不同番茄品種葉片理化性狀對南美番茄潛葉蛾寄主選擇性的影響

薛增昇, 王 韓, 張生存, 馬 力, 郄杏桃, 呂治燊,張東霞, 鄭衛(wèi)鋒, 閆喜中,*, 郝 赤,*

(1. 山西農業(yè)大學植物保護學院, 太谷 030801; 2. 山西省植物保護植物檢疫中心, 太原 030001)

南美番茄潛葉蛾Tutaabsoluta屬鱗翅目(Lepidoptera)麥蛾科(Gelechiidae),又名番茄麥蛾、番茄潛麥蛾或番茄潛葉蛾(Povolny, 1994; 馬菲等, 2011)。南美番茄潛葉蛾起源于南美洲西部的秘魯,20世紀50年代以來一直是南美洲國家露地和保護地番茄的重要害蟲(Desneuxetal., 2010)。2006年傳入西班牙(Urbanejaetal., 2007),隨后迅速遍布歐洲各國并快速擴散至亞洲和非洲大陸(Desneuxetal., 2010, 2011)。截至2017年5月,該蟲已在包括南美洲、歐洲、非洲、中美洲、亞洲在內的85個國家/地區(qū)發(fā)生和22個國家/地區(qū)疑似發(fā)生(Biondietal., 2018; 張桂芬等, 2018)。2017年8月在我國新疆地區(qū)首次監(jiān)測到南美番茄潛葉蛾(張桂芬等, 2019),之后迅速向我國其他地區(qū)擴散,對我國番茄產業(yè)造成嚴重威脅。

南美番茄潛葉蛾主要危害茄科植物,尤其嗜食番茄,包括鮮食番茄和加工番茄;該蟲還可危害馬鈴薯、茄子、甜椒、煙草和人參果等茄科作物(Desneuxetal., 2010)。南美番茄潛葉蛾主要以幼蟲進行危害,可以在番茄植株的任一發(fā)育階段和任一地上部位進行危害(張桂芬等, 2018)。幼蟲一經孵化便潛入寄主植物組織中,取食葉肉,并在葉片上形成細小的潛道,通常早期不易被發(fā)現(xiàn),隱蔽性極強;當蟲口密度比較高、幼蟲齡期比較大時,還可蛀食頂梢、腋芽、嫩莖以及幼果。在該蟲發(fā)生地,倘若不予防治或防治不及時,將造成80%～100%的番茄產量損失(Desneuxetal., 2010),對當?shù)胤旬a業(yè)造成毀滅性打擊。

番茄是世界上重要的蔬菜作物,全球年總產量達1.7億噸,在蔬菜作物中位居首位(李君明等, 2021)。不同番茄品種由于其理化性狀的不同也造就了其抗蟲能力的差異。例如研究人員發(fā)現(xiàn),南美番茄潛葉蛾在不同番茄品種上的生命表參數(shù)有顯著差異,其更喜歡取食對其敏感性較弱的番茄品種(Gharekhani and Salek-Ebrahimi, 2014;Cekin and Yasar, 2015);同時也有研究表明不同番茄品種上的南美番茄潛葉蛾種群豐度也有差異(El-Kadyetal., 2018),然而,最近的一項研究表明不同番茄品種對南美番茄潛葉蛾產卵選擇性影響不顯著(Sawadogoetal., 2022)。我國是鮮食和加工番茄生產大國,鮮食番茄產量穩(wěn)居世界第一,加工番茄產量位居世界第二或者第三(李君明等, 2021)。我國番茄有許多栽培品種,而國內關于不同番茄品種葉片理化性狀對南美番茄潛葉蛾寄主選擇性影響的研究還鮮有報道。千禧、大粉、大黑、小綠和黃矮生5個番茄品種在我國種植廣泛且理化性狀差異顯著,因此,本研究以南美番茄潛葉蛾為研究對象,測試了南美番茄潛葉蛾對千禧、大粉、大黑、小綠和黃矮生5個番茄品種葉片的取食選擇性和產卵選擇性,并檢測了5個番茄品種葉片的理化性狀,最后分析了南美番茄潛葉蛾寄主選擇性與番茄葉片理化性狀的內在聯(lián)系,為番茄抗蟲品種選育以及南美番茄潛葉蛾的綠色精準防控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

