榆癭蚜對(duì)榆樹葉片生理的影響

李軒 黃智鴻

摘要：為了對(duì)榆癭蚜取食榆樹葉片造成的生理變化進(jìn)行研究，通過采用乙醇提取法、蒽酮硫酸法、紫外吸收法等方法進(jìn)行相關(guān)含量的測(cè)定，得到各階段榆樹蟲癭葉片中葉綠素含量大致為非蟲癭組織>蟲癭葉>蟲癭組織;可溶性糖含量隨時(shí)間的推進(jìn)而大致減少;蟲癭的存在會(huì)誘導(dǎo)蟲癭組織中可溶性蛋白質(zhì)含量的增加。受害葉片各部位總酚含量均呈先升后降的趨勢(shì);榆樹在受害過程中不斷產(chǎn)生類黃酮來破壞榆癭蚜的危害，非蟲癭組織和蟲癭葉的單寧含量相加基本上等于蟲癭組織的單寧含量，蟲癭組織的丙二醛含量明顯增加。研究明確了致癭昆蟲與其寄主植物之間的相互作用，探討寄主植物在蟲癭形成過程中的生理響應(yīng)，對(duì)榆樹抗蟲育種和害蟲綜合治理具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：榆樹;榆癭蚜;蟲癭;生理變化

中圖分類號(hào)： S433.3? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）10-0131-04

癭是植物體上由寄生性生物所引起的一種不正常瘤狀物或突起，而蟲癭則是昆蟲刺激植物所產(chǎn)生的不正常組織[1-3]，引起蟲癭的動(dòng)物被稱為致癭生物，其中最主要的致癭生物是昆蟲。雖然蟲癭是由昆蟲刺激產(chǎn)生引起的，但真正產(chǎn)生蟲癭的卻是植物本身，受誘導(dǎo)后的植物不僅會(huì)形成蟲癭，還會(huì)產(chǎn)生一系列生理生化變化[4-7]。李水清等研究發(fā)現(xiàn)，人為損傷和松墨天牛取食都可以造成馬尾松針葉內(nèi)多糖和可溶性蛋白含量的下降，蟲傷葉片中的可溶性糖含量降低得較多，單寧和黃酮類物質(zhì)的含量會(huì)增加[8]。吳耀軍等研究了桉樹枝癭姬小蜂與寄主葉片生理生化指標(biāo)的變化，通過采用生化組分測(cè)定等方法發(fā)現(xiàn)，桉樹癭姬小蜂接種成蟲后，桉樹葉片葉綠素、可溶性糖含量均升高，蛋白質(zhì)、類黃酮、總酚含量的變化沒有達(dá)到顯著水平[9]。李諾等也同樣研究了桉樹枝癭姬小蜂蟲癭的生理生化變化，得到桉樹蟲癭組織的可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量上升的結(jié)果[10]。楊明摯等研究了薊馬誘導(dǎo)的鵝掌柴葉片蟲癭組織的生理生化變化，發(fā)現(xiàn)蟲癭組織中的丙二醛含量比非蟲癭組織低，光合速率下降，呼吸速率提高，蟲癭組織轉(zhuǎn)變?yōu)闋I養(yǎng)庫，可以富集較多的營養(yǎng)物質(zhì)[11]。目前，研究榆癭蚜在自然條件下取食榆樹葉片，誘導(dǎo)榆樹葉片發(fā)生生理變化的研究還很少，本研究通過對(duì)榆樹蟲癭葉片的生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，探究生理指標(biāo)的變化規(guī)律，為榆樹的抗蟲育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2017年4—7月在河北省張家口市郊區(qū)進(jìn)行樣品采集，采集蟲癭組織（以受害榆樹上未表現(xiàn)癥狀的前期葉片為對(duì)照）、受害葉片的非蟲癭組織（以受害榆樹上剛表現(xiàn)癥狀，但沒有瘤狀蟲癭的前期葉片為對(duì)照）和完整的受害葉片（以未受害榆樹正常前期葉片為對(duì)照）的前、中、后、末期葉片。

