玉米诱导抗虫性对甜菜夜蛾和淡足侧沟茧蜂相关生理行为的影响

摘要

本文在认真分析和总结了前人已有工作的基础上，从生态学、生理学和分子生物学层面开展了以下几方面的系统研究：甜菜夜蛾Spodoptraexigua(Hübner)(Beetarmyworm，BAW)重要寄主植物玉米Zeamaizes诱导抗虫性形成的机理，诱导抗性对BAW产卵选择、幼虫生长发育与死亡、幼虫中肠蛋白酶活性的影响，玉米诱导抗性对BAW天敌淡足侧沟茧蜂MicroplitispallidipesSzepligeti的寄主选择、生长发育、蛹重和存活的影响。主要研究结果总结如下： 研究明确了玉米诱导抗性的主要诱导因子包含BAW幼虫直接取食为害(虫害)、口腔分泌物(BAWOS)和不同浓度的茉莉酸(JA)诱导的玉米苗对BAW成虫产卵、幼虫取食选择性以及幼虫生长发育均有显著的影响：BAWOS诱导的幼苗与虫害植株都可以排斥成虫产卵，即对成虫产卵有明显的驱避作用，机械损伤则没有这种作用，说明BAW幼虫的口腔分泌物中含有诱导植物产生抗虫性的诱导因子。JA诱导的玉米苗对成虫产卵的影响作用因JA诱导浓度的不同而异：0.01μM/株JA诱导的玉米幼苗对成虫产卵有明显的驱避作用，而5μM/株的JA诱导的对成虫产卵有明显的引诱作用，表明JA浓度的不同，诱导植株的生理特征或挥发性化合物的成分发生不同的变化。虫害植株、BAWOS植株、0.01μM/株的JA诱导植株有排斥幼虫取食的作用，而5μM/株和10μM/株的JA诱导幼苗对幼虫的取食没有影响。2日龄开始取食0.01μM/株JA诱导玉米幼苗的BAW幼虫的生长量受到明显的抑制，而5日龄开始取食JA诱导植株的BAW幼虫的生长量不受影响；取食JA诱导植株幼虫的死亡率比对照高74.36％。这些结果表明，BAW幼虫为害、口腔分泌物及一定浓度的JA均可以诱导玉米形成对BAW成虫产卵和幼虫取食为害的抗性，并对BAW幼虫的为害产生抵抗作用。 系统的研究发现：诱导玉米叶片中蛋白酶抑制剂(PIs)含量的差异是导致BAW幼虫取食选择性和生长量产生差异的主要原因之一，明确了诱导抗性植株对BAW幼虫中肠蛋白酶活性的影响作用。BAWOS和BAW直接取食为害后，玉米叶片中的PIs含量分别是对照的1.62和1.54倍；0.01μM/株JA诱导的玉米叶片中PIs的含量是对照的1.22倍；0.1、0.5、1、5、10μM/株JA诱导的玉米叶片中PIs的含量与对照相比变化较小。BAWOS、虫害以及0.01μM/株JA诱导的玉米叶片PIs提取液对幼虫中肠蛋白酶活性都有显著的抑制作用，并与诱导植株PIs的含量相对应。取食0.01μM/株JA诱导植株的BAW幼虫不同龄期中肠蛋白酶活性的最适PH值没有明显的变化，但是中肠蛋白酶活性与对照有显著差异：取食诱导植株的3龄幼虫中肠蛋白酶活性显著低于对照幼虫的，幼虫中肠强碱性类胰蛋白酶活性、类胰凝乳蛋白酶活性和弱碱性类胰蛋白酶的活性都显著降低，表明这些蛋白酶活性都受到了显著抑制；而取食0.01μM/株JA诱导植株的5龄幼虫中肠蛋白酶活性则显著高于对照或者是没有显著差异。这些结果与诱导植株对BAW不同龄期幼虫生长发育的影响相一致，表明产生诱导抗性的玉米抑制BAW幼虫中肠蛋白酶的活性，是其对BAW幼虫生长量产生抑制作用的原因之一。 诱导方式对玉米JA信号合成途径有较大的影响。虫害植株、BAWOS植株和JA诱导植株对脂氧合酶(LOX)和丙二烯氧化物合成酶(AOS)的表达有显著的诱导作用，而机械损伤则没有这种诱导作用。