茶樹對小貫小綠葉蟬組成抗性的研究進(jìn)展

張玉葉，陳志丹，孫威江*，曹士先，陳家雅

1. 福建農(nóng)林大學(xué) 園藝學(xué)院/福建省茶產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002；2. 福建農(nóng)林大學(xué)安溪茶學(xué)院/福建省茶產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)基地，福建 泉州 362400；3. 武夷星茶業(yè)有限公司，福建 武夷山 354301；4. 六妙白茶股份有限公司，福建 寧德 355200

小貫小綠葉蟬（Empoasca(Matsumurasca)onukii Matsuda）是茶園中的主要害蟲，以茶樹嫩梢的汁液為食，其刺吸行為造成茶樹新梢葉脈紅變與葉緣卷曲，嚴(yán)重時導(dǎo)致芽葉褐變及枯焦，甚至使新葉脫落，嚴(yán)重影響茶葉的產(chǎn)量和質(zhì)量[1-4]。小貫小綠葉蟬依靠雌蟲將卵產(chǎn)于嫩梢的葉脈或葉肉組織中繁殖后代，且世代更替快及發(fā)育不一致，農(nóng)藥噴灑防治效果欠佳[5]，加之其耐藥性的增強(qiáng)[4]，因此茶樹本身對小貫小綠葉蟬的抗性顯得尤為重要。通常所說的抗蟲性是指遺傳抗蟲性[6]，指植物在進(jìn)化過程中具有的某些物理或生化特性對害蟲的選擇、取食和生長具有抑制作用，這種抗性可以遺傳給下一代[7-9]。育種工作者可以通過選育對小貫小綠葉蟬具有抗性的茶樹品種來實(shí)現(xiàn)對小貫小綠葉蟬蟲害的控制[5]?？梢?，茶樹抗小貫小綠葉蟬新品種的選育以及關(guān)于其抗性機(jī)制的研究對茶樹育種工作具有重要意義。

1 抗小貫小綠葉蟬茶樹種質(zhì)資源篩選

利用植物品種的抗蟲性選育抗蟲品種是防治害蟲的重要研究方向[10-14]。茶樹抗小貫小綠葉蟬種質(zhì)的篩選主要是通過田間蟲卵量監(jiān)測與刺探電位圖譜（electrical penetration graph，EPG）技術(shù)等實(shí)現(xiàn)的。其中，EPG技術(shù)在單位時間內(nèi)刺吸式昆蟲的刺探次數(shù)與真正的取食時長呈負(fù)相關(guān)，即刺探次數(shù)越多取食時間越短，被危害植物的抗蟲性越強(qiáng)[15]。目前相關(guān)領(lǐng)域的工作者使用不同的方法篩選出了許多抗小貫小綠葉蟬茶樹種質(zhì)（表1）。

表1 抗小貫小綠葉蟬種質(zhì)的篩選Table 1 Screening of germplasm resources of tea plant resistant to Empoasca onukii Matsuda

2 茶樹形態(tài)學(xué)特征與抗小貫小綠葉蟬的相關(guān)性

茶樹的形態(tài)學(xué)特征影響小貫小綠葉蟬的取食選擇，主要反映在樹體的表面結(jié)構(gòu)[7]，已研究的與茶樹小貫小綠葉蟬抗性相關(guān)的形態(tài)結(jié)構(gòu)主要有發(fā)芽遲早、芽葉顏色、葉片解剖結(jié)構(gòu)及茸毛密度等。

2.1 發(fā)芽遲早

研究表明，發(fā)芽早的茶樹品種更易遭受小貫小綠葉蟬的危害；此外，茶樹一芽三葉的長度越長，葉背越卷，則越易增加小貫小綠葉蟬的發(fā)生量[25]。小貫小綠葉蟬的蟲口密度與茶樹新梢持嫩性呈顯著正相關(guān)（r = 0.4626），但與茶樹發(fā)芽期的相關(guān)系數(shù)低（r = 0.1200）；由于小貫小綠葉蟬是刺吸式昆蟲，持嫩性強(qiáng)的新梢更易刺入，因此更易成為小貫小綠葉蟬的取食選擇[26]。小貫小綠葉蟬喜歡取食茶樹嫩葉，理論上來說茶樹的發(fā)芽遲早與是否容易遭受小貫小綠葉蟬危害存在相關(guān)性，但目前為止相關(guān)的研究較少，后續(xù)可多注重此領(lǐng)域研究。

