甜菜夜蛾、寄主植物和寄生蜂互作關(guān)系的研究進(jìn)展

甜菜夜蛾、寄主植物和寄生蜂互作關(guān)系的研究進(jìn)展

植物、植物和昆蟲天敵通過食物鏈（網(wǎng)絡(luò)）的關(guān)系一起生存，并與自然合作。植物在受到植食性昆蟲的脅迫作用后,體內(nèi)的化學(xué)成分等產(chǎn)生一系列的變化,形成一定的耐害和抗蟲機(jī)制:誘導(dǎo)產(chǎn)生的揮發(fā)性次生化合物對(duì)昆蟲天敵具有引誘作用,形成了植物對(duì)植食性昆蟲的間接防御(Berenbaum,1990;嚴(yán)善春等,2003);誘導(dǎo)產(chǎn)生的非揮發(fā)性化合物的變化包括體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的減少及次生代謝物質(zhì)的增加,能夠直接、快速地防御植食性昆蟲的危害。近年來植物-植食性昆蟲-天敵的互作關(guān)系研究已經(jīng)受到越來越多的重視(Johnsonetal.,1989;Turlingsetal.,1990,1995,1999;DeMoraesetal.,1998;ParèandTumlinson,1998;Thaler,1999;KesslerandBaldwin,2001;Heil,2004;桂連友等,2004)。甜菜夜蛾Spodopteraexigua(Hübner)及其寄主植物與天敵三者關(guān)系的研究是目前該領(lǐng)域內(nèi)研究較廣泛、進(jìn)展較突出的主要對(duì)象之一。甜菜夜蛾是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物害蟲,寄主范圍廣,危害嚴(yán)重,已對(duì)常規(guī)殺蟲劑和部分生物殺蟲劑產(chǎn)生抗性,防治困難(江幸福等,1999;羅禮智等,2000;劉永杰等,2004)。而甜菜夜蛾的寄生性和捕食性天敵資源豐富,目前國(guó)內(nèi)外已記錄的寄生蜂99種,我國(guó)已發(fā)現(xiàn)33種,其中幼蟲的寄生蜂種類較多(何俊華等,2002)。如甜菜夜蛾鑲顎姬蜂Hyposoterexiguae(Viereck)、緣腹絨繭蜂Cotesiamarginiventris和側(cè)溝繭蜂Microplitissp.是幼蟲的內(nèi)寄生蜂,對(duì)甜菜夜蛾幼蟲的寄生率最高可達(dá)95.7%,大部分寄生和因寄生而導(dǎo)致的死亡發(fā)生在幼蟲低齡階段,尤其是2～3齡幼蟲期;在未經(jīng)殺蟲劑處理區(qū),寄生性、捕食性天敵和病原菌造成的甜菜夜蛾死亡率在99%以上,能夠有效地抑制甜菜夜蛾的發(fā)生(Soteresetal.,1984;Rubersonetal.,1994;馬駿等,2000)。系統(tǒng)研究甜菜夜蛾與其寄主植物和天敵的互作關(guān)系,開發(fā)新型有效的防治途徑已成為近年來的研究熱點(diǎn),而我國(guó)相關(guān)的報(bào)道還很少。本文就近年來寄主植物、甜菜夜蛾及其寄生蜂三級(jí)營(yíng)養(yǎng)關(guān)系的研究中所取得的主要進(jìn)展進(jìn)行概述。1昆蟲對(duì)植物的誘導(dǎo)植物受到損傷時(shí)向空氣中釋放的小分子化合物,稱為創(chuàng)傷誘導(dǎo)型揮發(fā)物(wound-induciblevolatiles)。植物創(chuàng)傷誘導(dǎo)型揮發(fā)物種類很多,有些是特異性的,只存在于某些植物中;有些是一般性的,廣泛存在于各種植物中。植物一旦受到侵害,便會(huì)合成這些化合物,并通過葉片的氣孔釋放出去(ParèandTumlinson,1997,1998;R?seetal.,1998)。