范元蘭 陳敏 王其剛 張顥 邱顯欽
摘要:蚜蟲是植物主要的害蟲之一,對植物的危害非常嚴重,同時對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟損失。目前用于防治蚜蟲的手段,主要有化學防治和培育抗蚜新品種,其中化學防治較為普遍,但培育植物抗蚜新品種更具有長遠價值,物理防治、農(nóng)業(yè)防治、天敵防治可作為植物防治蚜蟲的輔助措施,植物基因工程防治將是一條有效的防治蚜蟲途徑。對植物蚜蟲特征、危害癥狀、發(fā)生條件及規(guī)律、危害機制、防治措施、植物抗蚜性及抗蚜鑒定、抗蚜基因及其表達等方面研究情況進行概述,可為植物抗蚜相關研究提供理論依據(jù),為植物抗蚜分子育種提供科學參考。
關鍵詞:蚜蟲;防治措施;抗蚜機制;抗蚜鑒定;抗蚜基因
中圖分類號: S433.39? 文獻標志碼: A
文章編號:1002-1302(2020)14-0033-12
蚜蟲對植物的危害非常嚴重,一方面蚜蟲通過刺吸植物汁液或釋放有毒物質(zhì)直接危害植物,影響植物的正常生理代謝活動及生長發(fā)育;另一方面蚜蟲是植物病原體的傳播媒介,植物極其常見的病毒病害大部分是由蚜蟲傳播的,因此極大地加強了蚜蟲對植物的危害[1]。蚜蟲蟲害的肆虐發(fā)生,極大地影響觀賞植物的應用價值,造成農(nóng)林經(jīng)濟的嚴重損失;因此,加強對蚜蟲的防治極其重要。目前防治蚜蟲的方法多樣,主要有化學防治、物理防治、農(nóng)業(yè)防治、天敵防治等?;瘜W防治應用普遍,但存在污染環(huán)境、使蚜蟲產(chǎn)生抗藥性等問題,而其他防治方法雖然環(huán)保,但不能高效準確地防治蚜蟲。植物轉(zhuǎn)基因技術的發(fā)展為植物從根本上防治蚜蟲提供了條件,高抗蚜品種的培育具有更長遠的價值。
伴隨著基因組、轉(zhuǎn)錄組等技術的發(fā)展,高抗蚜品種選育、抗蚜基因挖掘、轉(zhuǎn)基因植物抗蚜蟲鑒定等方面的研究得以推進,但廣譜穩(wěn)定的高抗蚜基因還有待發(fā)掘。植物抗蚜基因工程面臨許多問題,如抗蚜基因的高效轉(zhuǎn)化及穩(wěn)定遺傳等,同時,蚜蟲產(chǎn)生新的生物型及抗性,從而導致植物抗蚜性的喪失,因此,對植物抗蚜育種的研究還須繼續(xù)開展下去。本研究從植物蚜蟲特征及其危害、侵染機制、防治措施、植物抗蚜機制、抗蚜基因及表達等方面研究進行概述,旨在為植物抗蚜的研究提供理論基礎。
1 植物蚜蟲概況
1.1 蚜蟲分類及特征
1.1.1 蚜蟲分類
蚜蟲,別稱膩蟲或蜜蟲,屬于節(jié)肢動物門(Arthropoda)昆蟲綱(Insecta)半翅目(Hemiptera)[原為同翅目(Homoptera)]胸喙亞目(Sternorrhyncha),分為球蚜總科(Adegoidea)和蚜總科(Aphidoidea)2個大類,有13個科500多屬,目前世界上已知近5 000種蚜蟲種類,我國現(xiàn)已發(fā)現(xiàn) 1 000 余種[2-3]。
1.1.2 蚜蟲形態(tài)及其特征
蚜蟲為刺吸式昆蟲,常以其刺吸式口器刺吸植物韌皮部汁液,以維持正常的生長發(fā)育。蚜蟲體型小,體長0.5~10.0 mm,身體柔軟,多為綠色、淡黃色、白色、紅色、黑色等,蟲體多為橢圓形,少數(shù)為長紡錘形或扁橢圓形等[4-5]。
