劉明楊，雷彩燕，李靜靜，盧少華，白潤娥，湯清波，閆鳳鳴

?

黃瓜對B型和Q型煙粉虱取食的不同生理生化反應(yīng)

劉明楊，雷彩燕，李靜靜，盧少華，白潤娥，湯清波，閆鳳鳴

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，鄭州 450002）

【目的】煙粉虱（）B生物型（中東-小亞細(xì)亞1種）和Q生物型（地中海種）是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的重要害蟲，殺蟲劑的濫用造成害蟲產(chǎn)生抗藥性，并危害到生態(tài)安全與人類健康，因此，制定安全有效的防控措施十分必要。利用植物抗性是害蟲綜合治理的重要方面,論文旨在探討黃瓜植株被B型、Q型煙粉虱取食后營養(yǎng)和防御相關(guān)酶系的反應(yīng)差異，闡明黃瓜植株應(yīng)對煙粉虱取食防御反應(yīng)的生理生化機(jī)制，為利用植物抗性防控不同煙粉虱生物型提供依據(jù)?！痉椒ā恳詫嶒炇议L期培養(yǎng)的B型、Q型煙粉虱和黃瓜博杰1號品種為供試材料，在黃瓜植株4片真葉期分別接B型、Q型煙粉虱成蟲200頭，同時分別以不接蟲的黃瓜植株為對照，在煙粉虱持續(xù)取食1、3、5、7、9 d后，分別測定黃瓜葉片中營養(yǎng)物質(zhì)（可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)）含量、多酚含量、防御物質(zhì)合成相關(guān)酶活性以及保護(hù)酶活性?！窘Y(jié)果】在整個實驗期內(nèi)，B型煙粉虱取食3 d后，黃瓜葉片中可溶性糖和蛋白含量均顯著高于對照植株，而Q型煙粉虱取食1 d后，黃瓜葉片內(nèi)可溶性糖和蛋白質(zhì)含量均比對照植株顯著下降。黃瓜葉片中多酚含量及其合成關(guān)鍵酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性在兩種生物型煙粉虱取食后均升高，但對Q型煙粉虱取食更敏感，即活性更高。B型煙粉虱取食后引起黃瓜葉片中超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）酶活性均升高、過氧化物酶（POD）酶活性下降；而Q型煙粉虱取食后則引起SOD活性升高、POD和CAT酶活性下降?！窘Y(jié)論】煙粉虱B型和Q型取食誘導(dǎo)黃瓜的營養(yǎng)物質(zhì)含量、防御酶或保護(hù)酶活性發(fā)生不同變化。B型、Q型煙粉虱取食均能誘導(dǎo)黃瓜植株防御物質(zhì)多酚的合成，導(dǎo)致葉片內(nèi)多酚含量升高；但二者對黃瓜營養(yǎng)物質(zhì)及保護(hù)酶的活性誘導(dǎo)存在差異，B型煙粉虱誘導(dǎo)黃瓜營養(yǎng)物質(zhì)增加，Q型取食導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)下降，而黃瓜防御物質(zhì)在Q型煙粉虱取食后活性更強(qiáng)。兩種煙粉虱生物型在寄主適應(yīng)性上存在差異，在制定防治策略上，應(yīng)該因不同煙粉虱生物型或不同寄主植物而有所不同。

