硅處理茶樹對茶尺蠖取食的調(diào)控作用

李榮林， 楊亦揚， 萬 青， 李 歡， 胡振民， 李全華， 蔣川花

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院休閑農(nóng)業(yè)研究所，江蘇南京 210014； 2.常州日日春農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，江蘇常州 213200)

茶尺蠖是目前我國茶區(qū)最主要的一種害蟲，發(fā)生率高，危害嚴(yán)重。茶尺蠖防治方法多樣，研究廣泛，到目前為止仍然以化學(xué)農(nóng)藥防治為主，積極探索新的防治方法和策略依然是這一領(lǐng)域的研究重點[1-3]。

硅(Si)是地殼中最豐富的元素之一，已有研究證實硅是植物生長的必需元素之一[4]。由于硅對水稻的生理作用已較為明確，有關(guān)硅對水稻抗蟲作用的研究也較多，基本結(jié)論認(rèn)為，施用硅肥對水稻防御二化螟、卷葉螟是有益的[5-6]。

硅對其他植物抗病、抗蟲、抗非生物逆境作用的研究也有很多報道[7-8]，硅可以在植物表面形成直接的物理障礙或在植物組織內(nèi)沉積阻止害蟲取食[9-10]。Mccolloch等首先提出，二氧化硅對玉米抗黑森癭蚊有重要作用[11]，之后研究表明，施用硅肥可增強大多數(shù)作物對植食性昆蟲的抗性[12-15]。植物吸收的硅可能參與了植物受到生物或非生物脅迫后的生理代謝，通過生理性防衛(wèi)機制減輕或降低危害，這種防御機制可能與硅作為單一物理屏障的防御機制相互協(xié)同，也可能針對不同的脅迫各自發(fā)揮主導(dǎo)作用[16-17]。有機硅作為作物生長調(diào)理劑，可調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育，提高作物的生長性能，這可能間接影響害蟲的取食和繁衍[18-19]。

然而，也有不少研究認(rèn)為，植物吸收了硅以后對植物抗蟲性沒有影響。Massey等研究發(fā)現(xiàn)，植物硅含量升高并未對蚜蟲或粉虱產(chǎn)生不利影響[20-21]。Korndrfer等研究表明，施用硅酸鈣增加了5種草坪草的硅含量，但對切葉野螟(Herpetogrammaphaeopteralis)的生長發(fā)育沒有產(chǎn)生不良影響，也未能降低根部害蟲小地老虎(Agrotisypsilon)的嗜食性、適合度以及圓頭犀金龜(Cyclocephalaspp.)的蟲口密度和蟲體質(zhì)量[22]。有些試驗結(jié)果表明，硅促進(jìn)了植食性昆蟲種群的增長，如鳳梨硅含量與佛州長葉螨(Dolichotetranychusfloridanus)的種群密度之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系[23]。因此，植物硅含量對不同取食方式昆蟲的抗性難以形成一致性的結(jié)論。此外，硅的形態(tài)以及使用方式的不同對昆蟲也將產(chǎn)生不同的影響，因此利用硅來防控害蟲仍值得深入探索，畢竟硅是一種廉價易得，無毒無害的物質(zhì)。

有關(guān)硅作為茶樹生長有益元素的作用已有報道，方興漢等研究茶樹礦質(zhì)營養(yǎng)時指出，硅對茶樹的生長有著重要作用[24]。楊凌云研究認(rèn)為，對茶樹單一施硅(500 mg/L)可以促進(jìn)氨基酸、可溶性糖的合成，但不利于咖啡堿和多酚的積累，若硅鋁配施(鋁肥1.34 g/kg土，硅肥0.41 g/kg土)能使氨基酸、咖啡堿、茶多酚和可溶性糖含量均達(dá)到一個合理水平[25]。硅的這種生長調(diào)節(jié)作用對于增強茶樹的抗性可能是有利的，但硅在茶樹害蟲防控上是否確實能夠發(fā)揮一定作用未見明確報道。

鑒于各類硅制劑產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，硅制劑用于植物病蟲害綠色防控的實踐也越來越多[26-27]，本研究選取幾種不同形態(tài)的硅對茶樹進(jìn)行處理，以考察不同類型硅制劑對茶尺蠖生長發(fā)育作用效果的差異及其可能的機制。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

主要試劑有硅酸鈉(分析純，南京化學(xué)試劑有限公司，含22.9% Si)、硅鯊(深圳百樂寶生物農(nóng)業(yè)科技有限公司，含 26.7% SiO2，相當(dāng)于含12.6% Si)、有機硅分散劑(農(nóng)藥助劑，山東百士威農(nóng)藥有限公司，含5 400 mg/L Si)、硅消泡劑(食品級，重慶迎龍化工有限公司，含2 500 mg/L Si)。

