無(wú)毛黃瓜抗蚜與葉片營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)關(guān)系的探究

雷關(guān)紅等

摘要：選取無(wú)毛黃瓜突變體、少毛黃瓜突變體以及有毛黃瓜‘山農(nóng)5號(hào)為試材，研究了接種蚜蟲(chóng)前后蚜蟲(chóng)數(shù)量及黃瓜葉片中4種重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的變化。結(jié)果表明：無(wú)毛黃瓜具有明顯的抗蚜性。與對(duì)照相比無(wú)毛黃瓜葉片中的含水量、可溶性糖、可溶性蛋白和游離氨基酸均較低，說(shuō)明缺乏必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是無(wú)毛黃瓜抗蚜的原因之一。

關(guān)鍵詞：無(wú)毛黃瓜；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；抗蚜

中圖分類號(hào)：S642.201文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2013）07-0095-05

蚜蟲(chóng)是世界范圍內(nèi)黃瓜上最主要的害蟲(chóng)之一，是同翅目昆蟲(chóng)中一個(gè)較大的類群，世界已知種類4 700余種^[1]。中國(guó)蚜蟲(chóng)種類資源豐富，已知1 000余種^[2]。蚜蟲(chóng)是重要的刺吸式口器害蟲(chóng)，可吸取植物韌皮部汁液，甚至可以使得韌皮部的營(yíng)養(yǎng)耗盡^[3]。50%的植物昆蟲(chóng)傳播病毒是由蚜蟲(chóng)傳播，排泄的蜜露孳生霉菌還可引發(fā)煙霉病^[4]。

無(wú)毛黃瓜首次報(bào)道于1964年，由Robinson利用物理輻射獲得，研究發(fā)現(xiàn)其具有抗瓜絹螟和溫室白粉虱的特性^[5]。曹辰興于1999年在黃瓜種質(zhì)資源研究中，從一華北型品種中發(fā)現(xiàn)了無(wú)毛黃瓜，經(jīng)自交，無(wú)毛性狀穩(wěn)定遺傳，該發(fā)現(xiàn)豐富了黃瓜的種質(zhì)資源^[6]。研究發(fā)現(xiàn)無(wú)毛黃瓜莖表面、葉正反面、葉柄、卷須、花柄、花萼均無(wú)毛，有光澤，表面光滑，無(wú)扎手感覺(jué)，果面無(wú)瘤刺。在幼苗第1片真葉出現(xiàn)時(shí)即可與普通有毛黃瓜苗區(qū)分。對(duì)無(wú)毛黃瓜莖葉表面皮毛性狀研究發(fā)現(xiàn)，其由一對(duì)核基因控制^[7]。在栽培實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，無(wú)毛黃瓜對(duì)蚜蟲(chóng)具有明顯的抗性。

在蟲(chóng)害的綜合治理防治中，選育和種植抗蟲(chóng)性比較強(qiáng)的黃瓜品種，利用品種的抗蟲(chóng)性來(lái)抵御蟲(chóng)害，是防治蟲(chóng)害最經(jīng)濟(jì)有效的措施之一。可以有效地減少對(duì)空氣、水和土壤污染的可能，減少農(nóng)藥在蔬菜產(chǎn)品中的殘留，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。所以加快研究和培育抗蟲(chóng)性黃瓜是防治黃瓜蟲(chóng)害的根本策略。本試驗(yàn)以無(wú)毛黃瓜、少毛黃瓜和普通有毛黃瓜‘山東5號(hào)為試驗(yàn)材料，統(tǒng)計(jì)瓜蚜數(shù)量以及葉片主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的變化，以期為無(wú)毛黃瓜抗蟲(chóng)機(jī)理的研究及選育抗蟲(chóng)黃瓜品種提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

田間試驗(yàn)于2012年2～6月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站溫室內(nèi)進(jìn)行，室內(nèi)試驗(yàn)在園藝中心試驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2試驗(yàn)材料

1.2.1供試品種無(wú)毛黃瓜、少毛黃瓜、普通有毛黃瓜‘山農(nóng)5號(hào)，均為曹辰興老師提供。

1.2.2供試蟲(chóng)源采自山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站黃瓜植株上自然發(fā)生的瓜蚜，在人工氣候室內(nèi)飼養(yǎng)繁殖，溫度（25±1）℃，相對(duì)濕度為65%。本試驗(yàn)選擇3 齡期的幼蟲(chóng)作為接種蟲(chóng)源。

