油菜葉片營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和防御酶活性與其對(duì)黃寬條跳甲抗性的關(guān)系

馮建雄 董曉亮 楊博慧

摘要 春油菜是內(nèi)蒙古地區(qū)主要的油料作物，黃寬條跳甲Phyllotreta humilis Weise是春油菜苗期的重要害蟲(chóng)。實(shí)驗(yàn)室通過(guò)前期研究篩選了2個(gè)抗蟲(chóng)品種（‘大黃油菜和‘太空蒙Ⅳ）和1個(gè)感蟲(chóng)品種（‘青油14），研究了不同品種油菜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和防御酶活性與其對(duì)黃寬條跳甲抗性的關(guān)系。結(jié)果顯示，不同抗蟲(chóng)性品種油菜苗期受黃寬條跳甲為害程度為：‘青油14>‘大黃油菜>‘太空蒙Ⅳ，為害最高峰時(shí)為害指數(shù)分別為0.60>0.46>0.35。3個(gè)品種油菜可溶性糖含量為‘青油14（5.24 mg/g）>‘大黃油菜（5.10 mg/g）>‘太空蒙Ⅳ（3.87 mg/g），可溶性糖含量越低，抗蟲(chóng)性越強(qiáng);葉綠素則與之相反，含量越高抗蟲(chóng)性越強(qiáng)，3個(gè)品種油菜葉綠素含量分別為‘青油14（0.49 mg/g）<‘大黃油菜（0.78 mg/g）<‘太空蒙Ⅳ（0.95 mg/g），且差異顯著;可溶性蛋白與抗蟲(chóng)性沒(méi)有明顯的相關(guān)性。防御酶方面，苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過(guò)氧化物酶（POD）的活性與抗蟲(chóng)性密切相關(guān)，抗蟲(chóng)品種酶活性顯著大于感蟲(chóng)品種;多酚氧化酶（PPO）和超氧化物歧化酶（SOD）活性與抗蟲(chóng)性關(guān)系不明顯?？瓜x(chóng)品種‘太空蒙Ⅳ胰蛋白酶抑制劑（TI）活性是‘青油14的1.85倍，胰凝乳蛋白酶抑制劑（CI）活性不同品種間沒(méi)有差異。油菜對(duì)黃寬條跳甲的抗蟲(chóng)性與油菜葉片可溶性糖和葉綠素含量有關(guān)，苯丙氨酸解氨酶（PAL）和過(guò)氧化物酶（POD）對(duì)抗蟲(chóng)性影響大，胰蛋白酶抑制劑活性越高，油菜抗蟲(chóng)性越強(qiáng)。

關(guān)鍵詞 油菜; 黃寬條跳甲; 為害指數(shù); 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì); 防御酶

中圖分類(lèi)號(hào)： S 436.35， S 433.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ADOI： 10.16688/j.zwbh.2018291

Abstract Spring rape is a major oil crop in Inner Mongolia. Phyllotreta humilis Weise is a serious pest of rape during the seedling stage. Two insectresistant varieties （‘Dahuang Rape and ‘Space Meng Ⅳ） and one susceptible variety （‘Qingyou 14） were chosen to study the resistance mechanism. In the three rape varieties tested， the damages caused by P.humilis could be arranged as followed： ‘Qingyou 14>‘Dahuang Rape>‘Space Meng Ⅳ during the seedling stage， and the damage index was ‘Qingyou 14 （0.60）>‘Dahuang Rape （0.46）>‘Space Meng Ⅳ （0.35） during the peak period. The resistance index decreased with increasing amount of soluble sugars， and increased with increasing contents of chlorophyll. The amount of soluble sugars could be arranged as followed： ‘Qingyou 14 （5.24 mg/g）>‘Dahuang Rape （5.10 mg/g）>‘Space Meng Ⅳ（3.87 mg/g）; the content of chlorophyll could be arranged as followed： ‘Qingyou 14（0.49 mg/g） <‘Dahuang Rape （0.78 mg/g）<‘Space Meng Ⅳ（0.95 mg/g）. The contents of soluble proteins had no correlation with the resistance of three tested rape cultivars. The activities of phenylalanine ammonialyase （PAL） and peroxidase （POD） in resistant varieties were higher than that of susceptible variety， but there was no significant difference in the activities of polyphenoloxidase （PPO） and superoxide dismutase （SOD） among different varieties. The trypsin inhibitor （TI） activity of ‘Space Meng Ⅳ was 1.85 times higher than that of ‘Qingyou 14. There was no difference in chymotrypsin inhibitor （CI） activity between different varieties of rape. The resistance of rape was related with the content of soluble sugars and chlorophyll. The activities of PAL and POD could affect the resistance of rape， and the resistance index of rape increased with increasing activity of TI.

