钙素在西花蓟马取食诱导菜豆防御反应中的作用

摘要

虫害诱导的植物防御反应是昆虫—寄主植物互作机理的重要内容，且随着植物抗性机制的逐步揭示，越来越多的科研工作者们已试图从植物自身的抗性机制出发来寻求新的防治虫害的思路。缨翅目害虫西花蓟马作为全球最重要的农业害虫之一，其取食产卵伤害及传毒特性已给全世界的农业生产带来巨大损失。本研究以西花蓟马—菜豆作为研究体系，外施钙素（CaCl2）及Ca2+抑制剂[EGTA(乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸)和 LaCl3(氯化镧)]为重要研究方法，分别从生化水平(植物内源激素含量及酶活力测定)和分子水平上(植物防御基因表达量)研究了西花蓟马取食对菜豆植株茉莉酸信号途径和水杨酸信号途径关键信号分子（茉莉酸 JA和水杨酸 SA）含量，关键防御酶(脂氧合酶 LOX、丙二烯氧化酶合成酶AOS、苯丙氨酸解氨酶 PAL及β-1,3葡聚糖酶)活力及防御基因(脂氧合酶基因LOX，丙二烯氧化酶合成酶基因 AOS，苯丙氨酸解氨酶基因 PAL，β-1,3葡聚糖酶基因PR-2)转录水平的变化。确定了菜豆体内的茉莉酸信号途径和水杨酸信号途径对西花蓟马取食胁迫的响应机制以及Ca2+在两类信号转导途径中的作用，研究结果如下：
　　1．钙素在西花蓟马取食诱导菜豆防御酶活性中的作用
　　通过酶促动力学反应，测定了 DTF（蓟马取食）、CaCL2、CaCL2+DTF、EGTA+DTF、LaCL3+DTF及CK这几个处理组合对菜豆叶片四种防御酶酶活性的影响情况，结果表明，包括对照组在内的6个处理组合的4种防御酶活性在整个测定时期差异显著（P＜0.05）。但不论何种处理下，同一种酶达到峰值的时间接近，但各酶活性达到峰值时期不一致：LOX活性在第6 h有最大值；AOS活性在第24 h达到最大值；PAL活性在第0 h有最大值；PR-2活性在第6 h达到最大值。在上述各峰期，西花蓟马取食及喷施 CaCl2（Ca2+）的处理组酶活性值均比对照组大，且Ca2+处理后的叶片经西花蓟马取食后的酶活性值比单独的西花蓟马取食要高，而抑制剂EGTA和LaCl3（La3+）处理后的叶片经西花蓟马取食后，酶活性值比单独的西花蓟马取食低，且两种抑制剂处理组合间的酶活性值差异均不显著（P＞0.05）。另外，单独喷施CaCl2后，LOX和PR-2活性分别有个最大的峰期，分别为第3 h和第24 h。
　　2．钙素在西花蓟马取食诱导菜豆防御基因表达中的作用
　　利用 RT-qPCR法测定了信号转导途径关键防御基因的表达量，结果表明，蓟马取食诱导后，在第6h，茉莉酸信号途径中的LOX最先出现表达高峰，随后AOS表达量在第12h出现第一个高峰期，这两个防御基因的表达量在蓟马取食诱导后的第48h均达到第二个峰值。相比之下，SA信号转导途径关键防御基因PAL和 PR-2表达量均迟于 LOX基因上升，都在第12h到达第一个高峰，此后 PAL基因的表达量一直处于下降趋势，而PR-2基因的表达量在第48h又出现第二个峰值。施加Ca2+后，每个防御基因的表达量在蓟马取食诱导的高峰期都得到了显著增强，而钙离子抑制剂EGTA和LaCl3则能显著抑制蓟马取食对防御基因表达的诱导作用，且抑制程度最大时能使基因表达量降低一半以上，但两类抑制剂对各防御基因表达量的抑制程度在大多数时段存在显著差异，且这种差异呈现出不规律性，即有时EGTA的抑制强度大，有时LaCl3的抑制强度大，虽然如此，从数值上看，二者间的抑制强度还是比较接近的。
　　3．钙素在西花蓟马取食诱导菜豆内源茉莉酸和水杨酸含量变化中的作用
　　通过采用GC法测定了菜豆叶片内源JA与SA的含量的变化和异同。结果表明，健康菜豆叶片的内源JA和SA含量在整个处理时段内出现明显波动。与健康对照相比，西花蓟马取食后1h，内源JA含量显著增加，随后缓慢下降，到取食后第24h又有大幅回升，随后下降。与此相对应，蓟马取食后，内源SA含量滞后于JA含量增加，分别在取食后第6 h和48 h出现最大值。外施CaCL2能显著提高蓟马取食后诱导的内源JA和SA的含量，而单独喷施CaCL2也能引起叶片内JA和SA含量在特定时期内快速增加。此外，经钙离子抑制剂EGTA和LaCl3预处理菜豆叶片后，蓟马取食对叶片内的JA和SA含量的诱导程度显著降低，且在大部分时段，EGTA对JA和SA含量的抑制程度与LaCl3对JA和SA含量的抑制程度相差不大。

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第一章 引 言

1.1 西花蓟马简介

1.2 植物的诱导抗性

1.3 Ca2+在植物诱导防御反应中的第二信使功能

1.4菜豆诱导防御机制研究进展

1.5研究目的和意义

第二章 钙素在西花蓟马取食诱导菜豆防御酶活性中的作用

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3结论与讨论

第三章 钙素在西花蓟马取食诱导菜豆防御基因表达中的作用

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 结论与讨论

第四章 钙素在西花蓟马取食诱导菜豆内源茉莉酸和水杨酸含量变化中的作用

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3结论与讨论

第五章 全文总结

5.1结论

5.2讨论

5.3 本文创新点

5.4 本文不足之处及今后研究方向

文献综述

1、植物的防御体系

2、环境胁迫下植物细胞内Ca2+浓度的变化

3 Ca2+在植物产生诱导防御抗性过程中的第二信使功能

展望

致谢

参考文献

附 录：

图 版：