西花薊馬取食二斑葉螨危害的番茄植株后體內(nèi)酶活性的變化

溫 娟，郅軍銳，曾 廣

(貴州大學 昆蟲研究所/貴州省山地農(nóng)業(yè)病蟲害重點實驗室，貴州 貴陽 550025)

西花薊馬取食二斑葉螨危害的番茄植株后體內(nèi)酶活性的變化

溫 娟，郅軍銳*，曾 廣

(貴州大學 昆蟲研究所/貴州省山地農(nóng)業(yè)病蟲害重點實驗室，貴州 貴陽 550025)

為探討番茄植株受二斑葉螨危害后產(chǎn)生的誘導防御反應對西花薊馬的作用，研究了不同密度(5頭/片和15頭/片)二斑葉螨危害不同時間(3 d、5 d和7 d)的番茄植株對后取食的西花薊馬體內(nèi)酶活性的影響。結(jié)果表明，西花薊馬取食二斑葉螨危害的番茄葉片后，其體內(nèi)保護酶[超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)]和解毒酶[羧酸酯酶(CarE)、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)和多功能氧化酶(MFO)]的活性與取食健康番茄葉片相比有明顯的差異。西花薊馬體內(nèi)SOD活性不論其取食二斑葉螨何種危害密度和時間的番茄葉片均受到明顯抑制，在取食二斑葉螨5頭/片和15頭/片3個危害時間的番茄葉片后，較取食健康番茄葉片分別下降了15.8%、27.7%、14.4%和26.4%、8.8%、17.3%。西花薊馬體內(nèi)POD、CAT、CarE、GSTs和MFO活性均在其取食二斑葉螨5頭/片危害3 d的番茄葉片時最高，分別較取食健康番茄葉片上升了126.4%、17.7%、7.2%、6.7%和17.1%。5種酶活性均隨密度的增加和危害時間的延長表現(xiàn)下降趨勢，但不同酶活性的變化過程不同。以上結(jié)果說明，二斑葉螨取食誘導番茄植株產(chǎn)生了一定的防御反應，并引起西花薊馬體內(nèi)保護酶和解毒酶活性的明顯變化。

二斑葉螨； 番茄植株； 西花薊馬； 保護酶； 解毒酶

害蟲危害后能誘發(fā)植物產(chǎn)生抗性，植物通過改變自身的營養(yǎng)物質(zhì)、次生物質(zhì)和酶活性抵御害蟲的危害[1-2]。植食性昆蟲也產(chǎn)生了相應的策略來適應寄主植物的防御反應[3-4]，如害蟲體內(nèi)的保護酶和解毒酶活性被激活或抑制。畢明娟等[5]發(fā)現(xiàn)，取食B型煙粉虱侵染的煙草植株后，B型煙粉虱體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)3種保護酶活性顯著增加,但煙蚜體內(nèi)這3種保護酶的活性卻受到一定程度的抑制作用或變化不明顯。胡海燕[6]研究發(fā)現(xiàn)，B 型煙粉虱取食自身危害的煙草系統(tǒng)葉，其成蟲體內(nèi)解毒酶羧酸酯酶(CarE)和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)活性明顯升高，但溫室白粉虱成蟲取食 B 型煙粉虱危害后的煙草系統(tǒng)葉，其體內(nèi)解毒酶活性卻均被顯著抑制；而在 B 型煙粉虱誘導煙草植株的蟲害葉上，2種粉虱成蟲和若蟲體內(nèi)解毒酶活性的變化均不明顯。以上研究說明，不同昆蟲體內(nèi)保護酶和解毒酶活性在其取食受到害蟲危害后的植物時反應不同。