1.2.3使用儀器和藥品規(guī)格日本島津公司生產(chǎn)的UV-2450型紫外分光光度計(jì)；寧波江南儀器廠生產(chǎn)的GXZ智能型光照培養(yǎng)箱；藥品均為分析純；蒽酮試劑規(guī)格G8400-25；3，5- 二硝基水楊酸規(guī)格G8600-25；考馬斯亮藍(lán)G-250 規(guī)格為Amresco。

1.3試驗(yàn)方法

三類型黃瓜種植于溫室里，日常管理同其它黃瓜。接種前整個(gè)溫室熏蟲(chóng)，于成株期（節(jié)位20左右）選取第4片葉接種蚜蟲(chóng)成蟲(chóng)30頭，罩60目防蟲(chóng)網(wǎng)，分別于第0、1、4、7、10、13天統(tǒng)計(jì)葉片上蚜蟲(chóng)數(shù)量，并取樣測(cè)定葉片中主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量。

對(duì)接種前后植株葉片中可溶性糖、游離氨基酸、可溶性蛋白的含量進(jìn)行測(cè)定，分別采用蒽酮法、茚三酮法、考馬斯亮蘭G-250 染色法。

2結(jié)果與分析

2.1蚜蟲(chóng)數(shù)量的變化

如圖1所示，3種類型黃瓜均接種瓜蚜30頭，第1天瓜蚜數(shù)量均增加，增加的多為成蟲(chóng)繁殖的若蚜；第2天3種類型黃瓜葉片上的蚜蟲(chóng)數(shù)量均減少，這可能是由于瓜蚜不能適應(yīng)新的環(huán)境造成瓜蚜死亡，其中無(wú)毛黃瓜上的蚜蟲(chóng)死亡率達(dá)到65%；從第3天開(kāi)始蚜蟲(chóng)群體數(shù)量開(kāi)始增加，第7～11天為蚜蟲(chóng)數(shù)量的快速增長(zhǎng)期，第11天后蚜蟲(chóng)數(shù)量增加變緩。在整個(gè)時(shí)期內(nèi)，無(wú)毛黃瓜上的蚜蟲(chóng)數(shù)量均為最低，普通有毛黃瓜上的蚜蟲(chóng)數(shù)量最高，而少毛黃瓜上的蚜蟲(chóng)數(shù)量居中。無(wú)毛黃瓜顯示出明顯的抗蟲(chóng)性。

2.2葉片含水量的變化

水分是蚜蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育中重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而葉片韌皮部汁液是蚜蟲(chóng)獲得水分的主要來(lái)源，水參與了蚜蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育繁殖等各個(gè)階段。如圖2所示，無(wú)毛黃瓜的含水量始終低于普通有毛黃瓜和少毛黃瓜。葉片含水量的不足會(huì)影響蚜蟲(chóng)的適口性，影響蚜蟲(chóng)取食葉片，進(jìn)一步影響蚜蟲(chóng)正常的生長(zhǎng)發(fā)育繁殖，從而影響蚜蟲(chóng)群體的發(fā)育。較低的葉片含水量可能是無(wú)毛黃瓜抗蟲(chóng)的原因之一。

2.3葉片可溶性蛋白含量的變化

葉片中的可溶性蛋白一方面是作為蚜蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育繁殖的重要物質(zhì)，蚜蟲(chóng)吸取植物汁液獲取蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身所必需的蛋白質(zhì)；另一方面葉片中的可溶性蛋白還包含防御性酶、毒性蛋白等，植物在受到蚜蟲(chóng)侵染后防御性酶活性會(huì)有不同程度的上升^[8]。從圖3可以看出，接種蚜蟲(chóng)3天內(nèi)，無(wú)毛黃瓜可溶性蛋白含量比有毛黃瓜和少毛黃瓜含量較低，這會(huì)降低蚜蟲(chóng)的適口性，使得無(wú)毛黃瓜葉片對(duì)蚜蟲(chóng)的吸引力下降。而從接種蚜蟲(chóng)第3天開(kāi)始，無(wú)毛黃瓜葉片中的可溶性蛋白含量持續(xù)上升，且從第8天始可溶性蛋白含量高于有毛黃瓜和少毛黃瓜，這可能是隨著蚜蟲(chóng)數(shù)量的增加，無(wú)毛黃瓜葉片中的防御性酶活性以及毒蛋白含量不斷增加，以減少蚜蟲(chóng)對(duì)黃瓜葉片的損傷。