供試茶樹：迎霜2年生，盆栽(選用上口直徑為23 cm，高為19 cm的花盆，下層裝10 cm厚茶園土，上層裝6～7 cm厚花卉基質(zhì)，基質(zhì)由珍珠巖與草炭土按質(zhì)量比為1 ∶2混合而成)，定期施肥，澆水。于江蘇省溧陽市采集茶尺蠖，在室內(nèi)用龍井43茶樹新鮮葉片飼養(yǎng)繼代，飼養(yǎng)條件：溫度為25 ℃，相對濕度為75%，光—暗周期為16 h—8 h，供試用尺蠖幼蟲為室內(nèi)飼養(yǎng)第2代，選擇大小相對一致的3齡幼蟲供測試用，取食試驗前將幼蟲饑餓3 h。

1.2 儀器設(shè)備

主要儀器有YMJ-C型葉面積測量儀(浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司)、Microfuge 20離心機(美國Bekman有限公司)、754N紫外可見分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司)。

1.3 硅噴霧處理方法

4種不同形態(tài)的硅制品按硅含量一致的原則用水配制成水溶液或懸濁液，本試驗中用于噴霧的硅溶液含硅量以Si計算均為200 mg/L。按每棵茶樹100 mL的噴液量均勻噴灑于葉片上，同時設(shè)置清水對照，每組5棵茶樹，施藥48 h后采集芽下第2張葉或第3張葉，用打孔器打成直徑為1.5 cm的葉盤，用于茶尺蠖取食測試。同時，采集1芽2葉和1芽3葉用于生理生化分析。

1.4 硅溶液葉面浸漬試驗方法

同樣按硅含量一致的原則將4種硅制劑配制成含 200 mg/L 硅的溶液置于三角瓶中。采集一定數(shù)量面積大小接近，未經(jīng)任何化學(xué)處理的芽下第2張葉作為供試葉片，用打孔器打成直徑為1.5 cm的葉盤，葉盤在硅溶液中浸沒5～6 s，取出，用吸水紙吸干葉片表面水分。

1.5 茶尺蠖飼喂

1.5.1 選擇性試驗 選用直徑為9 cm的培養(yǎng)皿，編號，底部放置1張濾紙，將濾紙用蒸餾水濕潤。每個培養(yǎng)皿放置4張經(jīng)硅噴霧處理的葉盤和4張未經(jīng)處理的對照葉盤，交錯排列置于濾紙上，每皿接種預(yù)先稱質(zhì)量的1頭茶尺蠖幼蟲。每處理測試10頭幼蟲。48 h后移走幼蟲，稱其質(zhì)量。用葉面積測量儀測定殘留葉片的面積，計算取食量。

1.5.2 非選擇性試驗 取各硅噴霧處理試驗組8張葉盤，分別均勻排布于培養(yǎng)皿中，每皿接種1頭預(yù)先稱質(zhì)量的茶尺蠖幼蟲，每處理測試10頭幼蟲。48 h后移走幼蟲，稱其質(zhì)量。用葉面積測量儀測定殘留葉片的面積，計算取食量。

1.5.3 茶樹葉片浸漬處理對茶尺蠖取食和生長的效應(yīng) 按預(yù)定濃度配制各種硅制劑溶液，放入廣口三角瓶中，將葉盤浸入硅溶液5～8 s，取出，用吸水紙吸去表面殘留溶液，于每個培養(yǎng)皿中放置經(jīng)硅溶液浸沒處理的6張葉盤，接種預(yù)先稱質(zhì)量的1頭茶尺蠖幼蟲，每個處理測試10頭幼蟲。48 h后移走幼蟲，稱其質(zhì)量。用葉面積測量儀測定殘留葉片的面積，計算取食量。

1.6 茶樹葉片組織中酶提取和活性測定

酶提取和活性測定參考文獻(xiàn)[28-29]的方法并稍加改進(jìn)。多酚氧化酶(polyphenol oxidase，簡稱PPO)、過氧化物酶(perxidase，簡稱POD)和葡萄糖苷酶(glucosidase，簡稱GUS)提取用pH值為6.2的檸檬酸-磷酸緩沖液，苯丙氨酸解氨酶(phenylalanineammonialyase，簡稱PAL)提取用含0.05 mol/L疏基乙醇的0.1 mol/L pH值為 8.8的硼酸緩沖液。測定酶活性時，PPO、POD、GUS反應(yīng)溫度為37 ℃，PAL反應(yīng)溫度為 40 ℃。在多次試驗中發(fā)現(xiàn)，用偏硅酸鈉或碳酸鈉作為酶反應(yīng)終止劑常引起反應(yīng)液渾濁，為此根據(jù)其他文獻(xiàn)所描述的方法并稍加調(diào)整[13]，在反應(yīng)結(jié)束時將所有聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，簡稱PET)試管放進(jìn)-20 ℃冰箱快速冷卻3 min，取出再加入 2.5 mL 冰凍融化的蒸餾水，混勻，以此終止酶反應(yīng)。