南美番茄潛葉蛾采自山西省晉中市太谷區(qū)申奉村試驗田(37°25′51.7584″N, 12°36′16.362″E),并在山西農業(yè)大學昆蟲神經行為與感官生物學實驗室飼養(yǎng)3代以上,飼養(yǎng)溫度為(25±1) ℃,相對濕度為65%,光周期為16L∶8D。將幼蟲養(yǎng)到3齡用于取食選擇性測定。將蛹區(qū)分雌雄之后分裝于干凈指型管中,每個指型管分裝1頭蛹,待其羽化后用于產卵選擇性測定。

1.2 供試植物

5個番茄品種(千禧、大粉、大黑、小綠和黃矮生)種苗均購自山東壽禾種業(yè)有限公司,并放置于山西農業(yè)大學昆蟲神經行為與感官生物學實驗室培養(yǎng),培養(yǎng)溫度為(25±1) ℃,相對濕度為65%,光周期為16L∶8D,待其長到40 cm時用于試驗。

1.3 南美番茄潛葉蛾取食選擇性測定

參照趙瑞等(2022)的方法,采用葉碟法測定南美番茄潛葉蛾幼蟲對千禧、大粉、大黑、小綠和黃矮生5個番茄品種葉片的取食選擇性。在同一時間剪取5個番茄品種植株中層嫩度一致的健康葉片,將各番茄品種葉片葉柄用帶水脫脂棉包住保濕,隨機排放在鋪有網格紙且直徑為20 cm的玻璃培養(yǎng)皿(均分為5個區(qū)域)中圍成一圈,中心放置一個直徑為5 cm的培養(yǎng)皿,將饑餓處理12 h后的3齡幼蟲接入培養(yǎng)皿中,分別于接蟲后6, 12, 24 和48 h時觀察記錄各品種番茄葉片區(qū)域內的蟲口數(shù)量,計算取食選擇率,取食選擇率(%)=(各品種番茄葉片區(qū)域內的蟲口數(shù)量÷培養(yǎng)皿內蟲口總數(shù))×100,并使用網格法統(tǒng)計48 h時的取食面積,即將被取食過的各品種番茄葉片放在長×寬=1 mm×1 mm的網格紙上,畫出取食面積,進而通過網格數(shù)量估算取食面積。每個處理30頭幼蟲,3次生物學重復。

1.4 南美番茄潛葉蛾產卵選擇性測定

參照梅文娟等(2021)的方法,采用籠罩法測定南美番茄潛葉蛾對5個番茄品種的產卵選擇性。選取5個番茄品種長勢一致的番茄苗各1盆,隨機放入養(yǎng)蟲籠(長×寬×高=50 cm×50 cm×50 cm)內,記錄每個養(yǎng)蟲籠中各番茄品種擺放的具體位置,將羽化48 h且未交配的南美番茄潛葉蛾成蟲雌雄各30頭逐一從籠門小心釋放到養(yǎng)蟲籠內任其自由擴散。接蟲后緊閉籠門,以防成蟲逃逸,分別在接蟲后24, 48和72 h時記錄每株植物上的產卵量和葉片數(shù)量,試驗重復3次。

1.5 番茄葉片化學性狀測定

采用比色法測定番茄葉片的化學性狀。

1.5.1含水量:分別稱取0.1 g(準確至0.001 g)去除葉中脈的各品種中層番茄葉片放到已烘干并稱重的烘皿中,置于103 ℃烘箱內(皿蓋打開斜至皿邊),加熱4 h,加蓋取出,于干燥器內自然冷卻至室溫稱重。再置于烘箱內加熱1 h,冷卻后稱重,重復加熱1 h后稱重,直至樣品達到恒定重量(前后兩次重量差≤0.005 g,以最小重量為準),每處理重復3次。

1.5.2可溶性糖含量:稱取0.1 g去除葉中脈的各品種中層番茄葉片置于1.5 mL離心管中,加入1 mL蒸餾水研磨成勻漿,沸水浴10 min(蓋緊,以防止水分散失),冷卻后,8 000 g常溫離心10 min,取上清液于1.5 mL離心管中,按照生工生物工程股份有限公司植物可溶性糖含量檢測試劑盒(D799391-0050)說明書進行操作,使用上海元析儀器有限公司生產的UV-5500紫外分光光度計在620 nm處測定吸光值,利用標準曲線法計算各番茄品種葉片可溶性糖含量,試驗重復3次。