煙粉虱；B和Q生物型；取食誘導(dǎo)；黃瓜；營養(yǎng)物質(zhì)；防御物質(zhì)；保護(hù)酶

0 引言

【研究意義】煙粉虱（）是一種重要的世界性害蟲，目前已報道至少有36個生物型[1-2]，其中B生物型（中東-小亞細(xì)亞1種）和Q生物型（地中海種）煙粉虱是中國重要的外來入侵物種[3-4]。B型煙粉虱自20世紀(jì)90年代末侵入中國，并迅速蔓延，已經(jīng)取代了許多本地種[5]。Q型煙粉虱2003年在國內(nèi)發(fā)現(xiàn)，隨后在國內(nèi)擴(kuò)散，在許多地區(qū)已經(jīng)取代B型煙粉虱成為優(yōu)勢種[6-7]。煙粉虱成蟲、若蟲均以口針刺吸取食植物韌皮部汁液，取食過程分泌的唾液蛋白會引起植物生理異常[8]。煙粉虱在取食過程中還會大量分泌蜜露，誘發(fā)煤污病，導(dǎo)致植物光合作用下降，影響植物產(chǎn)量和品質(zhì)。除此之外，煙粉虱是傳播植物病毒效率最高的介體之一，能夠傳播5個科212種植物病毒，給世界各地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[9-10]。因此，制定煙粉虱安全有效的治理策略刻不容緩。寄主植物抗性利用是害蟲治理中經(jīng)濟(jì)有效且實用的措施。黃瓜是煙粉虱重要寄主植物之一，研究B型和Q型煙粉虱取食誘導(dǎo)黃瓜生理生化的反應(yīng)差異，從植物誘導(dǎo)抗性的角度探索寄主對不同生物型煙粉虱的防御反應(yīng)，可為利用植物抗性制定煙粉虱綜合治理措施提供理論依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】植物在長期進(jìn)化過程中形成了復(fù)雜的防御系統(tǒng)，被植食性昆蟲取食后，其生理生化狀態(tài)可發(fā)生一系列的改變，如可引起植物營養(yǎng)物質(zhì)的變化。棉鈴蟲（）危害誘導(dǎo)棉花植株可溶性糖含量升高[11]；松樹受馬尾松毛蟲（）危害后針葉中氨基酸含量降低[12]。植食性昆蟲取食還可誘導(dǎo)植物防御物質(zhì)的變化，如酚類、萜類、煙堿類等次生物質(zhì)[13]。酚類物質(zhì)是其中重要的一種，它具有限制昆蟲取食和毒害兩方面的作用[14]。而苯丙氨酸解氨酶（phenylalanin ammonialyase，PAL）和多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）是植物體內(nèi)多酚代謝過程中的關(guān)鍵酶。另外，植物在受到昆蟲或其他不良環(huán)境脅迫時，體內(nèi)會產(chǎn)生和積累活性氧物質(zhì)，對其造成毒害作用。植物體內(nèi)的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）等氧化酶能有效地清除這些自由基，抑制活性氧自由基對機(jī)體的傷害，提高生物體抗逆能力。植食性昆蟲取食能夠誘導(dǎo)植物中相關(guān)防御酶活性的變化，例如稻飛虱（和）取食水稻[15]、苜蓿蚜（）取食苜蓿[16]都會引起植物中防御酶活性改變。因此，營養(yǎng)物質(zhì)改變、防御物質(zhì)累積和防御酶活性提高可能是植物抵御害蟲危害的重要途徑?！颈狙芯壳腥朦c】目前關(guān)于煙粉虱與寄主植物互作的關(guān)系研究，主要集中在B型煙粉虱與寄主植物互作，研究范圍通常是寄主植物中酶活性的變化[17-19]，很少涉及植物中的營養(yǎng)物質(zhì)變化以及B型和Q型煙粉虱與寄主互作的差異比較?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以黃瓜（）為材料，通過研究B型、Q型煙粉虱取食誘導(dǎo)的植物中主要營養(yǎng)物質(zhì)可溶性糖和可溶性蛋白含量、植物體內(nèi)防御物質(zhì)合成積累及防御酶系活性的變化，從生理生化角度深化對煙粉虱與其寄主植物相互作用機(jī)理的認(rèn)識。同時，對兩種生物型煙粉虱取食誘導(dǎo)的植物生理生化反應(yīng)進(jìn)行比較，探討其在寄主適應(yīng)方面所采取的不同策略。

1 材料與方法

試驗于2015年5—9月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)生態(tài)學(xué)實驗室進(jìn)行。

1.1 供試材料

黃瓜（品種博杰1號）購于天津德瑞特種業(yè)有限公司，于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)人工溫室內(nèi)（溫度26—27℃，光暗比為14 h﹕10 h，光照強(qiáng)度為2 500—3 000 lx，相對濕度75%，土壤采用營養(yǎng)土，花盆為直徑10 cm，高12 cm圓盆）培養(yǎng)，待到4片真葉期用于試驗。

B型和Q型煙粉虱采自河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)，并在室內(nèi)飼養(yǎng)籠（60 cm×40 cm×80 cm）內(nèi)的煙草（）（品種為中煙100）上標(biāo)準(zhǔn)化飼養(yǎng)（溫度27—28℃，相對濕度75%，光暗比為16 h﹕ 8 h）多年，每代用（線粒體細(xì)胞色素氧化酶I基因）標(biāo)記檢測煙粉虱種群的生物型純度[20]。選取羽化24 h內(nèi)的煙粉虱成蟲用于試驗。

1.2 黃瓜處理

選取齡期一致、長勢一致的黃瓜植株（4片真葉期），置于飼養(yǎng)籠（60 cm×40 cm×80 cm）內(nèi)，分別接入B型、Q型煙粉虱成蟲，平均蟲口密度每株200頭。同時設(shè)置未接蟲的植物作為對照。在接入煙粉虱1、3、5、7、9 d后取植物葉片（最新長出的兩片葉），測定可溶性糖、多酚、蛋白質(zhì)，或-70℃保存用于酶活性測定。

1.3 可溶性糖及蛋白質(zhì)含量測定

可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[21]。取新鮮植物葉片0.2 g，剪碎放入刻度試管，加入10 mL蒸餾水，塑料膜封口，于沸水浴中提取30 min（提取兩次），提取液過濾入25 mL容量瓶中，反復(fù)漂洗試管及殘渣，定容。吸取樣品提取液0.5 mL于20 mL刻度管中，加1.5 mL蒸餾水，向刻度管中加入0.5 mL蒽酮乙酸乙酯試劑和5 mL濃硫酸，充分振蕩后立即將試管放入沸水浴中保溫1 min，取出后冷卻至室溫，以空白做參比，在630 nm波長下測其吸光度。以蔗糖做標(biāo)準(zhǔn)曲線。

可溶性蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[21]。稱取新鮮植物葉片0.2 g，用5 mL 0.05 mol·L-1磷酸緩沖液（pH 7.0）研磨成勻漿，3 000 r/min離心10 min。取1 mL上清液放入具塞試管（每個樣品3個重復(fù)），加入5 mL考馬斯亮藍(lán)G-250溶液，充分混合，放置2 min后在595 nm下測吸光度。以牛血清蛋白做標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4 多酚含量測定