PPO酶活性定義為1 g樣品吸光度1 min增加0.1為1個酶活力單位。POD酶活性定義為1 g樣品吸光度1 min增加0.1為1個酶活力單位(U)。PAL酶活性定義為1 g樣品吸光度1 min增加0.1為1個酶活力單位(U)。GUS酶活性定義為相當(dāng)于1 g樣品的酶提取液在10 min內(nèi)催化生成 1 μmol 對硝基苯酚為1個酶活力單位(U)。

理化成分分析[11-12]：鮮葉樣品用微波殺青、干燥，沸水浴中浸提。游離氨基酸采用茚三酮比色法測定；咖啡堿用紫外測定法測定；多酚用酒石酸鐵比色法測定。

所有生理生化指標(biāo)測定均重復(fù)3次。采用Excel 2007、SSR 13.2進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面施硅處理非選擇試驗下茶尺蠖的取食和生長量

由表1可知，在非選擇性試驗測試下，硅酸鈉水溶液、硅分散劑、硅鯊處理蟲體體質(zhì)量增量極顯著低于對照，其中硅分散劑和硅鯊處理蟲體體質(zhì)量增量分別只相當(dāng)于對照的52.1%、57.1%，硅酸鈉處理只達(dá)到對照的84.0%，但硅消泡劑處理蟲體體質(zhì)量增量達(dá)到對照的131.3%。硅消泡劑處理的食物轉(zhuǎn)化率也顯著高于對照。拒食率以硅酸鈉水溶液處理最高，硅分散劑處理拒食率最低，其食物轉(zhuǎn)化率也是最低的，硅鯊處理與對照的食物轉(zhuǎn)化率基本接近，硅酸鈉水溶液處理與硅消泡劑處理食物轉(zhuǎn)化率接近，且兩者均顯著高于對照。

表1 非選擇性試驗條件下硅處理與茶尺蠖食物轉(zhuǎn)化率

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，下表同；非選擇性拒食率=(對照組取食葉面積-處理組取食葉面積)/對照組取食葉面積×100%；食物轉(zhuǎn)化率=蟲體體質(zhì)量增量/取食葉片質(zhì)量。

由表2可知，在選擇性試驗測試下，與對照相比，所有處理取食量均有所下降，其中硅酸鈉水溶液處理取食量為對照的58.2%，硅鯊處理取食量為對照的80.4%，硅分散劑處理取食量為對照的66.8%，硅消泡劑處理取食量為對照的57.8%；硅鯊處理的拒食率最低，硅分散劑處理與硅消泡劑、硅酸鈉水溶液相比，拒食率明顯較低，但又高出硅鯊處理近1倍。

表2 選擇性試驗測試下的茶尺蠖取食量

注：選擇性拒食率=(對照組取食葉面積-處理組取食葉面積)/(對照組取食葉面積+處理組取食葉面積)×100%。

2.3 葉片經(jīng)硅浸漬處理對茶尺蠖的取食和生長影響

由表3可知，與對照相比，硅鯊和硅分散劑處理下蟲體體質(zhì)量增長率顯著降低，其他各處理與對照差異不顯著；對食物轉(zhuǎn)化率而言，硅酸鈉水溶液處理與對照基本相同，而其他各處理的食物轉(zhuǎn)化率均較對照有所提高。

2.4 硅噴霧處理對葉片酶系統(tǒng)的影響

由表4可知，與對照相比，硅酸鈉水溶液、硅鯊、硅分散劑處理均顯著降低了多酚氧化酶的活性，只有硅消泡劑處理使PPO活性上升，升高幅度為11.0%。與對照相比，硅酸鈉水溶液、硅鯊處理后苯丙氨酸解氨酶活性略有上升，但與對照差異不顯著；硅分散劑處理的PAL活性略有下降，但硅消泡劑處理使PAL活性得到顯著提升，升高幅度為2.30倍。

