溫室白粉虱為害對黃瓜不同品種防御酶活性及代謝產(chǎn)物的影響

劉媛媛，孔祥鑫，金永玲，范赫琪，王星宇

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)/黑龍江省作物-有害生物互作生物學(xué)及生態(tài)防控重點實驗室/國家雜糧工程技術(shù)研究中心，大慶 163319）

溫室白粉虱［Trialeurodes vaporariorum（Westwood）］半翅目Hemiptera，粉虱科Aleyrodidae。其寄主廣泛，是全球性園藝和觀賞性植物的主要害蟲。溫室白粉虱為刺吸式口器，于葉片背面為害，并分泌大量蜜液影響植物的光合作用，同時也能引起植物煤污病，使蔬菜失去商品價值[1]，可導(dǎo)致蔬菜等經(jīng)濟作物減產(chǎn)。

植物自身的化學(xué)防御體系是為了抵御害蟲的入侵或危害而形成的。傳統(tǒng)的化學(xué)防治方法會導(dǎo)致“3R”問題，因此利用植物本身的抗蟲性防御害蟲是最簡潔有效的綠色防治技術(shù)之一。植物為了抵御昆蟲的為害形成了多種多樣的防御機制，依據(jù)其抗性產(chǎn)生的機制可分為組成抗性和誘導(dǎo)抗性。組成抗性是植物體內(nèi)固有的能抵抗昆蟲危害的障礙，取決于自身基因型，一直存在于植物中并始終起到作用；誘導(dǎo)抗性是指當植物遇到外界因子刺激產(chǎn)生的一系列防御反應(yīng)具有開—關(guān)效應(yīng)[2]。植物的營養(yǎng)物質(zhì)可作為防御昆蟲危害的生化物質(zhì)存在。研究發(fā)現(xiàn)蟲害脅迫可導(dǎo)致可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量以及葉綠素含量發(fā)生改變。蟲害脅迫還可以迅速提高次生代謝途徑中關(guān)鍵酶的活性，使次生代謝物質(zhì)的合成、運輸?shù)认嗷f(xié)作以積極防御害蟲的侵害[3]。煙粉虱為害煙草導(dǎo)致可溶性糖和可溶性蛋白含量降低[4]，瓜蚜取食黃瓜可溶性糖含量、脯氨酸含量增加[5]，桃蚜為害甘藍幼苗引起POD、PPA 活性升高[6]，煙粉虱脅迫番茄引起SOD、POD、CAT 活性升高[7]。因為寄主植物種類或品種不同，蟲害脅迫的生理反應(yīng)差異也較大[8]。目前關(guān)于溫室白粉虱脅迫黃瓜不同抗感品種中這些物質(zhì)的變化規(guī)律的報道很少。根據(jù)黑龍江省大慶地區(qū)棚室蔬菜種植情況，選擇對溫室白粉虱不同抗感性的黃瓜品種，研究溫室白粉虱脅迫下黃瓜體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)和保護酶的生理響應(yīng)，為進一步研究黃瓜品種對溫室白粉虱抗性機制提供理論依據(jù)，為抗蟲品種種植和選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

溫 室 白 粉 虱Trialeurodes vaporariorum（Westwood），由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)昆蟲實驗室提供。采用未噴施藥劑的黃瓜植株飼養(yǎng)溫室白粉虱。

1.2 寄主植物

選擇4 個黃瓜品種進行試驗，分別為抗蟲品種“新優(yōu)1 號”、中感品種“丫丫倆”（吉林省長春市鑫碩種業(yè)有限公司）、感蟲品種“小康村”（天津科潤黃瓜研究所）、中抗品種“遼研翠玉”（遼寧省遼陽市園藝花卉科學(xué)研究所）。在BSG-250 人工氣候箱，19×19營養(yǎng)缽單株培育清潔苗，待黃瓜苗長到兩葉一心時移出。

1.3 不同黃瓜品種生化指標的測定

待黃瓜生長到6～8 片真葉時進行試驗，期間不施用農(nóng)藥。每個品種選擇32 盆長勢一致的黃瓜苗，對照組16 盆不接蟲培養(yǎng)，蟲害脅迫組16 盆每盆接溫室白粉虱100 頭用紗網(wǎng)罩上單獨放在BSG-250 人工氣候箱內(nèi)培養(yǎng)。培養(yǎng)條件設(shè)置（26±2）℃，濕度60%，光照與黑暗交替時間為L//D=14 h//10 h。接蟲48 h 后取樣測定。每個黃瓜品種取上部統(tǒng)一部位葉片3 片，重復(fù)4 次，用于下列指標的測定。