多酚含量測定采用福林-酚比色法[22]。稱取0.2 g新鮮葉片置于預(yù)冷的研缽，加入液氮研磨至粉末，移入2 mL離心管中，加入1.5 mL 80%甲醇。用錫箔紙包裹離心管，25℃下150 r/min搖床下振蕩過夜。提取物在12 000 r/min在離心10 min，將上清液轉(zhuǎn)移到新的離心管中，-20℃保存，用于測定。測定時加入150 μL提取液和150 μL 1 mol·L-1Folin-酚試劑（Folin and Ciocalteu’s Phenol reagent），搖勻，室溫下保持5 min。接著加入200 μL的1 mol·L-1Na2CO3溶液，搖勻，在室溫下保持10 min。向混合物中加入雙蒸水使反應(yīng)液體積到1.5 mL，搖勻，室溫下（在暗處）保持1 h?；旌衔镌?25 nm下比色，測定吸光度。以鄰苯二酚做標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.5 酶活性測定

粗酶液提取：將冷凍保存的黃瓜葉片（0.5 g）置于研缽中，加入4℃預(yù)冷的pH 7.0的磷酸緩沖液2—3 mL和少許石英砂研磨成勻漿，4℃下8 000 r/min低溫離心20 min，上清液即為粗酶液，置于4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.5.1 苯丙氨酸解氨酶（PAL）活力測定 PAL活性測定參考Lee等[23]的方法。取0.1 mL酶液，加1 mL 0.02 mol·L-1的苯丙氨酸和1.9 mL 0.1 mol·L-1Tris-HCl（pH 8.0）緩沖液，30℃水浴鍋中反應(yīng)15 min，加入200 μL 6 mol·L-1HCl終止反應(yīng)，于290 nm處測定吸光度值（OD290）。以每克葉片鮮重每分鐘0.01個290 nm吸光值的變化為一個PAL活性單位（U）。

1.5.2 過氧化氫酶（CAT）活性測定 參考王學(xué)奎[24]的方法。取試管3支，分別依次加入粗酶液0.2 mL，0.05 mol·L-1磷酸緩沖液（pH 7.0）1.5 mL，蒸餾水1.0 mL，其中對照管的酶液為煮沸的粗酶液。25℃條件下水浴5 min后加入0.1 mol·L-1的H2O20.3 mL。以雙蒸水調(diào)零，于240 nm波長下測定4 min內(nèi)OD值的變化。以每克葉片鮮重每分鐘0.01個240 nm吸光值的變化為一個CAT活性單位（U）。

1.5.3 過氧化物酶（POD）活性測定 參考高俊鳳[25]的方法并略作改進(jìn)。取4支管，分別加入0.05 mol·L-1磷酸緩沖液（pH 7.0）2.9 mL，1.0 mL 0.05 mol·L-1愈創(chuàng)木酚，0.1 mL酶液，最后加入2% 1 mL H2O2催化激活反應(yīng)，470 nm處測4 min內(nèi)吸光值變化。以每克葉片鮮重470 nm處吸光值變化量為一個POD活性單位（U）。

1.5.4 多酚氧化酶（PPO）活性測定 參考Anderson等[26]的方法并改進(jìn)。取試管4支，分別加入pH 6.8的0.05 mol·L-1磷酸緩沖液（pH 7.0）1.50 mL和0.02 mol·L-1鄰苯二酚1.50 mL，測定管加入0.1 mL的粗酶液，空白管以0.05 mol·L-1磷酸緩沖液代替粗酶液；30℃反應(yīng)2 min后，在398 nm波長下測4 min內(nèi)OD值變化。

1.5.5 超氧化物歧化酶（SOD）活性測定 參考高俊鳳[25]的方法。取試管5支，分別依次加入0.05 mol·L-1磷酸緩沖液（pH 7.0）1.5 mL，130 mmol·L-1甲硫氨酸0.3 mL，750 μmol·L-1氮藍(lán)四唑溶液0.3 mL，100 μmol·L-1EDTA-Na2溶液0.3 mL；測定管依次加入0.1 mL酶液，0.5 mL蒸餾水，對照管以蒸餾水代替粗酶液；混合均勻后，暗對照管用錫箔紙包裹避光，將所有試管放入28℃的光照培養(yǎng)箱反應(yīng)9 min，反應(yīng)結(jié)束后以暗對照為空白，560 nm測OD值。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用SPSS16.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析，不同處理間采用獨立樣本檢驗。

2 結(jié)果

2.1 煙粉虱取食對黃瓜中營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

2.1.1 可溶性糖含量 B型和Q型煙粉虱危害均會導(dǎo)致黃瓜植株中可溶性糖含量發(fā)生改變。黃瓜植株中的可溶糖含量，在B型煙粉虱取食后的3、5和7 d顯著高于對照植株（≤0.05），9 d極顯著高于對照植株（≤0.01）；Q型煙粉虱取食則導(dǎo)致黃瓜植株中可溶性糖含量降低，在取食后1、3、9 d黃瓜植株中可溶性糖含量極顯著低于對照植株（≤0.01）（圖1）。

“*”表示差異顯著（P≤0.05），“**”表示差異極顯著（P≤0.01）。下同

2.1.2 可溶性蛋白含量 B型和Q型煙粉虱取食對黃瓜中可溶性蛋白含量的影響不同。B型煙粉虱取食后黃瓜植株中可溶性蛋白含量除了第7天顯著高于對照植株外（≤0.05），其他時間和對照植株之間沒有顯著性差異；Q型煙粉虱取食后除第1天外，其余觀察時間點黃瓜中可溶性蛋白含量均下降，其中第3和7天后顯著低于對照（≤0.05），而第9天極顯著低于對照（≤0.01）（圖2）。

圖2 B型、Q型煙粉虱取食誘導(dǎo)的黃瓜中可溶性蛋白含量變化

2.2 煙粉虱取食對黃瓜中防御物質(zhì)多酚合成和積累的誘導(dǎo)