與對照相比，硅處理明顯降低了葡萄糖苷酶的活性，硅酸鈉水溶液處理、硅鯊處理、硅分散劑處理顯著降低葡萄糖苷酶活性，硅消泡劑處理使葡萄糖苷酶活性略有降低，硅酸鈉水溶液、硅鯊、硅分散劑、硅消泡劑處理后相應(yīng)葡萄糖苷酶活性分別為對照的20.6%、16.6%、39.5%、94.3%。

表3 硅浸漬處理葉片對茶尺蠖取食和增長率的影響

表4 不同形態(tài)的硅噴霧處理后的葉片酶活性

與對照相比，硅酸鈉水溶液處理過氧化物酶活性升高66.1%，其他幾種硅制劑處理均使POD活性降低，硅鯊處理和硅分散劑處理使POD活性顯著降低，硅鯊處理后POD活性降低了74.5%，硅消泡劑處理后POD活性降低39.3%，硅分散劑處理后POD活性降低至方法檢測限以下。

由表5可知，與對照相比，硅酸鈉水溶液處理后茶多酚含量有所降低，另外3種硅制劑處理使茶多酚含量有所上升，硅消泡劑處理的茶多酚含量比對照增加56.5%，硅鯊處理茶多酚含量比對照增加26.0%；與對照相比，硅處理下咖啡堿含量普遍降低，但硅鯊處理后咖啡堿含量變化不明顯，其他處理咖啡堿含量降低28.4%～37.3%。

表5 不同形態(tài)的硅噴霧處理后的葉片多酚含量和咖啡堿含量

3 討論

在非選擇性試驗測試下4種供試材料對茶尺蠖均有拒食作用，其中硅分散劑處理拒食作用較弱。發(fā)生拒食作用處理組的幼蟲生長大多受到明顯的阻滯，只有硅消泡劑處理例外，對幼蟲發(fā)育似乎有促進(jìn)作用。有研究表明，硅處理促進(jìn)了佛州長葉螨種群的增長[23]，說明在特定情形下硅制劑刺激某些害蟲的生長是可能的。而在選擇性試驗測試下所有處理均在較大程度上影響了茶尺蠖的取食，因此利用硅制劑防控茶樹害蟲值得進(jìn)一步開展試驗。

在非選擇性試驗條件下，硅酸鈉水溶液處理拒食率最高，說明硅酸鈉有可能作為一種即時發(fā)揮效用的材料用于對茶尺蠖的防治。對于食物轉(zhuǎn)化率來說，取食硅分散劑處理的茶樹葉片后食物轉(zhuǎn)化率最低，說明硅分散劑對茶尺蠖的生長繁殖和種群延續(xù)是不利的，硅分散劑處理可能是一種長效機制。因此，如果將硅酸鈉與硅分散劑進(jìn)行組合處理可能會取得更好的效果。

以硅短時直接浸泡離體茶樹葉片，硅不會被吸收，也不會對葉片的生理生化特性產(chǎn)生明顯影響，因此本試驗評估的主要是硅的形態(tài)及硅制劑的助劑對茶尺蠖取食和生長的可能影響。試驗結(jié)果表明，各處理的茶尺蠖取食量均較對照有所降低，但以蟲體體質(zhì)量增長率而言，硅分散劑和硅鯊處理下增質(zhì)量率比對照顯著降低，其他各處理與對照相比差異不顯著；而對食物轉(zhuǎn)化率而言，硅酸鈉水溶液處理與對照基本相同，其他各處理的食物轉(zhuǎn)化率均較對照有所提高。結(jié)合硅噴霧處理的結(jié)果來看，不同類型硅制劑處理對茶尺蠖取食和生長的影響既受硅形態(tài)和制劑方式的制約，也受硅誘導(dǎo)茶樹生理生化變化的制約。

有研究報道表明，硅可能參與植物防衛(wèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活寄主防衛(wèi)基因，誘導(dǎo)產(chǎn)生一系列小分子代謝物質(zhì)，從而增強植物的抗性，但硅處理引起的誘導(dǎo)反應(yīng)不是在施硅后立即產(chǎn)生，而是在發(fā)生病蟲侵害時發(fā)生[28-29]。從本試驗結(jié)果來看，經(jīng)硅處理一定時間后，即使未受取食刺激植物也發(fā)生了生理生化響應(yīng)，這種差異可能是由硅試驗材料、受試作物類型的差異引起的。

