烟粉虱-双生病毒-寄主植物互作及植物防御机制研究

摘要

烟粉虱Bemisia tabaci及其传播的双生病毒是世界范围内广泛发生的重要农业有害生物，对棉花、番茄、木薯等多种作物的生产造成了严重损失。烟粉虱种群的暴发往往伴随着双生病毒病害的流行，烟粉虱-双生病毒-植物间的互作可能在双生病毒病害的流行及烟粉虱的迅速扩张中起了重要作用。本文对入侵的B型、Q型烟粉虱及土著ZHJ2型烟粉虱、番茄黄曲叶病毒(tomatoyellow leaf curlvirus, TYLCV)及寄主植物番茄间的互作进行了研究，并探讨了这种互作关系在TYLCV的流行及Q型烟粉虱的入侵中所起作用。此外，鉴于烟粉虱-双生病毒之间的间接互惠共生关系的重要生态学意义，本研究还以B型烟粉虱-中国番茄黄曲叶病毒(tomatoyellow leaf curl China virus, TYLCCNV)-烟草组合为研究对象，从植物防御角度研究了烟粉虱-双生病毒间接互惠共生的机制。结果如下：
　　 (1)入侵B型、Q型和土著ZHJ2型烟粉虱对TYLCV的获取、存留及传播
　　 在带毒植株上取食30分钟后，B型、Q型及ZHJ2型烟粉虱的部分个体内检测到了TYLCV DNA。随着取食时间的延长，带毒烟粉虱的比例随之上升，取食10小时后B型和Q型烟粉虱带毒率为100％，取食12小时后ZHJ2型烟粉虱的带毒率也达到100％。一旦获毒，TYLCV DNA可在三种烟粉虱体内终身存留。随着接种虫口密度的增加，三种烟粉虱对TYLCV的传播效率也随之升高。在每株植物1头带毒烟粉虱的接种密度下，ZHJ2型烟粉虱不能将TYLCV传播至番茄，而B型和Q型烟粉虱的传毒率分别为50％和55％。在每株植物5头、10头带毒烟粉虱的接种密度下，B型和Q型烟粉虱的传毒率也比ZHJ2型烟粉虱的显著高。
　　 (2)Q型和ZHJ2型烟粉虱在健康和发病番茄植株上的适合度比较
　　 两生物型烟粉虱在寄主植物番茄上的适合度存在明显差异，Q型烟粉虱在健康或发病番茄上的寿命、产卵量、卵-成虫存活率及种群增长速度均比ZHJ2型烟粉虱的显著高。Q型或ZHJ2型烟粉虱在TYLCV侵染番茄上的表现与其在健康植株上的类似，表明植物受病毒侵染后对两生物型烟粉虱的适合性末显著变化。在TYLCV非寄主植物棉花上，每一生物型的带毒雌虫和不带毒雌虫之间寿命及产卵量差异不显著，表明携带TYLCV对两生物型烟粉虱的寿命和生殖力无显著影响。
　　 (3)B型烟粉虱在感染TYLCCNV不同时期烟草上的适合度比较
　　 在注射后15、30及45天的发病烟草上，B型烟粉虱的产卵量比其在对照健康植株上的显著高，其中在注射病毒后15天烟草上的平均卵量最高，为其在健康植株上的1.9倍；其次是在注射病毒后30天的烟草上，为其在健康植株上的2.3倍；在注射病毒后45天的发病烟草上的平均产卵量比其在注射病毒后15天和30天发病烟草上的显著低，但也是其在健康植株上的1.4倍。在注射病毒后15、30及45天的发病烟草上，B型烟粉虱的存活率也比其在健康植株上的显著高，在注射病毒后45天发病烟草上的存活率比在注射病毒后15天发病烟草上的显著低。在注射病毒后15、30天的发病烟草上，平均日产卵量比其在健康植株上的显著高，但在注射病毒后45天的发病烟草上，平均日产卵量与在健康烟草上的差异不显著。
　　 (4)健康和感染TYLCCNV烟草的烟碱含量比较
　　 注射病毒后15天、30天发病烟草叶片烟碱含量均比其对照健康烟草的高，分别为其对照健康植株的2.0倍和1.5倍；而注射后45天发病烟草叶片的烟碱含量与健康烟草内的差异不显著。
　　 (5) TYLCCNV DNAA及TYLCCNV DNAβ侵染对烟草适合性的影响
　　 TYLCCNV DNA A+β侵染烟草上的伪蛹、成虫及总虫数均比健康烟草上的显著高，也比TYLCCNV DNAA单独侵染烟草上的显著高，后两者之间各龄若虫、伪蛹、成虫及总虫数均无显著差异。
　　 (6)茉莉酸、水杨酸对烟草适合性的影响
　　 发病烟草叶片的内源茉莉酸(jasmonic acid, JA)含量比健康烟草的显著低，约为健康烟草的50％；发病烟草的水杨酸(salicylic acid, SA)含量比健康烟草的高，但统计上差异不显著。B型烟粉虱雌虫在水杨酸甲酯( methyl salicylate,MeSA)处理烟草上的产卵量显著比对照和MeJA( methyljasmonate, MeJA)处理烟草上的高，分别是其2.3倍和5.7倍；放虫7天后，烟粉虱雌成虫在MeSA处理烟草上的存活率比对照和MeJA处理烟草上的显著高，分别是其2.8和5.6倍。
　　 本研究结果表明，入侵的B型或Q型烟粉虱的传毒效率明显高于土著ZHJ2型烟粉虱。TYLCV侵染寄主植物对入侵的Q型烟粉虱和土著ZHJ2型烟粉虱均无明显不利影响，但由于番茄对Q型烟粉虱的适合性较高而对ZHJ2型烟粉虱较低，Q型烟粉虱可能是田间主要的TYLCV传播介体，随着Q型烟粉虱的进一步扩散，TYLCV及其他双生病毒对番茄等作物生产的潜在威胁可能会日趋严重。
　　 发病植物对烟粉虱的适合性与植物发病过程相关，并且去除致病因子DNAβ后，仅TYLCCNV DNAA侵染的不显症烟草植株对烟粉虱的适合性与健康植株的没有差异，表明DNAβ在烟粉虱-双生病毒互作中起了重要作用。TYLCCNV侵染植物的JA含量比健康植物的显著低，外源施用SA可导致植物对烟粉虱的适合性上升，表明TYLCCNV对植物侵染导致的对JA防御途径减弱可能是B型烟粉虱-TYLCCNV间接互惠共生关系产生的一个重要原因，这种抑制作用很可能是病毒侵染导致的植物SA途径上调对JA途径的抑制或病毒DNAβ对JA途径的直接抑制引起的。

