白木香Aquilaria sinensis Lour.为国家濒危保护植物,在其受创伤后产生的沉香是一种珍贵药材和香料,而黄野螟Heortia vitessoides Moore虫害的频繁发生严重影响了沉香产业的发展.为了探究白木香对黄野螟的抗虫生理机制,本研究利用指标含量测定、GC-MS分析及非靶向性代谢组学分析等方法,对6种不同抗虫性植株叶片的理化性质、挥发性物质及差异代谢产物进行对比分析.结果表明,抗虫植株(A01)的单宁酸含量(0.39 mg/g)、类黄酮含量(1.48 mg/g)最高,而可溶性蛋白含量(4.5mg/g)和可溶性糖含量(6.7mg/g)最低.白木香感虫植株(S)诱虫成分含量显著高于其它5个植株,而驱虫成分含量显著低于其它5个植株.白木香抗虫植株叶片中的营养物质和挥发性成分与普通感虫植株具有明显差异,抗虫植株叶片中的营养物质和诱虫活性挥发性成分偏低而驱虫活性挥发性成分普遍偏高.抗虫植株与普通感虫植株的差异代谢产物主要集中在黄酮与黄酮醇生物合成、苯丙氨酸生物合成、苯丙氨酸代谢、酪氨酸代谢和异喹啉生物碱生物合成通路.本研究可为确定白木香的抗虫机制及今后发掘新型无公害的黄野螟防控方法提供理论指导.

为深入探讨假眼小绿叶蝉在茶树上的刺探行为,进而筛选合适的刺探电位(electrical penetration graph,EPG)参数作为评判茶树抗感性指标,遂比较紫鹃、宁波黄金芽和黄观音等11个国家级和特色茶树良种对该叶蝉抗感性,并解析茶树抗感性与主要化学成分的相关性.使用刺探电位仪检测了该叶蝉在这11个茶树品种上的多种刺探行为及其参数、以聚类分析等方法解析各品种上EPG参数而判断每品种对于叶蝉的抗感性;再以HPLC检测茶叶主要成分,分析抗感性与化学成分的关联程度.结果如下:(1)进一步明确了代表该叶蝉在茶树上取食行为的7种EPG波形及其可能的生物学意义,即Np、A、S、C、E、F和R波,解析了各种波形的特征和出现规则,认为E波、F波以及未确定生物学意义的R波是抗性相关波.(2)在5h测试期间,叶蝉在黄观音和龙井43品种上的刺探次数最多,紫鹃、宁波黄金芽和金观音上的次之,铁观音和安吉白茶上的最少;E波平均持续时间在铁观音和黄牡丹上最长,乌牛早和安吉白茶上次之,紫鹃上最短;F波平均持续时间在黄观音上最长,紫鹃、龙井43和宁波黄金芽上次之,金观音上最短.(3)以刺探次数、韧皮部取食波E波历期、韧皮部取食困难波F波历期为指标,将11个品种聚为2类,即第Ⅰ类:安吉白茶、乌牛早、紫牡丹、中茶108、黄牡丹和铁观音;第Ⅱ类为黄观音、龙井43、紫鹃、宁波黄金芽和金观音;抗性强弱为:第Ⅱ类＞第Ⅰ类.(4)从感性至抗性品种,儿茶素类含量明显升高,且儿茶素总量与E波历期显著负相关(P＜0.05);咖啡碱、氨基酸和可溶性糖含量皆未与E波、F波历期明显相关.认为:E波和F波历期以及刺探次数可作为茶树抗感性的主要参数;R波可能与韧皮部取食抗性相关;儿茶素类是抗性相关物质.研究可为深入探讨茶树抗虫机理提供参考.

水稻(Oryza sativa)代谢物在水稻与褐飞虱(Nilaparvata lugens)相互作用中有非常重要的作用.初生代谢物和非挥发性的次生代谢物决定褐飞虱在水稻上的取食及存活,并可能具有直接的抗虫效应;而挥发性次生代谢物主要影响褐飞虱对寄主的定位及选择.本文以代谢物为媒介,描述和分析了水稻与褐飞虱之间的化学关系,旨在从化学物质方面找出二者之间的联系,为进一步深入理解和阐明水稻应对褐飞虱危害而产生的防御机制提供新的思路.