Key words rape; Phyllotreta humilis; damage index; nutrient content; defensive enzyme

中國(guó)是世界油菜第二生產(chǎn)大國(guó)，2015年播種面積高達(dá)730萬(wàn)hm2[1]。同時(shí)，我國(guó)也是菜籽油消費(fèi)大國(guó)，菜籽油占國(guó)內(nèi)產(chǎn)油量40%以上，超過(guò)全國(guó)食用油消費(fèi)總量的25%[2]。我國(guó)油菜主要分為冬油菜和春油菜，其中春油菜約占我國(guó)油菜播種面積和產(chǎn)量的10%左右，主要分布在青海、內(nèi)蒙古和甘肅等地[3]。內(nèi)蒙古地區(qū)獨(dú)特的地理環(huán)境造就了油菜優(yōu)良的品質(zhì)，因此油菜產(chǎn)業(yè)在當(dāng)?shù)乇桓叨戎匾暋?/p>

黃寬條跳甲Phyllotreta humilis Weise是為害油菜的重要害蟲(chóng)之一，廣泛分布于全世界各油菜產(chǎn)區(qū)，主要為害油菜幼苗，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致缺苗斷垅，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[4]。目前各地主要靠化學(xué)農(nóng)藥防治該蟲(chóng)，這與生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)綠色油菜籽的原則相矛盾。有效利用植物的抗蟲(chóng)性是害蟲(chóng)防治的重要手段之一，也符合當(dāng)前國(guó)家在植保領(lǐng)域推行的綠色防控政策。

植食性昆蟲(chóng)對(duì)寄主的選擇是昆蟲(chóng)取食的基礎(chǔ)[5]。研究表明，植物對(duì)昆蟲(chóng)的抗蟲(chóng)性高低與植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量及防御酶活性有關(guān)。Visser研究發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是影響昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素，植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的多少影響其抗蟲(chóng)性[6]。黃煒東研究證明，昆蟲(chóng)生長(zhǎng)所需的能量主要來(lái)源于植物體內(nèi)的氮和糖，而這兩種物質(zhì)影響著昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖[7]。何菁等研究發(fā)現(xiàn)，煙粉虱種群趨勢(shì)指數(shù)與辣椒可溶性糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與可溶性蛋白呈正相關(guān)[8]。防御酶在植物抗逆性中也起著重要作用，王偉等研究發(fā)現(xiàn)，桉樹(shù)抗蟲(chóng)品系葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性均大于敏感品系[9]。符偉等在辣椒對(duì)西花薊馬的抗性研究中也有類(lèi)似的結(jié)論[10]。玉米愈傷組織33 kDa半胱氨酸蛋白酶過(guò)度表達(dá)時(shí)可高效抑制草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda的生長(zhǎng)發(fā)育[11]。蛋白酶抑制劑（protease inhibitors， PIs）普遍存在于自然界中，PIs的生理功能與植物的抗病蟲(chóng)害能力密切相關(guān)。昆蟲(chóng)攝入的蛋白酶抑制劑與昆蟲(chóng)腸道的蛋白酶形成穩(wěn)定的復(fù)合物，從而使昆蟲(chóng)的蛋白消化酶活性受到抑制，降低了昆蟲(chóng)對(duì)食物蛋白的有效利用[12]。Gatehouse等研究發(fā)現(xiàn)，抗四紋豆象的豇豆品種胰蛋白酶抑制劑（trypsin inhibitor，TI）含量高出其他品種1倍[13]。本論文從油菜葉片營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、防御酶等方面探討油菜的抗蟲(chóng)性機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 供試油菜

試驗(yàn)選用3個(gè)油菜品種，其中‘大黃油菜（Dahuang Rape）和‘太空蒙Ⅳ（Space MengⅣ）是實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)幾年篩選選出的兩個(gè)抗蟲(chóng)品種，‘青油14（Qingyou 14）是一個(gè)感蟲(chóng)品種。‘大黃油菜屬于芥菜型油菜Brassica juncea L.， ‘太空蒙Ⅳ和‘青油14是甘藍(lán)型油菜Brassica napus L.。

