CO2濃度升高條件下不同程度豌豆蚜危害對紫花苜蓿葉片營養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝物質(zhì)的影響*

孫 倩, 張廷偉, 魏君玉, 呂雨晴, 劉長仲

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CO2濃度升高條件下不同程度豌豆蚜危害對紫花苜蓿葉片營養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝物質(zhì)的影響*

孫 倩, 張廷偉, 魏君玉, 呂雨晴, 劉長仲**

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院/甘肅省農(nóng)作物病蟲害生物防治工程實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730070)

由于人類大量開采使用石油、煤炭、天然氣等化石燃料, 使大氣CO2濃度升高, 這不但加速全球變暖, 還將影響地球上動(dòng)植物的生存和分布, 從而對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。為探明CO2濃度升高與豌豆蚜()蟲口密度對紫花苜蓿()葉片內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的影響, 明確CO2濃度升高和蚜蟲密度在紫花苜蓿生理生化中的作用, 試驗(yàn)在CO2光照培養(yǎng)箱內(nèi)設(shè)置380 μL?L-1(對照)、550 μL?L-1和750 μL?L-13個(gè)CO2濃度培育苜蓿幼苗并接入10日齡成蚜10頭?株-1、20頭?株-1、30頭?株-1, 并以0頭?株-1作為空白對照, 1周后測定植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝物質(zhì)含量。結(jié)果表明, 隨CO2濃度升高, 蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí)紫花苜?？扇苄缘鞍?、可溶性糖以及淀粉含量均上升, 在750 μL?L-1CO2濃度下分別比CK上升11.62倍、0.49倍和0.24倍; 黃酮、總酚和簡單酚含量也顯著上升。隨蚜蟲危害程度加重, 同一CO2濃度下紫花苜蓿淀粉、簡單酚含量先上升后下降, 高CO2濃度蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí)比0頭?株-1時(shí)可溶性糖、總酚以及單寧含量上升1.66倍、1.49 mg?g-1和1.09 mg?g-1, 差異均顯著(<0.05)。說明具有固氮作用的豆科植物更易于適應(yīng)CO2濃度升高的變化, 從而在受到刺吸脅迫后增強(qiáng)自身誘導(dǎo)抗蟲性以抵御害蟲為害。

紫花苜蓿; CO2濃度升高; 豌豆蚜; 危害程度; 營養(yǎng)物質(zhì); 次生代謝物質(zhì)

綠色植物通過光合作用將CO2氣體轉(zhuǎn)換為供自身生長的能量有機(jī)物質(zhì), 大氣CO2濃度升高影響著地球上的綠色植被, 造成植物氣孔關(guān)閉或減小, 氣孔阻力增加使植物蒸騰作用減弱[1], 而蒸騰作用減弱有助于植物對水分的利用。高CO2濃度下植物生長速率[2]、地上生物量[3]和產(chǎn)量均提高[4]-[5]。對于大多數(shù)C3植物而言, 大氣CO2濃度升高可顯著提高光合作用能力和植物生產(chǎn)力[6], 但對C4植物的影響不顯著[7]。

陳法軍等[8]在開頂式氣室內(nèi)研究了高CO2濃度下種植的春小麥(), 發(fā)現(xiàn)麥穗中葡萄糖、二糖、多糖、總糖含量增加, 總糖與總氮的比值增加, 而果糖、三糖和總氮含量降低, 麥粒中可溶性蛋白、游離氨基酸、葡萄糖和總糖含量及碳氮比(C/N)均顯著增加, 果糖和粗蛋白含量則顯著降低[9]。高CO2濃度種植的棉花()游離脂肪酸和游離氨基酸增加, 可溶性蛋白含量降低, 棉花組織內(nèi)棉酚和單寧含量也顯著增加[10]。錢蕾等[11]在人工氣候箱內(nèi)種植四季豆(), 發(fā)現(xiàn)其粗蛋白含量明顯下降, 而總糖、組織淀粉、可溶性蛋白和游離氨基酸含量卻顯著升高。Agrell等[12]發(fā)現(xiàn)高CO2濃度下種植的紫花苜蓿()中皂苷含量上升。