2.4葉片游離氨基酸含量的變化

游離氨基酸是蚜蟲(chóng)吸食植物葉片韌皮部的主要含氮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，氨基酸含量的高低影響著蚜蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育繁殖。從圖4可以看出，無(wú)毛黃瓜總體上游離氨基酸總量低于有毛黃瓜和少毛黃瓜，但3種黃瓜葉片中的游離氨基酸總量區(qū)別不大。相對(duì)較低的游離氨基酸總量可能也是導(dǎo)致無(wú)毛黃瓜抗蚜的原因之一。

2.5葉片可溶性糖含量的變化

植物組織中含有過(guò)高或過(guò)低的可溶性糖都不利于昆蟲(chóng)^[9]的生長(zhǎng)和發(fā)育。植物中較高的可溶性糖含量會(huì)增加蚜蟲(chóng)排出碳水化合物的新陳代謝的壓力，而過(guò)低則會(huì)造成蚜蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)不良影響蚜蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育。從圖5中可以看到，無(wú)毛黃瓜葉片可溶性糖含量比山農(nóng)5號(hào)可溶性糖含量低，必然影響蚜蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。因此，可溶性糖含量低可能是無(wú)毛黃瓜具有抗蚜能力原因之一。

3結(jié)論與討論

3.1葉片表皮毛有無(wú)與抗蟲(chóng)之間的關(guān)系

昆蟲(chóng)與植物之間的相互作用首先發(fā)生于植物體表。植物體表是植物與其生物和物理環(huán)境之間的界面，是一個(gè)功能器官，其結(jié)構(gòu)的多樣化是植物遭受環(huán)境壓力多樣化的反映。許多特性是植物與昆蟲(chóng)相互作用的結(jié)果^[10]。 Robinson^[5]首次發(fā)現(xiàn)無(wú)毛黃瓜時(shí)便發(fā)現(xiàn)其具有抗瓜絹螟和溫室白粉虱的特性。de Ponti（1979）^[11]也介紹了在荷蘭提高鮮切黃瓜品種的光潔度是提高黃瓜控制溫室白粉虱的主要目標(biāo)。Elsey等（1982）^[12]認(rèn)為無(wú)毛黃瓜比短被柔毛黃瓜有更好的抗瓜絹螟特性。試驗(yàn)所用無(wú)毛黃瓜是由曹辰興從中國(guó)北方型品種中發(fā)現(xiàn)，栽培實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)其明顯的抗蚜蟲(chóng)和溫室白粉虱特性。

本試驗(yàn)中根據(jù)接種前后蚜蟲(chóng)數(shù)量的變化，可知，無(wú)毛黃瓜具有明顯的抗蚜性。 無(wú)毛黃瓜葉片的光滑特性、葉片無(wú)表皮毛以及葉片顏色可能是無(wú)毛黃瓜抗蚜的原因之一。在觀察中發(fā)現(xiàn)無(wú)毛黃瓜葉片上的蚜蟲(chóng)較難在葉片上產(chǎn)卵。并且由于缺乏表皮毛的保護(hù)，若蚜及成蚜更容易被天敵發(fā)現(xiàn)。無(wú)毛黃瓜葉片偏暗綠，普通有毛黃瓜黃綠，而蚜蟲(chóng)具有趨黃性。這些都有可能是無(wú)毛黃瓜具有抗蚜性的原因之一。如果無(wú)毛黃瓜結(jié)合一定的化學(xué)防治，可以降低農(nóng)藥使用量，降低黃瓜藥殘，減少環(huán)境污染，并且可以保護(hù)蚜蟲(chóng)天敵，保護(hù)生物多樣性。

3.2營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與抗蟲(chóng)之間的關(guān)系

對(duì)昆蟲(chóng)影響較大的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要有含水量、可溶性糖、游離氨基酸、可溶性蛋白、礦物質(zhì)等，缺乏必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可使昆蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)不平衡，必需元素缺乏，營(yíng)養(yǎng)障礙。同時(shí)植物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也可作為防御昆蟲(chóng)危害的生化物質(zhì)存在。昆蟲(chóng)取食與否前期與植物表層有很大關(guān)系，但最終確定宿主是依據(jù)韌皮部汁液的化學(xué)物質(zhì)。葉組織中可溶性碳水化合物和氨基酸的種類和數(shù)量決定植物對(duì)昆蟲(chóng)的抗性。

