水稻負泥蟲對不同水稻品種次生物質的行為反應

王麗艷,　金永玲,　朱　瑩,　張海燕,　林志偉,　靳學慧

(黑龍江八一農墾大學農學院, 大慶　161319)

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水稻負泥蟲對不同水稻品種次生物質的行為反應

王麗艷,金永玲,朱瑩,張海燕,林志偉,靳學慧

(黑龍江八一農墾大學農學院, 大慶161319)

本研究以寒地稻田優勢害蟲水稻負泥蟲為研究對象,選取黑龍江省主栽水稻品種提取次生物質,檢測了其對水稻負泥蟲的驅避作用、拒食作用和產卵驅避作用。結果表明,感蟲品種‘稻花香2號’的揮發性物質和非揮發性物質對水稻負泥蟲的驅避性弱于‘綏粳4號’;蟲害脅迫植株產生的次生物質對水稻負泥蟲成蟲的驅避性最強,而健康植株的驅避性最弱。兩種水稻品種次生物質對水稻負泥蟲幼蟲和成蟲的拒食率均顯著高于對照,且抗蟲品種的拒食率高于感蟲品種。水稻負泥蟲成蟲在兩種水稻品種次生物質作用下,平均卵量與對照相比均減少,但是感蟲水稻品種相對比抗蟲水稻品種的選擇性產卵驅避率低。由此可見,水稻不同品種之間的次生物質的組分和含量不同,導致了昆蟲行為反應有差異,為進一步研究和分析抗感水稻品種次生物質的組分、含量及作用提供理論依據。

水稻;次生物質;水稻負泥蟲;抗蟲品種;感蟲品種

在植物和植食性昆蟲長期進化過程中形成了一系列的防御與反防御策略。植物對為害它的昆蟲的防御表現早在兩個世紀前就有學者進行過研究。植物最直接的防御反應主要通過產生防御蛋白和有毒次生代謝產物進行[1-2]。有毒次生化學物質主要包括類生物堿、黃酮、木質素、單寧、非蛋白氨基酸和植物保幼激素等,這些物質可以直接殺死昆蟲或影響昆蟲的正常生長、發育、取食和繁殖[3]。這些化學物質是植物防御害蟲為害的主要因素[4]。植物在受到機械損傷和昆蟲取食后[5],植物體內的原次生化合物含量就會增加[6-7],同時還可產生一些新的次生化合物,不同種類或植物不同品種間能夠產生的新次生物質也不盡相同[8]。其中,揮發性次生物質即氣味組分發揮著非常重要的作用,植食性昆蟲尋找寄主、取食、交配、產卵等都是通過嗅覺識別寄主植物的氣味來實現的[9]。水稻植株的葉片遭受到害蟲的為害,即可釋放出特異性的揮發性化合物。這些揮發性信息物質在調節植物、植食性昆蟲及天敵的相互關系中具有非常重要的作用。本試驗從水稻抗、感負泥蟲品種角度觀察水稻負泥蟲[Oulemaoryzae(Kuwayama)]對水稻植株次生代謝物的行為反應,為稻負泥蟲的種群控制提供理論指導。

1　材料與方法

1.1材料

供試蟲源:水稻負泥蟲(O.oryzae),采自黑龍江八一農墾大學試驗田(黑龍江省大慶市王家圍子)。

供試水稻:抗蟲水稻品種‘綏粳4號’和感蟲水稻品種‘稻花香2號’。溫室培育水稻幼苗長至4葉時移入塑料盆缽中,每個盆缽移入2株水稻秧苗供試,肥水管理按常規進行,整個育苗過程中罩以細紗網,避免昆蟲等為害稻株。

1.2試驗稻苗處理

蟲害脅迫:每株稻苗接種水稻負泥蟲3～4齡幼蟲4～5頭,用紗網罩住,避免逃逸。接蟲48 h后進行試驗,以不接蟲的健康水稻苗為對照,每個處理重復3次。

機械損傷:利用醫用刀片刮去長約5 cm、寬約1 cm的稻葉上表皮,每株處理4片稻葉,用紗網罩住,48 h后進行試驗,以不形成損傷的健康水稻苗為對照,每個處理重復3次。

