外源茉莉酸誘導(dǎo)植物反應(yīng)誘導(dǎo)植物反應(yīng)的揮發(fā)物對(duì)小菜蛾寄生行為的影響

外源茉莉酸誘導(dǎo)植物反應(yīng)誘導(dǎo)植物反應(yīng)的揮發(fā)物對(duì)小菜蛾寄生行為的影響

茉莉花酸（ja）及其甲醇（mja）是植物內(nèi)源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)素的一種常見現(xiàn)象。它參與了許多生理功能，包括阻力和植物老人的抗逆和衰老（creelean，1995；creelean和murt，1997）。茉莉酸也是植物體內(nèi)誘導(dǎo)防衛(wèi)基因表達(dá)的重要信號(hào)分子,許多植物在受到動(dòng)物取食、病原物侵染或機(jī)械傷害時(shí),體內(nèi)的茉莉酸含量會(huì)迅速上升,并表現(xiàn)出各種抗性反應(yīng)(Reinbotheetal.,1994;Creelman,1995;CreelmanandMullet,1997;王妮妍和蔣德安,2002)。近十年來有關(guān)茉莉酸誘導(dǎo)植物抗蟲性的研究表明,植物體內(nèi)茉莉酸含量上升,不僅可以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生對(duì)害蟲有毒、抗?fàn)I養(yǎng)或抗消化作用的化合物,或?qū)οx有驅(qū)避或吸引作用的揮發(fā)物,干擾害蟲的生理和行為,即產(chǎn)生所謂的“直接防御”,而且還可產(chǎn)生對(duì)害蟲天敵有吸引作用的揮發(fā)物,吸引其到達(dá)被取食的寄主植株對(duì)害蟲進(jìn)行攻擊,從而達(dá)到對(duì)害蟲的所謂“間接防御”(DickeandSabelis,1988;Turlingsetal.,1990;Ozawaetal.,2000;Heiletal.,2001)。研究還表明,通過向植物施用茉莉酸,也可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生“直接防御”和“間接防御”(MeinersandHilker,1997;Golsetal.,1999;Dickeetal.,1999;Thaler,1999,2002)。在我國(guó),有關(guān)茉莉酸和茉莉酸甲酯的誘導(dǎo)抗蟲作用已開始受到重視,對(duì)于誘導(dǎo)的“直接防御”已有少量研究報(bào)道(劉勇等,2001;徐濤等,2003),但誘導(dǎo)的“間接防御”尚未見有研究報(bào)道。小菜蛾P(guān)lutellaxylostella在我國(guó)是一種主要蔬菜害蟲,菜蛾絨繭蜂Cotesiaplutellae(膜翅目:繭蜂科)是小菜蛾幼蟲期的一種主要寄生蜂(Liuetal.,2000)。我們以小菜蛾和菜蛾絨繭蜂為對(duì)象,研究白菜和甘藍(lán)受外源茉莉酸處理后,其誘導(dǎo)反應(yīng)對(duì)菜蛾絨繭蜂搜索和寄生選擇行為的影響,為調(diào)控和增強(qiáng)菜蛾絨繭蜂的控害作用提供基礎(chǔ)信息。1材料和方法1.1供試?yán)ハx及溶液供試蔬菜:以白菜BrassicacampestrisL.ssp.pekinensis(品種為早熟五號(hào))和甘藍(lán)BrassicaoleraceaL.var.capitata(品種為京豐一號(hào))作為供試寄主植物,將植株栽于口徑12cm的花盆中,供試時(shí)有6～7片舒展葉。供試?yán)ハx:菜蛾絨繭蜂采自杭州市郊區(qū)菜地,將被寄生的小菜蛾幼蟲及蜂繭采回,待寄生蜂結(jié)繭后,將其收集在保蜂盒中,寄生蜂羽化后供以20%的蜂蜜水。分別以白菜和甘藍(lán)飼養(yǎng)的小菜蛾2齡幼蟲作為寄主對(duì)菜蛾絨繭蜂進(jìn)行繁殖。取羽化后2～3日齡、已交配和取食的雌蜂供試。小菜蛾采自杭州市郊區(qū)菜地,在室內(nèi)分別用白菜和甘藍(lán)進(jìn)行飼養(yǎng),以2齡幼蟲供試。茉莉酸為Sigma_Aldrich公司的產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)中先將茉莉酸溶于丙酮中,然后加蒸餾水配制成1μmol/mL、0.1μmol/mL和0.01μmol/mL三種不同濃度的溶液供試。以丙酮+蒸餾水作為對(duì)照液。