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植物被植食性昆虫侵害后,能感知由取食或产卵造成的机械损伤和其他来自虫体的诱导物/激发子,从而产生信号,这些信号经过一系列的传导最终激活挥发性物质(HIPVs)的合成与释放,一方面这些HIPVs具有帮助植物抵御外界胁迫的作用,另一方面也可作为农业植物的重要品质成分。例如,利用茶叶(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze.)对昆虫胁迫的代谢应答制成的高级乌龙茶“东方美人茶”,具有特殊的蜜果香且价格昂贵,其特有的工序是采用了受小绿叶蝉吸食为害的幼嫩芽梢加工而成。其特有的蜜果香来源于茶树响应小绿叶蝉侵害时产生的单萜类HIPVs,而产生的HIPVs具有吸引小绿叶蝉天敌的作用。目前小绿叶蝉侵害如何诱导茶叶特异性HIPVs形成的具体机制尚未知。本研究发现小绿叶蝉侵害茶叶后会产生单萜类香气物质芳樟醇和香叶醇,这些单萜类香气物质可能是茶叶产生蜜果香的前驱体物质。本研究从代谢物水平、蛋白水平和基因水平三个层次阐明了芳樟醇和香叶醇在小绿叶蝉侵害诱导下的形成与释放机制,并对小绿叶蝉中潜在激发子进行提取和初步功能验证。主要研究结果包括: (1)茶园采集的小绿叶蝉通过前翅特有的第三室的鉴定,表明该小绿叶蝉为小贯小绿叶蝉(Empoasca(Matsumurasca)onukii Matsuda)。被茶小绿叶蝉侵害后的样品与健康茶叶相比较,节间明显变短,叶片明显变黄和卷曲,危害严重的茶叶甚至呈现枯焦的状态,导致茶叶严重减产。为了模拟小绿叶蝉侵害茶叶的机械损伤,建立了连续机械损伤模型,可较细微地模拟小绿叶蝉取食所造成的持续损伤。 (2)茶小绿叶蝉侵害可显著提高芳樟醇的释放量,其主要原因是茶小绿叶蝉侵害诱导芳樟醇合酶CsLIS1和CsLIS2基因表达水平上调。体外功能验证表明CsLIS1和CsLIS2可催化牻牛儿基焦磷酸(GPP)形成S型芳樟醇。此外,通过机械模拟,发现连续机械损伤是影响茶小绿叶蝉侵害诱导芳樟醇形成和释放的关键因子。 (3)茶小绿叶蝉侵害可显著提高香叶醇的释放量,然而茶叶的香叶醇合酶的酶活并没有被诱导升高。连续机械损伤处理后,茶叶中香叶醇的释放量和香叶醇合酶的酶活均有显著性提高。初步推测,昆虫侵害的损伤可能不是香叶醇形成的主要因子。对小绿叶蝉身体与头部分离并分别提取粗酶,将粗酶与底物GPP反应进行酶活验证,发现小绿叶蝉粗酶与GPP反应可以特异性生成香叶醇,但不产生芳樟醇,此外香叶醇合酶主要位于小绿叶蝉的身体部位。由此表明,茶小绿叶蝉侵害诱导香叶醇形成和释放的原因可能主要是来自于小绿叶蝉来源的香叶醇合成蛋白的作用。 本研究结果一方面有助于深入理解“东方美人茶”特有蜜果香的形成机制,另一方面可为将来利用植物对逆境胁迫的代谢应答机制应用于提高农产品的品质成分提供一定的理论依据。