2.2.1 多酚含量 B型和Q型煙粉虱危害都能夠提高黃瓜中防御物質(zhì)多酚的含量。黃瓜植株中多酚含量在B型煙粉虱危害后3 d開始顯著高于對照植株，增幅最大是第5和9天，分別達(dá)24.99%和46.67%；Q型煙粉虱危害后，在第1、5天黃瓜中多酚含量顯著高于對照（≤0.05），第7天極顯著高于對照（≤0.01），增幅最大是第1和5天，分別達(dá)15.34%和25.08%（圖3）。

圖3 B型、Q型煙粉虱取食誘導(dǎo)的黃瓜中多酚含量的變化

2.2.2 PAL活性 B型和Q型煙粉虱危害均能提高黃瓜中PAL活性。B型煙粉虱危害后，黃瓜中PAL活性在第7和9天顯著高于對照（≤0.05），第3天黃瓜中PAL活性極顯著高于對照（≤0.01），在第3和7天增幅最高，分別達(dá)31.41%和14.06%；Q型煙粉虱取食后，除第3天外，其余觀察時間黃瓜中多酚含量均顯著高于對照，其中第1、5、7天黃瓜中PAL活性極顯著高于對照（≤0.01），第1、5、7、9天PAL酶活性增幅分別高達(dá)115.38%、60.22%、60.71%和30.82%（圖4）。

圖4 B型、Q型煙粉虱取食誘導(dǎo)的黃瓜中PAL活性變化

2.2.3 PPO活性 B型、Q型煙粉虱危害后黃瓜中PPO活性變化不一致。B型煙粉虱危害后，黃瓜中PPO活性沒有顯著性變化。而Q型煙粉虱危害后，黃瓜中PPO活性的在第1天顯著高于對照（≤0.05），而第9天極顯著高于對照（≤0.01）（圖5）。

圖5 B型、Q型煙粉虱取食誘導(dǎo)的黃瓜中PP0活性變化

2.3 煙粉虱危害對黃瓜中保護(hù)酶活性的影響

2.3.1 SOD活性 B型、Q型煙粉虱危害后都能誘導(dǎo)黃瓜中SOD活性的增加。B型煙粉虱危害后第3、5、7天后黃瓜中SOD活性的增幅分別為20.97%、36.64%、30.96%，達(dá)顯著水平（≤0.05）。Q型煙粉虱危害后第7和9天的增幅分別為45.51%、52.92%，顯著高于對照（≤0.05）（圖6）。

圖6 B型、Q型煙粉虱取食誘導(dǎo)的黃瓜中SOD活性變化

2.3.2 POD活性 B型、Q型煙粉虱危害后都能顯著降低黃瓜中POD活性。B型煙粉虱危害后黃瓜中POD活性第1天差異顯著（≤0.05），第3、5、7天差異達(dá)到極顯著水平（≤0.01）；Q型煙粉虱危害后黃瓜中POD活性也降低，第1、5、7天黃瓜中POD活性顯著低于對照（≤0.05），第3、9天黃瓜中POD活性極顯著低于對照（≤0.01）（圖7）。

圖7 B型、Q型煙粉虱取食誘導(dǎo)的黃瓜中POD活性的變化

2.3.3 CAT活性 B型、Q型煙粉虱危害都能夠影響黃瓜中CAT活性，但變化趨勢不同。B型煙粉虱危害后，黃瓜植株中的CAT活性增加，且第3和5天CAT活性顯著高于對照植株（≤0.05）；而Q型煙粉虱危害后，黃瓜植株中CAT活性降低，在危害第7和9天CAT活性顯著低于對照植株（≤0.05）（圖8）。

圖8 B型、Q型煙粉虱取食誘導(dǎo)的黃瓜中CAT活性變化

3 討論

植物遭受植食性昆蟲危害后，其生理生化方面可能發(fā)生變化，表現(xiàn)為營養(yǎng)物質(zhì)、防御蛋白、次生代謝產(chǎn)物及有毒物質(zhì)在質(zhì)或量上的改變，而這些改變不利于植食性昆蟲的生長發(fā)育和繁殖[27]。寄主植物營養(yǎng)物質(zhì)在質(zhì)和量上的變化都足以影響昆蟲的生長發(fā)育，因此植物營養(yǎng)物質(zhì)的改變是植物化學(xué)防御機(jī)制的一種對策?？扇苄蕴鞘抢ハx生長發(fā)育必要的氨基酸和不飽和脂類的前體[11]，蛋白質(zhì)尤其是氨基酸的種類和比例，是昆蟲生長發(fā)育的重要因素，因此植物中可溶性糖含量和蛋白質(zhì)的變化是植物抵御植食性昆蟲取食的一種手段，這種變化會因昆蟲和寄主植物的不同而異。刺吸式口器害蟲褐飛虱危害水稻后，其寄主植物體內(nèi)可溶性糖、蛋白質(zhì)等含量大大降低[28]；覃金萍等[29]研究表明灰同緣小葉蟬（）危害秋楓葉后可溶性糖和蛋白質(zhì)含量明顯升高。本研究發(fā)現(xiàn)，兩種生物型煙粉虱取食后，誘導(dǎo)黃瓜中營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生不同變化：B型煙粉虱取食誘導(dǎo)黃瓜可溶性糖和蛋白質(zhì)均顯著高于對照，而Q型煙粉虱取食后，可溶性糖和蛋白質(zhì)含量顯著低于對照（圖1、圖2）。這一結(jié)果表明，兩種煙粉虱生物型誘導(dǎo)的黃瓜營養(yǎng)物質(zhì)變化差異很大，這從客觀上使得B型煙粉虱更易從受害植物中獲取足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，而Q型的取食則阻礙了植物營養(yǎng)物質(zhì)的合成或積累。筆者實驗室之前的研究表明，在無農(nóng)藥壓力下B型煙粉虱適應(yīng)性更強(qiáng)[30]，本研究結(jié)果為這種結(jié)論提供了營養(yǎng)方面的依據(jù)。

