褐飛虱為害對(duì)不同抗性水稻品種苗期根系幾種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和總酚含量的影響

胡大星，李 成，吳碧球，黃所生，凌 炎，黃 芊，黃鳳寬，龍麗萍

(1. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，廣西農(nóng)作物病蟲害生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530007；2. 華中師范大學(xué)附屬息縣高級(jí)中學(xué)，河南信陽(yáng) 464300)

褐飛虱NilaparvatalugensSt?l是水稻生產(chǎn)上的重要害蟲。遭受褐飛虱為害后，稻株組織被破壞，同化作用減弱，植株變黃、倒伏，導(dǎo)致減產(chǎn)甚至絕收(楊建昌, 2011; Huangetal., 2015)。利用抗蟲品種防控褐飛虱具有很好的經(jīng)濟(jì)性和防控效果。有關(guān)學(xué)者研究結(jié)果表明，水稻品種的抗蟲性與其生化物質(zhì)有直接關(guān)系，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)差異影響稻飛虱取食選擇性，代謝途徑分析表明，褐飛虱的侵染可以干擾感蟲水稻品種KD及抗蟲水稻品種IL7和IL308被侵染早期(1～3 d)的轉(zhuǎn)氨作用，到侵染的第8天，KD品種通過激活氨基酸介導(dǎo)的從頭合成途徑作出應(yīng)激反應(yīng)(Uawisetwathanaetal., 2015)。水稻被褐飛虱侵害后其葉鞘中氨基酸含量會(huì)產(chǎn)生明顯變化(王榮富等, 2001)。病蟲為害植物的行為會(huì)與植物發(fā)生復(fù)雜的相互作用，從而導(dǎo)致一些基因和蛋白發(fā)生變化(Pinedaetal., 2010)。水稻對(duì)褐飛虱具不同抗性，而根系是水稻營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和防御物質(zhì)運(yùn)輸和合成的重要器官(楊建昌等, 2011)，可能對(duì)水稻抗蟲表現(xiàn)起重要作用。褐飛虱取食對(duì)水稻品種根系的作用已有報(bào)道，孫祖雄等研究結(jié)果表明受褐飛虱取食后，抗蟲水稻品種的根系形態(tài)受影響比感蟲品種小(孫祖雄等, 2015)；胡大星等研究發(fā)現(xiàn)水稻苗期根系形態(tài)多種指標(biāo)與水稻品種抗蟲性以及接蟲密度有關(guān)(胡大星等, 2017)。目前，有關(guān)褐飛虱取食對(duì)不同抗性水稻品種苗期根系營(yíng)養(yǎng)及次生物質(zhì)含量的影響未見有報(bào)道。為此，本研究以對(duì)褐飛虱抗性不同的4個(gè)水稻品種為對(duì)象，通過測(cè)定在苗期接入不同密度褐飛虱后水稻根幾種物質(zhì)含量的變化，明確根系營(yíng)養(yǎng)及次生物質(zhì)含量與水稻抗蟲性的關(guān)系，為開發(fā)利用根系性狀優(yōu)良的抗性水稻品種提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1供試水稻品種

供試水稻品種選擇國(guó)際水稻研究所提供的3個(gè)對(duì)褐飛虱具不同抗性的水稻品種：IR36(含抗性基因)、Rathu-Heenati(RHT)(含)、Ptb33(含)，以TN1為感蟲對(duì)照，驗(yàn)證抗性表現(xiàn)與前人報(bào)道一致(黃鳳寬等, 2005; 黃所生等, 2014; Sableetal., 2014; Dharshini and Gowda, 2014)。

表1 供試水稻品種所含抗性基因及抗性水平表現(xiàn)

1.1.2供試蟲源

在田間采集褐飛虱懷卵雌成蟲，在網(wǎng)室內(nèi)使用感蟲品種TN1飼養(yǎng)至足夠數(shù)量。

1.2 試驗(yàn)方法

把不同品種水稻種子分別播入單穴d=4 cm，h=7 cm的育秧盤中，每穴1粒，每盤20粒，待8 d、13 d、18 d時(shí)，剔除弱苗，每苗分別接入褐飛虱1齡若蟲0(CK)、3頭、5頭、7頭，每個(gè)接蟲密度為1個(gè)處理，每處理4個(gè)重復(fù)，每重復(fù)為1個(gè)育秧盤。用100目紗網(wǎng)蟲罩將育秧盤罩住。接蟲7 d后每個(gè)重復(fù)選長(zhǎng)勢(shì)一致的9株秧苗對(duì)根系取樣，洗凈后剪碎混勻，再分別測(cè)定可溶性糖、游離氨基酸、可溶性蛋白質(zhì)和總酚的含量。