測定葉綠素含量采用丙酮乙醇混合液法[9]；測定黃瓜葉片可溶性糖含量采用蒽酮法[10]；測定可溶性蛋白以牛血清蛋白作標準曲線，參照并改進Bradford的方法[11]；測定脯氨酸含量采用茚三酮顯色法[12]；測定超氧化物歧化酶（SOD）采用氮藍四唑（NBT）還原法[14]；測定過氧化物酶（POD）采用愈創(chuàng)木酚法；測定過氧化氫酶（CAT）采用紫外吸收法[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0 分析軟件進行處理，不同品種之間各個生理指標比較利用新復(fù)極差法進行單因素差異顯著性分析。同一黃瓜品種蟲害脅迫前后各個生理指標利用配對t 檢測法進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫室白粉虱脅迫對黃瓜不同品種葉綠素含量的影響

溫室白粉虱脅迫前抗蟲品種“新優(yōu)一號”葉綠素含量最高2.20 mg·g-1，顯著高于感蟲品種“小康村”。蟲害脅迫后，黃瓜不同品種葉綠素含量均比對照組下降，其中“小康村”和“丫丫倆”比對照下降顯著，“新優(yōu)一號”和“遼研翠玉”與對照相比下降不顯著（表1）。由此可以看出感蟲品種葉綠素含量低，容易遭受溫室白粉虱的侵害。蟲害脅迫后感蟲品種較抗蟲品種葉綠素含量降幅大，受害嚴重。

表1 溫室白粉虱為害前后黃瓜不同品種葉片葉綠素含量的變化Table 1 Changes of chlorophyll content in cucumber leaves of different varieties before and after the infestation of greenhouse whitefly

2.2 溫室白粉虱脅迫對黃瓜不同品種可溶性糖含量的影響

蟲害脅迫前，不同黃瓜品種可溶性糖含量在24.80～30.49 mg·g-1之間，其中抗蟲品種“新優(yōu)一號”的可溶性糖含量最低，為24.80 mg·g-1，感蟲品種“小康村”最高，為30.49 mg·g-1，但是彼此間差異不顯著。蟲害脅迫后“遼研翠玉”“新優(yōu)一號”和“丫丫倆”的可溶性糖含量增加，其中抗蟲品種“新優(yōu)一號”比對照增加極顯著，“遼研翠玉”和“丫丫倆”與對照相比增加不顯著。感蟲品種“小康村”的可溶性糖含量則下降且較對照下降顯著（表2）。由此可以看出蟲害脅迫后抗蟲品種可溶性糖含量增幅明顯，感蟲品種可溶性糖含量減幅明顯。說明抗蟲品種黃瓜葉片通過積累可溶性糖含量來提高對溫室白粉虱的抵抗能力。

表2 溫室白粉虱為害前后黃瓜不同品種葉片可溶性糖含量Table 2 Soluble sugar content of cucumber leaves of different varieties before and after whitefly infestation in greenhouse

2.3 溫室白粉虱脅迫對黃瓜不同品種可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

蟲害脅迫前，感蟲品種葉片可溶性蛋白質(zhì)含量高于抗蟲品種，其中“小康村”顯著高于其他3 個品種。蟲害脅迫后，“遼研翠玉”“新優(yōu)一號”“丫丫倆”3個品種葉片可溶性蛋白質(zhì)含量比對照組增加顯著。感蟲品種“小康村”在蟲害脅迫后，葉片可溶性蛋白質(zhì)含量則下降，但與脅迫前相比下降不顯著（表3）。

表3 溫室白粉虱為害前后黃瓜不同品種葉片可溶性蛋白質(zhì)含量Table 3 Soluble protein content of cucumber leaves of different varieties before and after the infestation of greenhouse whitefly