1.5.3蛋白質含量:稱取0.1 g去除葉中脈的各品種中層番茄葉片置于1.5 mL離心管中,加入1 mL蒸餾水研磨成勻漿,8 000 g常溫離心10 min,取上清液于1.5 mL離心管中,按照生工生物工程股份有限公司BCA法蛋白質濃度測定試劑盒(C503021)說明書進行操作,使用上海元析儀器有限公司生產的UV-5500紫外分光光度計在562 nm處測定吸光值,利用標準曲線計算各番茄品種葉片蛋白質含量。設置3次生物學重復3次。

1.5.4氨基酸含量:稱取0.1 g去除葉中脈的各品種中層番茄葉片置于1.5 mL離心管中,加入1 mL試劑1研磨成勻漿,置于沸水浴提取15 min;自來水冷卻后,10 000 r/min 4 ℃離心10 min,取上清液于1.5 mL離心管,按照生工生物工程股份有限公司氨基酸(AA)含量檢測試劑盒(D799583-0050)進行操作,使用上海元析儀器有限公司生產的UV-5500紫外分光光度計在570 nm處測定吸光值。設置3次生物學重復。

1.6 番茄葉片物理性狀測定

采用網格法和比色法測定番茄葉片的物理性狀。

1.6.1葉片面積:在同一時間分別剪取5個番茄品種上、中和下層嫩度一致的番茄葉片,用網格法測量葉片面積,即將各品種番茄葉片放在1 mm×1 mm的網格紙上,畫出葉片面積,通過網格數(shù)量估算葉片面積,最終取3個部位葉片面積的均值。設置3次生物學重復。

1.6.2葉片絨毛密度:在同一時間分別在5個番茄品種上、中、下層嫩度一致的番茄葉片上取1 cm×1 cm的葉片面積,在高倍體視鏡下觀察記錄絨毛數(shù)量,最終取3個部位絨毛數(shù)量的均值。設置3次生物學重復。

1.6.3葉綠素含量:剪取5個番茄品種中層新鮮葉片,蒸餾水清洗干凈后用濾紙吸干表面水汽,然后去掉葉中脈后在避光條件下液氮研磨成粉末,稱取0.1 g植物葉片粉末,按照南京建成生物工程研究所植物葉綠素試劑盒(A147-1-1)說明書進行操作,使用上海元析儀器有限公司生產的UV-5500紫外分光光度計分別在645和663 nm處讀取吸光度值。設置3次生物學重復。

1.7 數(shù)據(jù)分析

參照劉歡等(2021)的方法,利用Pearson法對南美番茄潛葉蛾幼蟲取食選擇率和成蟲產卵量與不同番茄品種理化性狀進行相關性分析。數(shù)據(jù)初步整理使用Excel 2019,采用SPSS 24進行差異顯著性分析和Pearson相關性分析,利用Graphpad Prism 9和ChiPlot(https:∥www.chiplot.online/)進行圖形繪制。

2 結果

2.1 南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲對不同番茄品種的取食選擇性

南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲對千禧、大粉、大黑、小綠和黃矮生5個番茄品種葉片的取食選擇性結果表明:在取食6 h時,南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲對大粉和千禧番茄葉片的取食選擇率均在32%～33%之間,顯著高于對其他3個番茄品種葉片的取食選擇率(P<0.05),對其他3個番茄品種葉片的取食選擇率都小于20%,從高到低依次為:大黑>小綠>黃矮生; 在取食12 h時, 南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲對大粉和千禧番茄葉片的取食選擇率在 27%～30%之間,顯著高于對其他3個番茄品種葉片的取食選擇率(P<0.05),對其他3個番茄品種葉片的取食選擇率都小于20%,從高到低依次為:大黑>小綠>黃矮生;在取食24 h時,南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲對大粉和千禧番茄葉片取食選擇率在34%～38%之間,顯著高于對其他3個番茄品種葉片的取食選擇率(P<0.05),對其他3個番茄品種葉片的取食選擇率都小于20%,從高到低依次為:大黑>小綠>黃矮生;在取食48 h時,南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲對大粉和千禧番茄葉片的取食選擇率與取食24 h時保持一致,顯著高于對其他3個番茄品種葉片的取食選擇率(P<0.05),對其他3個番茄品種葉片的取食選擇率都小于20%,從高到低依次為:大黑>小綠>黃矮生。對于千禧和大粉番茄來說,隨著取食時間的增加,南美番茄潛葉蛾幼蟲對葉片取食選擇率整體呈上升趨勢;對于小綠和黃矮番茄來說,隨著取食時間的增加,南美番茄潛葉蛾幼蟲對葉片取食選擇率整體呈下降趨勢;對于大黑番茄來說,隨著取食時間的增加,南美番茄潛葉蛾幼蟲對葉片取食選擇率基本保存不變(圖1)。