1.2.1可溶性糖含量測(cè)定

參考改進(jìn)的蒽酮法(劉海英等, 2013; 位杰等, 2014)，用標(biāo)準(zhǔn)蔗糖溶液制成標(biāo)準(zhǔn)曲線，取0.2 g水稻根系研磨成勻漿，移入10 mL離心管中，加超純水至刻度線，沸水提取2次(30 min每次)，用3 000 rpm離心30 min后移至25 mL容量瓶中，定容。用移液槍取1.5 mL移至試管中,以加入1.5 mL超純水的試管為空白對(duì)照，分別加入現(xiàn)配的蒽酮試劑5 mL，充分顯色自然冷卻至室溫后于630 nm波長(zhǎng)下測(cè)吸光度，計(jì)算可溶性糖含量。

1.2.2游離氨基酸含量測(cè)定

采用優(yōu)化的茚三酮顯色法(邵金良等, 2008; 楊遠(yuǎn)帆等, 2013; 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì), 2013)，以谷氨酸(純度99%)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，取1 g水稻根系研磨成勻漿，過濾移至100 mL容量瓶定容。吸取過濾后的樣品液1.0 mL至試管中，按順序加入超純水1.0 mL、抗壞血酸0.1 mL及水合茚三酮3.0 mL，混勻后沸水浴提取15 min，取出后置于冷水中搖晃冷卻，加超純水定容至25 mL放置10 min，記錄570 nm波長(zhǎng)下的吸光度，計(jì)算游離氨基酸含量。

1.2.3可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定

采用毛伍祥改進(jìn)的考馬斯亮藍(lán)法(毛伍祥, 2017)，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，稱取0.3 g新鮮根系研磨成勻漿，3 000 rpm離心20 min后取上清液1 mL置于試管中，加考馬斯亮藍(lán)溶液5 mL后靜置23 min，記錄595 nm波長(zhǎng)下的吸光度，計(jì)算可溶性蛋白質(zhì)含量。

1.2.4總酚含量測(cè)定

根系總酚含量測(cè)定參考王治同等優(yōu)化的福林-酚法(王治同等, 2018)。以沒食子酸粉末制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。將水稻根系剪碎混勻后，稱取0.1 g，用5 mL 95%甲醇溶液浸提12 h，8 000 rpm離心15 min，取上清液保存?zhèn)溆?。吸?.0 mL樣品至刻度試管，加入0.5 mL現(xiàn)配的福林-酚試劑溶液，混合均勻后迅速加入1 mL 12% Na2CO3溶液，搖勻后在20℃下反應(yīng)4 h，記錄765 nm波長(zhǎng)下的吸光度，計(jì)算總酚含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用OringinPro 2018C對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及制圖，采用SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及鄧肯氏法(DMRT，α=0.05)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同抗性的水稻品種受害后根系可溶性糖含量變化

不同接蟲密度的抗感褐飛虱水稻品種可溶性糖含量變化見圖1。供試水稻品種根系可溶性糖含量均隨著苗齡增大而顯著增高，苗齡相同時(shí)含量差異與水稻品種和接蟲密度兩個(gè)因子相關(guān)。苗齡8 d時(shí)根系可溶性糖含量，接蟲密度為0頭/苗，TN1與IR36差異不顯著，顯著高于RHT、Ptb33,RHT和Ptb33差異不顯著；接蟲密度為3、5、7頭/苗，TN1顯著高于3個(gè)抗蟲品種IR36、RHT和Ptb33，IR36顯著高于RHT、Ptb33。苗齡13 d、18 d時(shí)根系可溶性糖含量，各接蟲密度下TN1均顯著高于3個(gè)抗蟲品種，而IR36均顯著高于Ptb33。由此可見，根系可溶性糖含量，除了苗齡8 d、接蟲密度為0頭/苗的處理，其余處理均以感蟲品種TN1最高，顯著高于3個(gè)抗蟲品種。

圖1 不同接蟲密度下不同苗齡水稻品種根系可溶性糖含量Fig.1 Soluble sugar content in roots of rice varieties of different seedling age under different insect density注：數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及鄧肯氏法(DMRT，α=0.05)進(jìn)行差異顯著性分析，柱形圖中帶有相同字母的數(shù)據(jù)柱即在0.05水平上沒有顯著差異，圖2-圖4同上。Note: Data analysis by the Duncan multiple range test (DMRT, α=0.05). Data in columns followed by the same letter were not significantly different at the 0.05 level, as in Fig.2-Fig.4.