马尾松(Pinus massoniana)是我国南方生态建设与造林用材的主要树种,为了揭示马尾松抗虫机理尤其是诱导抗虫性的分子机制,该研究以马尾松幼苗为材料,通过外源喷施茉利酸甲酯(MeJA),分析了处理与对照间植株针叶显微结构、萜类合成酶活性及其细胞化学定位的变化.结果表明:在0.2 mmol·L-1 MeJA处理下马尾松植株松针中萜类物质,尤其是单萜、二萜的相对含量增加,马尾松毛虫拒食性明显,诱导抗性增强.显微观测中,针叶叶肉细胞内树脂道分泌物增加,叶绿体数目减少,但叶绿体体积增大,叶绿体片层结构增加.MeJA处理4周后,针叶中萜类合成酶活性增加,通过电镜酶细胞化学观察,膜系统尤其是叶绿体膜上萜类合成酶活性定位明显增强.这说明MeJA诱导的马尾松诱导抗性可能与改变的叶绿体结构及绿色质体萜类合成酶活性密切相关.

为寻找抗绿豆象绿豆种子中的重要抗虫成分,以抗虫绿豆晋绿7号、B20及感虫绿豆潍绿2117为试验材料,采用蛋白质双向电泳(2-DE)和质谱技术,对抗、感虫绿豆中差异蛋白及功能进行了鉴定与分析.结果表明,抗、感虫绿豆中差异蛋白表达量超过2.5倍的点共有15个.其中6个蛋白点通过数据库得到了成功鉴定,涉及3种蛋白质,分别为8S球蛋白(α亚型和β亚型)、核酮糖l,5-二-磷酸羧化酶/加氧酶(RuBis CO)亚基结合蛋白和合成淀粉酶与胰蛋白酶两种抑制剂的前体多肽链.蛋白点B49(即8S球蛋白α亚型)和B31 (RuBis CO亚基结合蛋白)在抗、感虫绿豆中的差异表达量分别达到10 000倍和23倍.抗虫绿豆中8S球蛋白α亚型及β亚型、RuBis CO伴侣蛋白及胰蛋白酶抑制剂的前体作为抗虫物质影响了绿豆象的生长发育甚至导致其死亡,与抗虫性的量效关系及联合效应还需进一步验证.

植物抗虫“防御警备”是指受到某些生物或者非生物因子刺激警备后,植物会提前做好抗虫防御准备,之后当再次受到害虫袭击时,植物会产生更加快速和强烈的抗虫防御反应,从而使自身抗虫性显著提高.这是近年来新发现的植物防御害虫的一种策略,是一种特殊的诱导抗虫机制.植食性昆虫的取食、分泌物、产卵、为害诱导的植物挥发物(HIPVs)以及某些有益微生物、植物营养元素、重金属和一些化学物质均可以引起植物产生抗虫防御警备.防御警备具有抗性高效、持久、环境友好,甚至可以遗传到子代等优点.本文综述了近年来有关植物抗虫防御警备的研究,主要概括了植物抗虫防御警备的一般特征、刺激警备因子和形成机制,并对其在生产实践中的应用前景进行了简要分析,提出了这一领域尚未解决的问题和亟待深入的研究方向.通过合适的方法使植物产生抗虫防御警备可以大大减少杀虫剂的使用,成为害虫综合防治的重要手段.

叶性状分化在自然界中较为普遍,不同的叶性状特征与植物对资源获得及利用效率密切关联,反映了植物适应特定环境所形成的生存对策.叶性状分化的生态功能一直以来备受生态学家和进化生物学家的广泛关注.自然界构树(Broussonetia papyifera)在个体发育过程中出现全缘叶和裂缺叶的分化,但其生态功能尚不清楚,推测两者的叶型分化是构树对虫害规避的结果.为了探讨构树叶性状分化对应的可能生态功能,该研究采用野外监测和室内分析的方法,对构树全缘叶和裂缺叶的虫害发生率、叶面积、与抗虫有关的酚类物质(总酚、缩合单宁、黄酮)含量进行了比较.结果表明:(1)相对于裂缺叶,全缘叶虫害发生率显著增加,全缘叶虫害发生率是裂缺叶的两倍.(2)自然条件下,全缘叶叶面积显著高于裂缺叶,增加了约44个百分点.(3)自然条件下,裂缺叶中总酚、缩合单宁、黄酮含量均显著高于全缘叶,分别提高了6.0％、4.2％和16.2％.(4)除黄酮外,虫害处理下裂缺叶中总酚、缩合单宁含量显著高于全缘叶,均提高了约5.0％.(5)人为移除部分叶片,裂缺叶中总酚、缩合单宁、黄酮含量均显著高于全缘叶,分别提高8.0％、1.6％和25.4％.这说明构树全缘叶和裂缺叶中酚类物质含量对外来损伤响应不一致,裂缺叶虫害发生率较全缘叶低可能由于两种类型叶片中酚类物质含量存在差异所引起.

