 12 h。未接種白粉菌的植株在試驗前、試驗中、試驗后均未出現(xiàn)白粉病癥狀。

1.3.2白粉菌接種從采回的帶有白粉菌的中國月季葉片上用軟毛刷輕輕將孢子刷下，并用無菌水配制成混懸液，再用軟毛刷蘸取混懸液均勻刷在溫室中的中國月季葉片上，置于光線充足、相對濕度為90%、溫度27 ℃、光周期12 h條件下培養(yǎng)，17 d后大量萌發(fā)，用于試驗。用作對照的健康中國月季植株在另一溫室中相同條件下培育，且從未表現(xiàn)出任何感病癥狀。

1.3.3樣品處理從溫室中采集健康無病蟲害的中國月季葉片樣品和感染白粉菌且無其他病蟲害的中國月季葉片樣品。參考王小平等的方法[7-8]稍有改動，分別用去離子水洗凈，風干，研細后過120目篩，精確稱取樣品0.500 0 g，置于高壓消化罐中，加5 mL濃HNO3，放置10 h，再加1 mL濃HNO3、1 mL H2O2、0.5 mL HF，調節(jié)消化溫度至180 ℃消化 5 h。去除密封裝置，將溶液緩慢加熱至干。再向殘渣中加入2 mL濃HClO4，緩慢加熱至冒白煙，以驅除多余的F-。稍冷卻后加入2 mL濃HNO3，緩慢加熱至殘渣全部溶解，溶液變?yōu)闊o色。冷卻后定容至50 mL待測。相同方法進行全程空白試驗。

1.3.4礦質元素含量測定電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）測定礦質元素種類和含量。工作條件：射頻功率1.0 KW；等離子氣流量15.0 L/min；輔助氣流量1.50 L/min；霧化器壓力200.00 kPa；蠕動泵轉速15 r/min；讀數(shù)時間 10.0 s；進樣延時15.0 s；清洗時間10.0 s。根據(jù)譜線的靈敏度和受干擾情況來確定礦質元素分析譜線，選擇譜線間干擾小、精密度好的元素分析線，每種元素選取2～3條特征譜線進行測定，最終選擇了適合中國月季植物樣品微量元素測定的分析譜線（表1）。并按選定波長同時測定葉片組織中的16種礦質元素。健康、感病中國月季葉片分別測定，重復4次，取平均值。

1.3.5測量精度用標準系列濃度的溶液進樣4次，以平均吸收強度對各元素濃度做標準工作曲線的回歸方程，并獲得相應的相關系數(shù)。利用所得回歸方程，根據(jù)植物樣品測定的各元素吸收值計算出樣品中各元素的含量。

1.3.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計礦質元素含量測定結果統(tǒng)計分析使用SPSS 21.0 （IBM-SPSS，Chicago，IL，USA）中的t檢驗進行。

2結果與分析

2.1標準工作曲線回歸方程

不同礦質元素工作曲線回歸方程測定結果見表2。16種元素標準工作曲線線性關系良好，線性相關系數(shù)在0.999～1.000之間，所得回歸方程穩(wěn)定可靠，可獲得較高的準確度，且能多元素同時測定。此方法適合于中國月季植物樣品中各相關元素的測定，亦可用于其他植物樣品中相關礦質元素的測定。

2.2感染白粉菌前后中國月季葉片礦質元素種類和含量變化

采用ICP-OES法測定了感染白粉菌前后中國月季葉片材料中礦質元素種類、含量及其變化（表3）。健康中國月季中共檢測出16種元素，按含量從大到小依次順序為：K、Ca、Mg、P、Si、Fe、Na、Al、Mn、Zn、B、Cr、Pb、Se、Cu、Co；而在感染白粉菌后的中國月季中則總共檢測出14種元素，含量從大到小依次順序為：K、Ca、Mg、P、Al、Fe、Mn、Si、Na、Zn、B、Cu、Pb、Se。結果表明，中國月季感病后多種礦質元素含量發(fā)生變化，但從種類上看，感病后只有Cr、Co 2種微量元素未檢測出。