2.2 不同抗性的水稻品種受害后根系游離氨基酸含量變化

不同接蟲密度的抗感褐飛虱水稻品種游離氨基酸含量變化見圖2。供試水稻品種根系游離氨基酸含量均隨著苗齡增大而顯著降低，苗齡相同時(shí)含量差異與水稻品種和接蟲密度兩個(gè)因子相關(guān)。苗齡8 d時(shí)根系游離氨基酸含量，各接蟲密度下TN1均顯著高于3個(gè)抗蟲品種，IR36也均顯著高于RHT、Ptb33；接蟲密度0、5、7頭/苗，RHT和Ptb33差異不顯著。苗齡13 d時(shí)根系游離氨基酸含量，各接蟲密度下TN1均顯著高于3個(gè)抗蟲品種，IR36也均顯著高于RHT、Ptb33，而RHT、Ptb33差異不顯著。苗齡18 d時(shí)根系游離氨基酸含量，各接蟲密度下TN1均顯著高于3個(gè)抗蟲品種，接蟲密度0頭/苗，3個(gè)抗蟲品種之間差異不顯著；接蟲密度3頭/苗，IR36和RHT差異不顯著，但均顯著低于Ptb33；接蟲密度5頭/苗，IR36和Ptb33差異不顯著，但均顯著高于RHT；接蟲密度7頭/苗，RHT和Ptb33差異不顯著，但均顯著低于IR36。由此可見，試驗(yàn)中各苗齡不同接蟲密度感蟲品種TN1游離氨基酸含量均顯著高于抗性品種IR36、RHT、Ptb33。

圖2 不同接蟲密度下不同苗齡水稻品種游離氨基酸含量Fig.2 Free amino acid content of rice varieties of different seedling age under different density of inoculation

2.3 不同抗性的水稻品種受害后根系可溶性蛋白質(zhì)含量變化

不同接蟲密度的抗感褐飛虱水稻品種可溶性蛋白質(zhì)含量變化見圖3。供試水稻品種根系可溶性蛋白質(zhì)含量均隨著苗齡增大而顯著增高，苗齡相同時(shí)含量差異與水稻品種和接蟲密度兩個(gè)因子相關(guān)。苗齡8 d時(shí)根系可溶性蛋白質(zhì)含量，各接蟲密度TN1均顯著高于3個(gè)抗蟲品種，IR36也均顯著高于Ptb33；接蟲密度0、5、7頭/苗，RHT均顯著高于Ptb33。苗齡13 d時(shí)根系可溶性蛋白質(zhì)含量，各接蟲密度TN1均顯著高于3個(gè)抗蟲品種；接蟲密度0頭/苗，3個(gè)抗蟲品種之間差異不顯著；接蟲密度3、7頭/苗，IR36和RHT差異不顯著，但均顯著高于Ptb33；接蟲密度5頭/苗，IR36顯著高于RHT、Ptb33，RHT和Ptb33差異不顯著。苗齡18 d時(shí)根系可溶性蛋白質(zhì)含量，各接蟲密度TN1均顯著高于3個(gè)抗蟲品種；接蟲密度0頭/苗，3個(gè)抗蟲品種之間差異不顯著；接蟲密度3、5頭/苗，RHT和Ptb33差異不顯著，但均顯著低于IR36；接蟲密度7頭/苗，IR36顯著高于RHT和Ptb33，RHT顯著高于Ptb33。由此可見，各苗齡不同接蟲密度TN1根系可溶性蛋白質(zhì)含量均顯著高于3個(gè)抗蟲品種。

圖3 不同接蟲密度下不同苗齡水稻品種根系可溶性蛋白質(zhì)含量Fig.3 Soluble protein content in roots of rice varieties of different seedling age under different insect density