1.2 供試試劑

考馬斯亮藍(lán)G250，F(xiàn)luka公司;氯化硝基四氮唑藍(lán)（NBT）、L苯丙氨酸、巰基乙醇，Sigma公司;聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、EDTANa2，Amresco公司;其余藥品均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.3 試驗(yàn)地情況及大田試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市武川縣哈樂(lè)鎮(zhèn)小馬連渠村。武川縣屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫2.5℃。3個(gè)油菜品種為3個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)面積為222 m2，完全隨機(jī)區(qū)組排列。播種時(shí)每小區(qū)同時(shí)施用580 g尿素，1 300 g磷酸二銨。

1.4 黃寬條跳甲蟲(chóng)口密度和油菜受害狀況的調(diào)查

油菜出苗后每7 d調(diào)查1次黃寬條跳甲蟲(chóng)口密度，采用5點(diǎn)取樣法，按照Z(yǔ)字形每小區(qū)取5點(diǎn)調(diào)查，每點(diǎn)調(diào)查30株幼苗上黃寬條跳甲的數(shù)量，計(jì)算每株油菜上的蟲(chóng)口密度。油菜葉片被害狀況調(diào)查參照賀春貴等提出的方法[14]，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況有改動(dòng)。主要通過(guò)幼苗受害狀確定為害等級(jí)，統(tǒng)計(jì)受害株數(shù)，并根據(jù)下式計(jì)算為害指數(shù)。分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：0級(jí)，子葉、真葉上無(wú)被害狀;1級(jí)，子葉、真葉上有零星被害;2級(jí)，子葉、真葉上有1/3以下面積被害;3級(jí)，子葉、真葉上有1/3～1/2面積被害;4級(jí)，子葉、真葉上有1/2～2/3面積被害;5級(jí)，子葉、真葉上有2/3以上面積被害。

抗性等級(jí)鑒定參照林鳳敏等，采用抗蟲(chóng)性值累計(jì)量化的方法評(píng)判供試品種[15]。根據(jù)為害指數(shù)，將每時(shí)期的抗性指數(shù)設(shè)為1～5，設(shè)為害指數(shù)<0.2為5，0.2≤為害指數(shù)<0.4為4，0.4≤為害指數(shù)<0.6為3，0.6≤為害指數(shù)<0.8為4，為害指數(shù)≥0.8為5，然后將各時(shí)期的抗性指數(shù)相加取平均值即為該品種的抗性指數(shù)，其中抗性指數(shù)≥4為高抗（HR），3≤抗性指數(shù)<4為中抗（R），2≤抗性指數(shù)<3為中感（S），抗性指數(shù)<2為高感（HS）。

1.5 油菜葉片營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及葉綠素含量測(cè)定

1.5.1 可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定

采用考馬斯亮藍(lán)G250法[16]。取0.5 g葉片加入液氮研磨后移至預(yù)冷離心管，加10 mL蒸餾水，5 000 r/min離心10 min，取上清液備用。取1 mL上清液與5 mL考馬斯亮藍(lán)G250混勻，室溫下放置2 min，于595 nm下測(cè)定吸光度。用牛血清白蛋白制作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，計(jì)算可溶性蛋白質(zhì)含量。

1.5.2 可溶性糖測(cè)定

采用蒽酮比色法[17]。取葉片0.5 g加入液氮研磨后置于試管中，加5 mL蒸餾水于沸水中提取30 min。待提取液恢復(fù)至室溫后于5 000 r/min離心5 min，將上清液移入25 mL容量瓶?jī)?nèi)，重復(fù)提取兩次后定容。取0.5 mL提取液加入硬質(zhì)試管中并加入1.5 mL蒸餾水，在冰浴中加入蒽酮乙酸乙酯試劑和5 mL濃硫酸，混勻后迅速于沸水中準(zhǔn)確加熱1 min，于630 nm下測(cè)定吸光度。用葡萄糖制作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，計(jì)算可溶性糖含量。

2.4 不同品種油菜蛋白酶抑制劑活性

3個(gè)品種油菜蛋白酶抑制劑活性見(jiàn)圖3?！彰散粢鹊鞍酌敢种苿═I）活性（14.26 U/g·min）顯著高于‘大黃油菜（9.07 U/g·min）和‘青油14（7.69 U/g·min），‘太空蒙Ⅳ胰蛋白酶抑制劑（TI）活性是‘青油14的1.85倍，是‘大黃油菜1.56倍。3個(gè)品種油菜間胰凝乳蛋白酶抑制劑（CI）活性沒(méi)有顯著性差異。

3 討論

植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，為抵御植食性昆蟲(chóng)的入侵和損害，通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，影響昆蟲(chóng)對(duì)寄主植物的選擇性以及選擇后昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育狀況。植物營(yíng)養(yǎng)元素含量的多少往往會(huì)使被害情況產(chǎn)生很大的變化[21]。