由表3可見，中國月季感染白粉菌后，在測定的16種元素中K、Ca、Mg、Si、Na、Pb、Se、Cr、Co共9種元素含量降低，只有Fe、Al、Mn、B、Zn、Cu含量升高，并且升高輻度相對較小，絕對含量不高。含量降低的元素主要是對植物生命代謝重要的元素，其中K、Ca、Mg、Na、Si為大量元素，含量降低的程度均很大。其中，含量最大的K元素從11 055.54 μg/g下降至 7 062.80 μg/g，下降了36.12%；Si也下降了62.62%，下降程度最大，表明中國月季感染白粉菌后生長發(fā)育、新陳代謝受到較大影響。

3討論

相關研究業(yè)已證明，中國月季感染白粉菌后對中國月季植株上的昆蟲甜菜夜蛾造成了不利影響，使甜菜夜蛾幼蟲取食量下降，同時還使蛹重減輕，幼蟲歷期延長，幼蟲死亡率提高等[5]。其他植物病原菌侵染寄主植物也會對共享寄主的昆蟲造成不利影響[1-2]。但是，專門針對病害對蟲害的影響機制的研究還未見報道。植物病原菌通過寄主植物介導作用對昆蟲造成不利影響的原因是多方面的，其中寄主植物受到植物病原菌侵染后誘導植物體內生理生化代謝變化是主要原因[9]，包括植物體內礦質元素種類和含量的變化，是對昆蟲造成不利影響的重要原因之一。

本研究結果表明，礦質元素含量在中國月季感染白粉菌后發(fā)生了明顯的變化。K、Ca、Mg、Na等元素為昆蟲生長發(fā)育所必需，在感病后含量顯著降低。在飼養(yǎng)昆蟲所用的人工飼料中，這些元素是通過加入韋氏鹽的方式來提供，若人工飼料中缺乏這些元素，則昆蟲難以繼代繁殖，表明礦質元素種類和含量對昆蟲維持正常生長發(fā)育起到關鍵作用[6]。表明中國月季感染白粉菌后礦質元素種類和含量發(fā)生變化，是導致甜菜夜蛾幼蟲取食量下降的重要原因之一。

感病后Mg元素含量減少明顯。采樣過程中發(fā)現(xiàn)，感染白粉菌后中國月季葉片失綠的現(xiàn)象普遍，與Mg元素含量減少結果相吻合?？赡苁前追劬秩緦е翸g代謝失衡，對該元素的吸收減少；同時也可能是在感病后，植物啟動了細胞程序性死亡程序，將Mg有計劃地轉移至其他未感病部位加以利用。感病后Si元素減少的程度在所有元素中是最大的，與感病前相比減少了62.62%。植物缺乏Si元素，則抗病性下降，易倒伏[10]。Mg、Si含量下降是否與昆蟲取食量下降有關仍然未知，還沒有相關的文獻報道。

感染白粉菌后中國月季葉片內Al元素含量增加了 810.71%，在所有元素中增幅最大，且絕對量也非常大，達到528.12 μg/g。該元素增加以及絕對量大，是否會對甜菜夜蛾的取食量產生影響，是值得深入研究的問題。顏斐等研究表明，Al含量過高能引起渦蟲Dugesia japonica（渦蟲綱，不屬于節(jié)肢動物）死亡[11]。在鱗翅目昆蟲的人工飼料中添加韋氏鹽[6]，其中含Al，但其在人工飼料中含量僅為0.16 μg/g，表明要維持昆蟲正常生長發(fā)育所需Al量很少，即使是健康中國月季中的Al含量也高于此值。Al不是植物生長和昆蟲生長的必需元素。Cu元素含量在感染白粉菌后也顯著增加，Al、Cu元素對昆蟲有著很強的毒性，推測2種元素含量的增加可能與感染白粉菌后甜菜夜蛾幼蟲的取食量減少有關，這2種元素含量增加不利于昆蟲取食。這可能也是中國月季感病后對甜菜夜蛾具有明顯抑制作用的原因之一。Mn元素含量增加可能對甜菜夜蛾幼蟲取食也有影響。