含水量低和纖維素多使昆蟲(chóng)的消化作用受到阻礙，同時(shí)也影響其對(duì)食物利用的程度。本試驗(yàn)中，無(wú)毛黃瓜的含水量最低，含水量過(guò)低會(huì)降低蚜蟲(chóng)取食的適口性，從而進(jìn)一步降低蚜蟲(chóng)群體數(shù)量的增加。這與李奕震等（2006）^[13]的研究一致。

目前，糖和誘導(dǎo)抗性之間的關(guān)系，不同的學(xué)者進(jìn)行的研究結(jié)果并不一致。有學(xué)者認(rèn)為，含糖量較高的植物，降低其抗蚜性^[14，15]，但也有學(xué)者認(rèn)為，糖含量越高的植物，抗性越強(qiáng)，反之越弱^[16]。而馬盾等（1994）^[17]報(bào)道，野生近緣種的小麥品種的含糖量與小麥抗麥長(zhǎng)管蚜和麥二叉蚜無(wú)關(guān)。在本項(xiàng)研究中，無(wú)毛黃瓜的糖含量低于普通有毛黃瓜和少毛黃瓜。較低的可溶性糖含量可導(dǎo)致植物的適口性降低，從而導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)缺乏，啟動(dòng)植物的防御反應(yīng)，對(duì)植食昆蟲(chóng)的取食起到阻礙的作用，導(dǎo)致其死亡。

蛋白質(zhì)是昆蟲(chóng)組織結(jié)構(gòu)的主要成分，昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖所必需的物質(zhì)。昆蟲(chóng)攝入蛋白質(zhì)形式的食物，并分解成各種氨基酸消化，然后由細(xì)胞內(nèi)的核糖核蛋白合成自己的蛋白質(zhì)。Chen等（2009）^[16]研究了玉米抗秋粘蟲(chóng)，結(jié)果表明蛋白量的升高可使得自交系的抗性增加，可能是由于更多的光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)換成防御性的化合物。Maltais等（1957）^[18]在研究豌豆糖含量和氮含量與豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum Harris）的抗性之間的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)：與抗性品種相比，易感品種含有較高的氮，含量較低的糖，這可能是由于抗性和敏感品種中C-N比例不同而導(dǎo)致的蚜蟲(chóng)攝食行為的差異；另一方面某些品種的豌豆抗蚜蟲(chóng)可能由于在體內(nèi)缺乏蚜蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育所必需的某些氨基酸，或某種必需氨基酸的含量低。王興亞等（2011）^[19]在研究蚜蟲(chóng)危害大豆時(shí)發(fā)現(xiàn)：較未受害的大豆葉片，受到蚜蟲(chóng)危害的大豆葉片中的蛋白質(zhì)含量明顯上升。王濤等（2011）^[20]和季春梅等（2011）^[8]在研究無(wú)毛黃瓜抗白粉虱和抗蚜機(jī)理過(guò)程中均發(fā)現(xiàn)次生代謝酶活性有所增加，次生代謝酶作為一種蛋白質(zhì)也參與影響昆蟲(chóng)的取食行為。在這項(xiàng)研究中，前期無(wú)毛黃瓜中的蛋白質(zhì)含量低于普通黃瓜，這導(dǎo)致蚜蟲(chóng)無(wú)法獲得足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)完成成長(zhǎng)和發(fā)育；而后期無(wú)毛黃瓜可溶性蛋白含量持續(xù)上升且高于有毛黃瓜和少毛黃瓜，則是由于無(wú)毛黃瓜產(chǎn)生了次生代謝酶、毒性蛋白等可溶性蛋白，抑制昆蟲(chóng)取食，從而抑制無(wú)毛葉片上蚜蟲(chóng)群體的發(fā)育。

參考文獻(xiàn)：

[1]Carol D， von Dohlen C A， Rowe O E H. A test of morphological hypotheses for tribal and subtribal relationships of Aphidinae （Insecta： Hemiptera： Aphididae） using DNA sequences[J]. Molecular Phylogenetics and Evolution， 2006，38（2）：316-329.