1.2測(cè)定植株及對(duì)照植株的濃度Thaler(1999)報(bào)道,茉莉酸對(duì)寄生蜂的影響是通過對(duì)寄主植物的誘導(dǎo)反應(yīng),進(jìn)而導(dǎo)致植物的揮發(fā)物發(fā)生改變而產(chǎn)生的,其本身對(duì)寄生蜂無吸引或排斥作用。本研究的預(yù)備實(shí)驗(yàn)也表明,茉莉酸本身對(duì)菜蛾絨繭蜂無吸引或排斥作用。故實(shí)驗(yàn)設(shè)置以下處理:(1)茉莉酸處理植株:向健康植株上均勻噴施茉莉酸溶液,至有溶液下流為止,然后放置在人工氣候室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng),培養(yǎng)1天后進(jìn)行生物測(cè)定。共設(shè)1、0.1和0.01μmol/mL三種濃度,分別記為JA1、JA0.1和JA0.01。(2)蟲害植株:供試前24h,往每株植株上接10頭小菜蛾2齡幼蟲,任其自由取食,供試時(shí)不移走小菜蛾幼蟲,記為L(zhǎng)D。(3)對(duì)照植株:以沒有任何蟲害的健康植株為對(duì)照。與茉莉酸處理植株進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)時(shí),對(duì)照噴施與茉莉酸濃度相對(duì)應(yīng)的對(duì)照液;與蟲害植株進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)時(shí),對(duì)照不進(jìn)行任何處理。記為CK。根據(jù)以上處理,設(shè)置7種處理組合進(jìn)行比較:JA1_CK,JA0.1_CK,JA0.01_CK,JA1_LD,JA0.1_LD,JA0.01_LD和CK_LD。1.3測(cè)試方法1.3.1型管中菜蚤蜂的行為反應(yīng)用Y型嗅覺儀測(cè)定茉莉酸處理植物后,誘導(dǎo)反應(yīng)所導(dǎo)致的揮發(fā)物變化對(duì)菜蛾絨繭蜂搜索行為的影響。Y型嗅覺儀根據(jù)Honda等(1999)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì),采用無色透明的玻璃制成,直管長(zhǎng)20cm,兩臂長(zhǎng)分別為20cm,內(nèi)徑4cm,兩臂夾角75°,兩臂用Teflon管分別連接至放置供試植株的味源瓶,氣流進(jìn)入味源瓶之前,經(jīng)活性炭過濾器過濾,用氣體流量計(jì)來控制進(jìn)入味源瓶的氣體流速,兩臂中的氣體流速是相同的。氣流由兩臂進(jìn)入,然后由直管抽出。在嗅覺儀上方提供1000lx以上的均勻光源。生測(cè)時(shí)將雌蜂從嗅覺儀直管引入,任蜂在管中自由行動(dòng)。利用Observer行為記錄和分析軟件(NoldusInformationTechnology,Wageningen,theNetherlands)來記錄菜蛾絨繭蜂在管中的行為反應(yīng)。每頭雌蜂觀察5min,記錄雌蜂在管中不同位置的停留時(shí)間。Y型管中的位置分為:直管、左臂前1/2、左臂后1/2、右臂前1/2、右臂后1/2(左臂前1/2和右臂前1/2指靠近味源的部分;左臂后1/2和右臂后1/2指靠近直管的部分)。以在左臂前1/2和右臂前1/2的停留時(shí)間占觀察時(shí)間的百分比作為指標(biāo),來評(píng)價(jià)菜蛾絨繭蜂對(duì)不同味源(處理)的偏好性,停留時(shí)間越長(zhǎng)則偏好性越高,反之亦然。每頭雌蜂只有一次受試機(jī)會(huì),每個(gè)處理組合至少測(cè)定30頭蜂。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Statistica╋軟件中的Wilcoxonmatchedpairtest進(jìn)行分析。1.3.2小菜器中的小菜砂幼蟲寄生蟲數(shù)測(cè)定以白菜作為供試植物,處理組合見1.2。實(shí)驗(yàn)在控溫(25℃)、控光(光強(qiáng)>1000lx)、控濕(70%RH)、空氣基本靜止的人工氣候室中進(jìn)行。首先將一白菜葉片固定于圓形紙碟中央,然后將紙碟固定于供試白菜植株中央。在紙碟的外緣涂1cm寬的不干膠,往紙碟上方的葉片上接20頭2齡小菜蛾幼蟲。在55cm×55cm×55cm的籠中,將每一組合中兩個(gè)不同處理的白菜植株(帶有紙碟白菜葉片)沿對(duì)角線放置。然后往每一籠中引入菜蛾絨繭蜂成蜂4頭(雌雄各半),任其在籠內(nèi)產(chǎn)卵寄生6h后,吸走菜蛾絨繭蜂,取出籠中的白菜植株。