西花薊馬[Frankliniellaoccidentalis(Pergande)]和二斑葉螨(TetranychusurticaeKoch)均是重要的害蟲(螨)，兩者具有許多共同的寄主，常在一種寄主植物上同時發(fā)生。二斑葉螨危害后可引起菜豆及番茄植株的防御反應[2,7-9]，使它們的營養(yǎng)物質(zhì)、次生物質(zhì)和防御酶活性發(fā)生變化，但變化程度不同。受二斑葉螨危害后的菜豆會引起后取食的西花薊馬體內(nèi)酶活性的變化，郅軍銳等[10]研究發(fā)現(xiàn)，西花薊馬取食二斑葉螨危害的菜豆后，其體內(nèi)保護酶和解毒酶活性的變化與西花薊馬的蟲態(tài)有關，也與其取食被害葉的時間長短有關。菜豆是二斑葉螨和西花薊馬的嗜食寄主[11]，番茄是西花薊馬的非適宜寄主[11]，卻是二斑葉螨的嗜食寄主[12]。西花薊馬取食二斑葉螨危害的番茄植株后其體內(nèi)酶活性如何變化，以及西花薊馬體內(nèi)酶活性的變化與其取食危害的菜豆后是否一致尚不清楚。針對這一問題，分析了西花薊馬取食二斑葉螨危害的番茄植株后體內(nèi)保護酶和解毒酶活性的變化，以期進一步明確植物介導下西花薊馬和二斑葉螨的互作機制，為它們的有效治理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1供試蟲源

西花薊馬：采自貴州省貴陽市花溪區(qū)蔬菜基地的菜豆(PhaseolusvulgarisLinn.)上，在人工氣候箱[L∶D=14 h∶10 h、溫度(25±1)℃、濕度70%±5%]中用菜豆豆莢飼養(yǎng)3 代以上供試。試驗前將西花薊馬2齡若蟲饑餓2 h。

二斑葉螨：同樣采自貴州省貴陽市花溪區(qū)蔬菜基地的菜豆上，經(jīng)鑒定純化后，在人工氣候室內(nèi)培養(yǎng)的菜豆植株上連續(xù)飼養(yǎng)3 代以上。以二斑葉螨雌成螨作為供試蟲源。

1.2供試植物

番茄品種為合作903(由上海番茄研究所提供)。將番茄種子播種于花盆內(nèi)，放置在溫室大棚中生長，保持無害蟲危害狀態(tài)，株高約為40 cm時(生長2個月左右)作為供試寄主植物，生長期間不使用任何農(nóng)藥。

1.3試驗方法

選取長勢相同(葉片大小、數(shù)量基本一致)的健康番茄植株,分別按照5頭/片和15頭/片的密度，用毛刷接入二斑葉螨雌成螨，用凡士林油涂抹在葉柄處防止二斑葉螨逃逸。分別處理3 d、5 d和7 d后清除葉片上各蟲態(tài)二斑葉螨，以不接螨的番茄健康植株作為對照(CK)。分別在不同密度二斑葉螨危害不同時間的番茄植株上接西花薊馬2齡若蟲，每片接40頭，在其取食6 h后進行取樣，每個處理重復4次。

1.4測定項目及方法

分別取不同處理的西花薊馬2齡若蟲40頭，加入300 μL生理鹽水，在冰浴條件下勻漿，再將勻漿液置于4 ℃、2 500 r/min條件下離心10 min，取上清液作為酶原液[13]。西花薊馬體內(nèi)POD、CAT、SOD等保護酶和CarE、GSTs、多功能氧化酶(MFO)等解毒酶活性的測定按南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒說明書進行。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理，利用Tukey多重比較法分析不同處理間差異的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1西花薊馬取食二斑葉螨危害的番茄植株后體內(nèi)保護酶活性的變化

西花薊馬取食不同密度二斑葉螨危害不同時間的番茄葉片后，體內(nèi)的SOD、POD和CAT 3種保護酶活性與取食健康番茄相比有明顯的變化(表1)。西花薊馬取食二斑葉螨危害的番茄葉片后，不論在二斑葉螨何種密度和危害時間下，其體內(nèi)SOD活性均有所下降，并且西花薊馬在取食15頭/片二斑葉螨危害3 d和5頭/片二斑葉螨危害5 d的番茄葉片時，體內(nèi)SOD活性降低最明顯，分別下降了26.4%和27.7%。