圖1 南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲在不同時間段對不同番茄品種葉片的取食選擇率Fig. 1 Feeding selection rates of the 3rd instar larvae of Tuta absoluta to the leaves of different tomato varieties in different time periods圖中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤;折線上不同字母表示在同一時間不同番茄品種差異顯著(P<0.05, Duncan氏檢驗)。Data in the figure are mean±SE. Different letters above the broken lines indicate significant difference among tomato varieties at the same time (P<0.05, Duncan’s test)

南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲在取食48 h時對千禧、大粉、大黑、小綠和黃矮生5個番茄品種葉片的取食面積測定結果表明:南美番茄潛葉蛾幼蟲在48 h時對大粉番茄葉片取食面積最大,為(156.67±6.67) mm2,與對小綠和黃矮生番茄葉片的取食面積[分別為(46.67±8.82)和(23.33±6.67) mm2]差異顯著(P<0.05),但與對千禧和大黑番茄葉片的取食面積[分別為(133.33±13.33)和(116.67±12.02) mm2]差異不顯著(P>0.05)(圖2)。

圖2 南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲在取食48 h時對不同番茄品種葉片的取食面積Fig. 2 Consumed area of the 3rd instar larvae of Tuta absoluta on the leaves of different tomatovarieties at 48 h after feeding圖中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤;柱上不同字母表示同一參數(shù)在不同番茄品種間差異顯著(P<0.05, Duncan氏檢驗)。圖4和5同。Data in the figure are mean±SE. Different letters above bars represent significant difference in the same parameter among different tomato varieties (P<0.05, Duncan’s test). The same for Figs.4 and 5.

2.2 南美番茄潛葉蛾成蟲對不同番茄品種的產卵選擇性

南美番茄潛葉蛾成蟲對千禧、大粉、大黑、小綠和黃矮生5個番茄品種葉片的產卵選擇性結果表明:在產卵24 h時,南美番茄潛葉蛾成蟲在大黑番茄每葉片上的產卵量為(7.53±0.73)粒,顯著高于在其他番茄品種每葉片上的產卵量(P<0.05),在其他番茄品種每葉片上的產卵量從高到低依次為: 千禧[(2.58±1.18)粒]>大粉[(2.22±0.91)粒]>黃矮生[(1.50±0.15)粒]>小綠[(1.08±0.20)粒];在產卵48 h時,南美番茄潛葉蛾成蟲在大黑番茄每葉片上的產卵量[(10.83±0.58)粒]顯著高于在其他番茄品種每葉片上的產卵量(P<0.05),在其他番茄品種每葉片上的產卵量從高到低依次為:黃矮生[(5.30±0.70)粒]>千禧[(3.80±0.20)粒]>大粉[(3.52±1.03)粒]>小綠[(3.40±0.06)粒];在產卵72 h時,南美番茄潛葉蛾成蟲在大黑番茄每葉片上的產卵量為(12.55±0.95)粒,顯著高于在其他番茄品種每葉片上的產卵量(P<0.05),在其他番茄品種的每葉片上的產卵量從高到低依次為:黃矮生[(5.90±0.10)粒]>大粉[(4.85±0.78)粒]>千禧[(4.83±0.43)粒]>小綠[(3.89±0.11)粒];隨著產卵時間增加,南美番茄潛葉蛾成蟲在各個番茄品種每葉片上的產卵量都呈現(xiàn)上升趨勢(圖3)。

圖3 南美番茄潛葉蛾成蟲在不同時間段在不同番茄品種每葉片上的產卵量Fig. 3 Numbers of eggs laid by Tuta absoluta adults on per leaf of different tomato varieties in different time periods圖中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤;柱上不同字母表示在同一時間不同番茄品種間差異顯著(P<0.05, Duncan氏檢驗)。Data in the figure are mean±SE. Different letters above bars indicate significant difference among different tomato varieties at the same time (P<0.05, Duncan’s test)