當(dāng)昆蟲取食綠色植物時(shí), 不僅自身生態(tài)發(fā)育發(fā)生變化[13], 植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)與次生代謝物質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)的變化, 次生代謝物質(zhì)可與蛋白質(zhì)分子結(jié)合形成穩(wěn)定交叉鏈, 產(chǎn)生的澀味可明顯降低昆蟲對植物的取食量, 使蛋白質(zhì)在蟲體內(nèi)不易消化, 導(dǎo)致昆蟲營養(yǎng)不良, 延緩發(fā)育[14]。毛竹()受竹篦舟蛾()危害后, 竹葉中單寧、黃酮含量增加, 總糖、可溶性糖、蛋白質(zhì)含量顯著下降[15]。茶黃薊馬()危害銀杏()一定天數(shù)后其葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量均呈現(xiàn)遞減趨勢[16]。西花薊馬()為害菜豆()后隨著蟲口密度增加和為害時(shí)間延長葉綠素呈遞減趨勢, 可溶性糖、可溶性蛋白和游離氨基酸含量均下降[17]。蚜蟲侵染西瓜()幼苗后其葉片中可溶性蛋白和可溶性糖含量顯著下降, 苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase, PAL)、過氧化物酶(peroxidase, POD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性顯著增強(qiáng)[18]。

紫花苜蓿為多年生豆科、苜蓿屬草本植物, 被譽(yù)為“牧草之王”, 是重要的動(dòng)物營養(yǎng)飼料。紫花苜蓿對CO2濃度升高及豌豆蚜()為害的綜合響應(yīng)機(jī)制尚不可知。本研究在3個(gè)CO2梯度濃度條件下設(shè)置4個(gè)豌豆蚜蟲口密度培育紫花苜蓿, 綜合探求“苜蓿-豌豆蚜”系統(tǒng)下苜蓿體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝物質(zhì)含量的變化, 分析不同處理下紫花苜蓿葉片受到害蟲為害后生理應(yīng)激反應(yīng)的特點(diǎn), 為了解植物的防御反應(yīng)和制定害蟲治理策略提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及測定方法

1.1.1 供試紫花苜蓿及豌豆蚜

供試紫花苜蓿品種‘阿爾岡金’, 種子購買于甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院。于2017年10月1日單株種植于設(shè)置為當(dāng)前大氣CO2濃度[(380±18) μL?L-1, 對照CO2濃度]、中等濃度[(550±27) μL?L-1]和高濃度[(750±37) μL?L-1]的SPX-250-GB-CO2型號CO2人工氣候箱中30 d備用。

供試豌豆蚜于2017年5月采自甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)紫花苜蓿試驗(yàn)基地。將無翅胎生雌蚜單頭飼養(yǎng)在盆栽‘阿爾岡金’紫花苜蓿植株上進(jìn)行種群擴(kuò)大繁殖, 環(huán)境條件為: 溫度(24±1) ℃, 相對濕度50%±10%, 光照周期16 L︰8 D。

1.1.2 試驗(yàn)樣品收集

2017年11月1日選取各CO2濃度下長勢相似的紫花苜蓿接入10日齡豌豆蚜。設(shè)置3個(gè)蟲口密度: 10頭?株-1、20頭?株-1、30頭?株-1, 以0頭?株-1作為空白對照, 各CO2濃度下每處理重復(fù)6次。自進(jìn)入接蟲之日起, 每24 h觀察1次, 掃除新產(chǎn)若蚜, 7 d后取各處理新鮮葉片0.1 g進(jìn)行營養(yǎng)物質(zhì)測定, 剩余部分烘干24 h后取0.2 g進(jìn)行次生代謝物質(zhì)測定。