蚜蟲有著復雜的生活史,卵生或卵胎生,存在全周期與不全周期。不全周期主要進行孤雌生殖、全周期孤雌生殖、有性生殖世代交替。孤雌生殖世代,蚜蟲繁殖速率快,種群增長快,同時世代更替快,易產(chǎn)生耐受性,對植物危害極大。有性生殖世代雌雄蚜蟲通過遺傳物質(zhì)重組,既保持了種的特征,同時又產(chǎn)生變異,出現(xiàn)種群內(nèi)的分化,對環(huán)境條件的適應性更強[6]。豌豆蚜在夏天常進行孤雌生殖,后代為無翅孤雌蚜(A)或有翅孤雌蚜(B);秋季時,豌豆蚜進行孤雌生殖(C)或有性生殖(D);冬季時,豌豆蚜產(chǎn)卵越冬(E);春季時,卵發(fā)育成無翅孤雌蚜繼續(xù)進行孤雌生殖(F)(圖1)。
同時,蚜蟲與寄主植物協(xié)同進化,可產(chǎn)生不同的生物型以適應生長發(fā)育,同種蚜蟲產(chǎn)生不同群體,生活在特定寄主上,表現(xiàn)出不同的生存和發(fā)育能力[7]。蚜蟲形態(tài)特征特化或退化,出現(xiàn)復雜的多型現(xiàn)象及多態(tài)現(xiàn)象,每個種不全周期至少具有2個型,全周期有5或6個型:干母、干雌、有翅孤雌型、無翅孤雌型、性母(雌性母和雄性母)、性蚜(雌性蚜、雄性蚜)、卵,可進行轉(zhuǎn)主寄生,有翅蚜遷飛[2,8]。蚜蟲還存在多樣化的蟲癭、行為分化等特征,有些蚜蟲的蟲癭可作藥用,如倍蚜;兵蚜有防御進攻行為、利他擴散、蟲癭修復、清潔行為等社會性行為的分化[9]。
蚜蟲種類多、分布廣、體型小,具有復雜的生活史、多型現(xiàn)象、多態(tài)現(xiàn)象以及兵蚜行為分化等特征,使蚜蟲能夠適應環(huán)境,快速繁殖,對植物的危害相當大。
1.2 蚜蟲危害特性及影響
1.2.1 蚜蟲危害的特異性及廣譜性
蚜蟲對植物的危害具有特異性或廣譜性,即一種蚜蟲可危害特定植物或多種植物。蚜蟲數(shù)量大、種類多,取食存在特異性與非特異性,某些蚜蟲只在特定物種(一個科或近緣物種等)上取食,如豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)只能在豆科植物上繁殖,而一些蚜蟲是雜食性的,其食譜廣泛,可在多科植物上取食,如桃蚜(Myzus persicae)可以在超過400種植物上取食,尤其在雙子葉植物上,它可以危害超過40個科的植物,取食范圍廣泛,造成危害極大[10]。
同時,蚜蟲危害的植物范圍十分廣泛。蚜蟲的寄主植物種類繁多,涉及267科2 120屬,尤其以薔薇科、禾本科、豆科、傘形科、蘭科、殼斗科、楊柳科等植物為主[1]。蚜蟲危害的植物主要包括農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物(如糧食作物、瓜果蔬菜等)以及園林觀賞植物(如花卉)等,如大豆(Glycine max)[7]、棉花(Gossypium hirsutum)[11]、煙草(Nicotiana tabacum)[12-15]、油菜(Brassica napus)[16-17]、馬鈴薯(Solanum tuberosum)[4]、玉米(zea mays)[18]、高粱(Sorghum bicolour)[19-20]、小麥(Triticum aestivum)[13,21-25];危害瓜類,如西瓜(Citrullus lanatus)、黃瓜(Cucumis sativus)、甜瓜(Cucumis melo)[26-29];危害果樹,如桃(Prunus persica)[3]、杏(Armeniaca vulgaris)[30];危害蔬菜,如大白菜(Beassica pekinensis)[31]、辣椒(Capsicum Annuum)[32];危害花卉,如菊花(Chrysanthemum morifolium)[33-35]、百合(Lilium spp.)[36]、玫瑰(Rosa rugosa)[37]、月季(Rosa hybrida)[38-41];危害苜蓿(Medicago truncatula)[42-43]等。