植物與昆蟲的互作過程可能遠(yuǎn)比想象的更復(fù)雜[30]，植物的生理響應(yīng)與害蟲的取食傾向以及食物在害蟲體內(nèi)的轉(zhuǎn)化效率之間遠(yuǎn)不是一種簡單的因果關(guān)系。分析硅處理引起的茶多酚和咖啡堿等2種次生物質(zhì)、4種與抗性相關(guān)酶活性的變化與茶尺蠖取食之間的關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)難以得到規(guī)律性的結(jié)論。普遍認(rèn)為，茶多酚及其伴隨的PPO、POD是植物防御的關(guān)鍵系統(tǒng)之一[29，31]，在本試驗條件下，硅消泡劑處理48 h后葉片多酚含量、PPO活性均是最高的，但硅消泡劑處理下茶尺蠖的食物轉(zhuǎn)化率最高，并顯著高于對照。但硅酸鈉水溶液處理引起茶多酚含量的下降，這與硅酸鈉造成較高的拒食率不相對應(yīng)。PAL活性除了與茶多酚合成有關(guān)，與木質(zhì)素的形成也有一定關(guān)聯(lián)，因此硅酸鈉水溶液處理引起POD活性和PAL活性的上升可以解釋硅酸鈉水溶液處理拒食率較高的原因，但硅酸鈉處理又降低了PPO的活性。與對照相比，硅消泡劑處理使POD活性下降，PPO活性上升，2種氧化酶活性變化與拒食率之間不能很好地對應(yīng)，因此，硅引起的茶尺蠖取食變化的機制仍有待探索。

咖啡堿多被認(rèn)為與茶葉的抗蟲性呈正相關(guān)關(guān)系，一般認(rèn)為咖啡堿含量上升抑制害蟲取食，咖啡堿含量下降有利于害蟲取食。但在本試驗條件下，硅處理引起茶樹葉片咖啡堿含量降低，但咖啡堿下降并沒有導(dǎo)致茶尺蠖取食量的增加，相反試驗結(jié)果表明，茶尺蠖的取食依然受到了抑制，這說明在本試驗條件下，咖啡堿的變化與茶尺蠖取食之間的關(guān)系與一般預(yù)測的趨勢不同。這再一次說明茶葉生化成分的變化與茶樹的抗蟲性不是一種簡單的因果對應(yīng)關(guān)系。

硅鯊和硅分散劑可以直接作為農(nóng)藥和農(nóng)藥助劑使用。硅鯊含26.7%的SiO2(輔助成分主要為焦磷酸鈉)，用于作物病害的防治或用于蚜蟲、飛虱等體型較小害蟲的防治，基于其抗病原理可以認(rèn)為，該產(chǎn)品對茶樹防蟲可能會有一定作用，本試驗的結(jié)果支持了這一猜測，盡管不是很理想。硅分散劑是被廣泛使用的一種農(nóng)藥助劑，主要成分為聚二甲基硅烷，一般用作噴霧改良劑、農(nóng)藥活化劑，可增強農(nóng)藥在植物表面的展著性和沉積性，外觀為無色透明液體，試驗結(jié)果表明，硅分散劑獨立使用對茶尺蠖取食也有干擾作用。所用有機硅消泡劑是一種食品添加劑，主要成分為聚二甲基硅氧烷、氣相二氧化硅，助劑主要是Tween 60，外觀是白色黏稠乳液，可在水中形成半透明溶液。上述3種不同類型的硅制劑是農(nóng)用工業(yè)品或食品工業(yè)助劑，其穩(wěn)定性、環(huán)境安全性和對人畜的安全性均已經(jīng)通過評估，試驗結(jié)果表明，它們都能在一定程度上阻礙茶尺蠖取食，但其中的助劑成分除了對硅的分散性、沉積性和植物對硅的吸收產(chǎn)生影響外，助劑本身是否對茶尺蠖生理有直接影響還不清楚。

硅酸鈉是一種單一的化學(xué)物質(zhì)，硅酸鈉使用時以水溶液直接使用，因此硅酸鈉引起的茶樹生理響應(yīng)和相應(yīng)的茶尺蠖生理響應(yīng)真實地反映了這種形態(tài)的無機硅化合物所具有的功能。由于硅酸鈉水溶液處理可引起一定的拒食反應(yīng)，從快速發(fā)揮作用以減少害蟲取食而言，硅酸鈉作為一種用于茶尺蠖防治的備選化合物可能有一定的價值，但值得注意的是在高溫條件下硅酸鈉溶液濃度大于0.5%時，可引起茶樹葉片灼傷，因此不宜單一使用硅酸鈉。

在本試驗體系中，選擇性試驗測試下硅鯊處理的拒食率最低，硅消泡劑拒食效果最理想，硅分散劑次之，從作用原理和綜合效果來看，也許將這幾種不同的硅制劑進(jìn)行適當(dāng)組合會獲得更好的效果。