與機(jī)械損傷不同的是,昆蟲取食危害造成的創(chuàng)傷誘導(dǎo)型揮發(fā)物具有招引寄生性天敵的功能,又稱為蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物(herbivore-inducedplantvolatiles,HIPVs)(Turlingsetal.,1993b;DeMoraesetal.,1998;KesslerandBaldwin,2001)。1.1對(duì)植物的誘導(dǎo)活性昆蟲取食對(duì)寄主植物的影響包括兩個(gè)方面,即取食造成的機(jī)械損傷和口腔分泌物的化學(xué)刺激,這兩種作用既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。機(jī)械損傷僅可以部分地模仿昆蟲的取食,與昆蟲的連續(xù)取食不同,其損傷是一次性的,通常被作為昆蟲取食草本植物反應(yīng)系統(tǒng)的對(duì)照。用昆蟲的口腔分泌物處理機(jī)械損傷植物,可以啟動(dòng)植物防御性反應(yīng),減輕植食性昆蟲的進(jìn)一步危害。如甜菜夜蛾取食玉米Zeamays、煙草Nicotianatabacun和棉花Gossypiumhirsutum都能誘導(dǎo)揮發(fā)物的大量釋放,從而吸引甜菜夜蛾的寄生蜂。這是因?yàn)樘鸩艘苟耆∈臣闹髦参飼r(shí),分泌了激發(fā)植物產(chǎn)生特異揮發(fā)性化合物的活性成分volicitin(Turlingsetal.,1990,1993b,1998;Albornetal.,1997;DeMoraesetal.,1998)。Turlings和Tumlinson(1992)將未受過蟲害的玉米植株的莖部浸在甜菜夜蛾幼蟲口腔分泌物的稀釋液中,其葉片也會(huì)釋放引誘寄生蜂的萜類物質(zhì)。volicitin是一種脂肪酸氨基酸共軛物(fattyacid-aminoacidconjugate,FAC),N-(17-羥基亞麻?；?-L-谷氨酰胺[N-(17-hydroxylinolenoyl)-L-glutamine],最初由Alborn等(1997)從甜菜夜蛾的口腔分泌物中分離得到,它可以誘導(dǎo)玉米釋放與甜菜夜蛾危害相似的植物揮發(fā)物。Alborn等(1997)用17-羥基-亞麻酸和L-谷氨酰胺人工合成了與天然分離物具有相同生物活性的volicitin,分別用人工合成的和從口腔分泌物中分離的volicitin處理玉米苗,玉米釋放的萜烯和吲哚等化合物與甜菜夜蛾直接取食誘導(dǎo)的揮發(fā)物成分相同,因此volicitin又被稱為蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物的昆蟲激發(fā)子(Albornetal.,1997;ParèandTumlinson,1998;Turlingsetal.,2000)。已知具有活性的激發(fā)子都是從鱗翅目昆蟲的口腔分泌物中分離得到的,其在昆蟲體內(nèi)的合成過程還不清楚。甜菜夜蛾取食人工飼料、玉米和棉花,口腔分泌物中都能分離到具有生物活性的volicitin;從取食人工飼料的甜菜夜蛾幼蟲口腔中抽取的分泌物活性與取食植物的幼蟲口腔中的分泌物活性相同(Albornetal.,1997),說明其活性與昆蟲取食的食物種類無關(guān)。合成volicitin的脂肪酸部分可能來源于從食物中獲得的亞麻酸,這些脂肪酸在中腸共生菌的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)轷０彼?L-谷氨酰胺來自甜菜夜蛾的血淋巴,由血淋巴轉(zhuǎn)移到中腸。在適宜的條件下,脂肪酸和L-谷氨酰胺在甜菜夜蛾中腸共生菌作用下結(jié)合生成volicitin(Turlingsetal.,1998,2000;Spitelleretal.,2000)。