植物體內(nèi)的可溶性糖和蛋白質(zhì)是昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育繁殖所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，昆蟲(chóng)主要通過(guò)取食植物來(lái)攝取這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，保證自身生命活動(dòng)的正常進(jìn)行，因此通過(guò)研究不同品種植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量可以對(duì)比不同品種間的抗性水平。周奮啟研究認(rèn)為，可溶性蛋白的親水性能顯著提高細(xì)胞的保水能力，使受損的植物組織束縛水含量保持穩(wěn)定，滿(mǎn)足了害蟲(chóng)對(duì)水分的需求，使生境更加適宜害蟲(chóng)發(fā)展[22]。楊乃博等研究了對(duì)螟蟲(chóng)不同抗性程度甘蔗的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，發(fā)現(xiàn)可溶性蛋白、可溶性糖均與抗蟲(chóng)性呈負(fù)相關(guān)[23]。王麗麗等研究發(fā)現(xiàn)，不同葡萄品種對(duì)綠盲蝽的抗性與葉片中可溶性糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)，而與可溶性蛋白、葉綠素含量沒(méi)有相關(guān)性[24]。 李傳明等研究發(fā)現(xiàn)，抗蟲(chóng)品種辣椒葉片中葉綠素含量明顯高于感蟲(chóng)品種[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，油菜葉片的葉綠素含量抗蟲(chóng)品種顯著高于感蟲(chóng)品種，可溶性糖含量抗蟲(chóng)品種低于感蟲(chóng)品種，而抗蟲(chóng)性與可溶性蛋白沒(méi)有明顯關(guān)系。目前關(guān)于番茄、菜豆等植物對(duì)美洲斑潛蠅的抗性機(jī)制研究很多[2627]，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和葉綠素含量在美洲斑潛蠅對(duì)寄主植物的選擇性上作用不同，說(shuō)明植物抗蟲(chóng)性機(jī)制比較復(fù)雜，有可能是多種因素綜合作用的結(jié)果。

防御酶在植物抗病蟲(chóng)性中起著非常重要的保護(hù)作用，能夠使昆蟲(chóng)中毒或者營(yíng)養(yǎng)失調(diào)[28]。宋培玲等在研究不同抗性油菜品種對(duì)黑脛病的抗性機(jī)制中，發(fā)現(xiàn)油菜抗病品種POD、PPO活性高于感病品種，PAL、SOD活性與感病品種接近[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，在油菜抗蟲(chóng)品系中POD、PAL活性明顯高于感蟲(chóng)品系，而SOD、PPO則關(guān)系不明顯。Chaman等研究表明，在大麥中抗蚜品種的PAL活性均高于感蚜品種[30]。由于植物中不同防御酶功能不同，因此在植物抗蟲(chóng)性中有可能起著不同的作用。從研究結(jié)果來(lái)看，PAL和POD在油菜抗蟲(chóng)性中起著重要的作用。

蛋白酶抑制劑是植物重要的抗蟲(chóng)防御蛋白，能夠干擾昆蟲(chóng)的正常生長(zhǎng)發(fā)育[3132]。蔡沖等研究番茄不同抗性品種響應(yīng)B型煙粉虱脅迫的生理特性時(shí)，發(fā)現(xiàn)抗蟲(chóng)品種的胰蛋白酶抑制劑（TI）活性是感蟲(chóng)品種的1.24倍[33]。本研究也證實(shí)‘太空蒙Ⅳ胰蛋白酶抑制劑（TI）的含量顯著高于‘青油14。表明植物不同抗性品種胰蛋白酶抑制劑（TI）活性的高低可能導(dǎo)致害蟲(chóng)為害程度的差異，進(jìn)而導(dǎo)致植物的抗蟲(chóng)性不同。

油菜是我國(guó)非常重要的油料作物，但由于機(jī)械化程度低，生產(chǎn)力成本上升等問(wèn)題，導(dǎo)致農(nóng)戶(hù)種植意愿低，油菜的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力下降。篩選抗蟲(chóng)性強(qiáng)的油菜品種，了解其抗蟲(chóng)機(jī)制，有助于減少油菜種植過(guò)程中農(nóng)藥的施用量，降低生產(chǎn)成本，對(duì)打造優(yōu)質(zhì)綠色油菜產(chǎn)業(yè)，提高油菜的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有非常重要的意義。

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（責(zé)任編輯：田 喆）