1.2 測定方法

可溶性蛋白測定采用考馬斯亮藍(lán)顯色法[19], 可溶性糖及淀粉測定采用蒽酮比色法[20], 黃酮測定參照康新平等[21]方法, 總酚及簡單酚測定參照顧新洲[22]的方法, 單寧測定參照韓富根等[23]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行整理, 采用SPSS 19.0對紫花苜蓿受害程度和CO2濃度進(jìn)行雙因子方差分析, 對不同處理或不同CO2濃度間采用Duncan氏新復(fù)極差法和獨(dú)立樣本檢驗(yàn)分析數(shù)據(jù)的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2濃度升高對不同豌豆蚜危害程度苜蓿葉片營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

2.1.1 對可溶性蛋白含量的影響

由表1可知, CO2濃度升高條件下受豌豆蚜不同程度危害后紫花苜蓿葉片可溶性蛋白含量差異顯著。同一受害程度紫花苜蓿葉片可溶性蛋白含量隨CO2濃度升高呈上升趨勢。蚜蟲密度為0頭?株-1時(shí), 中、高CO2濃度紫花苜蓿葉片可溶性蛋白含量比CK上升1.49倍、3.04倍, 蚜蟲密度為10頭?株-1時(shí)上升1.49倍、2.83倍, 蚜蟲密度為20頭?株-1時(shí)上升2.43倍、4.87倍, 蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí)上升6.69倍、11.62倍(<0.05)。同一CO2濃度隨受蟲害程度加重可溶性蛋白含量呈降低趨勢。CK下30頭?株-1時(shí)可溶性蛋白含量降低為0頭?株-1時(shí)的27.09%, 中、高CO2濃度下相對同一CO2濃度0頭?株-1, 均在10頭?株-1時(shí)可溶性蛋白含量有所上升, 20頭?株-1時(shí)開始下降, 最大降低為0頭?株-1時(shí)的83.51%和84.67%, 差異顯著(<0.05)。

表1 CO2濃度升高對不同豌豆蚜危害程度苜蓿葉片營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差; 數(shù)據(jù)后同列不同小寫字母表示同一CO2濃度不同豌豆蚜危害程度之間差異顯著(<0.05), 不同大寫字母表示同一豌豆蚜危害程度不同CO2濃度之間差異顯著(<0.05)。Data in the table are mean±SD. Different lowercase letters in the same column show significant differences among different damaged degrees of pea aphid under the same CO2concentration at 0.05 level, while different capital letters show significant differences on the same damaged degree among different CO2concentrations at 0.05 level.

2.1.2 對可溶性糖含量的影響

CO2濃度升高條件下受豌豆蚜不同程度危害后對紫花苜蓿葉片可溶性糖含量也有一定影響。同一受害程度紫花苜蓿葉片可溶性糖含量隨CO2濃度升高呈上升趨勢。蚜蟲密度為0頭?株-1時(shí), 中濃度CO2下可溶性糖含量與CK相比差異不顯著(>0.05), 高濃度CO2下比CK上升0.47倍, 中、高CO2濃度蚜蟲密度為10頭?株-1時(shí)分別比CK上升0.24倍、0.35倍, 蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí)上升0.22倍、0.49倍, 差異顯著(<0.05)。同一CO2濃度隨受蟲害程度加重可溶性糖含量呈上升趨勢。CK及中、高CO2濃度蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí)可溶性糖含量比同一CO2濃度0頭?株-1時(shí)分別上升1.63倍、1.77倍和1.66倍, 差異顯著(<0.05)。

2.1.3 對淀粉含量的影響

CO2濃度升高條件下受豌豆蚜不同程度危害后淀粉含量與可溶性糖含量變化相似。隨著CO2濃度升高, 同一受害程度紫花苜蓿葉片淀粉含量呈現(xiàn)上升趨勢。蚜蟲密度為0頭?株-1時(shí), 中、高CO2濃度淀粉含量分別比CK上升0.45倍、0.67倍, 蚜蟲密度為10頭?株-1時(shí)上升0.73倍、0.84倍, 蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí)上升0.26倍、0.24倍, 差異顯著(<0.05)。同一CO2濃度隨受蟲害程度加重淀粉含量呈先上升后下降的趨勢。CK及中、高CO2濃度蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí)淀粉含量比同一CO2濃度0頭?株-1時(shí)分別上升0.72倍、0.49倍和0.28倍, 差異顯著(<0.05)。