西花薊馬取食5頭/片二斑葉螨危害的番茄葉片時，其體內(nèi)POD活性在取食危害3 d和5 d的番茄后顯著高于取食健康葉片處理，并且在取食危害3 d的番茄葉片時最高，為10.64 U/mg，比取食健康葉片上升了126.4%。但在取食葉螨危害7 d的葉片后，體內(nèi)POD活性僅為1.91 U/mg，降低了59.4%，顯著低于取食健康葉片。取食15頭/片二斑葉螨危害的番茄葉片時，西花薊馬體內(nèi)POD活性在取食危害3 d的番茄后顯著高于取食健康葉片處理，上升了102.1%。取食危害5 d和7 d的番茄葉片時，西花薊馬體內(nèi)POD活性和取食健康葉片沒有顯著差異。

西花薊馬取食5頭/片二斑葉螨危害的番茄葉片時，其體內(nèi)CAT活性在取食危害3、5、7 d的番茄后均高于取食健康葉片，分別上升了17.7%、5.0%、9.8%。取食15頭/片二斑葉螨危害的番茄葉片時，西花薊馬體內(nèi)CAT活性在取食危害3 d的番茄后顯著高于取食健康葉片，上升了11.8%；取食危害5 d和7 d的番茄時，西花薊馬體內(nèi)CAT活性顯著低于取食健康葉片處理。

表1 西花薊馬取食健康和二斑葉螨危害的番茄植株后體內(nèi)保護酶活性的變化 U/mg

注：同行小寫字母不同表示在0.05水平上差異顯著，下表同。

2.2西花薊馬取食二斑葉螨危害的番茄植株后體內(nèi)解毒酶活性的變化

在取食健康和不同密度二斑葉螨危害不同時間的番茄葉片后，西花薊馬體內(nèi)解毒酶活性也有明顯的變化(表2)。在取食5頭/片二斑葉螨危害3 d和15頭/片二斑葉螨危害7 d的番茄葉片時，西花薊馬體內(nèi)CarE的活性略有上升，分別上升了7.2%和2.9%，其余處理下CarE的活性明顯下降。

取食5頭/片二斑葉螨危害3 d的番茄葉片時，西花薊馬體內(nèi)GSTs活性顯著升高，相對取食健康葉片升高了6.7%；而取食15頭/片二斑葉螨危害3 d和5頭/片二斑葉螨危害5 d的番茄葉片時，西花薊馬體內(nèi)GSTs活性降低較多，僅為331.87 U/mg和300.20 U/mg，分別降低了44.2%和49.5%。

西花薊馬取食5頭/片二斑葉螨危害3 d的番茄葉片時，其體內(nèi)MFO活性最高，為109.13 U/mg，較取食健康番茄葉片上升了17.1%；而取食15頭/片二斑葉螨危害5 d的番茄葉片時，西花薊馬體內(nèi)MFO活性最低，僅為71.99 U/mg，相對取食健康葉片降低了22.8%。