2.3 不同番茄品種葉片的化學性狀

千禧、大粉、大黑、小綠和黃矮生5個番茄品種葉片的化學性狀結果顯示:黃矮生番茄葉片含水量(89.49%±0.33%)顯著高于其他番茄品種葉片含水量(P<0.05),其他番茄品種葉片含水量從高到低依次為:大粉(87.63%±0.45%)>小綠(85.66%±0.64%)>千禧(84.97%±0.65%)>大黑(84.31%±0.17%)(圖4: A);千禧番茄葉片可溶性糖含量[(0.22±0.04) mg/mL]顯著高于其他番茄品種葉片可溶性糖含量(P<0.05),其他番茄品種葉片可溶性糖含量從高到低依次為:大黑[(0.11±0.04) mg/mL]>大粉[(0.10±0.03) mg/mL]>小綠[(0.06±0.02) mg/mL]=黃矮生[(0.06±0.03) mg/mL](圖4: B);黃矮生番茄葉片蛋白質含量最高,為(309.80±12.77) μg/mL,顯著高于小綠、大粉和千禧番茄葉片蛋白質含量[分別為(222.67±4.51), (209.70±30.11)和(164.21±11.12) μg/mL](P<0.05),但是與大黑[(247.55±23.96) μg/mL]葉片蛋白質含量差異不顯著(P>0.05)(圖4: C);不同番茄品種葉片氨基酸含量差異不顯著(P>0.05),各番茄品種葉片氨基酸含量從高到低依次為:大黑[(46.00±3.31) μmol/mL]>小綠[(43.30±4.87) μmol/mL] >千禧[(37.56±3.83) μmol/mL]>黃矮生[(36.85±3.43) μmol/mL]>大粉[(32.30±3.46) μmol/mL](圖4: D)。

2.4 不同番茄品種葉片的物理性狀

千禧、大粉、大黑、小綠和黃矮生5個番茄品種葉片的面積、茸毛密度、葉綠素a含量、葉綠素b含量及總葉綠素含量5個物理性狀的測試結果表明:黃矮生番茄葉片面積最大,為(481.33±48.31) mm2,顯著高于小綠番茄葉片面積[(314.56±36.39) mm2](P<0.05),但是與大黑、千禧和大粉番茄葉片面積[分別為(407.11±25.58), (384.67±57.10)和(376.78±36.22) mm2]差異不顯著(P>0.05)(圖5: A); 大粉番茄葉片茸毛密度最大, 為(216.89±27.90)根/cm2,顯著高于大黑番茄葉片茸毛密度[(112.22±13.14)根/cm2](P<0.05),但是與黃矮生、千禧和小綠番茄葉片茸毛密度[分別為(177.22±11.35), (167.78±18.02)和(155.44±21.96)根/cm2]差異不顯著(P>0.05)(圖5: B);大黑番茄葉片葉綠素a含量最高,為(1.12±0.00) mg/g, 顯著高于大粉番茄葉片葉綠素a含量[(1.05±0.00) mg/g](P<0.05),但與千禧、黃矮生和小綠番茄葉片葉綠素a含量[分別為(1.10±0.00) , (1.09±0.02)和(1.07±0.03)]差異不顯著(P>0.05);大黑番茄葉片葉綠素b含量[(0.99±0.05) mg/g]顯著高于其他番茄品種葉片葉綠素b含量(P<0.05),其他番茄品種葉片葉綠素b含量從高到低依次為:千禧[(0.71±0.03) mg/g]>小綠[(0.68±0.10) mg/g]>黃矮生[(0.66±0.07) mg/g]>大粉[(0.57±0.01) mg/g]; 大黑番茄葉片總葉綠素含量[(2.13±0.04) mg/g]顯著高于其他番茄品種葉片總葉綠素含量(P<0.05),其他番茄品種葉片總葉綠素含量從高到低依次為:千禧[(1.83±0.02) mg/g]>小綠[(1.77±0.14) mg/g]>黃矮生[(1.76±0.08) mg/g]>大粉[(1.63±0.03) mg/g](圖5: C)。

圖5 不同番茄品種葉片的物理性狀Fig. 5 Physical characteristics of the leaves of different tomato varietiesA: 不同番茄品種葉片面積Leaf area of different tomato varieties; B: 不同番茄品種葉片茸毛密度Leaf pubescence density of different tomato varieties; C: 不同番茄品種葉片葉綠素含量 Leaf chlorophyll contents of different tomato varieties.