2.2 芽葉顏色

茶樹新梢黃綠色比深色更易吸引小貫小綠葉蟬，因?yàn)辄S綠色比深色更顯眼，更易遭受小貫小綠葉蟬危害，茶樹新梢顏色與蟲口密度的相關(guān)系數(shù)接近顯著水平（r = 0.568 2）[26]。感蟲品種普遍呈現(xiàn)黃綠色到綠色，而抗蟲品種呈現(xiàn)暗綠色，即抗蟲品種的葉色比感蟲品種深[31]。但也有研究認(rèn)為茶樹品種的芽葉色澤與小貫小綠葉蟬的發(fā)生量沒有明顯關(guān)系[25]。后續(xù)可系統(tǒng)、深入開展研究。

2.3 葉片結(jié)構(gòu)

茶樹的葉片結(jié)構(gòu)與抗小貫小綠葉蟬能力存在相關(guān)性。對不同品種茶樹的嫩莖與嫩葉進(jìn)行顯微切片觀察，隨著嫩葉柵狀組織細(xì)胞厚度和嫩莖皮層厚角細(xì)胞厚度的增加，茶樹受小貫小綠葉蟬的危害程度減輕，呈極顯著相關(guān)，推測細(xì)胞厚度增加不利于小貫小綠葉蟬的取食與產(chǎn)卵，從而表現(xiàn)出抗蟲性[25]。小貫小綠葉蟬的蟲口密度與葉片柵欄組織、海綿組織厚度、下表皮厚度、主脈下方表皮層厚度、主脈下方厚角組織層數(shù)、主脈下方厚角組織厚度呈極顯著負(fù)相關(guān)；茶樹葉片表皮越厚，葉質(zhì)越硬，則抗小貫小綠葉蟬能力越強(qiáng)[26-27]。小貫小綠葉蟬的蟲口密度與茶樹葉片的下表皮角質(zhì)層和柵欄組織厚度之間存在顯著負(fù)相關(guān)，這可以解釋為小貫小綠葉蟬的取食方式是口針從下表皮細(xì)胞穿過到達(dá)葉肉組織，下表皮角質(zhì)層與柵欄組織的厚度對小貫小綠葉蟬的取食造成機(jī)械障礙，影響小貫小綠葉蟬刺探葉肉組織吮吸葉片汁液，從而表現(xiàn)為抗蟲性[28,31]?？剐云贩N的葉片較厚，角質(zhì)化程度高，上表皮細(xì)胞數(shù)量較多[20]。

2.4 葉片茸毛

一些茶樹品種茸毛較密，能夠減輕小貫小綠葉蟬的危害，因?yàn)槿~片表面的毛狀物會限制小貫小綠葉蟬的口針到達(dá)茶樹組織[28]。通過對比8個茶樹品種葉片的茸毛長度和密度，發(fā)現(xiàn)所有抗蟲茶樹品種的茸毛長度和密度都高于感蟲茶樹品種并且差異顯著，其中茸毛密度的差異尤其顯著，抗蟲品種的茸毛密度是感蟲品種的4 ～ 12倍[31]；而張貽禮等的研究指出芽葉茸毛的多少與被害指數(shù)關(guān)系密切，相關(guān)系數(shù)為0.68，達(dá)到顯著水平，茸毛多的芽葉葉片和皮層都較薄，易被小貫小綠葉蟬取食[26]，二者研究結(jié)果不一致可能是由于研究方法不同。茶樹葉片的茸毛長度和密度會影響小貫小綠葉蟬的取食，但茸毛密度與葉片厚度是否存在相關(guān)性，有待進(jìn)一步研究。