1.2 方法

參照李合生的乙醇提取法[12]對(duì)榆樹葉片進(jìn)行葉綠素含量的測(cè)定;采用蒽酮硫酸法[13]進(jìn)行可溶性糖含量的測(cè)定;采用紫外吸收法[14]測(cè)定可溶性蛋白含量;參照張軍等的沒食子酸法[15]對(duì)總酚、類黃酮含量進(jìn)行測(cè)定;采用香草醛法[16]測(cè)定單寧含量;采用硫代巴比妥酸法進(jìn)行丙二醛含量的測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2010和SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，圖表繪制的數(shù)據(jù)均以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示，顯著性分析（α=0.01、0.05）采用鄧肯式新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 榆癭蚜危害對(duì)榆樹葉片葉綠素含量的影響

由表1可知，各部分組織葉綠素含量在各個(gè)階段各不相同。各個(gè)階段下不同組織部位的葉綠素含量也不相同。蟲癭組織對(duì)照與前、中、末、后期以及中期與后期之間的葉綠素含量有極顯著差異;中期和末期之間的葉綠素含量有顯著差異。非蟲癭組織中期與對(duì)照、前、后、末期之間的葉綠素含量有極顯著差異。蟲癭葉對(duì)照與前、末、中期之間的葉綠素含量有顯著差異。

由圖1可知，各階段榆樹蟲癭葉片各部位葉綠素含量的分布表現(xiàn)為非蟲癭組織>蟲癭葉>蟲癭組織。蟲癭組織在各時(shí)期的葉綠素含量均明顯低于其對(duì)照;蟲癭組織的葉綠素含量在前、中期有增加的趨勢(shì);在后期，榆癭蚜羽化，蟲癭組織顏色變淺;到末期，蟲癭部位變黑、皺縮，葉綠素含量降低。說明榆癭蚜蟲卵自孵化開始，若蟲的各項(xiàng)活動(dòng)已經(jīng)開始影響其活動(dòng)部位的葉綠素含量。而非蟲癭組織的葉綠素含量在一段時(shí)期內(nèi)有所增加，并且在中期出現(xiàn)了高于無蟲害健康對(duì)照葉片的現(xiàn)象，以此來維持自身的生長。蟲癭葉的各個(gè)時(shí)期葉綠素含量基本上等于非蟲癭組織和蟲癭組織葉綠素含量的差值。

2.2 榆癭蚜危害對(duì)榆樹葉片可溶性糖含量的影響

由表2可知，蟲癭組織、非蟲癭組織、蟲癭葉的各自4個(gè)時(shí)期的可溶性糖含量均大于相對(duì)應(yīng)的對(duì)照葉片。其中，蟲癭組織的各時(shí)期可溶性糖含量分別是其對(duì)照的2.79、1.89、1.20、1.38倍;非蟲癭組織的各時(shí)期可溶性糖含量分別是其對(duì)照的1.62、1.05、1.03、1.39倍;蟲癭葉的可溶性糖含量分別是其對(duì)照的1.62、1.35、1.22、1.45倍。上述比值的變化說明蟲癭的存在誘導(dǎo)了可溶性糖含量的減少。

由圖2可見，蟲癭組織在前期的可溶性糖含量明顯高于其對(duì)照和其他組織部分，之后時(shí)期出現(xiàn)下降的趨勢(shì);非蟲癭組織的可溶性糖含量表現(xiàn)出先升高后下降再升高的趨勢(shì);蟲癭葉部分的可溶性糖含量呈波動(dòng)變化趨勢(shì); 蟲癭組織在末期的可溶性糖含量開始回升，說明蟲癭成熟開裂、榆癭蚜羽化飛出蟲癭后，榆樹有一定的自我修復(fù)能力，使可溶性糖含量增加。