1.2.2 蚜蟲危害的多樣性
危害植物的蚜蟲具有多樣性,即特定或某一種植物遭受多種蚜蟲的危害。薔薇科上寄生蚜蟲種類很多,我國寄生在薔薇科植物上的蚜蟲涉及31屬60多種,僅薔薇屬上寄生的蚜蟲就有60多種,玫瑰一種植物上寄生的蚜蟲種類就有10多種,在月季、玫瑰、桃、杏、李(Prunus salicina)等薔薇科花卉植物上寄生的蚜蟲就有26屬40多種[44]。常見的危害花卉的蚜蟲有月季長尾蚜(Longicaudus trirhodus)、薔薇長管蚜(Macrsiphum rosae)、月季長管蚜(Macrosiphum rosivorum)、棉蚜(Aphis gossypii)、桃蚜(Myzus persicae)等[12,45-48]。危害高粱的蚜蟲主要包括高粱蚜(Melanaphis sacchari)、麥二叉蚜(Schizaphis graminum)和玉米蚜(Rhopalosiphum maidis)[49]。危害大麥及小麥的有麥長管蚜(Sitobion awenae)、麥二叉蚜(Schizaphis grarninam)、禾谷縊管蚜(Rhopalosiphum padi)、俄羅斯麥蚜(Diuraphis noxia)等[13,23-25,50]。
1.2.3 蚜蟲危害部位及癥狀
蚜蟲是植食性昆蟲,對寄主植物的危害遍布植物的根、莖、葉、花、果實等部位,其中以植物幼嫩部位為蚜蟲主要取食的部位。月季品種滇紅的嫩葉(圖2-A)、嫩莖(圖2-B)、嫩枝、嫩梢、花蕾(圖2-C、圖2-D)等部位常密布蚜蟲。
蚜蟲常聚集在這些幼嫩部位,通過取食作用,以其刺吸式口器大量地吸取植物的汁液、破壞植物組織、利用唾液毒害植物等,引起植物出現(xiàn)斑點、卷葉、黃葉、縮葉、蟲癭等多種癥狀,從而造成植物黃化、枯萎、畸形生長甚至死亡;同時,蚜蟲分泌的蜜露覆蓋在植物表面,嚴重影響植物的呼吸作用和光合作用,蜜露中糖分干燥后濃縮產(chǎn)生較高滲透壓,使植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離,蜜露還會吸引螞蟻共同危害植物,引起霉菌孳生誘發(fā)植物黑霉病或產(chǎn)生煤污病等;另外,蚜蟲除了吸食植物汁液及分泌蜜露對植物造成直接危害外,還傳播多種植物病毒,傳播病毒危害遠超過蚜蟲本身對植物造成的危害,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的損失更為嚴重[51-54]。
1.2.4 蚜蟲危害引起病害
蚜蟲侵染增加了植物的感病率[55]。蚜蟲是植物病毒的主要傳播載體,居世界傳病毒昆蟲之首,蚜蟲傳播的病毒約占昆蟲傳播病毒種類的50%,例如桃蚜是超過110種植物病毒的載體[4,6,56],麥二叉蚜傳播大麥黃矮病毒(barley yellow dwarf virus,簡稱BYDV)[22,57],大豆蚜蟲(Aphis glycines)傳播麻花葉病以及甜菜花葉病[7],棉蚜傳播番木瓜環(huán)斑病毒(papaya ring spot virus,簡稱PRSV)、西瓜花葉病毒(watermelon mosaic virus,簡稱WMV)、西瓜花葉病毒2(WMV2)、小西葫蘆黃花葉病毒(zucchini yellow mosaic virus,簡稱ZYMV)和黃瓜花葉病毒(cucumber mosaic virus,簡稱CMV)等[28,58-59]。蚜蟲常對莊稼、果樹、蔬菜等多種農(nóng)作物造成危害,致使其產(chǎn)量下降,品質(zhì)降低;同時,蚜蟲危害園藝植物,破壞環(huán)境美觀或?qū)е掠^賞及應用價值降低,造成嚴重的經(jīng)濟損失。
