不同处理菜豆植株对西花蓟马体内解毒酶活性的影响

为明确植物的诱导抗性对西花蓟马体内酶活性的影响,通过西花蓟马取食、机械损伤、外源茉莉酸和水杨酸甲酯诱导处理菜豆植株,研究西花蓟马2龄若虫取食不同处理菜豆植株后,其体内多功能氧化酶(MFO)、羧酸酯酶(CarE)、谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)、乙酰胆碱酯酶(TChE)的变化。结果表明,西花蓟马2龄若虫取食不同处理的菜豆后,体内多功能氧化酶和乙酰胆碱酯酶活性变化相同,均是在24 h和36 h显著低于取食健康植株的。除取食茉莉酸处理的西花蓟马体内谷胱甘肽S-转移酶活性在24 h受到显著抑制外,西花蓟马若虫取食水杨酸甲酯、蓟马危害后体内的谷胱甘肽S-转移酶活性均高于对照,取食机械损伤处理的西花蓟马体内酶活性在不同取食时间下均与对照差异不显著。取食蓟马危害和茉莉酸处理的西花蓟马虫体羧酸酯酶活性在6 h和36 h均受到显著抑制,而取食机械损伤和水杨酸甲酯诱导的西花蓟马体内酶活性只有在36 h受到明显抑制。以上结果说明外源因子诱导的植物抗性能够干扰西花蓟马体内解毒机制,削弱了其对有毒次生物质的解毒代谢功能。     

不同诱导处理番茄植株对西花蓟马保护酶活性的影响

研究了西花蓟马取食茉莉酸、水杨酸甲酯、机械损伤、虫伤处理诱导的番茄植株对其虫体保护酶活性的影响。研究发现,不同处理的番茄植株对西花蓟马过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)3种保护酶的活性有明显的影响。只有西花蓟马取食茉莉酸处理的番茄植株24 h,POD活性明显升高,取食其它处理及在其它时间下,POD活性与对照没有明显的变化或活性受到抑制。取食水杨酸甲酯处理的番茄植株6 h和24 h,西花蓟马CAT活性均受到激发;取食虫害植株的3个时间段下,西花蓟马酶活性一直受到抑制;西花蓟马取食茉莉酸处理及机械损伤处理番茄植株,CAT酶活性在任何时间下都没有明显的变化或受到抑制。取食水杨酸诱导处理的番茄植株,西花蓟马SOD活性在6 h和24 h明显升高,36 h明显下降;但取食其它处理的SOD酶活性均在36 h明显升高。结果说明西花蓟马3种保护酶活性在取食不同处理诱导的番茄植株的不同时间下各不相同,说明保护酶活性的变化与不同诱导处理及时间密切相关。     

蓟马取食、机械损伤以及外源水杨酸甲酯和茉莉酸对菜豆叶片防御酶活性的影响

【目的】探讨菜豆对昆虫取食防御反应的生化机制。【方法】研究了西花蓟马Frankliniella occidentalis取食、机械损伤以及外源水杨酸甲酯（MeSA）和茉莉酸（JA）处理后菜豆叶片防御酶活性的变化。【结果】西花蓟马取食、机械损伤及MeSA和JA处理均能明显提高过氧化物酶（POD）的活性,前2种处理POD活性在72 h上升到最高峰,而后2种处理则在48 h达到最高峰。蛋白酶抑制剂（PI）活性在西花蓟马取食后升高最明显。JA途径关键酶脂氧合酶（LOX）和多酚氧化酶（PPO）的活性在西花蓟马取食、机械损伤和JA诱导处理均升高,但外源MeSA诱导处理则不能诱导它们的活性(P>0.05)。SA途径的关键酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）在西花蓟马取食和机械损伤后均有一个先升高后下降的过程,外源MeSA诱导只在24 h引起PAL活性升高,其余时间下和对照没有明显的区别,外源JA诱导未能引起PAL活性的显著变化(P>0.05)。西花蓟马取食、JA和MeSA诱导以及机械损伤均能诱导β-1,3 葡聚糖酶（PR-2）活性上升(P<0.05)。【结论】结果说明,不同处理可诱导菜豆植株产生明显的防御反应,但酶活性的变化与处理方式和处理时间有关。     

