玉米誘導抗蟲性對甜菜夜蛾和淡足側(cè)溝繭蜂相關(guān)生理行為的影響.pdf

1、本文在認真分析和總結(jié)了前人已有工作的基礎(chǔ)上，從生態(tài)學、生理學和分子生物學層面開展了以下幾方面的系統(tǒng)研究：甜菜夜蛾Spodoptraexigua(Hübner)(Beetarmyworm，BAW)重要寄主植物玉米Zeamaizes誘導抗蟲性形成的機理，誘導抗性對BAW產(chǎn)卵選擇、幼蟲生長發(fā)育與死亡、幼蟲中腸蛋白酶活性的影響，玉米誘導抗性對BAW天敵淡足側(cè)溝繭蜂MicroplitispallidipesSzepligeti的寄主選擇、生長發(fā)育

2、、蛹重和存活的影響。主要研究結(jié)果總結(jié)如下： 研究明確了玉米誘導抗性的主要誘導因子包含BAW幼蟲直接取食為害(蟲害)、口腔分泌物(BAWOS)和不同濃度的茉莉酸(JA)誘導的玉米苗對BAW成蟲產(chǎn)卵、幼蟲取食選擇性以及幼蟲生長發(fā)育均有顯著的影響：BAWOS誘導的幼苗與蟲害植株都可以排斥成蟲產(chǎn)卵，即對成蟲產(chǎn)卵有明顯的驅(qū)避作用，機械損傷則沒有這種作用，說明BAW幼蟲的口腔分泌物中含有誘導植物產(chǎn)生抗蟲性的誘導因子。JA誘導的玉米苗對成蟲產(chǎn)

3、卵的影響作用因JA誘導濃度的不同而異：0.01μM/株JA誘導的玉米幼苗對成蟲產(chǎn)卵有明顯的驅(qū)避作用，而5μM/株的JA誘導的對成蟲產(chǎn)卵有明顯的引誘作用，表明JA濃度的不同，誘導植株的生理特征或揮發(fā)性化合物的成分發(fā)生不同的變化。蟲害植株、BAWOS植株、0.01μM/株的JA誘導植株有排斥幼蟲取食的作用，而5μM/株和10μM/株的JA誘導幼苗對幼蟲的取食沒有影響。2日齡開始取食0.01μM/株JA誘導玉米幼苗的BAW幼蟲的生長量受到明顯

4、的抑制，而5日齡開始取食JA誘導植株的BAW幼蟲的生長量不受影響；取食JA誘導植株幼蟲的死亡率比對照高74.36％。這些結(jié)果表明，BAW幼蟲為害、口腔分泌物及一定濃度的JA均可以誘導玉米形成對BAW成蟲產(chǎn)卵和幼蟲取食為害的抗性，并對BAW幼蟲的為害產(chǎn)生抵抗作用。 系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)：誘導玉米葉片中蛋白酶抑制劑(PIs)含量的差異是導致BAW幼蟲取食選擇性和生長量產(chǎn)生差異的主要原因之一，明確了誘導抗性植株對BAW幼蟲中腸蛋白酶活性的影

5、響作用。BAWOS和BAW直接取食為害后，玉米葉片中的PIs含量分別是對照的1.62和1.54倍；0.01μM/株JA誘導的玉米葉片中PIs的含量是對照的1.22倍；0.1、0.5、1、5、10μM/株JA誘導的玉米葉片中PIs的含量與對照相比變化較小。BAWOS、蟲害以及0.01μM/株JA誘導的玉米葉片PIs提取液對幼蟲中腸蛋白酶活性都有顯著的抑制作用，并與誘導植株P(guān)Is的含量相對應。取食0.01μM/株JA誘導植株的BAW幼蟲不同

6、齡期中腸蛋白酶活性的最適PH值沒有明顯的變化，但是中腸蛋白酶活性與對照有顯著差異：取食誘導植株的3齡幼蟲中腸蛋白酶活性顯著低于對照幼蟲的，幼蟲中腸強堿性類胰蛋白酶活性、類胰凝乳蛋白酶活性和弱堿性類胰蛋白酶的活性都顯著降低，表明這些蛋白酶活性都受到了顯著抑制；而取食0.01μM/株JA誘導植株的5齡幼蟲中腸蛋白酶活性則顯著高于對照或者是沒有顯著差異。這些結(jié)果與誘導植株對BAW不同齡期幼蟲生長發(fā)育的影響相一致，表明產(chǎn)生誘導抗性的玉米抑制BA