1.3水稻植株次生物質的提取方法

揮發性物質的提取:將水稻不同品種及不同損傷處理的植株材料剪碎,風干,經水蒸氣蒸餾,乙醚萃取,無水硫酸鈉干燥,旋轉減壓蒸發(RE52-99,上海精密儀器儀表有限公司)除去溶劑,得到水稻植株揮發性物質,存放于4℃冰箱備用。

非揮發性物質的提取:將揮發性物質提取后的植物殘渣在恒溫50～60℃下烘干,用粉碎機(DWF-100)粉碎,用95%乙醇進行索氏提取。24 h后提取液經抽濾、旋轉蒸發儀減壓濃縮成膏狀的植物乙醇提取物,存放于4℃冰箱備用[10]。

1.4驅避率測定

取兩個水稻品種不同損傷處理的植株次生物質(揮發性和非揮發性)的粗提物放入10 mL丙酮中稀釋,然后將水稻植株剪成10 cm長的小段在次生化合物丙酮稀釋液中浸泡1 min,待丙酮完全揮發后,放入圓底玻璃器皿(直徑40 cm、高3 cm)底部,與浸泡丙酮的對照水稻植株相對放置,玻璃器皿底部中心放20頭成蟲,加蓋,置于黑暗處,待成蟲在處理和對照水稻上穩定后,記錄處理水稻植株和對照水稻植株上蟲數,重復3次,計算驅避率[11]。

1.5水稻次生物質對水稻負泥蟲取食量的影響

用打孔器將水稻葉片打成直徑10 mm的葉碟,將其浸入揮發性和非揮發性次生物質的丙酮稀釋溶液中,5 s后取出,待丙酮揮發后,放入鋪有濾紙的培養皿(d=9 cm)中。每皿放入6片處理葉,然后接入饑餓4 h的水稻負泥蟲成蟲和3齡幼蟲各10頭,另設丙酮對照、清水對照,每處理重復5次,24 h后測定各葉片被食面積。 計算公式如下:

拒食率(%)=

1.6水稻次生物質對水稻負泥蟲成蟲產卵的影響

將兩個水稻品種的揮發性和非揮發性次生物質用丙酮稀釋成3種濃度:1 000、500、100 mg/L。選擇長勢相同的4葉期水稻,將稀釋好的3種濃度的次生物質分別用喉頭噴霧器均勻噴到水稻葉正反兩面,每個處理10株水稻,待丙酮揮發后,放入養蟲籠內,每個處理放入15對剛羽化的雌雄成蟲交配產卵,每處理5次重復。24 h后開始每日檢查水稻葉上負泥蟲的卵量。計算公式如下:

選擇性產卵驅避率(%)=

1.7數據處理與分析方法

數據采用SPSS 11.5版軟件進行處理,數據差異分析利用Duncan’s新復極差法,分別在0.05和0.01水平檢驗差異顯著性。

2　結果與分析

2.1水稻次生物質對水稻負泥蟲成蟲的驅避性

表1結果表明:兩個水稻品種在不同處理下水稻次生物質對水稻負泥蟲成蟲都具有驅避性,并且‘綏粳4號’植株的次生物質對水稻負泥蟲的驅避性顯著高于‘稻花香2號’。同一品種內,蟲害脅迫植株的次生物質對水稻負泥蟲成蟲的驅避性最強,健康植株次生物質的驅避性最弱。

表1　水稻次生物質對水稻負泥蟲的驅避作用1)

1) 在0.05水平比較差異顯著性。小寫字母代表同一品種不同處理之間的比較(即同列比較),大寫字母代表同一處理不同品種之間的比較(同行比較)。

Significant difference was analyzed at the 0.05 level. Lowercase letters show comparison between different treatments of the same variety; capital letters show comparison between different varieties of the same treatment.