目录

文摘

英文文摘

项目基金资助

致谢

1 文献综述及本研究目的

1.1 烟粉虱及双生病毒概述

1.1.1 烟粉虱及其危害

1.1.2 烟粉虱传播的双生病毒

1.1.3 双生病毒病害在我国的发生

1.2 烟粉虱-双生病毒-植物互作

1.2.1 双生病毒对烟粉虱生物学特性的影响

1.2.2 烟粉虱-双生病毒-植物互作的生态学意义

1.3 病毒侵染对植物防御生理的影响

1.3.1 次生代谢物

1.3.2 防御信号转导途径

1.4 本研究目的和研究内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

2 基本材和方法

2.1 基本材料

2.1.1 供试昆虫及其试验种群维持

2.1.2 供试植物

2.1.3 供试病毒及带毒植物的获取

2.1.4 主要仪器和设备

2.1.5 主要试剂

2.2 试验方法

2.2.1 烟粉虱及植物基因组DNA提取

2.2.2 烟粉虱生物型的鉴定

2.2.3 植物及烟粉虱体内病毒DNA的PCR检测

3 B型、Q型和ZHJ2型烟粉虱对TYLCV的获取、存留及传播

3.1 材料与方法

3.1.1 试验材料

3.1.2 试验方法

3.2 结果与分析

3.2.1 烟粉虱对TYLCV的获取

3.2.2 TYLCV在烟粉虱体内的存留

3.2.3 烟粉虱对TYLCV的传播

3.3 讨论

4 Q型和ZHJ2型烟粉虱在健康和发病番茄上的适合度比较

4.1 材料与方法

4.1.1 试验材料

4.1.2 试验方法

4.1.3 数据处理

4.2 结果与分析

4.2.1 棉花上发育的Q型和ZHJ2型烟粉虱在健康和发病番茄上的生殖力与寿命

4.2.2 Q型和ZHJ2型烟粉虱在健康和发病番茄上的生物学特性比较

4.2.3 Q型和ZHJ2型烟粉虱在健康和发病番茄上的种群增长

4.2.4 TYLCV对Q型和ZHJ2型烟粉虱成虫寿命和生殖力的直接影响

4.3 讨论

5 B型烟粉虱在感染TYLCCNV不同时期烟草上的适合度比较

5.1 材料与方法

5.1.1 试验材料

5.1.2 试验方法

5.1.3 数据处理

5.2 结果与分析

5.2.1 B型烟粉虱在感染TYLCCNV不同时期烟草上的适合度

5.2.2 B型烟粉虱在健康或发病烟草上的存活时间与产卵量的关系

5.2.3 B型烟粉虱在注射后30天发病和健康烟草上的存活时间

5.3 讨论

6 健康和感染TYLCCNV烟草的烟碱含量比较

6.1 材料与方法

6.1.1 试验材料

6.1.2 试验方法

6.1.3 数据处理

6.2 结果与分析

6.3 讨论

7 TYLCCNV DNA A及TYLCCNV DNAβ侵染对普通烟适合性的影响

7.1 材料与方法

7.1.1 试验材料

7.1.2 试验方法

7.1.3 数据处理

7.2 结果与分析

7.3 讨论

8 JA、SA对烟草适合性的影响

8.1 材料与方法

8.1.1 试验材料

8.1.2 试验方法

8.1.3 数据处理

8.2 结果与分析

8.2.1 健康及发病烟草叶片的内源JA、SA含量

8.2.2 烟粉虱在施用MeJA或MeJA烟草上的存活和产卵量

8.3 讨论

9 总讨论

9.1 烟粉虱-TYLCV-植物互作关系

9.2 双生病毒-烟粉虱间接互惠共生关系的机制

9.3 研究中存在问题

9.4 值得继续研究问题

9.5 本论文的主要创新点

参考文献

附录1 TYLCV的寄主范围测定及TYLCV侵染对烟草适合性的影响

附录2 TYLCCNV DNA A及DNAβ侵染对心叶烟、本氏烟适合性的影响

附录3 博士研究生期间发表或待发表的学术论文