豆蚜脅迫對(duì)綠豆抗、感品種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和保護(hù)酶的影響

梁洪宇，金永玲，張海燕，劉 瑞，孫宇佳，郭思敏，曾穎婷，王麗艷

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

綠豆在我國(guó)有2 000多年的栽培歷史，21世紀(jì)以來(lái)，為適應(yīng)黑龍江省農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，綠豆產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，其種植面積逐漸擴(kuò)大，綠豆大田蟲(chóng)害的發(fā)生也隨之增多，尤其在西部半干旱區(qū)的特殊環(huán)境條件下，蟲(chóng)害是影響綠豆產(chǎn)量的主要因子。根據(jù)多年對(duì)黑龍江西部半干旱區(qū)綠豆田害蟲(chóng)的發(fā)生情況調(diào)查，已明確豆蚜(AphiscraccivoraKoch)是該地區(qū)危害綠豆的主要害蟲(chóng)之一，且其危害日趨加重。豆蚜以成蟲(chóng)和若蟲(chóng)刺吸綠豆植株汁液進(jìn)行危害，多集中在幼嫩的莖和葉背面，受害后的植株表現(xiàn)為葉片卷縮、植株矮小變形、生長(zhǎng)緩慢或停滯，造成枯葉甚至全株死亡，嚴(yán)重影響產(chǎn)量[1]。

在害蟲(chóng)與寄主植物長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中，植物受蟲(chóng)害脅迫后與抗性相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量及保護(hù)酶活性會(huì)發(fā)生變化進(jìn)而影響昆蟲(chóng)取食，使作物獲得間接的抗蟲(chóng)性[2]。近年來(lái)，關(guān)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和保護(hù)酶與植物抗蟲(chóng)性的關(guān)系已有許多報(bào)道：有研究表明，植物蛋白質(zhì)、氨基酸和可溶性糖含量等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)影響害蟲(chóng)的行為反應(yīng)[3-6]；李傳明等[7]研究表明，煙粉虱取食可引起辣椒營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量向有利于提高抗蟲(chóng)性的方向改變；梁曉等[8]和HAN等[9]的研究表明，多酚氧化酶(PPO)和過(guò)氧化物酶(POD)活性與抗蟲(chóng)性有關(guān)。目前，關(guān)于豆蚜脅迫下綠豆植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量及保護(hù)酶活性變化的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。鑒于此，測(cè)定豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量及保護(hù)酶活性的變化，以期為黑龍江省西部半干旱區(qū)綠豆主要害蟲(chóng)豆蚜的綜合防治提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試綠豆品種為黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)昆蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)室在2017—2019年通過(guò)田間及室內(nèi)試驗(yàn)篩選出的抗蟲(chóng)綠豆品種中雜綠13和感蟲(chóng)綠豆品種密莢王1號(hào)。供試蟲(chóng)源為豆蚜(AphiscraccivoraKoch)，采集于黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)綠豆試驗(yàn)田，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)繁殖多代備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)處理 將供試2個(gè)綠豆品種進(jìn)行盆栽種植，每個(gè)供試品種8盆，其中 4盆為試驗(yàn)組，4盆為對(duì)照組(不接蟲(chóng))。出苗30 d后接蟲(chóng)，25頭/株。接蟲(chóng)7 d后，測(cè)定整株植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量及保護(hù)酶活性。試驗(yàn)重復(fù)4次。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定方法 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和保護(hù)酶活性參考茍長(zhǎng)青等[10]的方法進(jìn)行測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G250染色法測(cè)定；游離脯氨酸含量采用酸性水合茚三酮比色法測(cè)定； POD活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；PPO活性采用鄰苯二酚比色法測(cè)定；抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性采用AsA氧化脫氫顯色原理進(jìn)行比色測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

運(yùn)用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的變化

2.1.1 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種可溶性糖含量的變化 由表1可知，受害前植株抗蟲(chóng)品種可溶性糖含量是感蟲(chóng)品種的1.696倍，且抗、感品種間存在極顯著差異。受蚜害后綠豆抗、感品種可溶性糖含量均明顯下降，但抗、感品種間差異不顯著。其中，感蟲(chóng)品種密莢王1號(hào)可溶性糖含量下降37.748%，且植株受害前后存在顯著差異；抗蟲(chóng)品種可溶性糖含量下降71.698%，是感蟲(chóng)品種下降幅度的1.899倍，且植株受害前后存在極顯著差異。上述結(jié)果表明，可溶性糖含量變化與綠豆對(duì)豆蚜的抗、感性有關(guān)。