1.3 蚜蟲發(fā)生條件及規(guī)律
蚜蟲廣布于北半球溫帶亞熱帶地區(qū),對高溫敏感[60],氣候變暖可使蚜蟲呈減弱趨勢,導致蚜蟲由低海拔地區(qū)向高海拔地區(qū)遷移危害[61]。蚜蟲的發(fā)生有季節(jié)性[3],1年發(fā)生10~30代,以卵在枝梢、芽腋和樹皮裂縫等處越冬,3月中旬開始危害,4—5月危害最嚴重[62]。4—5月和9—10月是蘭州地區(qū)蚜蟲的2個高發(fā)期,氣候干燥,氣溫在 20 ℃ 時適宜蚜蟲的繁殖擴散;土壤干旱缺水、植株生長勢弱、葉色淺綠的月季品種易發(fā)生蚜蟲的危害[63]。月季長管蚜4月開始繁殖,5月、10月中下旬大量繁殖[64]。
蚜蟲有性繁殖和無性繁殖的交替發(fā)生依賴于溫度、光周期、寄主植物等多種環(huán)境因素,不同溫度條件下蚜蟲基因的表達存在差異,從而影響其生殖機制[65]。蚜蟲表皮蛋白基因(cuticular protein gene,簡稱CP基因)感知季節(jié)性光周期,并推動蚜蟲從無性系向有性世代的轉(zhuǎn)變[66]。蚜蟲春夏季常進行無性繁殖,秋季日照縮短,溫度降低,進行有性繁殖或直接產(chǎn)卵越冬[10]。月季管蚜、桃蚜等通常春夏季為孤雌生殖,秋季為兩性生殖產(chǎn)卵越冬,露地栽培時以早春和初夏為多發(fā)期,溫室常常年發(fā)生[67]。蚜蟲的生命周期中存在無性繁殖(孤雌生殖)階段,在此階段蚜蟲的群體增長發(fā)展迅速,危害程度增強。蚜蟲出生后,在適合的溫度條件下,經(jīng)過4 d左右即可發(fā)育為成蟲,成蟲進行孤雌生殖,而且生殖期長達 2~3 個月,蚜蟲成蟲繁殖量大,在適合的溫度下1 d就可以產(chǎn)10多頭[5]。
2 蚜蟲危害機制
2.1 蚜蟲刺吸并侵染植株
蚜蟲是刺吸式昆蟲,與咀嚼式昆蟲相比,對植物的機械損傷較小,主要采用高度特異化的取食方式(細胞間口針穿透和韌皮部汁液的吸?。?,刺吸植物韌皮部,以水狀唾液及凝膠狀唾液注入韌皮部及口器經(jīng)過周圍,以適應寄主植物[10]。蚜蟲復雜的唾液蛋白及其體內(nèi)解毒酶有利于其取食寄主植物,通過唾液產(chǎn)生效應子來調(diào)控植物的抗蟲防御反應,唾液濃縮植物蛋白阻礙植物防御[25,30,68-69]。蚜蟲侵染過程中,蚜蟲唾液蛋白ME10被傳遞到植物細胞內(nèi),從而增強了蚜蟲對番茄的毒力,ME10還與番茄(Solanum lycopersicum)蚜蟲抗性相關的14-3-3亞型TFT7相互作用[70]。
蚜蟲與病原菌的侵染信號通路存在著相似性,但具體的侵染分子機制還不清楚。蚜蟲與內(nèi)共生菌存在互作[71-73],內(nèi)共生和非共生性狀維持蚜蟲基因家族擴增[74-75]。在自然條件下,與蚜蟲種群相關的細菌群落具有多樣性[76],且內(nèi)共生菌能幫助蚜蟲擴大生態(tài)位,為蚜蟲提供了更好的防御病原體、捕食者和寄生蟲的能力[77]。
2.2 增強蚜蟲危害的機制
蚜蟲可通過嗅覺反應定位植株進行遷移危害。馬鈴薯蚜(Macrosiphum euphorbiae)、綠桃蚜(Myzus persicae)、沙棘蚜(Aphis nasturtii)等3種蚜蟲可在植株間裸地上遷移,攜帶病毒傳播,遷移距離約 1.80 m,其中馬鈴薯蚜移動性最強,蚜蟲存在某種定位植株的機制[78]。蚜蟲可通過嗅覺反應定位寄主植物,其氣味結合蛋白可識別植物蚜蟲報警信息素主要成分[反]-β-法尼烯[(E)-β-farnesene,簡稱EβF],進而選擇特定植物進行危害[79]。除了準確定位植株,遷移危害并破壞植物防御,蚜蟲還通過自我保護或驅(qū)避天敵,進而加強對植物的危害。