但是有不同的觀點(diǎn)認(rèn)為,僅共生細(xì)菌的作用并不能滿足volicitin快速合成、積累,并認(rèn)為是由昆蟲中腸內(nèi)的一種膜蛋白作用的結(jié)果(Laitetal.,2003)。進(jìn)一步的研究證實(shí),volicitin在調(diào)節(jié)植物、昆蟲及其天敵相互作用的一系列生化反應(yīng)及化學(xué)信號(hào)傳遞中起關(guān)鍵作用,在植食性昆蟲損傷植物的過程中,昆蟲激發(fā)子的分子參與了植物體內(nèi)的十八烷基酸信號(hào)途徑(Meyeretal.,1984)。當(dāng)甜菜夜蛾嚼食玉米時(shí),玉米體內(nèi)的信號(hào)分子茉莉酸衍生物被volicitin激活,使玉米釋放引誘寄生蜂的萜類分子(Albornetal.,1997)。Truitt等(2004)研究發(fā)現(xiàn),volicitin可以與玉米漿膜蛋白結(jié)合,激發(fā)植物揮發(fā)性化合物的釋放,而茉莉酸誘導(dǎo)和昆蟲危害可以提高volicitin和植物漿膜蛋白的結(jié)合能力。volicitin處理可以誘導(dǎo)植物釋放與蟲害相似的揮發(fā)性物質(zhì),但其釋放量與昆蟲直接危害有極顯著差異,說明昆蟲口腔分泌物中除volicitin外還有其他重要的激發(fā)子。昆蟲唾液的成分非常復(fù)雜,其中可能還存在一些能夠抑制某些植物揮發(fā)物合成的成分(Schmelzetal.,2003)。目前具有生物活性的脂肪酸氨基酸共軛物只在鱗翅目幼蟲中發(fā)現(xiàn),這些分子在植食性昆蟲的生命代謝或其他生命過程中的作用尚未知,volicitin在植食性昆蟲體內(nèi)可能具有激素或消化作用,然而要搞清它的分泌機(jī)理還需要做更多的工作(ParèandTumlinson,1999;Pohnertetal.,1999;SpitellerandBoland,2003)。1.2材料誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物用昆蟲的口腔分泌物處理機(jī)械損傷植物時(shí),植物防御反應(yīng)系統(tǒng)被啟動(dòng),誘導(dǎo)揮發(fā)性化合物釋放,目前已確定有10多種植物和植食性昆蟲聯(lián)合作用釋放出的揮發(fā)性化合物可以招引寄生性天敵(FarmerandRyan,1990;Turlingsetal.,1990;Bohlmannetal.,1998;Orozco-CardenasandRyan,1999;Landoltetal.,1999;Schmelzetal.,2001,2003)。甜菜夜蛾取食危害棉花和玉米后誘導(dǎo)產(chǎn)生的揮發(fā)物主要為:萜烯類(terpenoids)、脂肪酸衍生物(fattyacidderivatives)、芳香族化合物(aromaticcompounds)。甜菜夜蛾危害不同植物后釋放的揮發(fā)性化合物是有差別的,棉花受害后釋放的揮發(fā)物種類比玉米的多,但是玉米受害后釋放的α-香檸檬烯和橙花叔醇是棉花所沒有的;甜菜夜蛾危害野生棉誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物種類比栽培品種要多(Loughrinetal.,1995a,1995b;Takabayashietal.,1995)。蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物的成分與單純的機(jī)械損傷不同,主要以萜烯類和吲哚為主,組成相也有改變,增強(qiáng)了對(duì)天敵的引誘作用,且損傷后可以持續(xù)釋放相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間(VetandDicke,1992)。