2.1.4 CO2濃度升高對不同豌豆蚜危害程度紫花苜蓿葉片營養(yǎng)物質(zhì)影響的方差分析

由表2可知, CO2濃度因子對紫花苜蓿葉片中可溶性糖含量無顯著影響, 但對葉片中可溶性蛋白和淀粉含量有極顯著影響(<0.01)。豌豆蚜危害程度因子對紫花苜蓿葉片營養(yǎng)物質(zhì)均有極顯著影響(<0.01)。CO2濃度和豌豆蚜危害程度的交互作用對紫花苜蓿營養(yǎng)物質(zhì)含量均無顯著影響(>0.01)。

表2 CO2濃度、豌豆蚜危害程度及其交互作用對紫花苜蓿葉片營養(yǎng)物質(zhì)含量影響的方差分析

*和**分別表示顯著(<0.05)和極顯著(<0.01)影響。* and ** show significant (0.05 level) and extremely significant (0.01 level) effect, respectively.

2.2 CO2濃度升高對不同豌豆蚜危害程度苜蓿葉片次生代謝物質(zhì)含量的影響

2.2.1 對黃酮含量的影響

由表3可知, CO2濃度升高條件下受豌豆蚜不同程度危害后紫花苜蓿葉片中黃酮含量差異顯著。同一蚜蟲危害程度紫花苜蓿葉片黃酮含量隨CO2濃度升高呈上升趨勢。蚜蟲密度為0頭?株-1時(shí), 中、高CO2濃度黃酮含量比CK上升0.31 mg?g-1、0.55 mg?g-1, 蚜蟲密度為10頭?株-1時(shí)上升0.60 mg?g-1、0.77 mg?g-1, 蚜蟲密度為20頭?株-1時(shí)高CO2濃度比CK上升0.27 mg?g-1, 蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí)與CK黃酮含量相比差異不顯著(>0.05)。同一CO2濃度隨豌豆蚜危害程度加重苜蓿葉片黃酮含量呈上升趨勢。CK及中濃度CO2下30頭?株-1時(shí)黃酮含量均比同一CO2濃度0頭?株-1時(shí)有所上升, 分別上升0.73 mg?g-1和0.43 mg?g-1, 差異顯著(<0.05)。

2.2.2 對總酚、簡單酚含量的影響

CO2濃度升高條件下受豌豆蚜不同程度危害后紫花苜蓿葉片中總酚、簡單酚含量變化相似。同一受害程度紫花苜蓿葉片總酚、簡單酚含量隨CO2濃度升高均上升。蚜蟲密度為0頭?株-1時(shí), 中、高CO2濃度總酚含量比CK上升0.53 mg?g-1、0.58 mg?g-1, 簡單酚含量上升0.28 mg?g-1、0.37 mg?g-1。蚜蟲密度為10 頭?株-1和20頭?株-1時(shí)中濃度CO2總酚含量比CK上升0.73 mg?g-1、0.24 mg?g-1, 簡單酚含量上升0.22 mg?g-1、0.08 mg?g-1, 高濃度CO2總酚含量比CK上升1.86 mg?g-1、0.68 mg?g-1, 簡單酚含量分別上升0.41 mg?g-1、0.25 mg?g-1, 差異顯著(<0.05)。同一CO2濃度隨豌豆蚜危害程度加重總酚含量呈上升趨勢, 簡單酚含量呈先升高后降低的趨勢。CK及中、高CO2濃度蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí)紫花苜蓿葉片內(nèi)總酚含量比同一CO2濃度0頭?株-1時(shí)分別上升1.17 mg?g-1、0.93 mg?g-1、1.49 mg?g-1, 簡單酚含量在同一CO2濃度處理20頭?株-1時(shí)達(dá)到最高值, 分別為1.63 mg?g-1、1.71 mg?g-1和1.88 mg?g-1, 差異顯著(<0.05)。