植物體內(nèi)抗性物質(zhì)的含量水平與其抗蟲性高低密切相關(guān)。植物體內(nèi)次生物質(zhì)種類較多，包括酚類、黃酮類、萜類和生物堿等，這些物質(zhì)通過驅(qū)避、拒食或毒性的作用，影響昆蟲的搜索行為、抑制生長發(fā)育或阻礙昆蟲取食等[31]。湯德良等[11]研究表明，棉鈴蟲取食棉花后，葉片內(nèi)次生物質(zhì)棉酚和單寧含量均明顯高于未被取食的葉片。本研究發(fā)現(xiàn)，B型和Q型煙粉虱危害后，黃瓜中多酚的含量均高于對照，但二者變化略有差異。Q型煙粉虱取食后第1天黃瓜中多酚含量即顯著高于對照，而B型煙粉虱取食后第1天多酚含量沒有顯著變化（圖3），這說明黃瓜對Q型煙粉虱的脅迫較敏感，能夠?qū)ζ溲杆僮鞒龇烙磻?yīng)。植物體內(nèi)多酚均由苯丙烷類代謝途徑合成，苯丙氨酸解氨酶PAL是這一途徑的關(guān)鍵酶和限速酶[32]，本試驗研究了B型和Q型煙粉虱危害后黃瓜中PAL活性變化，結(jié)果表明兩種生物型煙粉虱取食都能夠誘導(dǎo)黃瓜中PAL活性的提高，但Q型煙粉虱取食后PAL活性增加更迅速，增加幅度更高（圖4）。多酚氧化酶（PPO）在植物中主要存在于細(xì)胞器類囊體，而其酚底物在液泡中，所以植食性昆蟲危害能使植物體內(nèi)PPO活性升高。PPO對植食性昆蟲具有防御功能，一方面昆蟲通過咀嚼和進(jìn)食將PPO與食物中的蛋白混合形成醌類，從而降低已攝入植物蛋白的營養(yǎng)價值形成抗?fàn)I養(yǎng)；另一方面醌類物質(zhì)本身有一定的毒性，在某種程度上也可對抗植食性昆蟲[33]。本研究中B型煙粉虱危害后黃瓜中PPO活性沒有明顯變化，而Q型煙粉虱取食直接誘導(dǎo)了黃瓜中PPO活性提高（圖5），這表明黃瓜中PPO對Q型煙粉虱危害更敏感，即Q型煙粉虱取食能引起寄主植物黃瓜更激烈迅速的反應(yīng)。

植物在受到昆蟲或其他不良環(huán)境脅迫時，體內(nèi)會產(chǎn)生和積累活性氧物質(zhì)，對其自身造成毒害作用，但同時植物體內(nèi)的SOD、POD、CAT等氧化酶能有效地清除這些自由基，抑制活性氧自由基對機(jī)體的傷害，提高生物體的抗逆性能。不同植物受不同害蟲危害后體內(nèi)保護(hù)酶活性變化存在一定差異[28,34]。苜蓿蚜、高粱蚜（）、溫室粉虱等昆蟲取食危害均導(dǎo)致其寄主植物體內(nèi)防御酶活性的提高。但張金鋒等[15]研究表明，受白背飛虱（）危害后，稻株體內(nèi)的SOD活性增加，CAT活性下降；孔海龍等[35]研究發(fā)現(xiàn)Q型煙粉虱危害后辣椒中POD活性降低。本研究發(fā)現(xiàn)，B型、Q型煙粉虱危害后都導(dǎo)致黃瓜中SOD活性增加、POD活性則降低，但二者對CAT活性的影響則相反，即B型煙粉虱誘導(dǎo)黃瓜中CAT活性增加，Q型煙粉虱導(dǎo)致CAT活性降低。這說明在對于昆蟲取食的誘導(dǎo)反應(yīng)中，植物總體上可以提高抗性水平，但不同的昆蟲-植物組合可能誘導(dǎo)植物啟動不同的防御系統(tǒng)，因而造成不同防御或保護(hù)酶活性的不同變化。從昆蟲反適應(yīng)的角度看，昆蟲唾液成分在對付植物誘導(dǎo)反應(yīng)上發(fā)揮作用，不同昆蟲唾液成分的差異，會導(dǎo)致在壓低植物的防御反應(yīng)上效果不同。此外，近年來的許多研究表明，昆蟲內(nèi)共生菌在昆蟲適應(yīng)植物防御物質(zhì)和利用植物營養(yǎng)方面發(fā)揮著重要作用。

