溫室白粉虱為害對(duì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)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(chóng)。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(shí)也能引起植物煤污病，使蔬菜失去商品價(jià)值[1]，可導(dǎo)致蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物減產(chǎn)。

植物自身的化學(xué)防御體系是為了抵御害蟲(chóng)的入侵或危害而形成的。傳統(tǒng)的化學(xué)防治方法會(huì)導(dǎo)致“3R”問(wèn)題，因此利用植物本身的抗蟲(chóng)性防御害蟲(chóng)是最簡(jiǎn)潔有效的綠色防治技術(shù)之一。植物為了抵御昆蟲(chóng)的為害形成了多種多樣的防御機(jī)制，依據(jù)其抗性產(chǎn)生的機(jī)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(chóng)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(dāng)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(kāi)—關(guān)效應(yīng)[2]。植物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可作為防御昆蟲(chóng)危害的生化物質(zhì)存在。研究發(fā)現(xiàn)蟲(chóng)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(chóng)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(yùn)輸?shù)认嗷f(xié)作以積極防御害蟲(chóng)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(lán)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?yàn)榧闹髦参锓N類或品種不同，蟲(chóng)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(bào)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(duì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和保護(hù)酶的生理響應(yīng)，為進(jìn)一步研究黃瓜品種對(duì)溫室白粉虱抗性機(jī)制提供理論依據(jù)，為抗蟲(chóng)品種種植和選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試蟲(chóng)源

溫 室 白 粉 虱Trialeurodes vaporariorum（Westwood），由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)昆蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)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(gè)黃瓜品種進(jìn)行試驗(yàn)，分別為抗蟲(chóng)品種“新優(yōu)1 號(hào)”、中感品種“丫丫倆”（吉林省長(zhǎng)春市鑫碩種業(yè)有限公司）、感蟲(chóng)品種“小康村”（天津科潤(rùn)黃瓜研究所）、中抗品種“遼研翠玉”（遼寧省遼陽(yáng)市園藝花卉科學(xué)研究所）。在BSG-250 人工氣候箱，19×19營(yíng)養(yǎng)缽單株培育清潔苗，待黃瓜苗長(zhǎng)到兩葉一心時(shí)移出。

1.3 不同黃瓜品種生化指標(biāo)的測(cè)定

待黃瓜生長(zhǎng)到6～8 片真葉時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，期間不施用農(nóng)藥。每個(gè)品種選擇32 盆長(zhǎng)勢(shì)一致的黃瓜苗，對(duì)照組16 盆不接蟲(chóng)培養(yǎng)，蟲(chóng)害脅迫組16 盆每盆接溫室白粉虱100 頭用紗網(wǎng)罩上單獨(dú)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(shí)間為L(zhǎng)//D=14 h//10 h。接蟲(chóng)48 h 后取樣測(cè)定。每個(gè)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(biāo)的測(cè)定。

測(cè)定葉綠素含量采用丙酮乙醇混合液法[9]；測(cè)定黃瓜葉片可溶性糖含量采用蒽酮法[10]；測(cè)定可溶性蛋白以牛血清蛋白作標(biāo)準(zhǔn)曲線，參照并改進(jìn)Bradford的方法[11]；測(cè)定脯氨酸含量采用茚三酮顯色法[12]；測(cè)定超氧化物歧化酶（SOD）采用氮藍(lán)四唑（NBT）還原法[14]；測(cè)定過(guò)氧化物酶（POD）采用愈創(chuàng)木酚法；測(cè)定過(guò)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(jìn)行處理，不同品種之間各個(gè)生理指標(biāo)比較利用新復(fù)極差法進(jìn)行單因素差異顯著性分析。同一黃瓜品種蟲(chóng)害脅迫前后各個(gè)生理指標(biāo)利用配對(duì)t 檢測(cè)法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫室白粉虱脅迫對(duì)黃瓜不同品種葉綠素含量的影響

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

蟲(chóng)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(chóng)品種“新優(yōu)一號(hào)”的可溶性糖含量最低，為24.80 mg·g-1，感蟲(chóng)品種“小康村”最高，為30.49 mg·g-1，但是彼此間差異不顯著。蟲(chóng)害脅迫后“遼研翠玉”“新優(yōu)一號(hào)”和“丫丫倆”的可溶性糖含量增加，其中抗蟲(chóng)品種“新優(yōu)一號(hào)”比對(duì)照增加極顯著，“遼研翠玉”和“丫丫倆”與對(duì)照相比增加不顯著。感蟲(chóng)品種“小康村”的可溶性糖含量則下降且較對(duì)照下降顯著（表2）。由此可以看出蟲(chóng)害脅迫后抗蟲(chóng)品種可溶性糖含量增幅明顯，感蟲(chóng)品種可溶性糖含量減幅明顯。說(shuō)明抗蟲(chóng)品種黃瓜葉片通過(guò)積累可溶性糖含量來(lái)提高對(duì)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(duì)黃瓜不同品種可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