表2 西花薊馬取食健康和二斑葉螨危害的番茄植株后體內(nèi)解毒酶活性的變化 U/mg

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，在取食不同密度二斑葉螨危害不同時間的番茄植株后，西花薊馬體內(nèi)3種保護酶活性變化不同。昆蟲體內(nèi)的保護酶是其體內(nèi)最主要的酶系，對維持其正常生理代謝起重要作用。昆蟲體內(nèi)SOD、POD和CAT是3種防御氧化損傷的重要保護酶[14]。SOD能夠清除部分自由基而形成H2O2，而POD和SOD則具有分解H2O2的作用，在這3種保護酶的共同作用下，昆蟲體內(nèi)的自由基維持在一個較低水平，避免了傷害[15]。前人研究發(fā)現(xiàn)，不同昆蟲取食其他害蟲或自身危害后的寄主植物時，體內(nèi)保護酶活性產(chǎn)生不同的變化。畢明娟等[5]發(fā)現(xiàn)，取食B型煙粉虱侵染的煙草植株72 h后，B型煙粉虱體內(nèi)SOD和POD活性顯著增加，但煙蚜體內(nèi)酶活性卻受到抑制。說明不同昆蟲取食同一種害蟲危害的寄主植物后其體內(nèi)酶活性的變化不同。牟峰[16]研究表明，西花薊馬取食其自身危害的菜豆植株后，體內(nèi)的SOD 和POD活性在6 h時被激活，CAT活性被抑制；但蒲恒滸等[13]發(fā)現(xiàn)，以番茄植株為寄主植物時，西花薊馬體內(nèi)的SOD活性在6 h時沒有明顯變化，POD 和CAT活性均被抑制。這些研究結(jié)果說明，昆蟲取食同一種害蟲危害的不同寄主植物也會造成其體內(nèi)酶活性的差異。郅軍銳等[10]研究表明，西花薊馬取食二斑葉螨危害的菜豆葉片時，西花薊馬雌成蟲體內(nèi)SOD、CAT和POD活性不論在取食5 h還是18 h均明顯升高，2齡若蟲體內(nèi)CAT活性也升高，但SOD和POD活性均降低，說明了昆蟲體內(nèi)保護酶的變化與西花薊馬的蟲態(tài)和取食時間有關。本研究發(fā)現(xiàn)，西花薊馬取食二斑葉螨危害后的番茄植株時，其體內(nèi)SOD活性不論在二斑葉螨何種密度和危害時間下均降低，POD和CAT活性的變化規(guī)律相似，不論在何種密度下，均是在取食二斑葉螨危害3 d的番茄葉片時最高，但隨著葉螨危害時間的延長，活性呈降低趨勢?？赡苁侨∈扯呷~螨危害后的寄主植物時，西花薊馬通過增加體內(nèi)POD和CAT活性來適應植物的誘導抗性，以保護和維持機體的正常功能，但隨著二斑葉螨危害時間的延長，植株的誘導抗性增強，已超出西花薊馬對寄主植物的反防御能力，造成其體內(nèi)POD和CAT活性下降。

西花薊馬取食5頭/片二斑葉螨危害的番茄植株時，隨危害時間延長，其體內(nèi)3種解毒酶活性均先增加后降低再增加，在取食15頭/片危害的番茄植株時，西花薊馬體內(nèi)3種解毒酶活性總體上先降低后增加。解毒酶在昆蟲的反防御中發(fā)揮重要的作用，可以使昆蟲減弱或免受植物誘導抗性產(chǎn)生的有毒次生物質(zhì)對昆蟲的毒害。昆蟲體內(nèi)的CarE、MFO和GSTs能夠降解攝入體中的植物次生物質(zhì)或毒素等外源和內(nèi)源性化合物，在昆蟲應對植物次生物質(zhì)造成的脅迫中起著特別重要的作用[17-18]。前人也報道了植物蟲害誘導后，后取食的昆蟲體內(nèi)解毒酶活性發(fā)生變化。馮春富等[19]研究發(fā)現(xiàn)，舞毒蛾幼蟲取食其自身危害的落葉松幼苗后，體內(nèi)GSTs的活性下降，但取食松毛蟲幼蟲危害的落葉松幼苗后，其體內(nèi)GSTs的活性上升；舞毒蛾幼蟲不論取食哪種害蟲危害的落葉松幼苗后，其體內(nèi)CarE的活性均被顯著抑制。說明不同害蟲危害造成后取食的同一昆蟲體內(nèi)解毒酶活性的變化不同。胡海燕[6]研究發(fā)現(xiàn)，B 型煙粉虱和溫室白粉虱取食B 型煙粉虱危害的煙草不同葉片時，2種粉虱成蟲和若蟲體內(nèi)各種解毒酶活性的變化差異非常大。郅軍銳等[10]研究表明，西花薊馬雌成蟲取食二斑葉螨危害的菜豆5 h時，其體內(nèi)MFO和CarE的活性受到抑制，但體內(nèi)GSTs活性均比取食健康菜豆高；取食18 h 時，西花薊馬體內(nèi)GSTs活性變化趨勢與取食5 h不同；西花薊馬2齡若蟲取食二斑葉螨危害后的菜豆時，其解毒酶的活性變化與成蟲不完全相同。說明昆蟲體內(nèi)解毒酶的活性變化和昆蟲的蟲態(tài)及取食時間長短有關。本研究發(fā)現(xiàn)，西花薊馬體內(nèi)3種解毒酶不論在低密度還是高密度二斑葉螨危害下，隨葉螨危害時間的延長，活性的變化趨勢是一致的，說明CarE、MFO和GSTs對寄主植物誘導防御的反應是一致的。但與對照相比，解毒酶的活性有的被激活，有的被抑制，可能是由于昆蟲的代謝涉及到復雜的生理生化變化過程，造成西花薊馬體內(nèi)酶活性的變化不同。其他學者也發(fā)現(xiàn)了昆蟲體內(nèi)解毒酶活性變化的復雜性，如不同CO2濃度下取食不同寄主植物的西花薊馬[20]，不同CO2濃度下取食棉花植株后不同世代的煙粉虱[21]等。