2.4 不同抗性的水稻品種受害后根系總酚含量變化

不同接蟲密度的抗感褐飛虱水稻品種總酚含量變化見圖4。供試水稻品種根系總酚含量均隨苗齡增大而增高。但感蟲品種TN1在苗齡8 d到13 d時(shí)，相同接蟲密度下總酚含量各處理間均無(wú)顯著差異，13 d到18 d顯著增高；而3個(gè)抗性品種在相同接蟲密度下各處理總酚含量均隨苗齡增加顯著增高。苗齡相同時(shí)總酚含量與水稻品種和接蟲密度兩個(gè)因子相關(guān)。苗齡8 d時(shí)總酚含量，各接蟲密度TN1均顯著低于3個(gè)抗蟲品種，Ptb33均顯著高于IR36、RHT；接蟲密度0、3、5頭/苗，IR36和RHT差異不顯著；接蟲密度7頭/苗，RHT顯著高于IR36。苗齡13 d時(shí)總酚含量，各接蟲密度TN1均顯著低于3個(gè)抗蟲品種，Ptb33均顯著高于IR36、RHT；接蟲密度0頭/苗，IR36顯著高于RHT；接蟲密度3、5、7頭/苗，IR36和RHT差異不顯著。苗齡18 d時(shí)總酚含量，各接蟲密度TN1均顯著低于3個(gè)抗蟲品種，Ptb33均顯著高于IR36、RHT；接蟲密度0、3頭/苗時(shí)，IR36和RHT差異不顯著；接蟲密度5、7頭/苗，IR36顯著低于RHT。由此可見，各苗齡不同接蟲密度TN1根系總酚含量均顯著低于3個(gè)抗蟲品種，以Ptb33最高，均顯著高于IR36、RHT。

圖4 不同接蟲密度下不同苗齡水稻品種根系總酚含量Fig.4 Total phenol content in roots of rice varieties of different seedling age under different density of inoculation

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，除了苗齡8 d不接蟲的處理，其余處理根系可溶性糖含量均以感蟲品種TN1最高，顯著高于3個(gè)抗蟲品種IR36、RHT和Ptb33。各苗齡不同接蟲密度TN1根系游離氨基酸含量、可溶性蛋白質(zhì)含量均顯著高于3個(gè)抗蟲品種。各苗齡不同接蟲密度TN1根系總酚含量均顯著低于3個(gè)抗蟲品種，苗齡和接蟲密度相同時(shí)，均以Ptb33總酚含量最高，顯著高于IR36、RHT。上述結(jié)果同TN1、IR36、RHT、Ptb33對(duì)褐飛虱的抗性表現(xiàn)一致(IRRI, 2002; 黃鳳寬等, 2005、2012; 陳桂華等, 2011)。

褐飛虱對(duì)水稻的取食傾向與其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量有關(guān)。吳碧球等的研究結(jié)果表明淹水、光照和施氮量對(duì)稻莖游離氨基酸和可溶性糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量有顯著影響，且這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量與RHT、Ptb33等水稻品種抗褐飛虱表現(xiàn)密切相關(guān)(吳碧球等, 2015；2016；2017)。受灰飛虱Laodelphaxstriatellus為害后水稻可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量均下降，但抗蟲品種的下降幅度顯著小于感蟲品種，且取食時(shí)長(zhǎng)及接蟲密度不同均會(huì)造成顯著差異(段燦星等, 2013)；陳建明等發(fā)現(xiàn)抗(耐)蟲性強(qiáng)的水稻品種可溶性糖含量比感蟲品種低(陳建明等, 2003、2004; 張宏, 2006; 商科科, 2012)。李再園等的研究表明水稻受白背飛虱Sogatellafurcifera為害后可溶性糖含量下降(李再園等, 2018)。本研究結(jié)果同上述作者的研究結(jié)果一致。誘導(dǎo)處理后水稻葉片總酚含量增加，TN1及IR36的抗性會(huì)顯著提升(吳瑩瑩等, 2012)，而對(duì)稻莖的測(cè)定表明感蟲品種TN1總酚含量顯著低于抗蟲品種Ptb33和RHT(周君雷等, 2015)。本研究結(jié)果表明，感蟲品種TN1根系總酚含量低于3個(gè)抗蟲品種IR36、RHT和Ptb33，且隨接蟲密度增加，抗蟲品種總酚含量增速大于感蟲品種，說(shuō)明受害后抗性水平不同的水稻品種根系總酚含量變化與其他部位趨勢(shì)一致，側(cè)面驗(yàn)證了上述結(jié)論。但靳勇等對(duì)野生稻轉(zhuǎn)育抗性品系B3、B5、B12分蘗期稻莖中17中主要氨基酸含量與TN1比較，認(rèn)為含量變化較大的谷氨酸、天冬氨酸等9種游離氨基酸含量與前述水稻品種抗蟲性不存在明顯相關(guān)性(靳勇等, 2002)，這與本研究結(jié)果不一致，可能與供試品種和地理氣候等的差別有關(guān)。由于水稻抗蟲機(jī)制復(fù)雜，本文僅對(duì)水稻品種苗期進(jìn)行研究，褐飛虱為害后對(duì)不同抗性水稻品種成株期根系的影響有待于今后進(jìn)一步的研究。