蟲(chóng)害脅迫前，感蟲(chóng)品種葉片可溶性蛋白質(zhì)含量高于抗蟲(chóng)品種，其中“小康村”顯著高于其他3 個(gè)品種。蟲(chóng)害脅迫后，“遼研翠玉”“新優(yōu)一號(hào)”“丫丫倆”3個(gè)品種葉片可溶性蛋白質(zhì)含量比對(duì)照組增加顯著。感蟲(chóng)品種“小康村”在蟲(chóng)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(chóng)害脅迫后黃瓜不同品種的脯氨酸含量均比對(duì)照組增加，抗蟲(chóng)品種“新優(yōu)一號(hào)”和中抗品種“遼研翠玉”受蟲(chóng)害脅迫后增加極顯著，感蟲(chóng)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(chóng)害脅迫后抗蟲(chóng)品種較感蟲(chóng)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(hù)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(hù)酶含量的變化見(jiàn)圖1～3。蟲(chóng)害脅迫后黃瓜不同品種葉片保護(hù)酶活性增加。蟲(chóng)害脅迫前，抗蟲(chóng)品種“新優(yōu)一號(hào)”與“遼研翠玉”葉片SOD、POD 含量均高于感蟲(chóng)品種“小康村”與“丫丫倆”；蟲(chóng)害脅迫后“新優(yōu)一號(hào)”“遼研翠玉”葉片SOD 和POD 含量較對(duì)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(chóng)害對(duì)黃瓜CAT 含量的影響呈上升趨勢(shì)，4 個(gè)品種黃瓜葉片CAT 含量均顯著增加，其中“新優(yōu)一號(hào)”與“遼研翠玉”增加極顯著。這說(shuō)明蟲(chóng)害處理可誘導(dǎo)黃瓜葉片內(nèi)保護(hù)酶活性增加，進(jìn)而提高植物抗蟲(chóng)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(chóng)黃瓜品種的葉綠素含量顯著高于感蟲(chóng)品種，而可溶性蛋白含量則顯著低于感蟲(chóng)品種。脅迫后，葉綠素含量下降，抗蟲(chóng)品種下降幅度顯著低于感蟲(chóng)品種；抗蟲(chóng)品種的可溶性糖、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、及保護(hù)酶活性均提高，增加幅度顯著高于感蟲(chóng)品種。說(shuō)明黃瓜通過(guò)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(hù)酶活性的變化來(lái)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(chóng)性的檢測(cè)指標(biāo)。

植物的抗性是由多種方式、多種因素和多種機(jī)制在不同地方表達(dá)的多種作用所產(chǎn)生的復(fù)雜性狀，并不是一種簡(jiǎn)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(guò)研究這些指標(biāo)的變化，可以更準(zhǔn)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(huì)影響黃瓜葉片光合作用強(qiáng)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(guò)對(duì)苜蓿幼苗受苜蓿斑蚜為害后的生理反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，隨蟲(chóng)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(chóng)品種在受到害蟲(chóng)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(shí)，植物葉片葉綠素含量也影響昆蟲(chóng)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(fù)相關(guān)[20]。試驗(yàn)與上述結(jié)果相似：感蟲(chóng)黃瓜品種葉綠素含量顯著低于抗蟲(chóng)品種，經(jīng)過(guò)溫室白粉虱脅迫后，黃瓜葉片葉綠素含量降低，且感蟲(chóng)品種葉綠素含量降低幅度明顯高于抗蟲(chóng)品種。

在植物生長(zhǎng)及昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育繁殖過(guò)程中糖、蛋白質(zhì)等是其必不可少的營(yíng)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(chóng)性越高[22]。李進(jìn)步等[23]的研究發(fā)現(xiàn)抗蟲(chóng)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(chóng)口密度增大逐漸升高，由此認(rèn)為棉花葉片可溶性糖含量增加可以提高棉花對(duì)蚜蟲(chóng)的抗性水平。試驗(yàn)究結(jié)果與之相似，蟲(chóng)害脅迫后抗蟲(chóng)品種“新優(yōu)一號(hào)”可溶性糖含量比對(duì)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(shì)；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(xì)胞發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用，進(jìn)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(chóng)品種可溶性蛋白質(zhì)含量降低，抗蟲(chóng)品種可溶性蛋白質(zhì)含量增加。這可能是由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是合成防御物質(zhì)的重要基礎(chǔ)，當(dāng)植株遭到蟲(chóng)害后，其自身重新調(diào)整代謝過(guò)程并啟動(dòng)防御反應(yīng)來(lái)進(jìn)一步阻礙害蟲(chóng)取食。

抗蟲(chóng)和感蟲(chóng)水稻品種在水稻負(fù)泥蟲(chóng)取食脅迫后，植株體內(nèi)脯氨酸含量均增加且隨危害時(shí)間的延長(zhǎng)脯氨酸含量逐漸增加，而抗蟲(chóng)品種中脯氨酸增加的量要高于感蟲(chóng)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(shì)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(chóng)水稻品種中的脯氨酸含量上升幅度高于感蟲(chóng)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(chóng)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(duì)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(zhǎng)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(wú)毛黃瓜對(duì)溫室白粉虱的抗蟲(chóng)能力緊密相關(guān)，可作為黃瓜抗蟲(chóng)性的生理指標(biāo)[3]；試驗(yàn)結(jié)果與之相似，在蟲(chóng)害脅迫后，不同品種黃瓜葉片的保護(hù)酶含量均增加，其中抗蟲(chóng)品種增加顯著，感蟲(chóng)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(chóng)性的生理指標(biāo)。

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(chóng)黃瓜品種的葉綠素含量顯著高于感蟲(chóng)品種，而可溶性蛋白含量則顯著低于感蟲(chóng)品種。脅迫后，葉綠素含量下降，抗蟲(chóng)品種下降幅度顯著低于感蟲(chóng)品種；抗蟲(chóng)品種的可溶性糖、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、及保護(hù)酶活性均提高，增加幅度顯著高于感蟲(chóng)品種。說(shuō)明黃瓜通過(guò)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(hù)酶活性的變化來(lái)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(chóng)性的檢測(cè)指標(biāo)。