不同學者的研究表明，昆蟲體內(nèi)解毒酶和保護酶活性與昆蟲習性、蟲態(tài)、寄主植物以及外源的誘導物等因子有關，因此，必須深入研究各種因子的作用才能明確寄主植物的誘導防御對西花薊馬體內(nèi)酶活性的影響，為進一步揭示害蟲的反防御機制奠定基礎。

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Variance in Enzymes Activities ofFrankliniellaoccidentalis(Pergande) Feeding on Tomato Plant Damaged byTetranychusurticaeKoch

WEN Juan,ZHI Junrui*,ZENG Guang

(Institute of Entomology,Guizhou University/Guizhou Provincial Key Laboratory for Agricultural Pest Management of the Mountainous Region,Guiyang 550025,China)

In order to explore the effect of induced defensive responses of tomato plant damaged byTetranychusurticaeonFrankliniellaoccidentalis,the influences of tomato plant damaged byT.urticaeat different densities(5 mites/leaf,15 mites/leaf) and different time (3 d,5 d,7 d) on enzymes activities ofF.occidentaliswere detected.The results showed that whenF.occidentalisfed on tomato plant damaged byT.urticae,the activities of protective enzymes (POD,CAT and SOD) and defensive enzymes (CarE,GSTs and MFO) in thrips were different from those in thrips feeding on healthy tomato plant.The activities of SOD in thrips were inhibited no matter which density and damage time ofT.urticae.When thrips fed on tomato leaf damaged byT.urticaeat the density of 5 mites/ leaf and 15 mites/leaf for three periods,the activities of SOD were reduced by 15.8%,27.7%,14.4%,and 26.4%,8.8%,17.3% respectively.The enzyme activities of POD,CAT,CarE,GSTs and MFO were highest in thrips feeding on tomato plant damaged byT.urticaeat the density of 5 mites/leaf for 3 days,and increased by 126.4%,17.7%,7.2%,6.7% and 17.1% respectively.The activities of the five enzymes all showed a downward trend with density increase and time extension,while the changes of protective and defensive enzymes were different.These results indicated that damage ofT.urticaecould induce the defensive responses of tomato plant,and cause the significant changes of protective and defensive enzymes activities ofF.occidentalis.

TetranychusurticaeKoch； tomato plant;Frankliniellaoccidentalis(Pergande)； protective enzymes； defensive enzymes

2017-02-27

國家自然科學基金項目(31660516)；貴州省普通高等學校系統(tǒng)與應用蜱螨學創(chuàng)新團隊項目(黔教合人才團隊字[2014]33)；貴州省國際科技合作基地項目(黔科合平臺人才[2016]5802)

溫 娟(1990-)，女，福建仙游人，碩士，主要從事昆蟲生態(tài)與害蟲治理研究。E-mail：juanwen787@163.com

*通訊作者：郅軍銳(1965-)，女，河北趙縣人，教授，博士，主要從事害蟲綜合治理研究。E-mail：zhijunrui@126.com

S436.412.2;S433.1

： A

： 1004-3268(2017)09-0079-05