因此推斷,甜菜夜蛾誘導(dǎo)的植物揮發(fā)性化合物的種類和成分與植物本身的遺傳特性有關(guān)。1.3植物對(duì)植物的急性毒性植物對(duì)蟲害的反應(yīng)是整體性的,創(chuàng)傷誘導(dǎo)揮發(fā)物的釋放是系統(tǒng)性的(Dickeetal.,1990;TurlingsandTumlinson,1992;R?seetal.,1996)。植物受到昆蟲侵害后,不僅其受傷部位產(chǎn)生揮發(fā)物,沒有被侵害的葉片也產(chǎn)生這樣的物質(zhì)。同一棉株上甜菜夜蛾危害的葉片和完整葉片釋放的揮發(fā)物成分相同(ParèandTumlinson,1998)。蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物的釋放具有一定的時(shí)間規(guī)律,這與植食性昆蟲和寄生性天敵的習(xí)性密切相關(guān),也與植物本身的防御機(jī)制相關(guān)。被甜菜夜蛾取食的棉花幼苗揮發(fā)大量的鏈狀萜烯,其峰值出現(xiàn)在午后,正好與寄生性昆蟲活動(dòng)的時(shí)間相吻合。環(huán)狀單萜在昆蟲取食后立即釋放,移走昆蟲后釋放立即停止,且沒有明顯的日變化(Loughrinetal.,1994)。連續(xù)三個(gè)光周期內(nèi)收集被甜菜夜蛾侵害的棉葉所釋放的揮發(fā)性物質(zhì),進(jìn)行化學(xué)分析后發(fā)現(xiàn):損傷的早期主要釋放大量的脂肪氧合酶衍生的揮發(fā)性化合物,如:(Z)-3-己醛,(Z)-3-己烯基乙酸和萜類碳?xì)浠衔?如α-蒎烯、香葉烯、石竹烯);隨著危害的繼續(xù),早期階段釋放得很少的其他一些萜類物質(zhì)開始增多,逐漸從早期的閉環(huán)和開環(huán)式萜類占優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變成另一些萜類為主要成分。玉米被甜菜夜蛾幼蟲取食危害開始16h后收集的揮發(fā)性物質(zhì)中才含有大量的誘導(dǎo)產(chǎn)生的吲哚、萜烯和倍半萜,危害開始后2h在植物上空收集到的揮發(fā)性物質(zhì)中只含有綠葉氣味物質(zhì)。其他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也說明,許多植物在受害的第2天釋放的揮發(fā)性物質(zhì),比剛受害時(shí)釋放的揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)害蟲天敵有更加強(qiáng)烈的引誘作用(Turlingsetal.,1991a,1998)。由此可見,植物對(duì)植食性害蟲的侵害作出應(yīng)答需要一段時(shí)間,即存在滯后性。Loughrin等(1995b)還發(fā)現(xiàn)甜菜夜蛾的取食危害,誘導(dǎo)棉花在釋放新的氣味時(shí)表現(xiàn)出明顯的晝夜節(jié)律。1.4玉米的茉酸衍生物及其誘導(dǎo)釋放乙烯較為廣泛報(bào)道的植物抗性信號(hào)分子是茉莉酸(Farmer,1994)。有研究表明,外源茉莉酸及其衍生物可以誘導(dǎo)植物防御物質(zhì)的產(chǎn)生及相關(guān)調(diào)控基因的表達(dá);用茉莉酸和茉莉酸合成抑制劑同時(shí)處理植物時(shí),外源茉莉酸不能誘導(dǎo)植物產(chǎn)生防御物質(zhì)。在受到害蟲危害時(shí),植物體內(nèi)的茉莉酸及其衍生物的含量顯著增加,這些物質(zhì)激活了植物體內(nèi)相應(yīng)的防御基因,植物產(chǎn)生蛋白酶抑制素、次生化合物和HIPVs等(Farmeretal.,1992,1998;Mueller,1997;Thaleretal.,1996,2002;RyanandPearce,1998;Walling,2000;Rodrigiezetal.,2001)。