2.5 南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲取食選擇率與不同番茄品種葉片理化性狀的關系

利用Pearson法對南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲取食選擇率與不同番茄品種葉片理化性狀進行的相關性分析結果表明:在取食6 h時,南美番茄潛葉蛾幼蟲取食選擇率與不同番茄品種葉片可溶性糖含量(r=0.75,P=0.144)和葉片茸毛密度(r=0.34,P=0.571)呈非顯著正相關,與葉片含水量(r=-0.35,P=0.558)、蛋白質含量(r=-0.81,P=0.098)、氨基酸含量(r=-0.44,P=0.457)、葉片面積(r=-0.27,P=0.664)、葉綠素a含量(r=-0.15,P=0.808)、葉綠素b含量(r=-0.12,P=0.854)及總葉綠素含量(r=-0.12,P=0.845)呈非顯著負相關;在取食12 h時,南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲取食選擇率與不同番茄品種葉片蛋白質含量(r=-0.89,P=0.041)呈顯著負相關,與葉片可溶性糖含量(r=0.63,P=0.254)和葉片茸毛密度(r=0.29,P=0.633)呈非顯著正相關,與葉片含水量(r=-0.48,P=0.410)、氨基酸含量(r=-0.30,P=0.622)、葉片面積(r=-0.56,P=0.330)、葉綠素a含量(r=-0.28,P=0.650)、葉綠素b含量(r=-0.12,P=0.848)及總葉綠素含量(r=-0.14,P=0.816)呈非顯著負相關;在取食24 h時,南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲取食選擇率與不同番茄品種葉片可溶性糖含量(r=0.80,P=0.102)和葉片茸毛密度(r=0.33,P=0.592)呈非顯著正相關,與葉片含水量(r=-0.33,P=0.588)、蛋白質含量(r=-0.77,P=0.124)、氨基酸含量(r=-0.46,P=0.441)、葉片面積(r=-0.16,P=0.792)、葉綠素a含量(r=-0.07,P=0.909)、葉綠素b含量(r=-0.09,P=0.884)及總葉綠素含量(r=-0.09,P=0.886)呈非顯著負相關;在取食48 h時,南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲取食選擇率與不同番茄品種葉片可溶性糖含量(r=0.72,P=0.172)和葉片茸毛密度(r=0.39,P=0.519)呈非顯著正相關,與葉片含水量(r=-0.27,P=0.660)、蛋白質含量(r=-0.73,P=0.157)、氨基酸含量(r=-0.50,P=0.390)、葉片面積(r=-0.17,P=0.785)、葉綠素a含量(r=-0.16,P=0.800)、葉綠素b含量(r=-0.14,P=0.829)及總葉綠素含量(r=-0.13,P=0.822)呈非顯著負相關(圖6)。

圖6 南美番茄潛葉蛾3齡幼蟲在不同時間的取食選擇率與不同番茄品種葉片理化性狀相關性分析Fig. 6 Correlation analysis between the feeding selection rates of the 3rd instar larvae of Tuta absoluta at different time and the physical and chemical characteristics of the leaves of different tomato varieties圖中星號代表顯著相關(*0.01