[目的]紫茎泽兰是我国重要的入侵杂草,对我国生态环境和农、林、牧业造成重大危害.本研究通过比较紫茎泽兰原产地与入侵地种群地上部抗虫物质含量的差异及其对泽兰实蝇寄生的响应,为探明紫茎泽兰入侵种群持续扩张的化学生态机制提供依据.[方法]选取5个紫茎泽兰种群(3个中国云南种群:C1,C2,C3;2个墨西哥种群:M1,M2),比较原产地和入侵地种群地上部分碳氮比、单宁类(单宁酸、儿茶素、鞣花酸)和类黄酮物质(槲皮素、异槲皮素、山奈酚)含量差异,以及泽兰实蝇寄生前后这些抗虫物质的含量变化.[结果]入侵地种群地上部分碳氮比不同程度地低于原产地种群,茎秆部位差异最明显.紫茎泽兰入侵地种群的单宁类和类黄酮物质含量亦低于原产地种群,其中,芽尖部位单宁酸和儿茶素含量差异尤为明显,分别比原产地种群低26.4％ 和32.3％.泽兰实蝇寄生后,原产地和入侵地种群单宁类和类黄酮物质含量基本呈上升趋势,其中,M1种群寄生植株在虫瘿破膜前,儿茶素含量比未寄生植株升高了163.2％.[结论]紫茎泽兰入侵种群在抗虫特性方面产生了资源再分配的适应性变化,有利于其在新生境天敌缺乏条件下的持续扩张.虽然泽兰实蝇寄生会诱导紫茎泽兰原产地种群和入侵地种群抗虫物质的增加,但原产地种群增加的幅度更大,表明紫茎泽兰入侵后对专食性天敌胁迫的适应性明显下降.

为探讨土壤盐分对转Bt基因抗虫棉棉蕾抗虫性的影响程度,采用盆栽试验,以2个Bt棉品种‘新棉33B’(盐敏感)和‘中07’(耐盐)为试验材料,设置5个土壤盐分水平(0、0.15％、0.30％、0.45％和0.60％),研究盐分对蕾期Bt棉棉蕾中杀虫蛋白含量、Bt基因相对表达量及氮代谢相关酶和物质代谢的影响.结果表明:棉蕾中Bt杀虫蛋白含量随土壤盐分的升高而降低,与对照相比(0％),2个不同类型棉花品种在土壤盐分0.30％及以上时,棉蕾中杀虫蛋白含量显著下降,且随土壤盐分水平的升高,Bt杀虫蛋白含量下降幅度增大.土壤盐分胁迫提高了棉蕾中Bt基因的相对表达量.在相同土壤盐分水平下,盐敏感品种棉蕾中Bt杀虫蛋白含量受土壤盐分影响较大.杀虫蛋白表达量下降幅度大的品种,其可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)和谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性下降幅度较大,游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性上升幅度也较高.说明土壤盐分胁迫下,Bt棉棉蕾蛋白质合成能力下降,分解能力增强,可能是导致杀虫蛋白表达量下降的主要原因.

过量施用氮肥不仅导致严重的生态环境问题,还会限制土壤生物驱动的生态系统服务功能.蚯蚓的取食和掘穴等活动可以促进土壤肥力和植物生长,进而影响植物与病虫害的关系.了解氮肥与害虫作用下蚯蚓对植物抗虫性的影响,有助于揭示土壤动物的生态功能调控机制.采用蚯蚓(威廉腔环蚓Metaphire guillelmi)、西花蓟马(Frankliniella occidentalis)和氮肥用量的三因子完全交互设计,利用番茄(Lycopersicon esculentum)盆栽实验探索了不同氮水平下蚯蚓对番茄生长及对植食者抗性的影响.结果表明,在低氮条件下蚯蚓显著降低了番茄茎叶干生物量、根系干生物量及茎叶可溶性糖含量,而茎叶的茉莉酸和水杨酸含量分别是无蚯蚓对照的6倍和3倍,且伴随着西花蓟马数量下降了58％.在高氮水平时,蚯蚓未影响番茄茎叶茉莉酸、茎叶水杨酸含量及西花蓟马数量.蚯蚓介导的番茄营养物质(茎叶可溶性糖和茎叶全氮)和防御信号物质(茎叶茉莉酸和茎叶水杨酸)含量分别与西花蓟马数量呈显著的正相关和负相关.总之,氮肥施用改变的土壤氮有效性通过改变植物资源和防御物质含量转变了蚯蚓介导的植物抗虫性响应;全面了解土壤生物对植物生长的影响需要综合考虑土壤管理-土壤动物-植物病原物三者之间的关系.