2.3 榆癭蚜危害對(duì)榆樹葉片可溶性蛋白含量的影響

由表3可知，蟲癭葉對(duì)照的可溶性蛋白含量在3組對(duì)照中是最高的，其次是蟲癭組織的對(duì)照。受害葉片的蟲癭組織蛋白質(zhì)含量在受害中期表現(xiàn)為下降，但隨后逐漸升高，末期的可溶性蛋白含量是其對(duì)照的2.06倍，是其前期的1.80倍;非蟲癭組織中期的可溶性蛋白含量和其對(duì)照、末期存在顯著差異;蟲癭葉各時(shí)期與其對(duì)照的可溶性蛋白含量含量比值分別為 0.99、1.04、0.79、0.84，比值的變化說明在榆癭蚜危害初期，榆樹葉片蛋白含量有所下降，但隨著受害程度的加深，可溶性蛋白含量逐漸上升，榆樹在啟動(dòng)自身的保護(hù)機(jī)制。

由圖3可看出，各個(gè)組織的可溶性蛋白含量在前期時(shí)表現(xiàn)出與各自對(duì)照可溶性蛋白含量基本相等，在后面各時(shí)期表現(xiàn)出與其對(duì)照的明顯差異。蟲癭組織在受害中期可溶性蛋白含量明顯降低，隨后升高，末期時(shí)最高;非蟲癭組織可溶性蛋白含量在各階段整體呈下降趨勢(shì)，且差異不大;蟲癭葉的可溶性蛋白含量在前期至后期表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。表明蟲癭的形成和存在會(huì)誘導(dǎo)可溶性蛋白含量的增加，并且多積累于蟲癭組織中。

2.4 榆癭蚜危害對(duì)榆樹葉片總酚含量的影響

由表4可知，各個(gè)組織不同時(shí)期的總酚含量整體上高于各自對(duì)照的總酚含量。蟲癭組織的末期總酚含量是前期的1.28倍;非蟲癭組織總酚含量在各發(fā)育階段表現(xiàn)出中間高、兩邊低的規(guī)律，末期總酚含量基本等于前期總酚含量;蟲癭葉后期的總酚含量極顯著高于對(duì)照、末期的總酚含量。

由圖4可看出，受害葉片各部位總酚含量整體呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)。在受害初期，各部位總酚含量與其對(duì)照葉片的差異不明顯，從蟲癭發(fā)育的后期開始，蟲癭葉或蟲癭組織中總酚含量明顯高于非蟲癭組織，表明榆樹受害后總酚主要積累在蟲癭部位。

2.5 榆癭蚜危害對(duì)榆樹葉片類黃酮含量的影響

由表5可知，蟲癭組織的各時(shí)期與對(duì)照類黃酮含量差異不顯著;非蟲癭組織后期的類黃酮含量和其他各時(shí)期及對(duì)照均存在極顯著差異;蟲癭葉的后期類黃酮含量與其對(duì)照存在極顯著差異，其他時(shí)期和對(duì)照無顯著差異。類黃酮含量的降低，表明榆癭蚜危害后引起受害葉片各部分組織中類黃酮的合成和運(yùn)輸受阻。

由圖5可以看出，在榆癭蚜若蟲營居取食危害中期，蟲癭組織類黃酮含量明顯下降，有利于榆癭蚜的生存，后期和末期類黃酮含量升高，與其對(duì)照接近。這可能是榆樹和昆蟲互作的結(jié)果，榆癭蚜的取食使類黃酮含量降低來保證自身的生存，而榆樹在受害過程中通過不斷產(chǎn)生類黃酮來破壞榆癭蚜的危害，非蟲癭組織中類黃酮含量的增加可以在一定程度上防止榆癭蚜和其他昆蟲繼續(xù)危害。

2.6 榆癭蚜危害對(duì)榆樹葉片類單寧含量的影響

由表6可知，蟲癭組織的各時(shí)期單寧含量出現(xiàn)突升突降的現(xiàn)象，中期單寧含量最高，是前期的1.51倍，是后期的569倍，是末期的10.33倍，并與對(duì)照存在極顯著差異;非蟲癭組織的單寧后期在后期、末期與對(duì)照存在極顯著差異;蟲癭葉在前期、中期單寧含量升高，在整個(gè)發(fā)育階段內(nèi)與對(duì)照均無顯著差異。榆癭蚜取食危害可誘導(dǎo)榆樹葉片單寧含量的增加，單寧的增加主要積累在蟲癭組織部分。