2.6 南美番茄潛葉蛾成蟲在每葉片上的產卵量與不同番茄品種葉片理化性狀的關系

利用Pearson法對南美番茄潛葉蛾成蟲產卵量與不同番茄品種葉片理化性狀進行的相關性分析結果表明:在產卵24 h時,南美番茄潛葉蛾成蟲在每葉片上的產卵量與不同番茄品種葉片可溶性糖含量(r=0.18,P=0.770)、氨基酸含量(r=0.46,P=0.440)、面積(r=0.13,P=0.832)、葉綠素a含量(r=0.59,P=0.292)、葉綠素b含量(r=0.82,P=0.086)及總葉綠素含量(r=0.80,P=0.101)呈非顯著正相關,與葉片含水量(r=-0.54,P=0.346)、蛋白質含量(r=-0.01,P=0.992)和茸毛密度(r=-0.59,P=0.295)呈非顯著負相關;在產卵48 h時,南美番茄潛葉蛾成蟲在每葉片上的產卵量與不同番茄品種葉片葉綠素b含量(r=0.92,P=0.028)和總葉綠素含量(r=0.91,P=0.031)呈顯著正相關,與葉片蛋白質含量(r=0.36,P=0.546)、氨基酸含量(r=0.65,P=0.235)、面積(r=0.35,P=0.558)及葉綠素a含量(r=0.77,P=0.128)呈非顯著正相關,與葉片含水量(r=-0.38,P=0.525)、可溶性糖含量(r=-0.06,P=0.920)和茸毛密度(r=-0.78,P=0.120)呈非顯著負相關;在產卵72 h時,南美番茄潛葉蛾成蟲在每葉片上的產卵量與不同番茄品種葉片葉綠素b含量(r=0.91,P=0.034)和總葉綠素含量(r=0.90,P=0.039)呈顯著正相關,與葉片蛋白質含量(r=0.29,P=0.631)、氨基酸含量(r=0.60,P=0.284)、面積(r=0.33,P=0.589)和葉綠素a含量(r=0.74,P=0.152)呈非顯著正相關, 與葉片含水量(r=-0.41,P=0.493)、 可溶性糖含量(r=-0.01,P=0.991)和茸毛密度(r=-0.74,P=0.155)呈非顯著負相關(圖7)。

圖7 南美番茄潛葉蛾成蟲在不同時間段在每葉片上的產卵量與不同番茄品種葉片理化性狀相關性分析Fig. 7 Correlation analysis between the numbers of eggs laid by Tuta absoluta adults on per leaf in different time periods and the physical and chemical characteristics of the leaves of different tomato varieties

3 討論

在長期的協(xié)同進化過程中,植食性昆蟲與寄主植物形成了相互適應的生存策略。對于植食性昆蟲而言,憑借其自身靈敏的嗅覺、味覺、視覺、觸覺等感覺器官的綜合作用進行寄主植物的選擇(Sunetal., 2012; Britoetal., 2016)。對于寄主植物而言,則演化出了抵御植食性昆蟲攻擊的防御策略,這些策略可以是物理性狀的改變,例如葉片面積、葉片茸毛密度以及葉片顏色等等(Charles-Dominiqueetal., 2017; Liuetal., 2017; Belete, 2018),當然也可以是化學成分的改變,例如營養(yǎng)物質、次生代謝物以及植物激素等等(Mith?fer and Boland, 2012; Bruce, 2015; Belete, 2018)。自從農業(yè)出現(xiàn)以來,由于人類對農作物的馴化,影響了農作物的物理性狀和化學成分,在一定程度上改變了植物-昆蟲-天敵的三級營養(yǎng)關系,造成了同種植物不同品種對有害生物抗性的差異(Barrios-Masias and Jackson, 2014; Fentik, 2017)。

在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)南美番茄潛葉蛾對不同品種番茄葉片取食選擇性和產卵選擇性均有明顯差異(圖1, 3),這在其他昆蟲的研究中也得到了證實,如葛超美等(2018)的研究表明灰茶尺蠖Ectropisgrisescens對不同茶樹品種的取食選擇性有顯著差異;Li等(2012)的研究表明,相較于野生煙草品種,斜紋葉蛾Spodopteralitura更喜歡在栽培煙草品種上產卵。但出乎我們意料的是南美番茄潛葉蛾幼蟲取食選擇性與成蟲產卵選擇性結果并不一致,可能是由于南美番茄潛葉蛾幼蟲在進行取食選擇時味覺系統(tǒng)起到主導作用(Yangetal., 2021),而南美番茄潛葉蛾成蟲在進行產卵選擇時嗅覺系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)起到主導作用(Liuetal., 2020),所以即使是同種昆蟲,在不同發(fā)育階段味覺系統(tǒng)、嗅覺系統(tǒng)及視覺系統(tǒng)對同種寄主植物的感知也存在一定的差異。