2.2水稻次生物質對水稻負泥蟲的拒食作用

2.2.1揮發性次生物質對水稻負泥蟲的拒食作用

水稻植株揮發性次生物質對水稻負泥蟲的取食影響見表2,結果表明,兩個水稻品種次生物質的3種濃度對水稻負泥蟲幼蟲和成蟲的拒食率均顯著高于對照。以‘綏粳4號’次生物質在1 000 mg/L濃度處理時對水稻負泥蟲幼蟲的拒食率最大，為32.3%,顯著高于對照和該品種其他濃度及‘稻花香2號’水稻品種所有濃度處理的拒食率；在500 mg/L濃度處理時，‘綏粳4號’對水稻負泥蟲幼蟲的拒食率也顯著高于‘稻花香2號’；在100 mg/L濃度次生物質處理時‘綏粳4號’和‘稻花香2號’水稻品種間的拒食率沒有顯著差異。在1 000 mg/L和500 mg/L濃度處理時,‘綏粳4號’次生物質對水稻負泥蟲成蟲的拒食率較高，分別為25.35%和23.42%,其中1 000 mg/L處理時與‘稻花香2號’的拒食率沒有顯著差異;在100 mg/L濃度下處理時兩個品種的次生物質對水稻負泥蟲成蟲的拒食率都沒有明顯差異。

表2　不同濃度揮發性次生物原對水稻負泥蟲的拒食作用1)

1) 在0.05水平比較差異顯著性,小寫字母表示同一處理不同品種之間的比較(即同列比較),大寫字母代表同一品種不同處理之間的比較(同行比較)。

Significant difference was analyzed at the 0.05 level. Lowercase letters show comparison between different varieties of the same treatment. Capital letters show comparison between different treatments of the same variety.

2.2.2非揮發性次生物質對水稻負泥蟲的拒食作用

從圖1可見,2個水稻品種的非揮發性次生物質對水稻負泥蟲幼蟲均有一定的拒食作用,且隨著施用濃度的增大拒食作用增強。非揮發性次生物質對水稻負泥蟲幼蟲的拒食作用在各個濃度下‘綏粳4號’都高于‘稻花香2號’。在100 mg/L時,2個品種的非揮發性次生物質的拒食率均大于32%,當濃度增加至500 mg/L時,2個品種的非揮發性次生物質的拒食率均大于41%,并隨著濃度的增加呈直線上升趨勢。在濃度1 000 mg/L時,‘綏粳4號’、‘稻花香’的非揮發性次生物質的拒食率分別為57.36%和45.30%。

從圖2可見,2品種非揮發性次生物質對水稻負泥蟲成蟲均有一定的拒食作用,且隨著施用濃度的增大拒食作用增強。非揮發性次生物質對水稻負泥蟲成蟲的拒食作用在各個濃度下‘綏粳4號’均高于‘稻花香2號’。在100 mg/L時,2個水稻品種非揮發性次生物質的拒食率均低于30%,但當濃度增加至500 mg/L時,拒食率均大于30%,并隨著濃度的增加呈直線上升趨勢。在濃度1 000 mg/L時,‘綏粳4號’、‘稻花香2號’的非揮發性次生物質的拒食率分別為60.39%和48.25%?？梢姺菗]發性次生物質對水稻負泥蟲成蟲的拒食作用更大。

圖1　不同濃度非揮發性物質對水稻負泥蟲幼蟲的拒食作用Fig.1　Antifeedant effects of the non-volatiles in different concentrations on the larvae of Oulema oryzae

圖2　不同濃度非揮發性次生物質對水稻負泥蟲成蟲的拒食作用Fig.2　Repellent activity of the non-volatiles from different varieties to Oulema oryzae adults

2.3水稻次生物質對水稻負泥蟲成蟲產卵的影響

水稻負泥蟲成蟲在抗蟲水稻品種‘綏粳4號’次生物質100 mg/L濃度下,平均卵量與對照相比無顯著差異；在500、1 000 mg/L濃度下,平均卵量與對照相比顯著減少;在3個濃度下的產卵驅避率分別為2.04%、6.52%、14.27%。水稻負泥蟲成蟲在感蟲水稻品種‘稻花香2號’次生物質100 mg/L濃度下,平均卵量與對照相比無顯著差異；在500、1 000 mg/L濃度下處理平均卵量比對照減少。感蟲水稻品種次生物質3個濃度下的產卵驅避率分別為1.65%、6.33%、12.29%，相對比抗蟲水稻品種的選擇性產卵驅避率低。