外源茉莉酸诱导菜豆对西花蓟马和南方小花蝽的行为反应

【目的】为明确茉莉酸诱导的菜豆对西花蓟马Frankliniella occidentalis和南方小花蝽Orius similis的行为反应。【方法】采用四臂嗅觉仪测定了西花蓟马和南方小花蝽对不同浓度茉莉酸诱导菜豆后的行为反应,并用气相色谱-质谱联用仪测定了不同浓度茉莉酸处理后菜豆挥发物的成分。【结果】不同浓度茉莉酸处理的菜豆植株对西花蓟马和南方小花蝽分别有不同程度的驱避和吸引作用,以1 mmol/L的茉莉酸处理植株对西花蓟马的驱避作用最强,0.1 mmol/L的茉莉酸处理植株对南方小花蝽的吸引作用最强。不同处理菜豆的挥发物在含量和成分上存在显著差异,(Z)-3-己烯丙酸酯、2-异丙基-甲氧基毗嗦只有在茉莉酸处理植株中检测到。结合不同浓度茉莉酸处理植株对西花蓟马和南方小花蝽的行为反应及菜豆挥发物含量的变化趋势,推测(E)-2-己烯醛对西花蓟马有驱避作用,(E)-2-乙酸叶醇酯对南方小花蝽具有引诱作用。【结论】茉莉酸处理菜豆后,植物挥发物种类和含量发生了变化,在增强菜豆植株抗虫性的同时,还可增强捕食性天敌南方小花蝽的搜索和捕食能力。     

西花蓟马取食与机械损伤对菜豆叶片抗氧化系统的影响

本文研究了西花蓟马Frankliniella occidentalis(Pergande)取食和机械损伤诱导对菜豆抗氧化系统的影响,比较了不同损伤形式诱导的抗氧化酶活力和抗氧化物质含量的变化差异。结果表明,西花蓟马取食和机械损伤均可诱导菜豆叶片内过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)3种抗氧化酶活性有不同程度的升高,但两种处理诱导的抗氧化酶活性变化规律不完全相同,各种酶活性达到最高点时间不同,西花蓟马取食对抗氧化酶活力的诱导作用大于机械损伤的。两种处理诱导下的类胡萝卜素的含量变化不大,但不论西花蓟马取食还是机械损伤均导致菜豆叶片内类黄酮和总酚含量整体呈下降趋势,西花蓟马的取食诱导的下降幅度大于机械损伤的。因此,西花蓟马取食诱导明显高于机械损伤对菜豆抗氧化系统的影响。     