Alborn等(1997)證實(shí)昆蟲激發(fā)子參與了植物體內(nèi)的十八烷基酸途徑。volicitin處理植株可以使茉莉酸含量顯著提高(RyanandPearce,1998;Schmelzetal.,2003)。當(dāng)甜菜夜蛾取食玉米時(shí),玉米體內(nèi)的茉莉酸衍生物被volicitin激活,玉米釋放引誘寄生蜂的萜類化合物。甜菜夜蛾取食以前,在番茄植株上噴灑茉莉酸可以使揮發(fā)物發(fā)生變化,從而吸引更多的寄生蜂(Thaler,1999)。Schmelz等(2003)的研究證明茉莉酸處理玉米幼苗產(chǎn)生的揮發(fā)物中倍半萜烯的量比volicitin處理的要高。此外,植物被昆蟲取食時(shí)還會(huì)釋放一種與茉莉酸相似的化合物——茉莉酮,茉莉酮是茉莉酸脫羧的一種副產(chǎn)物,是否有生理功能,還未見報(bào)道(R?seetal.,1996,1998;deMoraesetal.,1998)。乙烯是氣態(tài)的植物激素,參與很多生理過程的調(diào)控,外源乙烯能誘導(dǎo)植物多種與抗病蟲有關(guān)基因的表達(dá)(EckerandDavis,1987)。甜菜夜蛾取食能誘導(dǎo)玉米釋放乙烯,Schmelz等(2003)研究證明甜菜夜蛾取食玉米誘導(dǎo)的乙烯釋放量顯著高于同等條件下機(jī)械損傷和volicitin處理時(shí)的釋放量;昆蟲取食過程中與取食誘導(dǎo)的乙烯交互作用可能增強(qiáng)昆蟲激發(fā)子volicitin誘導(dǎo)的植物揮發(fā)性化合物的釋放活性,用低劑量的乙烯氣體協(xié)同茉莉酸和volicitin處理玉米誘導(dǎo)的倍半萜烯和吲哚的釋放量顯著高于僅用茉莉酸和volicitin處理的(Schmelzetal.,2003)。2政策誘導(dǎo)合成植物蛋白酶抑制劑植物直接防御植食性昆蟲的危害主要有兩種途徑,一是產(chǎn)生揮發(fā)性次生化合物,干擾植食性昆蟲的寄主定位和產(chǎn)卵,抑制其他昆蟲的進(jìn)一步危害;二是產(chǎn)生非揮發(fā)性的次生化合物延緩植食性昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育或?qū)ζ洚a(chǎn)生毒害作用,誘導(dǎo)產(chǎn)生的植物蛋白酶抑制劑是目前研究較多的一種(DickeandvanLoon,2000;Thaler,2002)。2.1被保護(hù)劑對(duì)植物的誘導(dǎo)表達(dá)植物揮發(fā)性化合物在植食性昆蟲的寄主選擇中起著重要作用(Visser,1986)。昆蟲對(duì)植物不同揮發(fā)性化合物的識(shí)別與昆蟲的取食專化性、適應(yīng)性和經(jīng)歷有關(guān),蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物對(duì)植食性昆蟲的作用可能是吸引、排斥或沒有作用(DickeandvanLoon,2000;Horiuchietal.,2003;Golsetal.,2003;Heil,2004)。蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物既能對(duì)同種昆蟲產(chǎn)生影響,亦能對(duì)異種植食性昆蟲的行為產(chǎn)生影響。受害后的玉米葉片能排斥甜菜夜蛾的進(jìn)一步危害(TurlingsandTumlinson,1991b);玉米受到甜菜夜蛾的危害后釋放的萜烯和吲哚等化合物對(duì)甜菜夜蛾的專性寄生蜂紅足側(cè)溝繭蜂Microplitiscroceipes具有極強(qiáng)的吸引作用(TurlingsandFritzsche,1999);甜菜夜蛾危害馬鈴薯產(chǎn)生的氣味對(duì)馬鈴薯甲蟲有明顯的引誘作用(Bolteretal.,1997)。