2.4 溫室白粉虱脅迫下黃瓜不同品種葉片脯氨酸含量的變化

脅迫前黃瓜不同品種中脯氨酸含量在0.17～0.23 mg·g-1范圍內(nèi)，彼此之間差異不顯著。蟲害脅迫后黃瓜不同品種的脯氨酸含量均比對照組增加，抗蟲品種“新優(yōu)一號”和中抗品種“遼研翠玉”受蟲害脅迫后增加極顯著，感蟲品種“小康村”和中感品種“丫丫倆”增加不顯著（表4）。由此可以看出蟲害脅迫后抗蟲品種較感蟲品種脯氨酸含量增幅明顯。

表4 溫室白粉虱為害前后黃瓜不同品種葉片脯氨酸含量Table 4 Proline content in the leaves of different cucumber varieties before and after whitefly infestation in greenhouse

2.5 溫室白粉虱脅迫下黃瓜不同品種葉片保護酶含量的變化

溫室白粉虱為害前后黃瓜不同品種葉片保護酶含量的變化見圖1～3。蟲害脅迫后黃瓜不同品種葉片保護酶活性增加。蟲害脅迫前，抗蟲品種“新優(yōu)一號”與“遼研翠玉”葉片SOD、POD 含量均高于感蟲品種“小康村”與“丫丫倆”；蟲害脅迫后“新優(yōu)一號”“遼研翠玉”葉片SOD 和POD 含量較對照顯著增加，“丫丫倆”葉片SOD 含量增加顯著，“小康村”增加均不顯著。蟲害對黃瓜CAT 含量的影響呈上升趨勢，4 個品種黃瓜葉片CAT 含量均顯著增加，其中“新優(yōu)一號”與“遼研翠玉”增加極顯著。這說明蟲害處理可誘導(dǎo)黃瓜葉片內(nèi)保護酶活性增加，進而提高植物抗蟲性。

圖1 溫室白粉虱為害前后黃瓜不同品種葉片SOD 變化Fig.1 Changes of SOD on cucumber leaves of different varieties before and after whitefly infestation in greenhouse

圖2 溫室白粉虱為害前后黃瓜不同品種葉片POD 的變化Fig.2 Changes of POD on cucumber leaves of different varieties before and after the infestation of greenhouse whitefly

圖3 溫室白粉虱為害前后不同品種黃瓜葉片CAT 的變化Fig.3 Changes of CAT on cucumber leaves of different varieties before and after whitefly infestation in greenhouse

3 討論

溫室白粉虱脅迫黃瓜前后，黃瓜不同品種的生理生化適應(yīng)性反應(yīng)是不同的。脅迫前，抗蟲黃瓜品種的葉綠素含量顯著高于感蟲品種，而可溶性蛋白含量則顯著低于感蟲品種。脅迫后，葉綠素含量下降，抗蟲品種下降幅度顯著低于感蟲品種；抗蟲品種的可溶性糖、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、及保護酶活性均提高，增加幅度顯著高于感蟲品種。說明黃瓜通過調(diào)控葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸含量以及保護酶活性的變化來抵抗溫室白粉虱的為害。其中葉綠素、可溶性糖、脯氨酸和CAT、POD 含量變化在抗感品種之間變化突出，可以作為抗蟲性的檢測指標。

植物的抗性是由多種方式、多種因素和多種機制在不同地方表達的多種作用所產(chǎn)生的復(fù)雜性狀，并不是一種簡單的性狀[14]。例如，糖、蛋白質(zhì)和葉綠素含量之間有著密切的關(guān)系。通過研究這些指標的變化，可以更準確地確定寄主植物的抗性敏感性[15-16]。前人[17]研究表明溫室白粉虱取食會影響黃瓜葉片光合作用強度、糖含量、葉綠素含量，蛋白質(zhì)含量，并隨種群生物量增加，影響程度也隨之增大。

蘭金娜等[18]通過對苜蓿幼苗受苜蓿斑蚜為害后的生理反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，隨蟲害脅迫葉片的葉綠素含量下降；陳建明等[19]研究表明不同的抗蟲品種在受到害蟲為害后葉片的葉綠素含量下降速率不同，抗性較高的品種下降的較慢。同時，植物葉片葉綠素含量也影響昆蟲的寄主選擇性，如辣椒葉片中葉綠素含量與煙粉虱寄主選擇率呈顯著負相關(guān)[20]。試驗與上述結(jié)果相似：感蟲黃瓜品種葉綠素含量顯著低于抗蟲品種，經(jīng)過溫室白粉虱脅迫后，黃瓜葉片葉綠素含量降低，且感蟲品種葉綠素含量降低幅度明顯高于抗蟲品種。

