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由于长期受自然界各种生物的侵害,植物逐步形成了复杂的防御机制。植食性昆虫的为害不但诱导植物合成有毒的抗虫物质,而且还诱导植物释放挥发性化合物(herbivore-induced plant volatiles,HIPVs),借此直接驱避害虫或吸引害虫天敌。害虫诱导受害植物产生的HIPVs还可以诱导邻近健康植物产生抗虫性。HIPVs的产生对保护植物具有重要的生态学意义。然而,昆虫如何适应植物受虫害诱导产生挥发物一直缺乏研究。本论文以广食性的农业害虫斜纹夜蛾为材料研究了健康番茄、斜纹夜蛾取食或机械损伤的番茄产生的挥发物对斜纹夜蛾诱导抗性以及昆虫重要解毒酶之一细胞色素P450单加氧酶基因表达的影响,主要研究结果如下:
1.虫害诱导的番茄挥发物能显著提高斜纹夜蛾对植物毒素的抗性经过虫害诱导的番茄挥发物(HIPVs)处理的斜纹夜蛾幼虫在取食含花椒毒素(0.1％)的饲料时,幼虫生长速率显著高于没有挥发物处理只取食花椒毒素的对照,而采用机械损伤诱导的番茄挥发物和健康番茄产生的挥发物处理的斜纹夜蛾幼虫在取食含花椒毒素的饲料时,其生长速率与只取食花椒毒素的对照没有显著差异。可是不同番茄挥发物处理的斜纹夜蛾幼虫在取食不含毒素的饲料时,其生长速率与对照都没有显著差异。说明番茄产生的挥发物本身并不影响斜纹夜蛾的生长,但是被害虫取食的番茄产生的挥发物能显著提高斜纹夜蛾幼虫对花椒毒素的解毒代谢能力。
将各处理的幼虫继续饲养至化蛹,统计化蛹时间及蛹重,结果表明,暴露于HIPVs中的斜纹夜蛾幼虫取食含花椒毒素的饲料时,化蛹时间显著短于没有挥发物处理只取食花椒毒素的对照,而暴露于机械损伤诱导的番茄挥发物和健康番茄产生的挥发物中的斜纹夜蛾幼虫在取食含花椒毒素的饲料时,其化蛹时间与对照没有显著差异。经这三种番茄挥发物处理的斜纹夜蛾幼虫在取食不含毒素的饲料时,化蛹时间并没有表现差异显著性,与没有挥发物处理只取食普通饲料的对照也没有显著差异。
运用Real-time PCR的方法分析不同番茄挥发物处理对斜纹夜蛾幼虫中肠和脂肪体内与外源毒素代谢解毒相关的细胞色素P450单加氧酶基因(CYP4M14V1、CYP6829/6829V1、CYP6850、CYP9A39、CYP32B1)表达的影响。经HIPVs、机械损伤诱导的番茄挥发物、健康番茄产生的挥发物处理1d后,斜纹夜蛾幼虫中肠内的CYP6829/6829V1被虫害诱导挥发物显著诱导表达,约为对照的6.5倍,CYP6829/6829V1的表达不能被其他两种挥发物诱导。CYP6850被三种挥发物诱导,其表达量分别为对照的18倍、7倍、7倍;三种挥发物处理使CYP321B1相对表达量分别为对照的11倍、11.5倍、10.5倍。
番茄三种挥发物处理3d后,斜纹夜蛾幼虫中肠和脂肪体内的P450基因被不同程度的诱导表达。其中,HIPVs处理的幼虫脂肪体内的P450基因CYP4M1V1、CYP6829/6829V1、CYP6850、CYP9A39的表达量分别达到对照的209倍、41倍、10倍和153倍,另外两种挥发物则不能显著诱导脂肪体内的P450基因的表达;与对照相比,经HIPVs处理后,中肠内的CYP6850、CYP9A39、CYP321B的相对表达量分别是对照的41倍、3倍、4倍。经机械损伤诱导的挥发物处理后,中肠内CYP6BSO的相对表达量为对照的7倍。健康番茄挥发物显著提高中肠内CYP6850、CYP9A39、CYP321B的相对表达量,分别为对照的140倍、3.6倍、10.7倍。
处理6d后,HIPVs对斜纹夜蛾P450基因的诱导效果显著,P450基因在脂肪体内的相对表达显著高于对照,中肠内P450基因的相对表达与对照没有显著差异,其他两种挥发物对P450基因的诱导效果不明显。总体来说,相比其他两种挥发物,虫害诱导的番茄挥发物对斜纹夜蛾P450基因的诱导效果最为显著,脂肪体内P450基因的诱导效果较好,挥发物处理3d后诱导作用最强。
2.番茄四种挥发性物质对斜纹夜蛾诱导抗性的影响经番茄产生的挥发性物质水杨酸甲酯(MeSA)、两种萜类挥发物芳樟醇(Linalool)和β-石竹烯(β-caryophllene)、绿叶性气体顺-3-己烯-1-醇(cis-3-hexen-1-ol)处理的斜纹夜蛾幼虫(1μL/虫)在取食含花椒毒素的饲料与对照饲料时,生长速率与没有挥发物处理的对照均无显著差异。结果表明,这几种单独的挥发物均不能提高斜纹夜蛾对花椒毒素的解毒能力。
MeSA及两种萜类挥发物处理斜纹夜蛾幼虫24h后,斜纹夜蛾P450基因相对表达量比对照显著提高,约为对照的2-5倍,而绿叶性挥发物eis-3-hexen-1-ol不能显著提高斜纹夜蛾P450基因的表达。