蚜蟲分泌一層蠟質(zhì)覆蓋于體表,藥物難以滲入;豌豆蚜變成綠色不易被瓢蟲識別吃掉;釋放強烈的芥末油氣味,嚇跑天敵;蚜蟲產(chǎn)生兵蚜進行防御和進攻[5,80]。此外,蚜蟲分泌物吸引螞蟻共同危害植物,蚜蟲與螞蟻存在互惠互利的關系,螞蟻常消耗蚜蟲分泌的蜜露,作為回報,保護蚜蟲免受天敵的侵害,即使在沒有天敵的情況下,蚜蟲也受益于螞蟻的撫育,螞蟻可促進蚜蟲種群增長,增強對植物的危害[81]。
3 植物蚜蟲的防治措施
3.1 農(nóng)藥防治
農(nóng)藥防治可分為化學農(nóng)藥防治、微生物農(nóng)藥防治、植物源農(nóng)藥防治[52]。
目前化學農(nóng)藥仍在蚜蟲防治中占主要地位,化學農(nóng)藥有有機磷類、擬除蟲菊酯類、新煙堿類等[6,11,52],如氟啶蟲酰胺。氟啶蟲胺腈屬第4代新煙堿類藥劑,亞致死劑量的氟啶蟲胺腈能夠顯著抑制F0及F1代桃蚜的壽命和繁殖力[17]。
微生物農(nóng)藥防治也有一定效果。利用真菌、細菌、病毒等病原性微生物,如白僵菌對蚜蟲的防治效果顯著[82-83]。一定濃度的鏈格孢菌菌株提取物能夠影響蚜蟲嗅覺反應,明顯抑制蚜蟲活性而不傷害植物[37]。
植物源農(nóng)藥防治對植物造成的危害較小,它的有效成分一般都是植物產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì),如生物堿、酚類、黃酮類等,這些物質(zhì)對昆蟲具有不同程度上的毒殺、驅(qū)避或抑制等作用[11,84]。薄荷、麝香草、薰衣草和迷迭香等植物的提取物通過釋放水楊酸甲酯來實現(xiàn)對蚜蟲的防治[52]。
農(nóng)藥防治的優(yōu)點是使用方便、見效快、可以減輕害蟲對農(nóng)作物的危害,但廣泛、大量和長期使用化學農(nóng)藥,除了使害蟲產(chǎn)生抗性外,還會帶來一系列的問題,如危害哺乳動物及蚜蟲天敵,破壞了生態(tài)平衡,污染環(huán)境,帶來了農(nóng)藥殘留、抗藥性等。因此,化學防治不論是化學殺蟲劑防治、微生物農(nóng)藥防治還是植物源農(nóng)藥防治,防治周期越長帶來的問題越大。
3.2 物理防治
物理防治蚜蟲具有環(huán)境污染小、無殘留、不產(chǎn)生抗性等特點,但其準確度較低,操作不方便。蚜蟲有趨光性、趨黃性等習性,可采用鋪銀灰色膜和田間及溫室通風口處掛銀灰色膜條驅(qū)避蚜蟲,利用黑光燈與熒光燈在夜間進行蚜蟲誘捕,也可用黃色黏膠板誘粘有翅蚜[85]。靜電噴霧技術也可應用于蚜蟲的防治,微波電磁場殺蚜蟲率高,還能促進農(nóng)作物的生長和開花結果[6]。溫度、濕度、光照等氣候物理因子直接影響蚜蟲的生長發(fā)育及繁殖,在生產(chǎn)實踐中可適當控制這些因子以達到防治效果。
3.3 農(nóng)業(yè)防治
農(nóng)業(yè)防治作為蚜蟲防治的輔助措施,可在實施其他防治措施時結合使用。農(nóng)業(yè)防治即選擇抗蚜品種、合理耕種、合理施肥灌溉、加強管理等,以增強作物抗蚜力,改善生境,達到防治蚜蟲的目的。農(nóng)業(yè)防治主要關注生態(tài)系統(tǒng)整體的調(diào)控,達到可持續(xù)發(fā)展。