棉貪夜蛾Spodopteralittoralis的口腔分泌物處理機(jī)械損傷的玉米能使粟縊管蚜Rhopalosiphummaidis產(chǎn)生逃避行為(Bernasconietal.,1998)。萜烯類是甜菜夜蛾取食寄主植物時(shí)誘導(dǎo)的揮發(fā)性化合物的主要成分,可以抑制植食性昆蟲的進(jìn)一步危害(Loughrinetal.,1995b;張瑛和嚴(yán)福順,1998;Schmelzetal.,2001,2003)。如檸檬烯、蒎烯、香葉烯等許多成分能直接作用于植食性昆蟲,對(duì)有些昆蟲可以起忌避或抗生作用。法尼烯有保幼激素活性,能影響昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育。萜類化合物還可作為同種或異種植食性昆蟲的指示信號(hào),誘導(dǎo)植食性昆蟲產(chǎn)生逃避或趨向行為(婁永根,1999)。被甜菜夜蛾取食的棉花幼苗揮發(fā)大量的鏈狀萜烯,可以吸引它的寄生性天敵。經(jīng)棉田甜菜夜蛾口腔分泌物處理后的玉米,會(huì)產(chǎn)生(E)-法尼烯,它是粟縊管蚜報(bào)警信息素的主要組分,可以引起粟縊管蚜的逃避行為(Bernasconietal.,1998)。植物體內(nèi)的很多脂肪酸衍生物具有信號(hào)功能,與植物的創(chuàng)傷和防御有關(guān)。已有的研究證明,單純機(jī)械損傷植物所釋放的揮發(fā)物主要成分為脂肪酸衍生物,但他們的釋放時(shí)間很短(R?seetal.,1996;ParèandTumlinson,1998;Schmelzetal.,2003)。昆蟲取食植物時(shí),植物所釋放的揮發(fā)性脂肪酸衍生物主要為C6的不飽和脂肪醛、醇及其酯類等,又被稱為綠葉性氣味物質(zhì),棉花受到甜菜夜蛾危害的初期釋放的綠葉性物質(zhì)只能引誘植食性昆蟲的廣譜寄生蜂,對(duì)專性寄生蜂沒有作用(ParèandTumlinson,1998;Steinbergetal.,1993)。吲哚是植物受到昆蟲攻擊后釋放的唯一由色氨酸途徑產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì),是色氨酸合成的次末級(jí)中間產(chǎn)物。棉花和玉米被甜菜夜蛾取食或用其口腔分泌物處理離體植株幼苗時(shí),植物合成并釋放了吲哚,而機(jī)械損傷卻不能引發(fā)吲哚的釋放(ParèandTumlinson,1998;Turlingsetal.,1991a,1993a,1999)。植食性昆蟲對(duì)蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物的不同行為反應(yīng),可能與植食性昆蟲間生物學(xué)特性的差異有關(guān)。如是否該蟲的聚集為害能降低植物的防御能力、是否該蟲能有效地防御被植物揮發(fā)物所引誘的天敵等(Bolteretal.,1997)。這種由揮發(fā)物傳遞的植食性昆蟲種內(nèi)和種間的間接相互作用,將影響到整個(gè)群落結(jié)構(gòu)中植食性昆蟲的組成。2.2重組人組織型纖維材料植物受到植食性昆蟲危害后,植物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少,對(duì)害蟲有毒、抗?fàn)I養(yǎng)和抗消化的物質(zhì)增加。這些變化直接影響植食性昆蟲的寄主適合性,從而調(diào)控昆蟲的發(fā)育速率、個(gè)體大小、質(zhì)量和種群密度。取食抗性玉米的草地夜蛾Spodopterafrugiptera,個(gè)體變小,生長(zhǎng)速率變慢(ClancyandPrice,1987;Isenhour,1989)。