將固定于每株白菜上的紙碟及葉片取下,將其上的小菜蛾幼蟲轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中繼續(xù)用健康白菜葉片進(jìn)行飼養(yǎng),直到絨繭蜂結(jié)繭或小菜蛾化蛹為止。統(tǒng)計(jì)每一植株上小菜蛾幼蟲的被寄生數(shù)。每一處理組合設(shè)置10個(gè)重復(fù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用G檢驗(yàn)進(jìn)行多重復(fù)適合性檢驗(yàn)(Repeatedgoodness_of_fittest)(SokalandRohlf,1995)。2結(jié)果與分析2.1對(duì)害蟲的誘導(dǎo)反應(yīng)如圖1所示,菜蛾絨繭蜂在對(duì)JA1和JA0.1處理植株揮發(fā)物管臂中的停留時(shí)間分別是對(duì)照的2.5和4.1倍,差異顯著;而在JA0.01處理的停留時(shí)間則與對(duì)照之間差異不顯著;在JA1、JA0.1處理植株與蟲害植株之間差異不顯著;而在蟲害植株揮發(fā)物管臂中的停留時(shí)間分別約為JA0.01及對(duì)照的2倍,差異顯著。如圖2所示,茉莉酸處理甘藍(lán)植株后對(duì)菜蛾絨繭蜂的影響同茉莉酸處理白菜植株的作用相似。菜蛾絨繭蜂在JA1和JA0.1處理植株揮發(fā)物管臂中的停留時(shí)間分別是對(duì)照的3.49和3.57倍,差異顯著。JA0.01處理同蟲害處理的誘導(dǎo)反應(yīng)的作用差異不顯著;在蟲害處理植株揮發(fā)物管臂中的停留時(shí)間分別是JA0.1、JA0.01和對(duì)照的1.76、2.54和4.3倍,差異顯著。2.2對(duì)害蟲的偏好性測(cè)定菜蛾絨繭蜂對(duì)不同處理組合白菜植株上小菜蛾幼蟲的寄生頭數(shù)及G檢驗(yàn)結(jié)果見圖3和表1。在JA1_CK處理組合中,三個(gè)G值均達(dá)顯著水平,表明寄生蜂對(duì)JA1處理植株的偏好性高于對(duì)照,但個(gè)體之間反應(yīng)的異質(zhì)性較大;在JA0.1_CK處理組合中,只有GP值(每處理組合中所有重復(fù)被寄生幼蟲總量的G值)達(dá)顯著水平,說明JA0.1處理植株對(duì)寄生蜂的引誘力要強(qiáng)于對(duì)照植株,且個(gè)體之間的反應(yīng)一致;而在JA0.01_CK處理組合中,三個(gè)G值均沒有達(dá)到顯著水平,這表明菜蛾絨繭蜂在JA0.01處理植株和對(duì)照植株之間沒有明顯的偏好性。JA1_LD處理組合中,三個(gè)G值都沒有達(dá)到顯著水平,表明菜蛾絨繭蜂在JA1處理植株與蟲害植株之間無偏好性;在JA0.1_LD處理組合中,只有GP值達(dá)到顯著水平,但只占GT值(總G值)的52.9%,表明菜蛾絨繭蜂對(duì)蟲害植株的偏好性略高于JA0.1處理植株,但個(gè)體間反應(yīng)異質(zhì)性較大;在JA0.01_LD處理組合中,GT和GP值達(dá)顯著水平,而GH值(重復(fù)之間異質(zhì)性G值)不顯著,表明菜蛾絨繭蜂對(duì)蟲害植株的偏好性明顯高于JA0.01處理植株,并且個(gè)體間反應(yīng)異質(zhì)性很小。CK_LD處理組合中,得到同JA0.01_LD處理組合相似的結(jié)果,GP占GT的比例達(dá)95.8%,表明菜蛾絨繭蜂對(duì)蟲害植株的偏好性明顯高于對(duì)照植株,且個(gè)體間反應(yīng)異質(zhì)性很小。3外源茉酸對(duì)植物抗蟲性能的影響寄主植物的揮發(fā)物對(duì)植食性昆蟲寄生天敵的搜索和寄生選擇行為有明顯影響(Turlingsetal.,1990;陳華才等,2002;LiuandJiang,2003;劉樹生等,2003;李欣和劉樹生;2003)。植物受到外源茉莉酸作用后,類似于受到昆蟲取食一樣,會(huì)產(chǎn)生各種誘導(dǎo)反應(yīng),其中所導(dǎo)致的揮發(fā)物的改變會(huì)影響植食性昆蟲天敵的寄生選擇行為及搜索效率(Albornetal.,1997;Dickeetal.,1999;Thaler,2002)。本研究結(jié)果表明,菜蛾絨繭蜂對(duì)茉莉酸處理植株的揮發(fā)物表現(xiàn)出嗜好,在處理植株上搜索和寄生效率可顯著提高。研究已經(jīng)表明,害蟲取食?？