2.2.3 對單寧含量的影響

紫花苜蓿葉片中單寧含量也隨CO2濃度升高而有顯著差異。同一蚜蟲危害程度紫花苜蓿葉片中單寧含量在中、高CO2濃度下, 蚜蟲密度為0頭?株-1和30頭?株-1時(shí)與CK相比無顯著差異(>0.05)。蚜蟲密度為10頭?株-1和20頭?株-1時(shí)呈上升趨勢, 中濃度CO2單寧含量比CK上升0.51 mg?g-1、0.17 mg?g-1, 高濃度CO2處理上升1.46 mg?g-1、0.44 mg?g-1, 差異顯著(<0.05)。同一CO2濃度隨受害程度加重單寧含量呈上升趨勢。CK及中、高CO2濃度蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí)單寧含量均比同一CO2濃度0頭?株-1時(shí)有所上升, 分別上升1.19 mg?g-1、0.95 mg?g-1和1.09 mg?g-1, 差異顯著(<0.05)。

表3 CO2濃度升高對不同豌豆蚜危害程度苜蓿葉片次生代謝物質(zhì)含量的影響

表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差; 數(shù)據(jù)后同列不同小寫字母表示同一CO2濃度不同豌豆蚜危害程度之間差異顯著(<0.05), 不同大寫字母表示同一豌豆蚜危害程度不同CO2濃度之間差異顯著(<0.05)。Data in the table are mean±SD. Different lowercase letters in the same column show significant differences among different damaged degrees of pea aphid under the same CO2concentration at 0.05 level, while different capital letters show significant differences on the same damaged degree among different CO2concentrations at 0.05 level.

2.2.4 CO2濃度升高對不同豌豆蚜危害程度紫花苜蓿葉片次生代謝物質(zhì)影響的方差分析

由表4可知, CO2濃度因子除對紫花苜蓿葉片中簡單酚含量無顯著影響外, 對葉片中黃酮、總酚和單寧含量均有極顯著影響(<0.01)。蚜蟲危害程度因子對紫花苜蓿葉片黃酮含量無顯著影響, 對其他次生代謝物質(zhì)均有極顯著影響(<0.01)。CO2濃度和豌豆蚜危害程度的交互作用對紫花苜蓿次生代謝物質(zhì)含量均無顯著影響(>0.01)。

表4 CO2濃度、豌豆蚜危害程度及其交互作用對紫花苜蓿葉片次生代謝物質(zhì)含量影響的方差分析

*和**分別表示顯著(<0.05)和極顯著(<0.01)影響。* and ** show significant (0.05 level) and extremely significant (0.01 level) effect, respectively.

3 討論與結(jié)論

CO2濃度升高, 不僅可以影響植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝物質(zhì)含量, 而且可以通過昆蟲取食植物而散發(fā)出吸引天敵昆蟲的揮發(fā)性物質(zhì)[24]以保證植物的正常生長發(fā)育需求。以往的學(xué)者大多單一研究CO2濃度升高下植物的體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)及次生代謝物質(zhì)的變化, 或不同蟲口密度下植物的營養(yǎng)物質(zhì)及次生代謝物質(zhì)變化。本研究通過設(shè)置3個(gè)CO2濃度4個(gè)蟲口密度, 探討未來大氣CO2濃度升高及蟲口密度變化情況下紫花苜蓿的應(yīng)激反應(yīng)。