植物受到損傷后誘導(dǎo)植物蛋白酶抑制劑在損傷部位大量表達(dá),蟲害誘導(dǎo)的信號(hào)通道物質(zhì)使植物對(duì)損傷的信號(hào)擴(kuò)大,并在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生最大的防御反應(yīng)(Ryan,1990)。植物蛋白酶抑制劑能與昆蟲消化道內(nèi)的蛋白消化酶形成復(fù)合物,阻斷或削弱蛋白酶對(duì)食物中蛋白質(zhì)的水解,使昆蟲厭食或消化不良而致死(BroadwayandDuffey,1986;Orretal.,1994)。昆蟲的取食可激活寄主植物產(chǎn)生植物蛋白酶抑制劑的信號(hào)通道,但昆蟲有可能通過影響或利用植物的信號(hào)傳遞途徑來適應(yīng)植物的誘導(dǎo)防御(李欣和劉樹生,2002)。根據(jù)蛋白酶抑制劑所抑制的蛋白酶類型可將其劃分為4種,即絲氨酸蛋白酶抑制劑、巰基蛋白酶抑制劑、酸性蛋白酶抑制劑、金屬蛋白酶抑制劑(Ryan,1990)。一些研究表明,只有誘導(dǎo)型的植物蛋白酶抑制劑才可能具有抗蟲作用(TerraandFerreira,1994)。多數(shù)鱗翅目昆蟲幼蟲腸道內(nèi)的蛋白消化酶主要是絲氨酸蛋白酶,因此絲氨酸蛋白酶抑制劑對(duì)鱗翅目昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育有較顯著的抑制作用,也是目前研究比較多的。Jongsma等(1996)用SDS的方法分離純化了甜菜夜蛾中腸內(nèi)含物中的蛋白酶,其中有5種絲氨酸蛋白酶,1種對(duì)巰基蛋白酶抑制劑敏感的蛋白酶(Jongsmaetal.,1996)。胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶抑制劑對(duì)甜菜夜蛾幼蟲的生長(zhǎng)發(fā)育有抑制作用(TerraandFerreira,1994;Zhaoetal.,1996)。大豆胰蛋白酶抑制劑(soybeantrypsininhibitor,STI),以及馬鈴薯蛋白酶抑制劑(potatoinhibitorⅡ,PI-2)以0.18g/L和0.08g/L的濃度就能抑制甜菜夜蛾幼蟲腸道的絕大部分胰蛋白酶活性。人工飼料(含1.2%酪蛋白)中STI和PI-2的含量達(dá)到食物總蛋白含量的10%時(shí),甜菜夜蛾幼蟲的取食量明顯下降,營(yíng)養(yǎng)不良,蟲體變輕,幼蟲生長(zhǎng)期延長(zhǎng)(BroadwayandDuffey,1986)。Ortego等(2001)用轉(zhuǎn)基因LOX-H3番茄(酯氧合酶缺失,損傷后誘導(dǎo)產(chǎn)生的蛋白酶抑制劑含量比正常植株大量減少)葉片飼養(yǎng)甜菜夜蛾幼蟲,與正常葉片飼養(yǎng)的相比,幼蟲體重增加了52%～63%,成蟲產(chǎn)卵量增加了73%。但是甜菜夜蛾極易對(duì)寄主植物中的單一的絲氨酸蛋白酶抑制劑產(chǎn)生適應(yīng)性。甜菜夜蛾取食含有蛋白酶抑制劑Ⅱ的煙草葉片后,盡管蛋白酶抑制劑同中腸蛋白酶已經(jīng)緊密結(jié)合,但幼蟲生長(zhǎng)并未受到抑制,因?yàn)樘鸩艘苟攴置诹舜罅繉?duì)某些蛋白酶抑制劑不敏感的蛋白酶而避免了消化能力的降低(Johnsonetal.,1989;Orretal,.1994)。甜菜夜蛾幼蟲取食高度表達(dá)蛋白酶抑制劑基因的煙草后,中腸只有18%的蛋白酶活力被抑制,取食低蛋白酶抑制劑表達(dá)的非轉(zhuǎn)基因煙草后,78%的蛋白酶活力被抑制(JongsmaandBolter,1997)。