表1 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種可溶性糖含量的變化

2.1.2 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種可溶性蛋白含量的變化 由表2可知，受害前植株抗蟲(chóng)品種可溶性蛋白含量是感蟲(chóng)品種的1.169倍，但品種間差異不顯著；受蚜害后綠豆抗、感品種可溶性蛋白含量均上升，其中感蟲(chóng)品種上升37.464%，抗蟲(chóng)品種上升13.564%，但可溶性蛋白含量在不同品種受害前后及抗、感品種間均不存在顯著差異。

表2 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種可溶性蛋白含量的變化

2.1.3 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種游離脯氨酸含量的變化 由表3可知，受害前抗、感綠豆品種游離脯氨酸含量差異不顯著。受蚜害后抗、感品種游離脯氨酸含量均上升，與受害前相比,均存在極顯著差異。其中，抗蟲(chóng)品種的游離脯氨酸含量上升400.000%，感蟲(chóng)品種上升100.000%。受害后抗蟲(chóng)品種游離脯氨酸含量是感蟲(chóng)品種的1.667倍，抗、感品種間存在顯著差異。上述結(jié)果表明，游離脯氨酸含量變化與綠豆對(duì)豆蚜的抗、感性有關(guān)。

表3 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種游離脯氨酸含量的變化Tab.3 Changes of free prolin content in mung bean resistant and susceptible varieties stressed by Aphis craccivora Koch

2.2 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種保護(hù)酶活性的變化

2.2.1 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種POD活性的變化 由圖1可知，植株未受害時(shí)抗、感品種的POD活性沒(méi)有顯著差異。植株受蚜害后，抗、感品種POD活性均呈增強(qiáng)趨勢(shì)，但抗、感品種間仍不存在顯著差異。其中，密莢王1號(hào)POD活性上升137.417%，中雜綠13上升66.886%，且抗、感品種受害株P(guān)OD活性與未受害株間分別存在顯著、極顯著差異。可見(jiàn)，POD活性的變化與綠豆抗、感性關(guān)系不大。

圖1 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種POD活性的變化Fig.1 Changes of POD activities in mung bean resistant and susceptible varieties stressed by Aphis craccivora Koch

2.2.2 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種CAT活性的變化 由圖2可知，植株未受害時(shí)感蟲(chóng)品種CAT活性是抗蟲(chóng)品種的1.609倍，但差異不顯著?？?、感綠豆品種在植株受蚜害后，CAT活性均呈增強(qiáng)趨勢(shì)，但品種間差異不顯著。其中，密莢王1號(hào)CAT活性上升124.426%，中雜綠13上升236.515%，是感蟲(chóng)品種上升幅度的1.901倍，且各品種受害株CAT活性均與未受害株間存在極顯著差異?？梢?jiàn)，CAT活性的變化與綠豆抗、感性有一定關(guān)系。

2.2.3 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種PPO活性的變化 由圖3可知，植株未受害時(shí)抗、感品種PPO活性差異不顯著。受蚜害后，抗、感品種PPO活性均呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)，差異極顯著。受蚜害后，抗蟲(chóng)品種中雜綠13 PPO活性是感蟲(chóng)品種密莢王1號(hào)的1.931倍。其中，感蟲(chóng)品種密莢王1號(hào)PPO活性上升67.445%，抗蟲(chóng)品種中雜綠13上升359.674%，且抗蟲(chóng)品種PPO活性上升幅度是感蟲(chóng)品種的5.333倍?？梢?jiàn)，PPO活性的變化與綠豆對(duì)蚜蟲(chóng)的抗、感性有關(guān)。

圖2 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種CAT活性的變化

圖3 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種PPO活性變化

2.2.4 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種APX活性的變化 由圖4可知，植株受害后，抗、感綠豆品種APX活性呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)，其中，感蟲(chóng)品種密莢王1號(hào)APX活性上升23.691%，抗蟲(chóng)品種中雜綠13上升21.367%，但是差異并不顯著。可見(jiàn)植物受害與否，抗、感綠豆品種APX活性均沒(méi)有發(fā)生顯著變化，品種之間也無(wú)顯著差異，即APX活性變化與綠豆品種的抗、感性無(wú)關(guān)。

圖4 豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種APX活性的變化

3 結(jié)論與討論

通過(guò)測(cè)定分析豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種生理生化指標(biāo)的變化，發(fā)現(xiàn)抗、感綠豆品種可溶性糖和脯氨酸含量變化以及CAT和PPO活性變化與其對(duì)蚜蟲(chóng)的抗、感性密切相關(guān)。