3 茶樹生化成分與抗小貫小綠葉蟬的相關(guān)性

3.1 主要品質(zhì)成分

研究表明，小貫小綠葉蟬的蟲口密度與咖啡堿的含量呈顯著負(fù)相關(guān)（r = -0.9131）[26]或幾乎達(dá)到顯著水平的負(fù)相關(guān)（r = -0.8434）[28]，可能與咖啡堿含量高的葉片皮層組織較厚不易取食有關(guān)，也可能與咖啡堿味苦有關(guān)；或是不同茶樹種質(zhì)上小貫小綠葉蟬的新梢著卵量與咖啡堿有一定關(guān)聯(lián)但未達(dá)到顯著水平的負(fù)相關(guān)[21]，推測小貫小綠葉蟬取食了含有咖啡堿的汁液后過度興奮從而抑制其之后的取食行為[28]。不同茶樹種質(zhì)新梢小貫小綠葉蟬的著卵量與GC（沒食子兒茶素）含量有顯著的負(fù)相關(guān)，與GCG（沒食子兒茶素沒食子酸酯）含量有一定程度但未達(dá)到顯著水平的負(fù)相關(guān)[21]。將EPG指標(biāo)與茶樹理化成分進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，抗性品種的兒茶素總量高于感性品種[22]?？瓜x品種的EC（表兒茶素）含量略高于感蟲品種[30]。小貫小綠葉蟬的蟲口密度與游離氨基酸含量呈顯著正相關(guān)（r = 0.9735），這可以解釋為游離氨基酸含量高的茶樹葉片相對較嫩，符合小貫小綠葉蟬的取食選擇[28]?？瓜x茶樹品種的茶多酚含量普遍低于感蟲品種并且達(dá)到顯著水平，但通過人工配制小貫小綠葉蟬飼料，在某一時期內(nèi)隨著茶多酚濃度的遞增小貫小綠葉蟬的成活率一致遞減；抗蟲品種的γ-氨基丁酸的含量普遍大于感蟲品種，且達(dá)到顯著水平；感蟲品種的綠原酸含量大于所有抗蟲品種，且差異顯著[30]。小貫小綠葉蟬蟲口密度與可溶性蛋白質(zhì)的含量呈負(fù)相關(guān)（r = -0.789 1），接近顯著水平，可能是由于可溶性蛋白質(zhì)的含量越高則新梢顏色越深、葉片皮層組織越厚，不易成為小貫小綠葉蟬的取食選擇[26]。

茶樹葉片中的品質(zhì)成分在抗蟲和感蟲品種中存在差異性，但前人的研究沒有在結(jié)果上取得一致性，這可能是由于試驗(yàn)方法或者試驗(yàn)條件的不同產(chǎn)生一定程度的差異，后續(xù)可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更深層次的研究。

3.2 揮發(fā)性物質(zhì)

植食性昆蟲選擇寄主植物會經(jīng)過遠(yuǎn)距離定向、降落和決定是否取食三個階段[32]，其中取食與否取決于植物提供給昆蟲的視覺信息和蟲類的生理狀況（是否饑餓及性成熟度等）[33]，也與昆蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)中所存儲的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)[34]；但相比之下，昆蟲是否取食的重要影響因素來自觸覺、味覺、嗅覺和視覺[35]。小貫小綠葉蟬作為植食性昆蟲，取食選擇受茶樹揮發(fā)性成分的影響。