西花蓟马或二斑叶螨为害的菜豆对两者间后取食者体内保护酶和解毒酶活性的影响

【目的】害虫取食后会导致植物的防御反应;取食同种植物的不同种害虫其生理适应性可能不同。本研究旨在阐明一种害虫取食后的植物对后取食的另一种害虫虫体酶活性的影响。【方法】采用生化分析法研究了西花蓟马Frankliniella occidentalis 2龄若虫或二斑叶螨Tetranychus urticae雌成螨为害后的菜豆对后取食不同时间下的二斑叶螨第2若螨和雌成螨及西花蓟马2龄若虫和雌成虫体内保护酶[过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)]和解毒酶[多功能氧化酶(MFO)、羧酸酯酶(Car E)、谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)和乙酰胆碱酯酶(Ach E)]活性的影响。【结果】二斑叶螨雌成螨取食西花蓟马为害菜豆5 h时,POD,CAT和SOD这3种保护酶的活性均明显高于取食健康植株(P0.01),取食蓟马为害的菜豆18 h时只有POD活性低于取食健康植株(P0.01);二斑叶螨第2若螨取食蓟马为害菜豆后只有CAT活性在5 h时明显高于取食健康植株(P0.01)。二斑叶螨雌成螨取食蓟马为害菜豆5 h时,解毒酶MFO和Car E的活性受到抑制(P0.01),但GSTs和Ach E活性均比取食健康菜豆高(P0.01);取食18 h时,只有MFO的活性变化与5 h不同。第2若螨取食蓟马为害菜豆只有MFO的活性不论在5 h还是18 h时明显高于取食健康菜豆(P0.01)。西花蓟马取食二斑叶螨雌成螨为害菜豆时,雌成虫体内的3种保护酶的活性不论取食5 h还是18 h均明显升高(P0.01),但2龄若虫只有CAT活性在这两个时间段下明显升高(P0.01)。西花蓟马雌成虫取食螨害菜豆5 h时,解毒酶活性的变化同二斑叶螨雌成螨,取食18 h时只有GSTs活性变化状态与取食5 h不同;西花蓟马2龄若虫取食螨害菜豆时除GSTs外解毒酶的活性变化在这两个时间下正好相反。【结论】西花蓟马或二斑叶螨为害的菜豆能诱导后取食的二斑叶螨和西花蓟马产生一系列应激生化反应,且两种害虫成虫体内所有的保护酶和解毒酶活性在5 h时变化状态相同,但在其余时间和虫态下酶活性的变化状态不同。说明这两种昆虫体内保护酶和解毒酶活性的变化既有共性,又与害虫种类、虫(螨)态、取食时间相关,两种害虫对虫害植物的生理适应性不完全相同。     

西花蓟马取食对菜豆不同部位叶片防御基因表达的影响

【目的】本研究旨在探究锉吸式口器害虫西花蓟马Frankliniella occidentalis取食诱导的菜豆Phaseolus vulgaris木植株系统防御反应的分子机制。【方法】利用荧光定量PCR技术,检测西花蓟马分别在稳定取食菜豆植株2 h后的24,48,72和96 h菜豆植株不同部位(上部、中部和下部)叶片中茉莉酸信号转导途径和水杨酸信号转导途径防御相关基因脂氧合酶基因(LOX)、苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)和β-1,3-葡聚糖酶基因(PR-2)相对表达量的变化。【结果】西花蓟马取食菜豆植株后,受害叶片及上部和下部健康叶片中LOX,PAL和PR-2均被显著诱导表达,均以受害叶片防御酶基因表达量的变化较大,并且表达量在相同叶片不同时间下的变化不同。中部受害叶片中LOX的相对表达量均显著高于未接虫的对照植株,并随西花蓟马为害时间的延长逐渐升高,在96 h时为对照的209.54倍;随着时间的延长LOX表达量在上部和下部健康叶片呈现升高-降低-升高的趋势。PAL的表达量在西花蓟马为害植株的中部受害叶片和上部健康叶片均于48 h时出现最大值,分别为对照的52.70倍和41.20倍;但在下部健康叶片于72 h时达到最大值,为对照的47.06倍。PR-2表达量在受害株的上部健康叶片于48 h时出现最大值,在中部受害叶片和下部健康叶片均于96 h时达到最大值,但在24 h时在下部健康叶片中受到抑制。【结论】西花蓟马取食能显著诱导菜豆植株茉莉酸和水杨酸信号转导途径相关防御酶基因LOX,PAL和PR-2的表达,并在菜豆植株不同部位叶片产生系统抗性。     