修剪、除草、松土、灌溉等農(nóng)業(yè)措施對蚜蟲的防治有一定的效果。蚜蟲非寄主植物孔雀草、韭菜與月季混栽對月季長管蚜種群調(diào)控起一定作用[40]。同時,施肥對蚜蟲也有一定的防治效果,如通過調(diào)控礦質(zhì)元素的水平可改變寄主植物的揮發(fā)性次生物質(zhì),從而產(chǎn)生抗蟲性[41]。Saska等研究了草甘膦類除草劑對麥無網(wǎng)長管蚜(Metopolophium dirhodum)的亞致死效應,除草在一定程度上可以減少蟲源,但施用除草劑對種群參數(shù)有顯著的負面影響,且這種負面影響隨著除草劑濃度的增加,效果逐漸增強,帶來一系列問題[86]。因此,農(nóng)業(yè)防治過程中需采用合理且可持續(xù)的措施。
3.4 天敵防治
蚜蟲的天敵種類很多,主要有捕食性和寄生性2類,捕食性的天敵包括瓢蟲、食蚜蠅、草蛉等;寄生性天敵主要是寄生蜂[87-88]。利用天敵進行防治蚜蟲,可以有效地避免植物蚜蟲抗(耐)藥性的產(chǎn)生。在生產(chǎn)實踐過程中,注意保護蚜蟲天敵,可對植物蚜蟲的防治起到一定作用。天敵對蚜蟲種群數(shù)量有顯著的影響[47],同時蚜蟲天敵對不同種類蚜蟲的捕食力存在差異[89]。
利用天敵防治蚜蟲不易產(chǎn)生抗性問題,但由于受到一定環(huán)境條件的限制,天敵防治效果不穩(wěn)定,易受自然條件影響,見效較慢,存在局限性,難以大規(guī)模使用[52-53]。因此,結合其他方法進行綜合防治,同時提高植物自身的抵抗力來減少蚜蟲對植物的危害是非常重要的。
4 植物抗蚜性及抗蚜鑒定
4.1 植物抗蚜機制
4.1.1 植物對蚜蟲的抗性
通過對植物抗蚜機制和抗蚜基因的了解,可以針對性地提高植物的抗蚜蟲能力。植物與蚜蟲存在互作關系,植物性狀的變異直接或間接地與抗蟲機制有關[90-91]。當植物受到蚜蟲脅迫,植物開啟特異的防衛(wèi)系統(tǒng)進行防御。植物對蚜蟲的抗性通??梢苑譃?類:驅(qū)避性(antixenosis)、耐害性(tolerance)、抗生性(antibiosis)。趨避性表現(xiàn)為植物對蚜蟲的不選擇性;耐害性主要表現(xiàn)為植物的組成型防御,能夠在一定程度上抵抗蚜蟲的危害;抗生性常表現(xiàn)為植物產(chǎn)生對蚜蟲的抵抗力,影響蚜蟲生長發(fā)育或致其死亡[49]。
4.1.2 植物防御蚜蟲的機制
植物防御蚜蟲的機制分為2類:組成型防御(constitutive defense)和誘導型防御(induced defense)。組成型防御為直接防御,指蚜蟲侵襲前植物自身所具有的防御特性阻礙蚜蟲取食,例如植物表面的刺、蠟質(zhì)、毛狀體、細發(fā)狀體、腺毛,以及葉色、外部形狀等特征影響蚜蟲的取食行為,木質(zhì)素的積累使細胞壁加厚,形成層超木質(zhì)化,對昆蟲的取食構成機械障礙[16,26,33]。
誘導型防御指植物在遭受蚜蟲進攻后所表現(xiàn)出來的一種防御特性,可分為直接防御和間接防御。誘導型間接防御是蚜蟲或其他脅迫信號誘導植物產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)吸引寄生性天敵和捕食性天敵進行防御;誘導型直接防御是蚜蟲取食誘導植物生理生化的改變直接防御蚜蟲,如植保素直接抑制蚜蟲的消化(圖3)。
此外,當植物遭受蚜蟲脅迫,植物還通過酶活性變化(超氧化物歧化酶SOD、過氧化氫酶CAT、過氧化物酶POD、多酚氧化酶PPO等),植物激素水平變化(水楊酸SA、脫落酸ABA、茉莉酸JA等),植物自身營養(yǎng)物質(zhì)改變,產(chǎn)生有毒次生物質(zhì)(生物堿類、木質(zhì)素、類黃酮、單寧等)、防御蛋白(苯丙烷類代謝途徑酶、蛋白酶抑制劑、病程相關蛋白等)等進行自我防御[28,68,92-93]。