大量研究證明CO2濃度升高直接影響植物體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)。而營養(yǎng)物質(zhì)的衡量首先涉及到植物體內(nèi)N含量。Bezemer等[25]分析了33種在高CO2濃度培育下的綠色植物, 發(fā)現(xiàn)其中29種植物體內(nèi)N含量降低。Cotrufo等[26]發(fā)現(xiàn)植物組織內(nèi)N含量隨CO2濃度升高平均降低約14%, 其中C3植物降低16%, C4植物降低7%。CO2濃度升高改變植物體內(nèi)C/N比, 使C含量上升, N含量下降造成可溶性蛋白質(zhì)含量下降, 可溶性糖和淀粉含量上升。但Karowe[27]研究C3植物中的紅車軸草()和草木樨()在高CO2濃度下種植時(shí)發(fā)現(xiàn)其C、N含量沒有發(fā)生變化。本試驗(yàn)選用C3植物且為豆科的紫花苜蓿為對象, 探討CO2濃度升高后紫花苜蓿體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝物質(zhì)含量變化, 發(fā)現(xiàn)隨CO2濃度升高當(dāng)蚜蟲密度為30頭?株-1時(shí), 其葉片內(nèi)可溶性蛋白含量最大, 比CK含量上升11.62倍, 可溶性糖含量上升0.49倍, 淀粉含量上升0.24倍, 與任紅旭等[28]和錢蕾等[11]的研究一致。這可能是因?yàn)槎箍浦参锖刑赜械母鼍? 能在空氣中攝取大量N素, 以適應(yīng)植物在高CO2濃度下的生長[29]。

陳建明等[30]研究表明, 受不同程度褐飛虱()為害后, 水稻()可溶性蛋白、非可溶性蛋白和蛋白質(zhì)總量均下降, 氨基酸含量明顯增加。陳清林等[31]發(fā)現(xiàn)毛竹尖胸沫蟬()為害毛竹后可顯著增加受害枝條和葉片內(nèi)可溶性糖含量。本研究結(jié)果表明同一CO2濃度條件下隨豌豆蚜危害程度加重, 紫花苜蓿體內(nèi)可溶性蛋白含量降低、可溶性糖含量上升、淀粉含量先上升后下降, 與陳建明和陳清林等研究結(jié)果一致。說明豌豆蚜的取食危害使紫花苜蓿體內(nèi)蛋白質(zhì)合成遭到阻礙, 導(dǎo)致其可溶性蛋白含量減少, 從而植株不能正常生長發(fā)育。

次生代謝物質(zhì)是植物為了抵御植食性昆蟲的取食而在長期進(jìn)化過程中形成的以形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)及分子調(diào)控方式為主的一種代謝物質(zhì)[32], 對昆蟲的取食行為、生長發(fā)育及繁殖均產(chǎn)生不利的影響[33]。植物體內(nèi)以C為主的次生代謝物質(zhì)由于環(huán)境中CO2濃度的升高也隨之增加[34]。Chen等[35]發(fā)現(xiàn)高CO2濃度下栽種的轉(zhuǎn)Bt棉(GK-12)與親本棉鈴(Simian-3)中縮合單寧含量分別提高21.7%和24.3%, 棉酚含量提高25.2%和23.1%。油菜()中總酚含量降低, 而黃酮類化合物含量變化不大[12]。橡樹()葉片單寧含量比對照CO2濃度條件下高出近1倍[34]。本研究結(jié)果表明CO2濃度升高條件下紫花苜蓿總酚、簡單酚和單寧含量有顯著上升, 與Chen等[35]研究發(fā)現(xiàn)一致。這符合碳氮營養(yǎng)平衡假說(carbon nutrient balance hypothesis, CNBH)[36], 該假說認(rèn)為植物化學(xué)防御物質(zhì)的產(chǎn)生受組織內(nèi)可利用的碳、氮營養(yǎng)物質(zhì)的限制。紫花苜蓿光合作用的提高和組織內(nèi)含氮量的降低, 導(dǎo)致含碳的化學(xué)防御物質(zhì)增加如酚類和單寧。

戴沿海[37]發(fā)現(xiàn)松突圓蚧()為害馬尾松針()葉片后其體內(nèi)黃酮、單寧和總酚含量隨危害程度加重先增加后降低。吳興德[38]研究栗癭蜂()為害不同品種錐栗()后葉片內(nèi)單寧含量均下降。張飛萍[39]研究毛竹尖胸沫蟬為害毛竹后其受害枝梢新葉黃酮含量、單寧含量均有顯著增加。本研究得出紫花苜蓿體內(nèi)總酚和簡單酚隨受害程度的增加而升高的結(jié)論與張飛萍等[39]研究結(jié)果一致。這說明紫花苜蓿嚴(yán)重受害從而引起植物誘導(dǎo)抗蟲性。