[2]Qiao G X， Zhang G X. Preliminary study of aphid diversity in China： taxonomic and geographic variation[A]. Aphids in a new millennium. Proceedings of the Sixth International Symposium on Aphids[C].2001，139-146.

[3]Moran P J， Cheng Y， Cassell J L， et al. Gene expression profiling of Arabidopsis thalianain compatible plant-aphid interactions[J]. Archives of Insect Biochemistry and Physiology， 2002，51（4）：182-203.

[4]Gao L， Anderson J， Klingler J， et al. Involvement of the octadecanoid pathway in bluegreen aphid resistance in Medicago truncatula[J]. Molecular Plant-Microble Interaction， 2007， 20（1）：82-93.

[5]Robinson R W，Mishanec W. A radiation-induced seedling marker gene for cucumbers[J].Veg. Imp. Nwsl.，1964，6：2.

[6]曹辰興，郭紅蕓.黃瓜突變新類型——無(wú)毛黃瓜[J].中國(guó)蔬菜，1999，4：29.

[7]曹辰興，張松，郭紅蕓. 黃瓜莖葉無(wú)毛性狀與果實(shí)瘤刺性狀的遺傳關(guān)系[J].園藝學(xué)報(bào)， 2001， 28 （6）：565-566.

[8]季春梅，曹辰興，雷關(guān)紅，等. 黃瓜誘導(dǎo)抗蚜性與次生代謝相關(guān)酶活性的關(guān)系[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，10：32-35.

[9]Koyama K， Mitsubashi J. Rearing of the white-backed planthopper，Sogatella furcifera Harvath （Homoptera：Delphacidae），on a synthetic diet [J]. Jap. J. appl. Entomol. Zool.， 1980，24：117-119.

[10]Jeffree C E. The cuticle， epicuticular wax and trichomes of plants， with reference to their structure， functions and evolution[A]. Juniper B，Southwood S R.In： Insects and the plant surface[C]. London： Edward Arnold Ltd， 1986，23-64.

[11]de Ponti O M B. Breeding glabrous cucumber varieties to improve the biological control of the glasshouse whitefly[J]. Cucurbit Genetic Cooperative，1979，2：5.

[12]Elsey K D， Wann E V. Differences in infestation of pubescent and glabrous forms of cucumber by pickleworms and melonworms[J]. HortScience，1982，17：253-254.

[13]李奕震， 鄭柱龍， 謝治芳. 板栗芽?jī)?nèi)化學(xué)物質(zhì)與抗栗癭蜂的關(guān)系[J].華東昆蟲(chóng)學(xué)報(bào)，2006，15（1）：13-16.

[14]周福才，陸自強(qiáng)，陳麗芳，等.小麥麥株內(nèi)可溶性糖與抗禾谷縊管蚜的關(guān)系[J].江蘇農(nóng)業(yè)研究，1999，20（2）：60-63.

[15]Havlickova H， Cvikrova M， Eder J. Changes in the pattern of phenolic acids induced by aphids indestation in two winter wheat cultivars[J]. Bulletin-OILB-SROP， 1996，19（5）：106-110.

[16]Chen Y G， Ni X Zhi， David Buntin G. Physiological， nutritional and biochemical bases of corn resistance to foliage-feeding fall armyworm[J]. Journal of Chemical Ecology，2009，35（3）：297-306.

[17]馬盾，陸峻，范兆田.新疆小麥族野生資源的抗蚜性鑒定[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，1994，3（3）：7-10.

[18]Maltais J B， Auclair J L. Factors in resistance of peas to the pea aphid Acyrthosiphum pisum（Harr）.I.The sugar-nitrogen ratio[J] . Can. Entomol.， 1957，89（8）：365-370.

[19]王興亞，周俐宏，陳妍，等.大豆蚜危害脅迫對(duì)大豆葉片幾個(gè)重要生理指標(biāo)的影響[J].應(yīng)用昆蟲(chóng)學(xué)報(bào)，2011，48（6）：1655-1660.

[20]王濤，雷關(guān)紅，曹辰興，等. 溫室白粉虱對(duì)無(wú)毛黃瓜葉片PAL、PPO、POD活性的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，9：81-84.