瓜类褪绿黄化病毒对介体烟粉虱行为和寄主植物特性的影响

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烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)属于半翅目(Hemiptera)粉虱科(Aleyrodidae)小粉虱属(Bemisia),是世界范围内重要的农业害虫和植物病毒介体。瓜类褪绿黄化病毒(Cucurbit chlorotic yellows virus,CCYV)是近年来报道的由烟粉虱B型和Q型以半持久性方式传播的一种瓜类植物病毒,目前在中国危害严重。开展病毒-介体-植物互作机制的研究,有助于加深对于介体烟粉虱传毒机理的认识,同时将为烟粉虱和CCYV病毒的防控奠定理论基础。本研究以烟粉虱B型和Q型、黄瓜和CCYV为试验材料,研究了CCYV对烟粉虱和黄瓜之间互作的影响,包括CCYV对烟粉虱取食选择行为、解毒酶和保护酶活性的影响,对黄瓜茉莉酸信号途径、挥发性化学物质及叶片光谱的影响。同时,比较分析了CCYV对B型和Q型烟粉虱酶活的影响以及对介体取食引起的植物茉莉酸途径的影响。实验结果总结如下:  (1)CCYV对烟粉虱寄主植物选择的影响  观察了烟粉虱对健康植株、感病不同阶段植株(7d/20d)的趋性选择行为。结果发现,在植株感病前期(7d),不带毒Q型烟粉虱趋向选择健康植株,而带毒Q型烟粉虱对健康/感病植株的选择倾向性无显著差异;在植株感病后期(20d),不带毒Q型烟粉虱偏向选择感病植株,而带毒Q型烟粉虱则更偏向于选择健康植株。B型烟粉虱无论是黄瓜毒量高低都是选择健康植株。  (2)CCYV对烟粉虱解毒酶和保护酶的影响  B型和Q型烟粉虱分别在感病植株上取食1d、5d、10d、20d后,检测烟粉虱体内解毒酶和保护酶活性变化,结果发现Q型烟粉虱体内的谷胱甘肽S-转移酶(GST)和乙酰胆碱酯酶(AchE)的活性呈现先升高后降低的趋势,三大保护酶系中的超氧化物歧化酶(SOD)当烟粉虱在感病植株上取食5d时其活性短暂降低10d后又升高,过氧化氢酶(CAT)的活性先在接触1d的时候有短暂的降低,5d后一直升高,过氧化物酶(POD)的活性与CAT的变化趋势一致,都是从5d的时候开始一直升高。  两种生物型烟粉虱取食感病植株之后其保护酶和解毒酶的整体变化趋势相似,但二者在以下几个方面表现出区别:Q型烟粉虱保护酶和解毒酶活性都相应的要高于B型烟粉虱,并且Q型烟粉虱取食带毒黄瓜10d时GST活性升高,而B型烟粉虱的GST没变化;Q型烟粉虱在取食带毒植物5d的时候AchE活性已经开始升高,而B型烟粉虱取食10d的时候检测才与对照相比活性升高。这些结果说明Q型烟粉虱在带毒黄瓜上取食后,其解毒和保护酶系活性高于B型。  (3)CCYV对黄瓜茉莉酸信号途径相关的3个基因表达的影响  通过研究黄瓜感病不同天数后,黄瓜新叶中与茉莉酸信号途径相关的LOX23、PLD和AOS三个基因的变化时,发现JA合成过程中的PLD基因和AOS基因感染病毒后新叶内的表达量都上调,上游基因LOX23在感病5d时相对于健康植株中的表达量上调;而10d时LOX23基因和15d时LOX23、PLD基因与健康的相比表达量却下调。目前的研究只表明CCYV对黄瓜内这三种基因产生影响,但CCYV对JA信号途径的影响机制还需要进一步的研究证明。  为明确烟粉虱在取食过程中对植物上述基因所造成的影响,以便与病毒所造成的植物基因变化相区分,实验研究了B型、Q型烟粉虱分别取食黄瓜3d后,新叶中JA途径相关的LOX23、PLD、AOS三个基因表达量的变化,发现Q型烟粉虱取食3d后LOX23和PLD表达量较健康黄瓜无显著变化,而AOS基因与健康相比显著下调,但B型烟粉虱取食黄瓜3d后LOX23、PLD、AOS都与健康相比显著下调。以上结果不但说明了B型烟粉虱比Q型取食更加抑制了黄瓜的诱导植物防御反应,而且说明了CCYV在感染早期可以激活植物的JA相关的基因表达。  (4)CCYV对黄瓜挥发性物质的影响  利用顶空吸附剂法收集了感病和健康植株的挥发性化学物质并进行了GC-MS分析,结果发现,感病20d的植株与健康植株相比,释放的挥发性物质发生了变化,这些挥发性物质有萜烯类、烷烃类、醇、酯、醛等,感病后新增的挥发物中蒎烯和月桂醛含量分别占总挥发性化学物质含量的0.3%和0.78%。分析中发现,健康植株特有的挥发性物质中(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯和D-柠檬烯(苎烯)含量分别占总挥发性化学物质含量的12.89%和4.99%,并且在感病植株中没有发现,已经有相关的实验研究证明,蒎烯和D-柠檬烯(苎烯)与烟粉虱的选择行为和植物防御有关,是否CCYV抑制了这些物质的形成从而有利于吸引介体,还需要进一步试验证实。  (5)CCYV对黄瓜叶片光谱的影响  利用Cubert UHD185无人机载成像光谱仪测定了感病植株从上至下不同叶片光谱的变化,同时测定叶片的病毒含量。由于波长为554nm左右是烟粉虱最敏感和易受吸引的光谱,因此重点关注这个波长的变化。结果表明,感病植株叶片在波长为554nm左右的反射率高于健康的黄瓜叶片,毒量拷贝数在3.63×103-5.44×105范围内时,554nm左右的反射率没有太大的变化,但随着毒量超过一定的范围后反射率便开始逐渐升高。说明叶片的554nm波长的反射率高低,可以在一定程度上反映CCYV在黄瓜中的毒量,同时表明了其对介体烟粉虱的吸引程度。
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