許多研究都證明B型和Q型煙粉虱在寄主適應(yīng)性、傳毒能力等方面存在差異，本研究從黃瓜誘導(dǎo)防御反應(yīng)的角度揭示了兩種煙粉虱生物型與寄主植物不同的相互作用關(guān)系，為其暴發(fā)、演化、取代機(jī)制的研究提供了證據(jù)。要闡明兩種生物型誘導(dǎo)植物不同防御反應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理，還需要進(jìn)行生物化學(xué)和分子生物學(xué)方面的研究。同時，兩種煙粉虱生物型在中國不同地區(qū)分布和危害上存在差異，它們與不同寄主植物的相互關(guān)系也會有不同表現(xiàn)，因此，針對不同煙粉虱生物型的危害和不同的寄主植物，在制定防治策略上，特別是以利用植物抗性為重點的綜合治理措施上，應(yīng)該因煙粉虱生物型或寄主植物而有所不同，從而使防控更有針對性。比如，B型煙粉虱取食可以誘導(dǎo)寄主植物營養(yǎng)增加，應(yīng)該輔以藥劑防控，而Q型煙粉虱取食降低了植物營養(yǎng)，同時誘導(dǎo)植物較高的防御水平，加上Q型本身就很高的抗藥性，應(yīng)以植物抗性利用為主，藥劑防治為輔。

4 結(jié)論

對B型、Q型煙粉虱取食誘導(dǎo)的黃瓜生理生化反應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)兩種生物型煙粉虱危害后黃瓜中營養(yǎng)物質(zhì)、抗性物質(zhì)及保護(hù)酶活性存在差異。B型煙粉虱危害后，黃瓜中營養(yǎng)物質(zhì)含量增加，Q型煙粉虱危害后，黃瓜中營養(yǎng)物質(zhì)含量降低；抗性物質(zhì)多酚及抗性代謝關(guān)鍵酶PAL活性在兩種生物型煙粉虱取食后都增加，但對Q型煙粉虱取食更敏感，增加更迅速、幅度更高；保護(hù)酶SOD和POD在兩種生物型煙粉虱取食后活性都增加，但B型煙粉虱取食導(dǎo)致CAT活性增加，而Q型煙粉虱取食則導(dǎo)致CAT活性降低。這些差異可能與兩種生物型煙粉虱的唾液蛋白成分及其體內(nèi)共生菌不同以及兩種生物型的不同適應(yīng)性有關(guān)。

References：

[1] Tay W T, Evans G A, Boykin L M, De Barro P J. Will the realplease stand up?, 2012, 7(11): e50550.

[2] Firdaus S, Vosman B, Hidayati N, Supena E D J, Visser R G F, van HeusdenA W. Thespecies complex: Additions from different parts of the world., 2013, 20(6): 723-733.

[3] Xu J, De Barro P J, Liu S S. Reproductive incompatibility among genetic groups ofsupports the proposition that the whitefly is a cryptic species complex., 2010, 100(3): 359-366.

[4] Lee W, Park J, Lee G S, Lee S, Akimoto S. Taxonomic status of thecomplex (Hemiptera: Aleyrodidae) and reassessment of the number of its constituent species., 2013, 8(5): e63817.

[5] Liu S S, Barro P J D, Xu J, Luan J B, Zang L S, Ruan Y M, WAN F H. Asymmetric mating interactions drive widespread invasion and displacement in a whitefly., 2007, 318(5857): 1769-1772.

[6] Pan H P, Chu D, Ge D Q, Wang S L, Wu Q J, Xie W, Jiao X G, Liu B M, Yang X, Yang N, Su Q, Xu B Y, Zhang Y J.Further spread of and domination by(Hemiptera: Aleyrodidae) biotype Q on field crops in China.,2011,104(3): 978-985.

[7] 李洪冉, 劉馨, 劉小龍, 李長友, 沈長朋, 陶云荔, 褚棟. 田間系統(tǒng)調(diào)查表明山東省農(nóng)區(qū)煙粉虱優(yōu)勢種為Q隱種. 昆蟲學(xué)報, 2015, 58(7): 811-816.

Li H R, Liu X, Liu X L, Li C Y, Shen C P, Tao Y L, Chu D. Widespread displacement of the exotic whitefly speciesB byQ in fields in Shandong, China., 2015, 58(7): 811-816. (in Chinese)

[8] Chu C C, Margosan D A, Buckner J S, Freeman T P, Henneberry T J.(Hemiptera: Aleyrodidae) nymph feeding in cotton () leaves., 2007, 14(5): 375-381.

[9] Polston J E, DeBarro P J, Boykin L M. Transmission specificities of plant viruses with the newly identified species of thespecies complex., 2014, 70(10): 1547-1552.

[10] Bragard C, Caciagli P, Lemaire O,Lopez-Moya J J, MacFarlane S, Peters D, Susi P, Torrance L. Status and prospects of plant virus control through interference with vector transmission., 2013, 51(2): 177-201.

[11] 湯德良, 王武剛, 譚維嘉, 郭予元. 棉鈴蟲危害誘導(dǎo)棉花內(nèi)物質(zhì)含量變化. 昆蟲學(xué)報, 1997, 40(3): 332-333.

Tang D L, Wang W G, Tan W J, Guo Y Y. Changes of contents of some substances in cotton leaves induced by cotton bollworm(Hübner) attack., 1997, 40(3): 332-333. (in Chinese)

[12] 戈峰, 李典謨, 邱業(yè)先, 王國紅. 松樹受害后一些化學(xué)物質(zhì)含量的變化及其對馬尾松毛蟲種群參數(shù)的影響. 昆蟲學(xué)報, 1997, 40(4): 337-342 .