Al元素含量超標對各種動植物都有毒害作用[12-14]。目前，還沒有相關文獻說明Al含量達到多大數(shù)值會對昆蟲生長發(fā)育帶來明顯影響。為什么中國月季感染白粉菌后Al元素含量會發(fā)生很大變化，以及該元素在植物抗病性方面的作用，或者說Al可能是白粉菌侵染寄主過程中的一種重要元素，白粉菌需要通過主動改變寄主中Al含量才能成功實現(xiàn)入侵，上述問題將開展進一步深入研究。

參考文獻：

[1]Karban R，Adamchak R，Schnatthorst W C. Induced resistance and interspecific competition between spider mites and a vascular wilt fungus[J]. Science，1987，235：678-679.

[2]Rostás M，Simon M，Hilker M. Ecological cross-effects of induced plant responses towards herbivores and phytopathogenic fungi[J]. Basic and Applied Ecology，2003，4（1）：43-62.

[3]Al-Naemi F，Hatcher P E. Contrasting effects of necrotrophic and biotrophic plant pathogens on the aphid Aphis fabae[J]. Entomologia Experimentalis et Applicata，2013，148（3）：234-245.

[4]Yang F Z，Yang B，Li B B，et al. Alternaria toxin-induced resistance in rose plants against rose aphid （Macrosiphum rosivorum）：effect of tenuazonic acid[J]. Journal of Zhejiang University-Science B：Biomedicine & Biotechnology，2015，16（4）：264-274.

[5]李艷，楊發(fā)忠，楊斌. 感染白粉菌玫瑰對甜菜夜蛾幼蟲取食與發(fā)育的影響[J]. 西南林學院學報，2010，30（2）：44-46.

[6]曹利軍，楊帆，唐思瑩，等. 適合三種鱗翅目昆蟲的一種人工飼料配方[J]. 應用昆蟲學報，2014，51（5）：1376-1386.

[7]王小平. 不同分解方法對ICP-AES測定植物樣品中元素含量的影響[J]. 光譜學與光譜分析，2005，25（4）：563-566.

[8]Sroor A，Walley N E，El-Shershaby A，et al. Major and trace elemental analysis in milk powder by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry （ICP-OES） and instrumental neutron activation analysis （INAA）[J]. Journal of Environmental Sciences，2003，15（4），570-576.

[9]Simon M，Hilker M. Does rust infection of willow affect feeding and oviposition behaviour of willow leaf beetles[J]. Journal of Insect Behavior，2005，18（1）：115-129.

[10]潘瑞熾，王小菁，李娘輝. 植物生理學 [M]. 5版. 北京：高等教育出版社，2004：28-42.

[11]顏斐，王曉安. Al3+、Cr3+及Cd2+對日本三角渦蟲攝食和運動行為的影響[J]. 魯東大學學報：自然科學版，2012，28（1）：44-49.

[12]孟丹，劉玲，陳露，等. 外源硫化氫對鋁脅迫下水稻幼苗生長及生理生化的影響[J]. 江蘇農業(yè)科學，2014，42（6）：63-66.

[13]趙燕，李莎莎，柳履意，等. 鋁脅迫對刺槐幼苗光合色素和礦質元素含量的影響[J]. 江蘇農業(yè)科學，2015，43（4）：200-202.

[14]邵繼鋒，車景，董曉英，等. 不同基因型玉米耐鋁特性比較[J]. 江蘇農業(yè)科學，2015，43（1）：61-64.