隨后,我們測試了不同番茄品種葉片的理化性狀(圖4, 5),并分析了南美番茄潛葉蛾幼蟲取食選擇率與不同番茄品種葉片理化性狀的相關性,發(fā)現(xiàn)在取食12 h時,南美番茄潛葉蛾幼蟲取食選擇率與不同番茄品種葉片蛋白質含量呈顯著負相關,與葉片含水量、可溶性糖含量、氨基酸含量、面積、茸毛密度、葉綠素a含量、葉綠素b含量和總葉綠素含量沒有顯著相關性,且在其他取食時間段南美番茄潛葉蛾幼蟲取食選擇率與不同番茄品種葉片理化性狀均沒有顯著相關性(圖6),這表明南美番茄潛葉蛾幼蟲更偏向取食蛋白質含量低的番茄葉片,這與地紅蝽Pyrrhocoristibialis和杜鵑冠網蝽Stephanitispyriodes喜食蛋白質含量低的寄主植物的研究結果(段宇杰等, 2020; 趙瑞等, 2022)相似,而且在前12 h南美番茄潛葉蛾幼蟲取食時間越長,其取食選擇率與葉片蛋白質含量的負相關顯著性越大,造成這種情況的原因可能是昆蟲的取食誘導了植物抗蟲蛋白的表達(McKenzieetal., 2002),而這種由多種抗蟲蛋白組成的防御網絡是植物抵御昆蟲攝食的重要機制(Fink and Scandalios, 2002; Rubioetal., 2002)。

植食性昆蟲產卵選擇常與其自身或后代營養(yǎng)需求密切相關,在一定程度上反映了昆蟲與植物的相互作用關系(欽俊德和王琛柱, 2001; 梅文娟等, 2021)。在本研究中我們發(fā)現(xiàn)在產卵48和72 h時,南美番茄潛葉蛾成蟲產卵量與不同番茄品種葉片葉綠素b含量和總葉綠素含量呈顯著正相關,與葉片含水量、可溶性糖含量、蛋白質含量、氨基酸含量、面積、茸毛密度和葉綠素a含量無顯著相關性(圖6),這表明南美番茄潛葉蛾雌性成蟲更喜歡在葉綠素含量高的寄主植物上產卵,這在植食性昆蟲界是一個普遍的現(xiàn)象,目前已有大量的研究為這一結論提供了充分的證據(jù),例如雒珺瑜等(2011)的研究表明綠盲蝽Polyguslucorum寄主選擇行為與棉花葉片葉綠素含量呈顯著正相關;劉晨曦(2004)的研究表明南美斑潛蠅Liriomyzahuidobrensis更喜歡寄生顏色濃綠的寄主植物葉片;Anjani等(2017)和戴小華等(2011)的研究表明,對于三葉草斑潛蠅Liriomyzatrifolii來說綠葉型的蓖麻是高感品種,而紫葉型的蓖麻則是抗性品種。造成這種情況的原因主要有兩方面:一是視覺在昆蟲產卵選擇過程中發(fā)揮著極其重要的作用(Reeves, 2011),南美番茄潛葉蛾對綠色有顯著趨性(張桂芬等, 2021);二是葉綠素是綠色植物的主要光受體,在植物光合作用中舉足輕重,植物中葉綠素的含量在一定程度上反映了植物合成有機化合物的能力(Banu and Yadav, 2022),所以昆蟲可能為最大限度保證后代的生存,優(yōu)先將卵產在葉綠素含量豐富的寄主植物上(Jaenike, 1978),此外,也有研究表明,植物在受到昆蟲取食之后葉綠素含量會有顯著降低(Rostamietal., 2020),這可能是植物逃避昆蟲再次為害的重要防御策略。

總之,本研究初步探討了不同番茄品種葉片理化性狀對南美番茄潛葉蛾幼蟲取食選擇行為以及成蟲產卵行為的影響,發(fā)現(xiàn)南美番茄潛葉蛾幼蟲取食選擇性主要與寄主植物蛋白質含量有關,成蟲產卵選擇性主要與寄主植物葉綠素含量有關,為深入探究不同番茄品種對南美番茄潛葉蛾的抗生性奠定了理論基礎。但是植物抗蟲機制非常復雜,后續(xù)我們將進一步研究不同番茄品種揮發(fā)性物質、次生代謝物以及葉片防御酶對南美番茄潛葉蛾寄主選擇行為的影響,并探究相關分子機制,以期為昆蟲-植物協(xié)同進化及番茄抗蟲品種選育提供新的參考。