西花蓟马对不同处理菜豆及其挥发物的行为反应

利用Y型嗅觉仪比较了西花蓟马雌成虫对健康、机械损伤、西花蓟马若虫为害、西花蓟马成虫为害、外源茉莉酸和水杨酸甲酯诱导的6种不同处理菜豆的行为反应差异,并测定了西花蓟马对8种挥发物标样在不同浓度下的行为反应。结果表明:西花蓟马对不同处理菜豆的反应不同,与干净空气相比,外源茉莉酸与水杨酸甲酯诱导的菜豆对西花蓟马有明显的驱避作用,而其他处理的菜豆与空气之间没有明显的差异;健康菜豆和机械损伤菜豆对西花蓟马的吸引作用明显高于其他处理的菜豆;在健康菜豆和机械损伤菜豆的组合中,西花蓟马并未表现出明显的偏好性;外源茉莉酸和水杨酸甲酯诱导处理的菜豆与其他处理的菜豆相比对西花蓟马均具有显著的驱避作用,但前者对西花蓟马的驱避作用明显弱于后者;8种挥发物单体(10-1~10-5μL·μL-1,浓度以10倍递减)对西花蓟马的行为反应显示,叶醇不论在何种浓度下始终对西花蓟马有明显的引诱作用,α-蒎烯、1-辛烯-3-醇、乙酸叶醇酯和异戊醇则是分别在10-2~10-5、10-4~10-5、10-4~10-5、10-3μL·μL-1时,才具有显著的引诱作用,叶醛、环戊醇和异戊醛分别在10-1~10-3、10-1~10-4、10-4μL·μL-1浓度下对西花蓟马具有强烈的排斥作用。     

西花蓟马取食对菜豆防御基因表达的诱导作用

为探讨菜豆对西花蓟马Frankliniella occidentalis取食的防御反应分子机制, 本实验利用荧光定量PCR（RT-qPCR）研究了西花蓟马取食、 机械损伤及外源水杨酸甲酯（MeSA）和茉莉酸（JA）处理对菜豆叶片防御相关基因（LOX, AOS, PAL及PR-2）相对表达量的影响。结果表明： 脂氧合酶基因（LOX）的相对表达量在外源JA和机械损伤诱导后分别在24 h和48 h时达到最大值, 但与对照相比差异不显著（P>0.05）, 外源MeSA处理后LOX几乎没有表达, 西花蓟马取食后LOX的相对表达量在24 h显著升高, 约为对照的41.9倍, 且明显高于其余3个处理（P<0.05）。不同诱导处理后丙二烯氧化物合成酶基因（AOS）的相对表达量较低, 其中外源MeSA处理后在整个诱导时间内几乎没有表达。苯丙氨酸解氨酶基因（PAL）在机械损伤和外源JA处理后在整个诱导时间内几乎没有表达, 外源MeSA处理后PAL的表达量在24 h时最高, 为对照的1.9倍左右。PAL的相对表达量在遭受蓟马取食诱导后迅速升高, 在24 h时约为CK的4.3倍, 显著高于其他3种处理诱导的（P<0.05）。β-1, 3-葡聚糖酶基因（PR-2）的相对表达量在蓟马取食和外源JA处理的整个诱导时间内受到抑制, 机械损伤诱导后PR-2的表达水平在24 h时有所升高, 之后诱导期间内受到抑制。外源MeSA诱导后菜豆叶片中PR-2的相对表达量在24 h就急剧升高, 达到对照的6.63倍, 且显著高于其余3种处理诱导的（P<0.05）, 但48 h后却几乎检测不到。研究结果提示, 西花蓟马取食不仅能够诱导SA和JA介导的信号传导途径, 且两通路间存在交互作用。     