由圖6可以看出，在榆癭蚜危害的前期和中期，蟲癭組織與蟲癭葉的單寧含量首先表現(xiàn)出驟增的趨勢(shì)，并且蟲癭組織明顯高于其他組織;在后期，榆癭蚜成蟲已經(jīng)離開蟲癭，各部分組織的單寧含量驟減;在末期，蟲癭組織單寧含量有所下降，但非蟲癭部分仍有升高，表明植物對(duì)害蟲的防御機(jī)制并不會(huì)隨著傷害終止而立即消失。非蟲癭組織和蟲癭葉的單寧含量相加基本上等于蟲癭組織的單寧含量。

2.7 榆癭蚜危害對(duì)榆樹葉片丙二醛含量的影響

由圖7可看出，蟲癭組織在生長的各階段均比對(duì)照的丙二醛含量高，在蟲癭生長階段的丙二醛含量整體呈遞增的趨勢(shì)，末期達(dá)到最高值;非蟲癭組織的丙二醛含量在前期和中期均比其對(duì)照的丙二醛含量低，在葉片生長的各個(gè)階段，丙二醛含量變化不明顯;蟲癭葉的丙二醛含量整體上呈先降低后升高的趨勢(shì)，和蟲癭組織的丙二醛含量變化趨勢(shì)基本相同。

3 結(jié)論與討論

榆樹在受到榆癭蚜的取食危害后，能夠整合并判斷輸入信號(hào)，并以蟲癭的方式來適應(yīng)脅迫環(huán)境，雖然植物能繼續(xù)生存，但榆樹葉片的各項(xiàng)生理指標(biāo)已經(jīng)發(fā)生明顯變化，榆樹表現(xiàn)出生長遲緩、新陳代謝和光合作用降低，會(huì)重新調(diào)配新陳代謝所需的資源和增強(qiáng)抗氧化能力。

葉綠素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量等是植物新陳代謝的重要指標(biāo)。葉綠素是植物光合作用的主要成分，可溶性糖和蛋白質(zhì)是植物生命活動(dòng)必需的物質(zhì)，植物可溶性糖類存在于細(xì)胞中，其含量的增加會(huì)對(duì)細(xì)胞的生命物質(zhì)和生物膜起保護(hù)作用。單寧是很多植食性昆蟲的拒食劑[17]。丙二醛是阻止過氧化的重要產(chǎn)物，可以作為脂質(zhì)過氧化、氧化脅迫以及衰老的標(biāo)志[18]。

阮楨媛等研究了角倍蚜蟲癭形成對(duì)鹽膚木的影響，發(fā)現(xiàn)在蟲癭發(fā)育的不同時(shí)期，除可溶性蛋白在有蟲癭葉片與無蟲癭葉片間存在一定差異外，其他各項(xiàng)生理指標(biāo)的差異均不顯著[19]，表明蟲癭形成未對(duì)植株造成嚴(yán)重氧化性損傷及脂質(zhì)膜的破壞，但對(duì)鹽膚木物質(zhì)代謝存在一定程度的擾動(dòng)。

嚴(yán)善春等研究發(fā)現(xiàn)，害蟲危害會(huì)引起植物可溶性糖含量降低，還會(huì)引起次生代謝物質(zhì)的增加，興安落葉松鞘蛾取食危害落葉松后，引起了單寧含量的增加，誘導(dǎo)植物產(chǎn)生局部防御系統(tǒng)[20]。巨云為等研究了蚊母樹對(duì)杭州新胸蟲癭形成的生理生化響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)蟲癭的形成會(huì)導(dǎo)致蚊母樹葉片的丙二醛含量顯著高于同期的健康對(duì)照，其中蟲癭部分尤為明顯，蟲癭形成初期受害葉片的蛋白質(zhì)含量顯著升高，以癭邊葉表現(xiàn)較為明顯，蟲癭形成后期葉片各部分的蛋白質(zhì)含量也顯著較高[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，蟲癭組織后期和末期的丙二醛含量較高，蟲癭內(nèi)部的榆癭蚜生長發(fā)育情況還有待進(jìn)一步研究。

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