3.2.1 茶樹蟲害發(fā)生前后的揮發(fā)物差異

大量研究表明，茶樹在蟲害發(fā)生前后的揮發(fā)性物質(zhì)會發(fā)生改變，有些是原有揮發(fā)物的含量發(fā)生變化，有些是在茶樹遭受危害后產(chǎn)生的新物質(zhì)。蟲害發(fā)生前后茶樹的揮發(fā)物均有較大差異[36]，鐵觀音和肉桂在健康茶梢上的揮發(fā)物組分和各組分的含量都存在差異，其中鐵觀音健康茶梢中的特有物質(zhì)是芳樟醇，肉桂健康茶梢的特有物質(zhì)是雪松醇、乙酸辛酯、十三（碳）烷和十六烷；在受到小貫小綠葉蟬危害4 h和8 h時，兩個茶樹品種的芳樟醇、α-法呢烯、β-月桂烯、β-羅勒烯與反-β-羅勒烯的含量較健康茶樹分別增加1.49 ～ 41.22倍；而在健康茶梢中，除芳樟醇以外的其余四種成分在鐵觀音茶樹中的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于肉桂，推測這些物質(zhì)和茶樹的抗蟲性相關(guān)[47]。對小貫小綠葉蟬咬食前后的金萱鮮葉和加工后紅茶的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，醛類和醇類的揮發(fā)性物質(zhì)在受到危害后都有所降低，芳香醇、脂肪醇、脂肪酮、萜酮、脂類和烷類物質(zhì)的含量都有所增加[37]。測定小貫小綠葉蟬不同危害程度的金萱和福云6號茶樹的揮發(fā)性成分，隨著危害程度的增加，烯、醇及總芳香物質(zhì)的種類增加，烷的含量減少[38]。小貫小綠葉蟬危害誘導(dǎo)正辛醇、芳樟醇、反-β-羅勒烯、反-β-法尼烯、吲哚、苯甲醛及水楊酸甲酯等引誘天敵的物質(zhì)含量上升[41]。采用GC-MS法對中國臺灣、印度及日本收集來的茶小綠葉蟬危害的茶樹新梢進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)被危害后的茶樹新梢中具有2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇這一特殊香氣化合物[39]。GC-MS分析鑒定出的30多種揮發(fā)性物質(zhì)中烯烴類含量最高；健康茶梢和危害后的茶梢有13種共有組分，這些組分在受到小貫小綠葉蟬危害后含量全部上升，其中乙酸葉醇酯和順-β-羅勒烯的含量分別是健康茶樹新梢中的12.90倍與142.27倍；受到危害后的茶樹新梢新出現(xiàn)了12種組分，含量最高的是紫蘇烯[44]。TMTT（4,8,12-三甲基-1,3,7,11-十三碳四烯）是僅可被小貫小綠葉蟬成蟲危害后誘導(dǎo)茶樹新梢產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)；無論被低密度還是高密度的小貫小綠葉蟬危害，茶樹新梢揮發(fā)物的主要成分都是DMNT（反-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯）、(反,反)-α-法呢烯和反-β-羅勒烯[40]。被小貫小綠葉蟬危害后的茶樹新梢中檢測到豐富的α-法呢烯、苯甲醛、反-2-己烯醛和水楊酸甲酯，這四種成分在健康茶梢和被害茶梢中的含量分別為8.3%和11.8%；同時，這四種成分能夠顯著引誘天敵微小裂骨纓小蜂[43]。小貫小綠葉蟬為害之后苯甲醛、α-法呢烯和反-2-己烯醛的含量顯著增加[45]。小貫小綠葉蟬的咬食可以顯著誘導(dǎo)茶樹鮮葉中芳樟醇的釋放[46]。

3.2.2 茶樹驅(qū)避小貫小綠葉蟬的揮發(fā)性物質(zhì)