為了抵御多種害蟲(chóng)的侵害，植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，逐漸形成了針對(duì)性的防御系統(tǒng)[11]。遭受過(guò)植食性昆蟲(chóng)侵害后植物會(huì)在生理生化等方面產(chǎn)生一系列的應(yīng)答，引起植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及防御酶等的改變，進(jìn)而影響多種昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖[12-13]。因此，當(dāng)昆蟲(chóng)再次取食已取食過(guò)的植物時(shí)，由于寄主缺少某些必需物質(zhì)，或是產(chǎn)生某些有害物質(zhì)，會(huì)破壞昆蟲(chóng)已有的發(fā)育、繁殖體系，從而使寄主植物獲得抗蟲(chóng)性[14]。

植物糖、蛋白質(zhì)和氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的重要能源，同時(shí)糖也是植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，屬于植物的組成抗性，在一定程度上植物的營(yíng)養(yǎng)成分及含量影響害蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育及存活[15-17]。本研究表明，抗、感綠豆品種受豆蚜危害后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量方面表現(xiàn)為可溶性糖含量均下降，可溶性蛋白含量和游離脯氨酸含量均上升，且可溶性糖和游離脯氨酸含量的變化與綠豆品種的抗蚜性有較好的相關(guān)性。何菁等[18]在探討辣椒品種抗蟲(chóng)性機(jī)制中也發(fā)現(xiàn)，游離脯氨酸含量在其抗生性中起重要作用。李進(jìn)步等[19]研究表明，棉花抗蚜性與可溶性糖含量有顯著關(guān)系，而茍長(zhǎng)青等[10]研究發(fā)現(xiàn)，糖和蛋白質(zhì)含量與牧草盲蝽取食偏好性無(wú)相關(guān)性，這可能是由于寄主植物和害蟲(chóng)種類的不同而導(dǎo)致的。

植物受害蟲(chóng)危害后會(huì)產(chǎn)生一系列的防御反應(yīng)，這種防御稱為植物的誘導(dǎo)抗性，而酶是這些防御反應(yīng)的基礎(chǔ)[20]。CAT和POD是植物活性氧(ROS)系統(tǒng)的關(guān)鍵酶，在作物受到植食性昆蟲(chóng)危害后，會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧毒害物質(zhì)造成ROS失衡。茍長(zhǎng)青等[10]、梁鄲娜等[21]和馮建雄等[22]研究發(fā)現(xiàn)，植物POD活性對(duì)植株抗蟲(chóng)性影響較大。本研究中，豆蚜脅迫下抗、感綠豆品種其CAT和POD活性均顯著上升，雖品種間差異不顯著，但抗蟲(chóng)品種CAT活性上升幅度是感蟲(chóng)品種的1.901倍，說(shuō)明CAT活性的變化與綠豆抗、感性有一定的關(guān)系。PPO是第一大類氧化還原酶，同時(shí)也是最早的防御酶，昆蟲(chóng)取食植物后，會(huì)釋放大量PPO，從而催化形成有毒性的醌類物質(zhì)，阻礙昆蟲(chóng)進(jìn)一步取食[23-24]。毛紅等[25]研究發(fā)現(xiàn)，抗性棉花品種受牧草盲蝽危害后PPO活性上升速率大于感蟲(chóng)品種。曾永三等[26]研究證明，PPO可以通過(guò)參與植物木質(zhì)素的合成提高植物抗蟲(chóng)性。本研究也發(fā)現(xiàn)，綠豆抗、感品種受豆蚜危害后PPO活性上升，且抗蟲(chóng)品種極顯著高于感蟲(chóng)品種。APX是一種葉綠體中通過(guò)催化AsA-GSH循環(huán)解毒過(guò)氧化氫的關(guān)鍵酶，在GR(黃素蛋白氧化還原酶)的參與下可以有效地清除活性氧自由基，減輕自由基對(duì)植物的毒害，從而提高植物的抗逆性[27]。寇江濤等[28]研究發(fā)現(xiàn)，APX活性與苜蓿對(duì)薊馬的抗性密切相關(guān)，但本研究中，抗、感綠豆品種受豆蚜危害后，APX活性雖均上升，但變化不顯著。

綜上所述，對(duì)豆蚜脅迫后抗、感綠豆品種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和保護(hù)酶活性變化的測(cè)定表明，抗蟲(chóng)植株可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、CAT活性及PPO活性的變化與綠豆抗蚜性相關(guān)，但本研究只進(jìn)行了盆栽接蟲(chóng)試驗(yàn)，缺少田間自然條件下不同抗性品種自然感蟲(chóng)后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和保護(hù)酶變化規(guī)律的研究，因此，需要進(jìn)一步進(jìn)行田間試驗(yàn)驗(yàn)證，以便為西部半干旱區(qū)綠豆田間豆蚜的綜合防治及害蟲(chóng)抑制劑的開(kāi)發(fā)提供可靠的理論依據(jù)。