7、W幼蟲中腸蛋白酶的活性，是其對BAW幼蟲生長量產(chǎn)生抑制作用的原因之一。 誘導方式對玉米JA信號合成途徑有較大的影響。蟲害植株、BAWOS植株和JA誘導植株對脂氧合酶(LOX)和丙二烯氧化物合成酶(AOS)的表達有顯著的誘導作用，而機械損傷則沒有這種誘導作用。損傷誘導蛋白酶抑制劑基因(WIPI)在不同方式誘導的植株中都有表達。實時熒光定量PCR(RQ-PCR)分析結(jié)果表明蟲害植株、BAWOS誘導和不同濃度茉莉酸誘導植株的WIPI表

8、達量變化不同：蟲害誘導的WIPI的拷貝數(shù)最高，是對照植株的23.23倍；0.5μl/株BAWOS誘導植株的WIPI的拷貝數(shù)是對照植株的10.37倍；0.01μM/株JA誘導WIPI的表達量是對照植株的3.03倍；機械損傷和其它濃度的的JA、BAWOS誘導也能使WIPI的拷貝數(shù)增加，但是增加不顯著。為進一步明確損傷誘導蛋白酶抑制劑(WIPI)在玉米抗蟲性中的功能，以玉米cDNA為模板擴增得到了WIPI的全序列，構(gòu)建重組原核表達載體pET-

9、WIPI，在E.coliBL21(DE3)plysS中成功表達了WIPI，為大量獲取WIPI重組蛋白，體外檢測其對昆蟲蛋白酶的抑制活性，檢測WIPI在誘導植株中的表達奠定了基礎(chǔ)。 在研究掌握了淡足側(cè)溝繭蜂的繁殖技術(shù)、基本的生物學習性的基礎(chǔ)上，闡明了淡足側(cè)溝繭蜂對BAW寄主幼蟲的影響作用，并初步明確了誘導玉米植株對淡足側(cè)溝繭蜂寄主選擇和生長發(fā)育的影響作用。淡足側(cè)溝繭蜂主要選擇2-3齡幼蟲為寄主，被寄生后的寄主幼蟲取食量雖然會因發(fā)育

10、階段的不同而異，但寄生后期及總的取食量顯著減少，淡足側(cè)溝繭蜂幼蟲在寄主幼蟲進入暴食期前即可完成發(fā)育，并造成寄主幼蟲死亡(最高達86.33％)。蟲害植株、BAWOS植株、JA誘導植株對淡足側(cè)溝繭蜂都具有明顯的引誘作用，即淡足側(cè)溝繭蜂成蟲對這些誘導植株的反應率或停留的時間都要顯著地高于機械損傷植株的。淡足側(cè)溝繭蜂對取食JA和BAWOS誘導的玉米葉的BAW幼蟲的寄生率顯著增加，盡管寄生在這些寄主幼蟲的淡足側(cè)溝繭蜂發(fā)育歷期顯著延長、死亡率顯著提

11、高、結(jié)繭數(shù)和繭重下降。這些結(jié)果表明，誘導抗性植株的抗性對于提高淡足側(cè)溝繭蜂對BAW幼蟲的寄生率具有增效作用，從而為如何協(xié)調(diào)利用植物誘導抗性與寄生蜂共同防治BAW提供了初步的科學依據(jù)。 應用掃描電鏡對淡足側(cè)溝繭蜂成蟲觸角的外部形態(tài)結(jié)構(gòu)進行觀察：淡足側(cè)溝繭蜂觸角絲狀，鞭節(jié)包括16各亞節(jié)，雌、雄淡足側(cè)溝繭蜂觸角的形狀和感受器的數(shù)量存在差異，雄蜂的觸角比雌蜂的長，直徑大，板形感受器的數(shù)量比雌蜂的多。觸角上存在6種感器，分別為毛形感覺器(

12、Sensillumtrichodeum)、兩種錐形感覺器(Sensillumbasiconca)、板形感覺器(Sensillumplacodea)、腔錐形感受器(Sensillumcoeloconicum)、刺形感覺器(Sensillumchaetium)。其中，大部分感受器分布在觸角的鞭節(jié)，只有刺形感受器分布在梗節(jié)和柄節(jié)。毛形感受器數(shù)量最多，分布在觸角各鞭節(jié)，它的壁上沒有孔，主要是物理感受器；兩種錐形感受器、板形感受器的表面有孔，內(nèi)部