Ge F, Li D M, Qiu Y X, Wang G H. Studies on the changes of some chemical in damaged pine needles and their effects on population parameters of pine caterpillar., 1997, 40(4): 337-342.(in Chinese)

[13] 秦秋菊, 高希武. 昆蟲取食誘導(dǎo)的植物防御反應(yīng). 昆蟲學(xué)報, 2005, 48(1): 125-134.

Qin Q J, Gao X W. Plant defense responses induced by insect herbivory., 2005, 48(1): 125-134. (in Chinese)

[14] 趙福庚, 何龍飛, 羅慶云. 植物逆境生理生態(tài)學(xué). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004: 15-17.

Zhao F G, He L F, Luo Q Y.Beijing: Chemical Industry Press, 2004: 15-17. (in Chinese)

[15] 張金鋒, 薛慶中. 稻飛虱危害脅迫對水稻植株內(nèi)主要保護(hù)酶活性的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 37(10): 1487-1491.

Zhang J F, Xue Q Z. The activity dynamics of main protective enzymes in rice plants under feeding stresses ofand., 2004, 37(10): 1487-1491. (in Chinese)

[16] 程璐, 賀春貴, 胡桂馨, 王森山, 張亞靈. 苜蓿斑蚜危害對5種苜蓿品種(系) PAL、POD、PPO 酶活性的影響. 植物保護(hù), 2009, 35(6): 87-90.

Cheng L, He C G, Hu G X, Wang s S, Zhang Y L. The effects ofon the activities of PAL, POD and PPO in fivevarieties., 2009, 35(6): 87-90.(in Chinese)

[17] Zhang S Z, Zhang F, Hua B Z. Enhancement of phenylalanine ammonia lyase, polyphenoloxidase, and peroxidase in cucumber seedlings by(Gennadius) (Hemiptera: Aleyrodidae) infestation., 2008, 7(1): 82-87.

[18] 安志蘭, 褚棟, 郭篤發(fā), 范仲學(xué), 陶云荔, 劉國霞, 張友軍. 寄主植物對B型煙粉虱 ()幾種主要解毒酶活性的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2008, 28(4): 1536-1543.

An Z L, Chu D, Guo D F, Fan Z X, Tao Y L, Liu G X, ZHANG Y J. Effects of host plant on activities of some detoxification enzymes inbiotype B., 2008, 28(4): 1536-1543. (in Chinese)

[19] Togni P H B, LaumannR A, Medeiros M A, Sujii E R. Odour masking of tomato volatiles by coriander volatiles in host plant selection ofbiotype B., 2010, 136(2): 164-173.

[20] Shatters R G, Power C A, Boykin L M, He L, Mckenzie C L. Improved DNA barcoding method forand related Aleyrodidae: development of universal andbiotype- specific mitochondrial cytochromecoxidase I polymerase chain reaction primers., 2009, 102(2): 750-758.

[21] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術(shù). 北京: 高等教育出版社, 2000: 184-185, 194-195.

Li H S.. Beijing: Higher Education Press, 2000: 184-185,194-195. (in Chinese)

[22] 吳曉敏, 韓利文, 王希敏, 陳維云, 楊官娥, 劉可春. 不同產(chǎn)地新鮮紫色馬鈴薯中花色苷及總酚的含量測定. 中國食物與營養(yǎng), 2014, 20(5): 24-26.

Wu X M, Han L W, Wang X M, Chen W Y, Yang G E, Liu K C. Quantitative determination of anthocyanin and total phenols in fresh purple potato from different habitats., 2014, 20(5): 24-26. (in Chinese)

[23] Lee H J, Park K H, Shim J H, Park R D, Yong W K, Cho J Y. Quantitative changes of plant defense enzymes in biocontrol of pepper (L.) late blight by antagonisticHJ927., 2005, 15(5): 1073-1079.

[24] 王學(xué)奎. 植物生理生化實驗原理和技術(shù). 2版. 北京: 高等教育出版社, 2006: 169.

Wang X K... Beijing: Higher Education Press, 2006: 169. (in Chinese)

[25] 高俊鳳. 植物生理學(xué)實驗指導(dǎo). 北京: 高等教育出版社, 2006: 211-213, 217.

Gao J F.Beijing: Higher Education Press, 2006: 211-213, 217. (in Chinese)

[26] Anderson J V, Morris C F. An improved whole-seed assay for screening wheat germplasm for polyphenol oxidase activity., 2001, 41(6): 1697-1705.

[27] Chen M S. Inducible direct plant defense against insect herbivores: A review., 2008, 15(2): 101-114.

[28] 陳建明, 俞曉平, 程家安, 呂仲賢, 徐紅星. 不同水稻品種受褐飛虱危害后體內(nèi)生理指標(biāo)的變化. 植物保護(hù)學(xué)報, 2003, 30(3): 225-231.

Chen J M, Yu X P, Cheng J A, Lü Z X, Xu H X. The change of physiological indexes in different varieties of rice damaged by(Stal)., 2003, 30(3): 225-231.(in Chinese)

[29] 覃金萍, 孫艷娟, 楊振德, 張增強(qiáng), 李諾, 巨偉云. 灰同緣小葉蟬取食對寄主植物秋楓葉片生理生化的影響. 植物保護(hù)導(dǎo)刊, 2009, 29(12): 10-12.

Qin J P, Sun Y J, Yang Z D, Zhang Z Q, Li N, Ju W Y. Effect of feeding byDworakowska on physiological and biochemical indexes of host plantleaves., 2009, 29(12): 10-12. (in Chinese)

[30] 盧少華, 李靜靜, 劉明楊, 白潤娥, 湯清波, 閆鳳鳴. 煙粉虱B型和Q型競爭能力的室內(nèi)比較分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48(7): 1339-1347.