害虫取食和机械损伤对菜豆不同部位叶片防御酶活性的影响

【目的】本研究旨在探究菜豆Phaseolus vulgaris植株对不同害虫危害的系统防御机制。【方法】分别以斜纹夜蛾Spodoptera litura、二斑叶螨Tetranychus urticae、西花蓟马Frankliniella occidentalis取食或昆虫针穿刺处理菜豆中部叶片6,24,48,72和96 h后,测定菜豆植株中部处理叶片以及上部和下部未处理叶片的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的变化。【结果】不同害虫取食后,POD,CAT和SOD活性在受害的菜豆中部叶片发生了明显变化,但不同害虫造成酶活性的变化趋势不同。与未处理的对照植株中部叶片相比,POD活性均是先升高后恢复至对照水平。POD活性在二斑叶螨取食后,于24 h达到最大值,是对照的4.6倍;POD活性在机械损伤和西花蓟马取食后在48 h达到峰值,而斜纹夜蛾取食诱导下POD活性升高最缓慢,直到72 h才达到最大值。中部叶片的CAT活性在机械损伤和3种害虫取食后变化不同,机械损伤24 h后CAT活性明显升高,而3种害虫取食后CAT活性变化较早,在6 h就明显升高,但随时间的延长,CAT活性的变化趋势不同。中部叶片SOD活性在不同处理下变化较大,在机械损伤诱导下仅在96 h明显升高,而二斑叶螨取食24 h以后均明显升高;但斜纹夜蛾及西花蓟马取食后,SOD活性在72 h时受到明显的抑制。在菜豆植株的上部和下部未受害叶片中,3种害虫取食和机械损伤处理后,以上3种酶的活性也发生了明显变化,POD活性在上部未受害叶片不同处理96 h时被抑制,而在下部叶片不同处理下均被激发,但诱导程度不同。机械损伤、斜纹夜蛾、二斑叶螨和西花蓟马处理后,菜豆植株上部和下部未受害叶片CAT活性都分别在24,6,6和24 h被明显诱导。上部和下部未受害叶片SOD活性在机械损伤96 h,斜纹夜蛾和二斑叶螨取食72 h后,均被明显激发;但西花蓟马取食后,SOD活性在48 h和72 h明显被抑制。【结论】斜纹夜蛾、二斑叶螨和西花蓟马取食均能显著诱导菜豆植株受害叶和未受害叶防御酶活性的变化,即引起菜豆植株的系统防御反应,但3种害虫诱导的防御酶活性变化程度不同,表明植物防御反应的时空效应与害虫种类有关。     

Previous infestation of pea aphids Acyrthosiphon pisum on broad bean plants resulted in the increased performance of conspecific nymphs on the plants

Abstract

We studied the effects of previous infestation of broad bean plants by pea aphids Acyrthosiphon pisum on the performance of conspecific nymphs on the plants and the involvement of jasmonic acid (JA)-related defenses. The time needed for newly emerged nymphs to become reproductive adults on broad bean plants previously infested by conspecifics (pre-infested plants) was significantly shorter than on uninfested (control) broad bean plants. The total numbers of nymphs produced by aphids on preinfested and control plants were not significantly different. Preinfested plants produced significantly less endogenous JA than that control plants did. To test the effect of JA decreases, we conducted experiments on the developmental duration of nymphs on broad bean plants treated with JA (JA-treated plants) before infestation. The time needed for nymphs to become reproductive adults on JA treated preinfested broad bean plants was not significantly different from that on JA-treated control plants. The results suggested a possible parental care by pea aphids: the adult aphids manipulated JA-related defenses in broad bean plants that had positive effects for their offspring.     