3　結論與討論

本試驗研究表明,水稻揮發與非揮發性次生物質對水稻負泥蟲成蟲具有很強的驅避作用,并且抗蟲品種‘綏粳4號’植株的次生物質對水稻負泥蟲的驅避性顯著高于感蟲品種‘稻花香2號’。同時,感蟲水稻品種相對比抗蟲水稻品種的選擇性產卵驅避率也低。水稻不同品種的揮發與非揮發性次生物質對水稻負泥蟲幼蟲和成蟲都表現出一定的拒食作用。有研究表明印楝揮發物對柑橘潛葉蛾成蟲產卵有明顯的驅避作用[12],菊花提取物可以抑制小菜蛾(Plutellaxylostella)在寄主上產卵[13]。植物本身通過產生一些次生物質來阻礙昆蟲取食,進而起到防御作用。Wimalaratne等的研究表明, 胡椒樹葉揮發物對家蠅(Muscadomestica) 取食有阻礙作用[14],吳茱萸(Evodiarutaecarpa)的揮發性物質對赤擬谷盜(Triboliumcastaneum)成蟲和幼蟲均表現出拒食作用[15]。

表3　水稻次生物質對水稻負泥蟲成蟲產卵驅避作用1)

1) 在0.05水平比較差異顯著性,小寫字母代表同一處理不同品種之間的比較,大寫字母代表同一品種不同處理之間的比較。

Significant difference was analyzed at the 0.05 level. Lowercase letters show comparison between different varieties of the same treatment. Capital letters show comparison between different treatment of the same variety.

蟲害誘導揮發物(HIPVs)是植物受害蟲脅迫后釋放的揮發性物質,天敵、害蟲和植物通過感知HIPVs所攜帶的信息,做出各自的行為或生理生化反應[16-17]。其中植物對昆蟲的驅避作用、拒食作用是研究最多的防御反應行為。害蟲種類不同,植物的防御反應也各異。朱砂葉螨[Tetranychuscinnabarinus(Boisduval)]刺吸脅迫對玉米體內丁布、總酚、胰蛋白酶抑制劑和胰凝乳蛋白酶抑制劑具有誘導作用,對玉米抗螨性自交系的誘導效應強于感螨性自交系[18]。蚜蟲利用刺吸式口器為害誘導植物產生防御反應,通常有植物水楊酸(SA)和茉莉酸/乙烯(JA/ET)參與了蚜蟲誘導植物的防御反應過程[19-20]。也有研究表明,植物所釋放的揮發性物質是影響昆蟲定向的因素之一[21]。所以,研究植食性昆蟲與植物次生物質間的相互關系, 鑒定次生物質的化學結構,有助于開發合成引誘劑、驅避劑或拒食劑等新的殺蟲劑,或者尋找有害生物的自然控制因子,開辟害蟲防治的新途徑。應進一步加強植物誘導抗蟲性的研究,進一步確定次生物質的生物學功能, 結合育種技術,開發可以調控害蟲取食行為的新型作物品種,減少化學農藥的使用量,進而實現安全、綠色的農業生產。

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(責任編輯：田喆)

Behavioral response of Oulema oryzae to secondary compounds from different rice varieties

Wang Liyan,Jin Yongling,Zhu Ying,Zhang Haiyan,Lin Zhiwei,Jin Xuehui

(Agronomy College of Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing161319, China)

The main rice varieties of Heilongjiang Province were chosen to extract the secondary compounds for detecting their deterrent effects, antifeedant effects and oviposition deterrent effects toOulemaoryzaeKuwayama, the dominant pest in the cold paddy field. The results showed that the repellency of secondary substances of plants with pest stress was most powerful toO.oryzaeadults, while the repellency of healthy plants was the weakest. Furthermore, the antifeedant rates of secondary substances of two rice varieties toO.oryzaelarvae and adults were significantly higher than that of the control, and the antifeedant rates of resistant varieties were higher than that of susceptible variety. What’s more, under the action of secondary substances of two rice varieties, the average amounts of eggs laid byO.oryzaeadults were reduced compared with the controls. However, compared with resistant varieties, selective oviposition deterrent effects of susceptible varieties were lower. Thus, different rice varieties had different compositions and contents of secondary compounds, which might lead to different behavioral responses of insects. It can provide theoretical basis for further research and analyzing the components, contents and effects of secondary compounds of resistant varieties.

rice;secondary substances;Oulemaoryzae;resistant variety;susceptible variety

2015-08-18

2015-11-24

黑龍江八一農墾大學博士啟動基金項目(XDB2011-04)；大慶市指導性科技計劃項目 (Szdfy-2015-13)；黑龍江省農墾總局“十二五”重點科技攻關項目(HNK125B-03-02)

S 435.112.9

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.04.018

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