Lu S H, Li J J, Liu M Y, Bai R E, Tang Q B, Yan F M. Comparative analysis of the competitiveness between B and Q biotypes ofunder laboratory conditions., 2015, 48(7): 1339-1347. (in Chinese)

[31] 林鳳敏, 吳敵, 陸宴輝, 張永軍, 王沫, 吳孔明. 棉花主要抗蟲次生物質(zhì)與其對綠盲蝽抗性的關(guān)系. 植物保護(hù)學(xué)報, 2011, 38(3): 202-208.

Lin F M, Wu D, Lu Y H, Zhang Y J, Wang M, Wu K M. The relationship between the main secondary metabolites and the resistance of cotton to., 2011, 38(3): 202-208. (in Chinese)

[32] Fukasawa-Akada T, Kung S D, Watson J C. Phenylalanine ammonia-lyase gene structure, expression, and evolution in., 1996, 30(4): 711-722.

[33] 王曼玲, 胡中立, 周明全, 宋運(yùn)淳. 植物多酚氧化酶的研究進(jìn)展. 植物學(xué)通報, 2005, 22(2): 215-222.

Wang M L, Hu L Z, Zhou M Q, Song Y C. Advances in research of polyphenol oxidase in plants., 2005, 22(2): 215-222. (in Chinese)

[34] 許秀淡, 鄭少泉, 黃金松, 許家輝, 陳菁瑛, 劉惠玉. 角頰木虱危害對龍眼葉片活性氧代謝的影響. 福建農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2000, 15(3): 60-63.

Xu X D, Zheng S Q, Huang J S, Xu J H, Chen J Y, Liu H Y. Injurious effects byon active oxygen metabolism in longyan leaves., 2000, 15(3): 60-63. (in Chinese)

[35] 孔海龍, 呂敏, 吳琳, 祝樹德. Q型煙粉虱危害對不同品種辣椒保護(hù)酶活性及次生物質(zhì)含量的影響. 應(yīng)用昆蟲學(xué)報, 2014, 51(6): 1553-1560.

Kong H L, Lü M, Wu L, Zhu S D. Effects ofdamage on the protective enzyme activity and the secondary metabolite content of leaves in different pepper varieties., 2014, 51(6): 1553-1560. (in Chinese)

（責(zé)任編輯 岳梅）

Differential Physiological and Biochemical Responses of Cucumber to the Feeding byB and Q Biotypes

LIU Ming-yang, LEI Cai-yan, LI Jing-jing, LU Shao-hua, BAI Run-e, TANG Qing-bo, YAN Feng-ming

(College of Plant Protection, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002)

【Objective】B (Middle East-Asia Minor 1)and Q (Mediterranean) biotypes, two cryptic species ofspecies complex, are important agricultural pests. Extensive applications of insecticides for control of the pests have resulted in pesticide resistance in the whiteflies, have endangered ecological safety and human health. Implementation of safe pest management strategy is therefore becoming very important and urgent. Utilization of plant defense is one of the important components in integrated pest management. The objective of this study is to investigate the differential responses of nutrients and defensive enzymes in cucumber induced by the feeding ofB and Q biotypes and thereby to elucidate the physiological and biochemical mechanism underlying defence responses of cucumber to.【Method】Adults ofB and Q biotypes and cucumber plants (var. Bojie-I) from the laboratory cultures were used for the experiments. The cucumber plants at four-leaf stage were respectively used to feed 200 adults ofB and Q biotypes, with healthy plants as controls, and the contents of nutrients (soluble sugar and soluble protein) and polyphenolic contents, activity of phenylalanine ammonialyase (PAL), the enzyme of defensive substance biosynthesis, and activity of protective enzymes in cucumber were determined after continuously feeding for 1, 3, 5, 7 and 9 days by B and Q biotypes of. 【Result】Within the experimental period, the contents of soluble sugar and protein in cucumber increased after 3 d byB biotype, but decreased after 1 d byQ biotype, compared to those in controls. The contents of polyphenols and activity of PAL, the key enzyme in its biosynthesis pathway, increased after infested both by B and Q biotypes,with higher activities to Q biotype feeding. The activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) increased and the activity of peroxidase (POD) decreased after feeding by B biotype, while the activities of SOD increased and the activity of POD and CAT decreased after feeding byQ biotype. 【Conclusion】Differential changes of nutrients and defensive enzymes in cucumber after the feeding ofB and Q biotypes were found in the present study. Both B and Q biotypes ofwere able to induce the synthesis of defensive substance polyphenols, and increased the content of polyphenols in cucumber; but there were differences in inducing the contents of nutrients and the activities of protective enzymes, i.e., more nutrients in cucumber by B biotype feeding, while higher activities of defensive enzymes by Q biotype feeding. Those different changes in induced physiological and biochemical responses in plants to the herbivore may result from the difference in host plant adaptability between B and Q biotypes of.These results provide a basis for pest management strategies, especially for utilization of plant defense as the main control tactic, so as to target different biotypes ofon different host plants.

; B and Q biotypes; feeding induction; cucumber; nutrients; defensive substances; protective enzymes

2015-11-20；接受日期：2016-02-02

國家自然科學(xué)基金（31471776）

劉明楊，E-mail：yangmingliu730@163.com。通信作者閆鳳鳴，Tel：0371-63558172；E-mail：fmyan@henau.edu.cn