损伤诱导蛋白酶抑制剂基因(WIPI)在不同方式诱导的植株中都有表达。实时荧光定量PCR(RQ-PCR)分析结果表明虫害植株、BAWOS诱导和不同浓度茉莉酸诱导植株的WIPI表达量变化不同：虫害诱导的WIPI的拷贝数最高，是对照植株的23.23倍；0.5μl/株BAWOS诱导植株的WIPI的拷贝数是对照植株的10.37倍；0.01μM/株JA诱导WIPI的表达量是对照植株的3.03倍；机械损伤和其它浓度的的JA、BAWOS诱导也能使WIPI的拷贝数增加，但是增加不显著。为进一步明确损伤诱导蛋白酶抑制剂(WIPI)在玉米抗虫性中的功能，以玉米cDNA为模板扩增得到了WIPI的全序列，构建重组原核表达载体pET-WIPI，在E.coliBL21(DE3)plysS中成功表达了WIPI，为大量获取WIPI重组蛋白，体外检测其对昆虫蛋白酶的抑制活性，检测WIPI在诱导植株中的表达奠定了基础。 在研究掌握了淡足侧沟茧蜂的繁殖技术、基本的生物学习性的基础上，阐明了淡足侧沟茧蜂对BAW寄主幼虫的影响作用，并初步明确了诱导玉米植株对淡足侧沟茧蜂寄主选择和生长发育的影响作用。淡足侧沟茧蜂主要选择2-3龄幼虫为寄主，被寄生后的寄主幼虫取食量虽然会因发育阶段的不同而异，但寄生后期及总的取食量显著减少，淡足侧沟茧蜂幼虫在寄主幼虫进入暴食期前即可完成发育，并造成寄主幼虫死亡(最高达86.33％)。虫害植株、BAWOS植株、JA诱导植株对淡足侧沟茧蜂都具有明显的引诱作用，即淡足侧沟茧蜂成虫对这些诱导植株的反应率或停留的时间都要显著地高于机械损伤植株的。淡足侧沟茧蜂对取食JA和BAWOS诱导的玉米叶的BAW幼虫的寄生率显著增加，尽管寄生在这些寄主幼虫的淡足侧沟茧蜂发育历期显著延长、死亡率显著提高、结茧数和茧重下降。这些结果表明，诱导抗性植株的抗性对于提高淡足侧沟茧蜂对BAW幼虫的寄生率具有增效作用，从而为如何协调利用植物诱导抗性与寄生蜂共同防治BAW提供了初步的科学依据。 应用扫描电镜对淡足侧沟茧蜂成虫触角的外部形态结构进行观察：淡足侧沟茧蜂触角丝状，鞭节包括16各亚节，雌、雄淡足侧沟茧蜂触角的形状和感受器的数量存在差异，雄蜂的触角比雌蜂的长，直径大，板形感受器的数量比雌蜂的多。触角上存在6种感器，分别为毛形感觉器(Sensillumtrichodeum)、两种锥形感觉器(Sensillumbasiconca)、板形感觉器(Sensillumplacodea)、腔锥形感受器(Sensillumcoeloconicum)、刺形感觉器(Sensillumchaetium)。其中，大部分感受器分布在触角的鞭节，只有刺形感受器分布在梗节和柄节。毛形感受器数量最多，分布在触角各鞭节，它的壁上没有孔，主要是物理感受器；两种锥形感受器、板形感受器的表面有孔，内部有神经树突，具有化学感受器的功能；腔锥形感受器表面没有孔，内部有分支的神经树突，也是一种化学感受器。对淡足侧沟茧蜂触角上感受器形态、分布及其内部结构的研究为进一步研究触角的功能和寄生蜂的寄主定位和寄主接受行为奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、英文缩略表

独创性声明及关于论文使用授权的声明

第一章绪论

第二章玉米诱导抗性对甜菜夜蛾的影响作用

第三章诱导的玉米LOX、AOS和WIPI的定量分析

第四章玉米诱导抗性对淡足侧沟茧蜂的影响作用

第五章淡足侧沟茧蜂感受器的超微结构研究

第六章结论

参考文献

附录

致谢

作者简历