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B型烟粉虱唾液诱导的植物抗性效应

张海静  
【摘要】:在与昆虫的协同进化中,植物形成了一系列可精密调控的诱导防御机制,并根据取食方式“识别”出不同类型的昆虫,进而演化出多种防御机制以维持自身种群的发展。由刺吸式昆虫取食诱导的植物防御反应是研究昆虫-寄主植物互作机理的重要内容之一。揭示刺吸式昆虫取食诱导的植物防御反应,可为深入理解昆虫-寄主植物间协同进化关系提供依据,也将为害虫治理和抗虫植物的培育提供新的思路。 B型烟粉虱Bemisia tabaci (Gennadius) B-biotype于上世纪90年代中后期传入我国后迅速扩散,在许多地区爆发成灾。由于其寄主植物种类广泛,扩散范围逐年扩大,并有逐步取代土著种温室粉虱Trialeurodes vaprorariorum (Westwood)的趋势。有报道称,烟粉虱种间替代机制主要包括非对称性交配互作、双生病毒的互利互惠、抗药性不同等,而很少有关于烟粉虱取食诱导寄主植物产生的防御反应在种间替代中的作用研究。因而,有必要探明入侵种烟粉虱在扩散过程中适应不同寄主植物的生理机制,及其在与温室粉虱种群替代过程中的作用。粉虱类昆虫在取食寄主植物过程中分泌的唾液包含了许多参与反应的主要功能物质。为了解B型烟粉虱唾液组分在其入侵过程中的作用,本论文以B型烟粉虱-番茄作为研究体系,围绕B型烟粉虱唾液组分诱导植物抗性机理这一科学问题,分别在生物学、分子水平和生理生化水平上研究了B型烟粉虱唾液注射后自身及其温室粉虱的后代数量、番茄水杨酸途径关键基因的转录与表达、防御相关保护酶活性等指标,旨在明确入侵种烟粉虱取食诱导的防御反应在种间替代中的作用,为从植物与昆虫互作的角度解释昆虫种间替代机制提供依据。主要结果如下: 1. B型烟粉虱唾液诱导植物非对称抗性效应 以人工饲养方法提取B型烟粉虱唾液,并将唾液注射入番茄叶片,而后接入初羽化成虫并观察粉虱后代数量,研究B型烟粉虱唾液组分诱导的局部抗性和系统抗性对自身及其温室粉虱的影响。结果表明:(1) B型烟粉虱唾液组分能够诱导番茄植株产生局部抗性与系统抗性,对粉虱的生长发育产生负面影响,后代数量显著降低;(2)B型烟粉虱唾液诱导的植物抗性对其自身与温室粉虱的影响是非对称的。研究证明,B型烟粉虱唾液能诱导植物防御反应,且具有非对称效应,对竞争种的不利影响显著高于自身。 2.唾液诱导对番茄水杨酸信号通路基因转录的影响 利用荧光定量PCR方法分别对粉虱诱导的水杨酸信号途径关键基因:病程相关蛋白基因(Pathogenesis-related protein-1, PR-1)、β-1,3-葡聚糖酶基因(β-1,3-Glucanase, BGL2)、苯丙氨酸解氨酶基因(Phenylalanine ammonialyase, PAL)的转录表达进行了定量检测。结果表明:B型烟粉虱唾液组分能够诱导水杨酸信号途径关键基因PR1、BGL2、PAL表达量的变化,变化趋势为先升高后降低,其表达量在20h-30h最高;而且,局部诱导对水杨酸信号的激活效应强于系统诱导。由此推断:B型烟粉虱唾液组分能激活植物水杨酸信号途径,植物水杨酸信号途径参与了植物对B型烟粉虱取食的防御反应。 3.唾液组分诱导对植物保护酶的影响 通过对番茄叶片渗透注射B型烟粉虱唾液,不同时间段后分别对番茄保护酶(过氧化物酶、多酚氧化酶、脂氧合酶以及过氧化氢酶)活性进行了测定。试验结果表明:B型烟粉虱唾液组分能够诱导过氧化物酶、脂氧合酶以及过氧化氢酶活性的显著升高。由此推断:B型烟粉虱唾液组分能诱导番茄保护酶活性的变化,使植物产生一定的抗性。


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