重金属镉在番茄及其害虫西花蓟马中的积累与传递

重金属镉（Cd）是农田土壤中的重要污染源,可在植物和植食性昆虫中积累与传递。本文采用水培法,研究了不同浓度的Cd在番茄Solanum lycopersicum不同组织和在其重要害虫西花蓟马Frankliniella occidentalis体内的积累量。结果表明,随着水培营养液中Cd浓度的增加,番茄植株的根、茎和叶中Cd含量呈增长趋势。根中Cd的积累量远高于茎和叶,当水培溶液中Cd含量为20 mg/L时,根、茎和叶中的积累量分别达19 333.67±233.38、122.67±6.84和147.33±2.96 mg/Kg（干重）。随着Cd浓度的增加,番茄根、茎和叶的鲜重和干重均显著下降。西花蓟马取食Cd处理的番茄叶片后,体内Cd显著积累,最高达1.95±0.36 mg/Kg。同时,Cd积累量的提高进一步影响了以番茄叶片为食的西花蓟马的适合度,降低了其存活率。除对照外,番茄茎-叶的转移系数和叶片对Cd的富集系数均大于1,叶片表现出较强的富集能力。而在所有的试验浓度处理中,西花蓟马对Cd的富集系数和转移系数均小于1,表明Cd未在其体内产生生物放大作用。研究结果明确了Cd在番茄各组织及其害虫中的积累和传递水平,为揭示重金属在农业生态系统食物链中的富集效应提供了基础数据。     

Resistance of cultivated tomato to cell content-feeding herbivores is regulated by the octadecanoid-signaling pathway

The octadecanoid signaling pathway has been shown to play an important role in plant defense against various chewing insects and some pathogenic fungi. Here, we examined the interaction of a cell-content feeding arachnid herbivore, the two-spotted spider mite (Tetranychus urticae Koch), with cultivated tomato (Lycopersicon esculentum) and an isogenic mutant line (defenseless-1 [def-1]) that is deficient in the biosynthesis of the octadecanoid pathway-derived signal, jasmonic acid (JA). Spider mite feeding and fecundity on def-1 plants was significantly greater than on wild-type plants. Decreased resistance of def-1 plants was correlated with reduced JA accumulation and expression of defensive proteinase inhibitor (PI) genes, which were induced in mite-damaged wild-type leaves. Treatment of def-1 plants with methyl-JA restored resistance to spider mite feeding and reduced the fecundity of female mites. Plants expressing a 35S::prosystemin transgene that constitutively activates the octadecanoid pathway in a Def-1-dependent manner were highly resistant to attack by spider mites and western flower thrips (Frankliniella occidentalis), another cell-content feeder of economic importance. These findings indicate that activation of the octadecanoid signaling pathway promotes resistance of tomato to a broad spectrum of herbivores. The techniques of amplified fragment length polymorphism (AFLP) and bulk segregant analysis were used to map the Def-1 gene to a region on the long arm of chromosome 3 that is genetically separable from the map position of known JA biosynthetic genes. Tight linkage of Def-1 to a T-DNA insertion harboring the maize (Zea mays) Dissociation transposable element suggests a strategy for directed transposon tagging of the gene.     

Antagonistic plant defense system regulated by phytohormones assists interactions among vector insect, thrips and a tospovirus

The western flower thrips (Frankliniella occidentalis) is a polyphagous herbivore that causes serious damage to many agricultural plants. In addition to causing feeding damage, it is also a vector insect that transmits tospoviruses such as Tomato spotted wilt virus (TSWV). We previously reported that thrips feeding on plants induces a jasmonate (JA)-regulated plant defense, which negatively affects both the performance and preference (i.e. host plant attractiveness) of the thrips. The antagonistic interaction between a JA-regulated plant defense and a salicylic acid (SA)-regulated plant defense is well known. Here we report that TSWV infection allows thrips to feed heavily and multiply on Arabidopsis plants. TSWV infection elevated SA contents and induced SA-regulated gene expression in the plants. On the other hand, TSWV infection decreased the level of JA-regulated gene expression induced by thrips feeding. Importantly, we also demonstrated that thrips significantly preferred TSWV-infected plants to uninfected plants. In JA-insensitive coi1-1 mutants, however, thrips did not show a preference for TSWV-infected plants. In addition, SA application to wild-type plants increased their attractiveness to thrips. Our results suggest the following mechanism: TSWV infection suppresses the anti-herbivore response in plants and attracts its vector, thrips, to virus-infected plants by exploiting the antagonistic SA-JA plant defense systems.