在植物生長及昆蟲生長發(fā)育繁殖過程中糖、蛋白質(zhì)等是其必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)[21]。植物體內(nèi)糖、蛋白質(zhì)含量越高，則植物的抗蟲性越高[22]。李進步等[23]的研究發(fā)現(xiàn)抗蟲品種棉花葉片在棉蚜的為害后，葉片可溶性糖含量升高，其可溶性糖含量隨著蟲口密度增大逐漸升高，由此認為棉花葉片可溶性糖含量增加可以提高棉花對蚜蟲的抗性水平。試驗究結(jié)果與之相似，蟲害脅迫后抗蟲品種“新優(yōu)一號”可溶性糖含量比對照增加顯著。曲若軼等[24]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)茶黃薊馬為害后的銀杏葉片可溶性蛋白質(zhì)含量呈下降趨勢；孫亞萍[7]研究發(fā)現(xiàn)煙粉虱為害番茄葉片后，葉片可溶性蛋白質(zhì)含量降低；柑橘屬植物葉片經(jīng)潛葉蛾為害后葉片細胞發(fā)生膜脂過氧化作用，進而使葉片可溶性蛋白質(zhì)含量增加[25]。研究結(jié)果表現(xiàn)為感蟲品種可溶性蛋白質(zhì)含量降低，抗蟲品種可溶性蛋白質(zhì)含量增加。這可能是由于營養(yǎng)物質(zhì)是合成防御物質(zhì)的重要基礎(chǔ)，當植株遭到蟲害后，其自身重新調(diào)整代謝過程并啟動防御反應(yīng)來進一步阻礙害蟲取食。

抗蟲和感蟲水稻品種在水稻負泥蟲取食脅迫后，植株體內(nèi)脯氨酸含量均增加且隨危害時間的延長脯氨酸含量逐漸增加，而抗蟲品種中脯氨酸增加的量要高于感蟲品種[26]；周福才等[27]以及李田田等[28]發(fā)現(xiàn)受瓜蚜脅迫的黃瓜葉片中游離脯氨酸含量呈上升趨勢且抗蚜品種高于感蚜品種；段燦星等[29]亦研究發(fā)現(xiàn)不同水稻品種在受灰飛虱為害后抗蟲水稻品種中的脯氨酸含量上升幅度高于感蟲品種。研究結(jié)果與之相似，溫室白粉虱脅迫黃瓜后，脯氨酸得到了積累，抗蟲品種積累更顯著。

SOD、POD 和CAT 是植物體內(nèi)活性氧代謝的主要酶，其活性的變化能較好地反映植物對逆境的適應(yīng)能力[30]。沈登榮[31]發(fā)現(xiàn)端大薊馬（Megalurothrips distalis（Karny））取食菜豆、豇豆和蠶豆后誘導(dǎo)POD、CAT 活性增加，茍長青發(fā)現(xiàn)牧草盲蝽（Lygus pratensis）取食棉花后誘導(dǎo)POD、SOD 活性增加[32]，POD 酶與無毛黃瓜對溫室白粉虱的抗蟲能力緊密相關(guān)，可作為黃瓜抗蟲性的生理指標[3]；試驗結(jié)果與之相似，在蟲害脅迫后，不同品種黃瓜葉片的保護酶含量均增加，其中抗蟲品種增加顯著，感蟲品種變化幅度小，尤其是POD 和CAT 在抗感品種間變化差異大。因此推斷POD、CAT 也可作為黃瓜抗蟲性的生理指標。

4 結(jié)論

溫室白粉虱脅迫黃瓜前后，黃瓜不同品種的生理生化適應(yīng)性反應(yīng)是不同的。脅迫前，抗蟲黃瓜品種的葉綠素含量顯著高于感蟲品種，而可溶性蛋白含量則顯著低于感蟲品種。脅迫后，葉綠素含量下降，抗蟲品種下降幅度顯著低于感蟲品種；抗蟲品種的可溶性糖、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、及保護酶活性均提高，增加幅度顯著高于感蟲品種。說明黃瓜通過調(diào)控葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸含量以及保護酶活性的變化來抵抗溫室白粉虱的為害。其中葉綠素、可溶性糖、脯氨酸和CAT、POD 含量變化在抗感品種之間變化突出，可以作為抗蟲性的檢測指標。