茶樹在受到小貫小綠葉蟬危害前后都有可能釋放出趨避蟲害的物質(zhì)，可應(yīng)用到控制有關(guān)蟲害的茶園管理中。茶樹新梢揮發(fā)出的芳樟醇對小貫小綠葉蟬具有引誘作用，小貫小綠葉蟬-茶樹取食復(fù)合體產(chǎn)生的2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇可輕微驅(qū)避小貫小綠葉蟬[42]。Cai等[48]研究了小貫小綠葉蟬成蟲對葡萄、桃、茶樹幼苗的氣味反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)成蟲相比茶樹更喜歡葡萄的氣味，并指出在茶園內(nèi)使用桃和葡萄的氣味來監(jiān)測和管理小貫小綠葉蟬的可能性。綠葉揮發(fā)物順-3-己烯醇，特別是順-3-己烯基醋酸酯，為小貫小綠葉蟬提供了合理區(qū)分抗性和感性品種的機(jī)制[49]。在茶園中使用緩釋瓶釋放揮發(fā)性物質(zhì)二硫化二甲基（DMDS）、1,8-桉葉素和烯丙基甲基硫化物對小綠葉蟬成蟲有明顯的趨避作用[50]。模擬鮮葉揮發(fā)性化合物對小貫小綠葉蟬的吸引力，順-3-混合己烯-1-醇、順-3-乙酸己烯酯和芳樟醇，質(zhì)量比為0.6∶23∶12.6，可作為茶園中的吸引劑[51]。但田間背景氣味可以破壞基于植物揮發(fā)物的吸引劑對小貫小綠葉蟬的吸引力[52]。不同茶樹品種的揮發(fā)物種類、濃度和比例不同，會導(dǎo)致吸引或者驅(qū)避害蟲的結(jié)果[53-54]。

綜上，前人對于抗蟲揮發(fā)性成分的主要分析方法為SDE法分離提取揮發(fā)性物質(zhì)與GC-MS分析比較，與抗蟲相關(guān)的揮發(fā)性成分為芳樟醇、α-法呢烯、β-羅勒烯和水楊酸甲酯等。α-法呢烯主要是在被危害后的茶樹葉片中揮發(fā)出來[50]，不是從植物的烯萜庫中來，而是由茉莉酸甲酯激發(fā)釋放的[55-56]。β-羅勒烯和α-法呢烯會參與鄰近茶樹之間的信號通訊，并可以通過茉莉酸誘導(dǎo)產(chǎn)生[57]。

4 展望

已開展的茶樹抗小貫小綠葉蟬抗性相關(guān)研究鑒定顯示，不同茶樹種質(zhì)之間存在抗性差異，篩選抗蟲品種對育種工作具有重要意義[20]，選用抗性品種控制蟲害能夠從根本上減少化學(xué)防控帶來的環(huán)境危害。在與茶樹小貫小綠葉蟬抗性相關(guān)的指標(biāo)研究方面，無論是茶樹形態(tài)與抗蟲相關(guān)性，還是品質(zhì)成分相關(guān)性的研究，雖已研究鑒定一些相關(guān)性的指標(biāo)成分，但主要研究結(jié)果并未顯示較高的一致性，可能是因?yàn)槟壳瓣P(guān)于“抗小貫小綠葉蟬”并未有科學(xué)統(tǒng)一的對照指標(biāo)體系，抗與感都是相對而言，且各個研究材料的地域與季節(jié)差異較大，很難做出客觀比較[58-64]；在后續(xù)的研究中，圍繞抗性研究進(jìn)行關(guān)鍵指標(biāo)篩選鑒定，建立一個科學(xué)的指標(biāo)體系具有重大意義。植物揮發(fā)物對驅(qū)避害蟲起到了不可忽視的作用[65-67]，確定茶樹抗小貫小綠葉蟬揮發(fā)性組分，確定其最佳抗性濃度或比例，并將之有效地運(yùn)用到茶園管理中，可有效減少環(huán)境危害。目前，茶樹小綠葉蟬抗性機(jī)理研究還不夠深入，但隨著研究技術(shù)的進(jìn)步，關(guān)于茶樹抗小貫小綠葉蟬的研究可以延伸到分子生物學(xué)水平，將茶樹的形態(tài)學(xué)特征、理化特征鑒定與現(xiàn)代基因組學(xué)相結(jié)合，更加系統(tǒng)深入地對茶樹小貫小綠葉蟬抗性機(jī)理及調(diào)控機(jī)制開展研究，從而為抗性鑒定和抗性品種選育提供更科學(xué)實(shí)用的參考。