本研究所得數(shù)據(jù)均是在實(shí)驗(yàn)室條件下獲得的, 僅研究了可控條件下CO2濃度升高以及豌豆蚜蟲口密度增加后紫花苜蓿生理響應(yīng)。表現(xiàn)為CO2濃度升高紫花苜蓿營養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝物質(zhì)含量上升, 豌豆蚜蟲口密度增加紫花苜蓿體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量降低, 可溶性糖、總酚和單寧含量上升, 淀粉、簡單酚含量先上升后下降的生理響應(yīng)。而植物體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的變化是復(fù)雜的, 其生長溫度、葉片含水量以及光合作用長短都顯著地影響著植物的應(yīng)激反應(yīng), 若要明確未來大氣CO2濃度升高后‘苜蓿-豌豆蚜’系統(tǒng)綜合變化有待進(jìn)一步研究。

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Effects of elevated CO2concentration on nutrients and secondary metabolites inleaf under different damage degrees of pea aphid (, Hemiptera: Aphididae)*

SUN Qian, ZHANG Tingwei, WEI Junyu, LYU Yuqing, LIU Changzhong**

(College of Plant Protection, Gansu Agricultural University / Biocontrol Engineering Laboratory of Crop Diseases and Pests of Gansu Province, Lanzhou 730070, China)

Due to massive exploitation and use of fossil fuel such as petroleum, coal and natural gas, atmospheric CO2concentration has been increasing, which not only accelerated global warming, but also affected the survival and distribution of animals and plants on the earth with far-reaching impacts on the ecosystem. This research was carried out to explore the effects of elevated CO2concentration and pest population density ofon chemical substances in the leaves of. The objective was assessed the effects of elevated CO2concentration and pea aphid density on the physiology and biochemistry of.. The nutrients and secondary metabolites inleaves were determined by cultivating.seedlings attacked by 10-day old pea aphids of 10 head?plant-1, 20 head?plant-1, 30 head?plant-1and 0 head?plant-1(CK) for one week under three CO2concentrations [380 μL?L-1(CK), 550 μL?L-1and 750 μL?L-1] in CO2gradient chamber. The results indicated that the contents of soluble protein, soluble carbohydrate and starch increased after aphid sucking of 30 head?plant-1with increasing CO2concentration. At 750 μL?L-1CO2concentration, they were respectively 11.62 times, 0.49 times and 0.24 times higher than those under CK, respectively. Also the contents of flavone, total polyphenols and simple phenols increased significantly. Furthermore, the contents of starch and simple phenols increased and then decreased with increasing degree of damage under the same CO2concentration. Comparatively, contents of soluble carbohydrate, total polyphenols and tannin were significant differences between aphid densities of 30 head?plant-1and 0 head?plant-1, which increased by 1.66 times, 1.49 mg?g-1and 1.09 mg?g-1(< 0.05) compared with those of CK under the highest level of CO2concentration. The results indicated that nitrogen fixing legume plants were more likely to adapt to increased CO2concentration and thereby enhanced self-induced resistance to insect pests.

; Elevated CO2concentration;; Damage degree; Nutrientsubstance; Secondary compound

, E-mail: liuchzh@gsau.edu.cn

Apr. 25, 2018;

Sep. 5, 2018

S433.3

A

2096-6237(2019)01-0092-08

10.13930/j.cnki.cjea.180411

孫倩, 張廷偉, 魏君玉, 呂雨晴, 劉長仲. CO2濃度升高條件下不同程度豌豆蚜危害對紫花苜蓿葉片營養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝物質(zhì)的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2019, 27(1): 92-99

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* 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31660522)資助

劉長仲, 主要研究方向?yàn)橛泻ι锞C合治理。E-mail: liuchzh@gsau.edu.cn

孫倩, 主要研究方向?yàn)橛泻ι锞C合治理。E-mail: 15002552924@139.com

2018-04-25

2018-09-05

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31660522).