木薯对朱砂叶螨抗性的防御反应机制研究

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木薯(Manihot esculenta Crantz)是世界重要的粮食、饲料、工业原料、生物质能源和救荒作物。朱砂叶螨(Tetranychus cinnabarinus(Boisduval))是世界木薯主栽区发生危害最严重的四大有害生物之一,生活史短,繁殖力强,且主要集中在木薯种植后6-8个月严重暴发成灾,此时木薯地已封行,药剂防治非常困难。培育与利用抗虫品种防治虫害已成为国内外公认的最经济、有效、简便的一项带有方向性的害虫防治途径。探讨作物抗虫性机理,可为抗虫种质资源的挖掘、抗虫新种质的创制与利用提供理论依据。因此,本研究以感螨参照标准木薯品种BRA900为对照,在前期研究明确抗螨参照标准木薯品种C1115对朱砂叶螨的发育与繁殖具有显著抑制作用基础上,进一步从营养物质、次生代谢物质、保护酶三个层面阐明了木薯对朱砂叶螨抗性的防御反应机制,为深入开展木薯对朱砂叶螨的抗性分子机理及抗螨木薯分子设计育种提供了理论依据。主要研究结果如下:1.发现木薯对朱砂叶螨的抗性与叶组织中游离氨基酸、可溶性糖、可溶性氮、游离脯氨酸含量显著负相关,与糖氮比显著正相关,初步阐明木薯对朱砂叶螨抗性的营养物质防御反应机制。为了明确营养物质在木薯抗螨性中的重要作用,系统分析了朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织营养物质含量差异。结果表明,朱砂叶螨为害1d、4d和8d的抗螨参照标准木薯品种C1115叶组织中的游离氨基酸、可溶性糖和可溶性氮含量均显著降低,分别为为害前的69.69%、69.29%和63.42%;73.16%、73.71%和72.75%;45.97%、46.21%和46.13%(p<0.05);但S/N显著升高为为害前的159.15%、159.46%和157.83%(p<0.05),游离脯氨酸含量无显著变化。螨害1d、4d和8d的感螨参照标准木薯品种BRA900叶组织中游离氨基酸和可溶性糖含量与为害前无显著差异,可溶性氮含量显著升高为为害前的148.50%、148.73%和148.77%,S/N显著降低为为害前的62.61%、61.48%和61.92%,游离脯氨酸含量显著升高为为害前的373.82%、367.33%和362.61%(p<0.05)。这些结果为深入开展木薯对朱砂叶螨抗性的营养物质防御反应分子机理及基于营养物质防御反应的木薯抗螨种质资源的鉴定评价与创新利用研究提供了理论依据。2.发现木薯对朱砂叶螨的抗性与叶组织中总酚和单宁酸含量显著正相关,与丙二醛含量显著负相关,初步阐明木薯对朱砂叶螨抗性的次生代谢物质防御反应机制。为了明确次生代谢物质在木薯抗螨中的重要作用,系统分析了朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织次生代谢物质含量差异。结果表明,朱砂叶螨为害1d、4d和8d的抗螨参照标准木薯品种C1115中总酚和单宁酸含量显著升高,分别为为害前的116.50%、287.80%和327.14%;282.22%、287.40%和290.46%(p<0.05);但丙二醛含量显著降低为为害前的35.68%、46.29%和31.49%(p<0.05)。螨害1d、4d和8d的感螨参照标准木薯品种BRA900的总酚含量在螨害前后无显著差异。这些结果为深入开展木薯对朱砂叶螨抗性的次生代谢物质防御反应分子机理研究及基于次生代谢物质防御反应的木薯抗螨种质资源的鉴定评价与创新利用提供了理论依据。3.发现木薯对朱砂叶螨的抗性与叶组织中保护酶中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性显著正相关,初步阐明木薯对朱砂叶螨抗性的保护酶防御反应机制。为了明确保护酶在木薯抗螨性中的重要作用,系统分析了朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织保护酶活性差异。结果表明,朱砂叶螨为害1d、4d和8d的抗螨参照标准木薯品种C1115叶组织中的SOD、CAT、POD和PPO活性均升高,较感螨参照标准木薯品种BRA900品种反应更灵敏,即上升到一个很高水平,分别为为害前的16.80、20.75和17.32倍;2.57、2.98和3.29倍;2.10、17.22和32.64倍;1.56、2.57和2.14倍(p<0.05),而螨害1d、4d和8d的感螨参照标准木薯品种BRA900叶组织中的仅分别增加1.49、1.68和1.36倍;0.89、0.94和0.91倍;1.52、2.21和4.07倍;1.28、1.54和1.58倍(p<0.05)。这些结果为深入开展木薯对朱砂叶螨抗性的保护酶防御反应分子机理及基于保护酶防御反应的木薯抗螨种质资源的鉴定评价与创新利用研究提供了理论依据。4.发现抗螨参照标准木薯品种对朱砂叶螨成螨体内消化酶中淀粉酶、蔗糖酶和脂肪酶和保护酶SOD、CAT、POD、PPO及解毒酶中谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)、羧酸酯酶(Car E)、多功能氧化酶(MFO)的活性具有显著抑制作用,初步阐明木薯在朱砂叶螨取食为害的反馈抑制防御反应机制。为了明确朱砂叶螨体内消化酶、保护酶和解毒酶在木薯抗螨性中的重要作用,系统分析了朱砂叶螨取食抗、感螨参照标准木薯品种前后成螨体内消化酶、保护酶和解毒酶活性差异。结果表明,朱砂叶螨取食抗螨参照标准木薯品种C1115后1d和4d的成螨体内消化酶中淀粉酶、蔗糖酶和脂肪酶活性均显著降低,分别为为害前的0.83和0.77倍;0.76和0.83倍;0.84和0.94倍(p<0.05)。成螨体内保护酶如SOD、CAT、POD和PPO活性均显著降低,分别为为害前的0.64和0.63倍;0.62和0.37倍;0.64和0.24倍;0.72和0.61倍(p<0.05);成螨体内解毒酶中的GSTs、Car E和MFO活性均显著降低,分别为为害前的0.89和0.62倍;0.64和0.68倍;0.83和0.82倍(p<0.05);这些结果为深入开展木薯对朱砂叶螨取食为害的反馈抑制防御反应分子机理及基于反馈抑制防御反应的抗螨种质资源鉴定评价与创新利用提供理论依据。
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