銹色粒肩天牛的危害程度對(duì)寄主國(guó)槐氨基酸組成和含量的影響

宋斌 馬牧云 劉偉 郝春風(fēng) 高冠群

摘? ? 要：為研究銹色粒肩天牛的危害與寄主國(guó)槐氨基酸組成和含量的相關(guān)性，利用氨基酸分析儀，測(cè)定了不同受害程度國(guó)槐韌皮部和木質(zhì)部中氨基酸的組成和含量。在不同受害程度的國(guó)槐韌皮部和木質(zhì)部中，共檢測(cè)出16種氨基酸;隨著國(guó)槐的危害程度的不斷加重，總氨基酸含量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，即在銹色粒肩天牛危害初期，寄主總氨基酸含量有增多，危害后期總氨基酸含量明顯減小，各氨基酸含量也有明顯的變化。結(jié)果表明，銹色粒肩天牛危害可誘導(dǎo)國(guó)槐產(chǎn)生氨基酸，有利于銹色粒肩天牛的生長(zhǎng)和發(fā)育;國(guó)槐受害后誘發(fā)防御反應(yīng)，加速合成化學(xué)防御物質(zhì)來(lái)抵御天牛入侵。

關(guān)鍵詞：國(guó)槐;銹色粒肩天牛;氨基酸含量

中圖分類號(hào)：S763.7? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.08.021

Abstract：In order to research the association between the damage of Apriona swainsoni Hope and the compositions and contents of amino acids in Sophora japonica Linn. by the Amino acid analyzer， analyzed the compositions and contents of amino acids in S. japonica from the phloem and xylem damaged to different degrees. In S. japonica from the phloem and xylem damaged to different degrees， detect 16 kinds of amino acids. With the extent of the harm of S. japonica has been increasing， the total amino acid content showed a trend of increasing first and then decreasing. That is to say， in the early stage of A. swainsoni damage， the total amino acid content of the host increased， and the total amino acid content of the late harm significantly decreased， and the content of each amino acid also changed significantly.

Key words：Sophora japonica; Apriona swainsoni; amino acids contents

近年來(lái)，銹色粒肩天牛的發(fā)生嚴(yán)重，對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)樹(shù)種國(guó)槐造成嚴(yán)重破壞。銹色粒肩天牛（Apriona? s wainsoni Hope），屬于天?？疲–erambycidae）粒肩天牛屬（Apriona），是一種破壞性極強(qiáng)的鉆蛀性害蟲(chóng)，曾是我國(guó)森林植物檢疫對(duì)象，有“國(guó)槐殺手”、“國(guó)槐的毀滅性害蟲(chóng)”之稱[1]。近年來(lái)國(guó)槐銹色粒肩天牛的發(fā)生日趨嚴(yán)重，在山東、河南、河北、北京、安徽、江蘇、浙江、陜西等地危害不斷擴(kuò)大和加重，造成國(guó)槐枝干千瘡百孔，直至枯死，嚴(yán)重影響了城市綠化和市容景觀[2-3]。氨基酸是昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育必需的生物活性物質(zhì)，不僅參與蛋白質(zhì)的合成，而且還具有調(diào)節(jié)血液滲透壓、參與能量代謝和脂肪酸合成等功能，其含量過(guò)低或各種氨基酸的相對(duì)比例不均衡，都會(huì)影響生物的正常生長(zhǎng)發(fā)育和繁衍[4]，也是植物與昆蟲(chóng)之間相互關(guān)系的紐帶，對(duì)其營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)化與生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控具有重要作用[5-6]。研究發(fā)現(xiàn)，將豆衛(wèi)矛蚜人工飼料中的氨基酸去除，其專食性種群的繁殖量下降[7]。水稻三化螟（Tryporyza incertulas）的生長(zhǎng)與精氨酸、賴氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的含量高低呈正相關(guān)[8]。精氨酸是昆蟲(chóng)肌肉磷酸精氨酸的合成前體[9]。楊樹(shù)氨基酸含量與楊樹(shù)抗性及桑天牛（Apriona germari）的危害程度相關(guān)[10]。寄主體內(nèi)氨基酸、蛋白質(zhì)和可溶性糖的含量是決定銹色粒肩天牛對(duì)寄主選擇的傾向程度和危害程度的關(guān)鍵[11]。本研究通過(guò)測(cè)定銹色粒肩天牛寄主國(guó)槐韌皮部和木質(zhì)部中氨基酸組成及相對(duì)含量，揭示出銹色粒肩天牛的危害與寄主氨基酸組成及其含量的關(guān)系，深入了解銹色粒肩天牛與國(guó)槐防御之間的平衡關(guān)系，探索寄主的抗蟲(chóng)機(jī)理，以期為選育、營(yíng)造抗蟲(chóng)品系提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 采樣地概況

寧陽(yáng)縣（N 35°45′47.45″，S 116°48′03.99″）隸屬山東省泰安市，位于魯中偏西，泰安市南部，屬暖溫帶濕潤(rùn)季節(jié)性氣候區(qū)。國(guó)槐為寧陽(yáng)的主要行道樹(shù)，以東西大街分布較多且密集，樹(shù)齡均為30年，立地條件一致，受銹色粒肩天牛的危害嚴(yán)重，已有大量樹(shù)木枯死。

1.2 樣品采集

5月上旬，在寧陽(yáng)東西大街，采集不同受害程度的國(guó)槐的韌皮部和木質(zhì)部樣品。采集標(biāo)準(zhǔn)及樣株情況狀況如表1，選取不同受害程度國(guó)槐各3株，共選取12株國(guó)槐作為試驗(yàn)對(duì)象，在距地1 m處分別采集韌皮部與木質(zhì)部帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.3 氨基酸含量測(cè)定