烧T導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性(McCloudandBalwin,1997;Mattiaccietal.,2001;Ziegleretal.,2001;Musseretal.,2002),而人工向植物施用激發(fā)子(elicitor)亦可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性(Constabeletal.,1995;CreelmanandMullet,1997)。害蟲取食必然以植物受到傷害作為代價(jià);而接受外源激發(fā)子的誘導(dǎo),對(duì)于植物來講代價(jià)相對(duì)較小(也有一定代價(jià),因?yàn)橹参镄枰獙⒉糠譅I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為防御性物質(zhì)),因此,通過向植物施用外源激發(fā)子,使植物獲得誘導(dǎo)抗性,可以成為利用誘導(dǎo)抗性的有效途徑。用合適濃度的茉莉酸處理白菜或甘藍(lán)后的誘導(dǎo)反應(yīng),其對(duì)菜蛾絨繭蜂的引誘作用與小菜蛾幼蟲取食植株后的誘導(dǎo)反應(yīng)相似,表明利用外源茉莉酸確實(shí)可以模擬蟲害的誘導(dǎo)反應(yīng)。Gols等(1999)的研究表明,外源茉莉酸處理和二點(diǎn)葉螨Tetranychusurticae取食非洲菊Gerberajamesonii植株后,所產(chǎn)生的誘導(dǎo)反應(yīng)對(duì)捕食性天敵智利小植綏螨Phytoseiuluspersimilis都有吸引作用,并且兩種處理所產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)組分基本相似,但蟲害的誘導(dǎo)反應(yīng)所產(chǎn)生的引誘力要比茉莉酸的強(qiáng)。本研究比較了茉莉酸三種濃度溶液的誘導(dǎo)反應(yīng)對(duì)菜蛾絨繭蜂的影響,其中JA1和JA0.1的誘導(dǎo)反應(yīng)所產(chǎn)生的效應(yīng)與小菜蛾幼蟲取食為害的相比,差異不顯著,而JA0.01卻要顯著弱于蟲害處理。另外,JA1還會(huì)加速植物葉片衰老變黃。這些結(jié)果表明,利用外源茉莉酸進(jìn)行抗性的誘導(dǎo),需要選用合適的濃度,才能既起到吸引害蟲天敵、增強(qiáng)天敵控害效能的作用,又不會(huì)影響植物正常的生長(zhǎng)發(fā)育。有關(guān)茉莉酸誘導(dǎo)植物抗蟲作用的機(jī)理已有一些研究。外源茉莉酸或MJA到達(dá)植物體后,使植物細(xì)胞膜受到刺激,其反應(yīng)可有兩條線路:一條是激活細(xì)胞膜上的脂肪酸釋放到膜內(nèi),由亞麻酸開始合成茉莉酸和MJA,由茉莉酸和MJA激活防御基因;另一條是通過細(xì)胞膜后直接激活防御基因。防御基因激活后導(dǎo)致代謝途徑重新配置,進(jìn)而產(chǎn)生各種直接防御和間接防御作用(WasternackandParthier,1997;LiechtiandFarmer,2002;Weber,2002)。本研究未對(duì)茉莉酸處理及小菜蛾幼蟲取食植株后所產(chǎn)生的揮發(fā)物進(jìn)行收集、分析和比較,故誘導(dǎo)產(chǎn)生的揮發(fā)物的活性組分、結(jié)構(gòu)有待確定,供試植物產(chǎn)生間接防御的具體機(jī)理有待研究。我們對(duì)菜蛾絨繭蜂寄生選擇性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果沒有采用t檢驗(yàn)進(jìn)行分析,而是用G檢驗(yàn),這是因?yàn)樵谶x擇性實(shí)驗(yàn)中,同一組合中的兩處理之間并不是相互獨(dú)立的。實(shí)驗(yàn)中,菜蛾絨繭蜂的產(chǎn)卵量都是在同一重復(fù)中的兩個(gè)處理植株之間進(jìn)行分配,在一株上增加,另一株上則減少。所以選擇性實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)不符合t檢驗(yàn)所需的前提條件。我們可用卡平方(χ2)對(duì)這種選擇性實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。但依據(jù)Sokal和Rohlf(1995)對(duì)χ2和G檢驗(yàn)這兩種方法的比較,對(duì)于本研究所得到的這類多重復(fù)的選擇性