將具有木瓜蛋白酶抑制活力和胰蛋白酶抑制活力的SMC-T3、SMC-T23和重組的SMC(r-SMC)等絲氨酸蛋白酶抑制劑混入食物喂養(yǎng)甜菜夜蛾,10天后,甜菜夜蛾的生長(zhǎng)受到顯著抑制,其中用含SMC-T3的飼料喂養(yǎng)的甜菜夜蛾最輕(32mg),然而僅用從苦葫蘆種子提取的絲氨酸蛋白酶抑制劑BGIT飼養(yǎng),對(duì)甜菜夜蛾生長(zhǎng)影響很小(BroadwayandDuffey,1986)。說明帶有兩個(gè)植物半胱氨酸蛋白酶抑制劑區(qū)和一個(gè)絲氨酸蛋白酶抑制劑區(qū)的SMC-T3能有效地抑制甜菜夜蛾的生長(zhǎng),將其基因轉(zhuǎn)入植株會(huì)有很好的抗蟲性。植物蛋白酶抑制劑的損傷誘導(dǎo)對(duì)植物來說是一種非常經(jīng)濟(jì)有效的防御方式,它避免了在非脅迫條件下對(duì)資源的浪費(fèi),使植物在正常生長(zhǎng)條件下將有限的資源有效地投入到營(yíng)養(yǎng)及生殖生長(zhǎng)上。利用植物蛋白酶抑制劑的誘導(dǎo)表達(dá)特性,我們可以將植物蛋白酶抑制劑與具有損傷誘導(dǎo)特性的啟動(dòng)子結(jié)合轉(zhuǎn)入植物中,使植物蛋白酶抑制劑只在受蟲害損傷時(shí)大量表達(dá),這樣既避免了對(duì)資源的浪費(fèi)又與抗蟲性結(jié)合起來,可起到事半功倍的效果。3食性很強(qiáng)的甜夜初步感染對(duì)寄生蜂寄生蟲的影響茉莉酸處理的番茄對(duì)寄生蜂的生長(zhǎng)發(fā)育也有間接的影響,以取食茉莉酸處理葉片的同齡期甜菜夜蛾為寄主的甜菜夜蛾鑲顎姬蜂從卵到蛹的發(fā)育時(shí)間延長(zhǎng)、蛹重減輕,但是從蛹到成蟲的發(fā)育時(shí)間、蜂的成活率沒有變化(Thaler,1999)。有關(guān)茉莉酸誘導(dǎo)的植株可以提高寄生蜂的寄生率存在兩種假設(shè):一種假設(shè)認(rèn)為取食誘導(dǎo)植株的甜菜夜蛾免疫力降低,增加了它們被寄生蜂攻擊的弱點(diǎn),使寄生率提高;另一種假設(shè)認(rèn)為取食誘導(dǎo)植株的幼蟲生長(zhǎng)率降低,使其適宜寄生的時(shí)間延長(zhǎng),提高了寄生性天敵的寄生率(低生長(zhǎng)-高死亡率假說)(ClancyandPrice,1987;BenreyandDenno,1997)。Thaler(1999)的實(shí)驗(yàn)否定了這兩種假設(shè),取食誘導(dǎo)植株的甜菜夜蛾幼蟲適于被寄生的時(shí)間比對(duì)照延長(zhǎng)了,但不同質(zhì)量的幼蟲寄生率差別較大:同齡期不同體重的甜菜夜蛾幼蟲,取食誘導(dǎo)植株時(shí)的寄生死亡率低,而同體重不同齡期的幼蟲寄生死亡率處理高于對(duì)照;在籠罩隔離條件下,將同樣多的甜菜夜蛾初齡幼蟲和鑲顎姬蜂雌蜂分別放置在茉莉酸處理植株上和對(duì)照植株上時(shí),雖然茉莉酸處理植株上寄主幼蟲發(fā)育較慢,有更多適合寄生的時(shí)間,但幼蟲被寄生率沒有差異。這些結(jié)果表明,甜菜夜蛾幼蟲的寄生率與其暴露在適于寄生條件下的時(shí)間無關(guān);用茉莉酸處理番茄提高了寄主幼蟲的死亡率是因?yàn)檎T導(dǎo)植株產(chǎn)生了對(duì)甜菜夜蛾鑲顎姬蜂有引誘作用的揮發(fā)物,誘導(dǎo)寄生蜂前來搜索和寄生(Thaleretal.,1996;Thaler,1999)。4對(duì)害蟲的防治甜菜夜蛾三級(jí)營(yíng)養(yǎng)關(guān)系的研究不僅為闡明寄主、害蟲以及天敵之間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系提供了重要的科學(xué)依據(jù),而且也為改善和利用天敵防治害蟲開拓了新的途徑。甜菜夜蛾口腔分泌物中volicitin的發(fā)現(xiàn)和外源誘導(dǎo)化合物的應(yīng)用使人為模仿昆蟲取食危害成為可能,