如表1所示，采用安瑪西亞（Amersham）氨基酸自動(dòng)分析儀（Biochrom30）測(cè)定韌皮部和木質(zhì)部中氨基酸的組成和含量[12]，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel處理，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS（SPSS version 20.0; SPSS， Chicago， IL， USA）鄧肯（Duncans multiple analysis）檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 韌皮部氨基酸組成及相對(duì)含量的變化

在國(guó)槐主干韌皮部中，共檢測(cè)出16種氨基酸，為蘇氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、組氨酸、精氨酸。受害程度的不斷加重，國(guó)槐韌皮部中總氨基酸含量呈先升高后降低的趨勢(shì)，受害初期總氨基酸含量顯著升高，隨著受害程度的逐漸加深，總氨基酸含量不斷降低。其中，天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、組氨酸、受害后符合總體變化趨勢(shì)，其它5種氨基酸半胱氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸和精氨酸變化規(guī)律不符合總氨基酸含量變化規(guī)律，半胱氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸隨著受害程度的加深呈逐漸下降的趨勢(shì)，而精氨酸在受害中期升高后降低（表2）。銹色粒肩天牛危害初期可誘導(dǎo)寄主國(guó)槐韌皮部產(chǎn)生更多的氨基酸，同時(shí)寄主國(guó)槐受害后啟動(dòng)防御機(jī)制來(lái)抵御侵害。

2.2.木質(zhì)部氨基酸組成及相對(duì)含量的變化

在國(guó)槐主干木質(zhì)部中，同樣檢測(cè)出16種氨基酸，即蘇氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、組氨酸、精氨酸。隨著國(guó)槐受銹色粒肩天牛的危害程度的不斷加深，木質(zhì)部中的氨基酸相對(duì)含量有一定的差異，并與韌皮部呈現(xiàn)相同規(guī)律，即總氨基酸含量在受害初期均略微上升，后期大幅度減少（表3）。不同的是，在韌皮部中氨基酸含量的在危害初期上升，中后期下降;在木質(zhì)部中，前中期氨基酸含量上升，后期急劇下降。即銹色粒肩天牛危害后，在危害初期便可誘導(dǎo)寄主韌皮部產(chǎn)生更多的氨基酸，且中期繼續(xù)上升，但隨著當(dāng)寄主受害程度的加大，銹色粒肩天牛對(duì)寄主的危害逐漸減小。其中，天冬氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、組氨酸、賴氨酸、精氨酸的含量變化與總氨基酸含量變化相同，初期有所增加，后期有所減少;其它5種氨基酸絲氨酸、半胱氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸與總氨基酸變化規(guī)律不相符，呈逐漸降低的趨勢(shì)。

3 結(jié)論與討論

氨基酸是昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育所必需的物質(zhì)之一，食物中不同氨基酸含量能夠顯著影響昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖[13]。研究表明，氨基酸為影響暗黑鰓金龜取食和繁殖的最主要因素[14]。氨基酸能夠顯著影響蜜蜂的生存與蜂群發(fā)展，有研究表明精氨酸、組氨酸、纈氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸和亮氨酸是蜜蜂生長(zhǎng)發(fā)育所必需的氨基酸，其中異亮氨酸、亮氨酸以及纈氨酸的需求量最大[15]。昆蟲(chóng)的必需氨基酸大致為賴氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、精氨酸、組氨酸、蘇氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸和纈氨酸[16-17]。不同種類的昆蟲(chóng)對(duì)寄主植物氨基酸含量的反應(yīng)存在很大差異。

本研究所檢測(cè)到的國(guó)槐韌皮部和木質(zhì)部中氨基酸含量的變化與受銹色粒肩天牛的危害程度顯著相關(guān)。大部分氨基酸隨受害程度的加深呈先升高后降低的趨勢(shì)，可能是銹色粒肩天牛為滿足自身生長(zhǎng)發(fā)育的需要誘導(dǎo)國(guó)槐樹(shù)體氨基酸含量的變化。如國(guó)槐受害后組氨酸含量顯著升高。組氨酸是昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)發(fā)育的必需氨基酸[17]，銹色粒肩天牛幼蟲(chóng)鉆蛀危害，必需氨基酸含量升高保證了幼蟲(chóng)在韌皮部和木質(zhì)部組織內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育。部分氨基酸如半胱氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸的含量持續(xù)降低，與植物的自身防御相關(guān)。已有研究表明植物的各種環(huán)境脅迫通常伴隨著植物體內(nèi)游離氨基酸積累的變化[18]。如本研究中所檢測(cè)到的苯丙氨酸含量變化，在受害初期顯著降低，可能是誘發(fā)國(guó)槐化學(xué)防御反應(yīng)，通過(guò)代謝途徑將苯丙氨酸合成大量的酚類物質(zhì)，阻止銹色粒肩天牛的產(chǎn)卵或取食。

韌皮部和木質(zhì)部中氨基酸含量存在差異，如木質(zhì)部中脯氨酸含量高于韌皮部，何莉莉等[19]研究發(fā)現(xiàn)，脯氨酸是合成木質(zhì)素的原料，木質(zhì)素是促使植株木質(zhì)化的關(guān)鍵，能夠增強(qiáng)細(xì)胞壁的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)還能提高植物的抗逆性[20]。這也進(jìn)一步說(shuō)明國(guó)槐受銹色粒肩天牛危害后誘發(fā)防御反應(yīng)，降低侵害。

不同的氨基酸對(duì)銹色粒肩天牛和國(guó)槐的作用機(jī)制有待于進(jìn)一步探索，從而為銹色粒肩天牛的寄主選擇及防治原理提供新的切入點(diǎn)，找到更有效的防治措施。

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