活性氧簇(reactive oxygen species,簡稱ROS)是植物脅迫反應時重要的信號分子[94-95]。在植物與蚜蟲的互作過程中,蚜蟲效應因子可以啟動活性氧的產(chǎn)生和胼胝質(zhì)沉積,誘導植物的防御反應[96]。植物激素在植物防御中起重要作用,脫落酸和茉莉酸有助于提高大豆對蚜蟲的耐受性[97]。ABA可調(diào)節(jié)活性氧水平來提高菊花的抗蚜性[34]。脂肪酸去飽和酶(fatty acid desaturases,簡稱FADs)影響植物蚜蟲互作,其功能的喪失使植物以依賴水楊酸SA的方式增強了抗蚜性[98]。[反]-β-法尼烯[(E)-β-farnesene,EβF]是絕大多數(shù)蚜蟲報警信息素的主要成分,可使蚜蟲產(chǎn)生騷動,從植株上脫落,并吸引蚜蟲天敵,有效控制蚜蟲危害[56],如EβF能夠引起豌豆蚜的氣味結合蛋白(OBP3、OBP7)與豌豆蚜嗅覺受體(ApisOR5)及共受體(ApisOrco)的反應,從而使豌豆蚜逃離植株或掉落,同時EβF吸引豌豆蚜天敵進行防御(圖4)。
4.1.3 植物免疫反應系統(tǒng)
植物防御依賴2個免疫反應系統(tǒng),一是跨膜模式識別受體PRRs響應病原菌關聯(lián)分子模式誘導PAMP(pathogen associated molecular patterns)激活免疫反應PTI(PAMP triggered immunity),二是核苷酸結合位點區(qū)-亮氨酸重復序列區(qū)(Nucleotide binding site-leucine rich repeat,簡稱NBS-LRR)膜受體識別激活效應因子免疫反應ETI(effector triggered immunity)[100]。病原相關的分子模式(microbial-associated molecular patterns,簡稱MAMPs)具有特殊的受體識別機制,植食性昆蟲相關的分子模式(herbivore-associated molecular patterns,簡稱HAMPs)類似于MAMPs,具有與特殊受體結合的特異性防御機制,植物可以通過R基因(resistance genes)對蚜蟲取食活動進行識別以激發(fā)下游的調(diào)控形成防御應答[101]。蚜蟲與病原菌的侵染信號通路存在相似,但植物抗蚜性可能具有專一性[42],不同或同一植物對不同來源的蚜蟲抗性可能具有不同的遺傳機制,目前對植物抗蚜的分子機制還不清楚。
4.2 抗蚜鑒定與評價
在生產(chǎn)實踐中對抗蚜品種的篩選鑒定尤為重要。目前,關于植物蚜蟲的抗性鑒定與評價取得了一定的進展。植物抗蚜性主要通過人工接種蚜蟲進行鑒定,也可通過自然感蚜進行鑒定[20]。鑒定對象主要是野生種質(zhì)資源、轉(zhuǎn)基因植物等。植物接種蚜蟲需培養(yǎng)1~2齡若蟲或成蟲,溫度為20~28 ℃,相對濕度為55%~85%,光—暗周期多為16 h—8 h或14 h—10 h或18 h—6 h,用毛筆接種蚜蟲至植株,為防止蚜蟲逃逸使用透光透氣罩[14,70,102-104]。
何俊平等對32份切花菊品種進行鑒定,得到10份高抗蚜品種[33]。周俐宏等對31份野生百合品種進行抗蚜蟲鑒定,人工接種棉蚜2齡若蟲,根據(jù)蚜量比值法,獲得13份高抗蚜品種[36]。王仕偉等連續(xù)2年對222份玉米自交系在自然發(fā)病的條件下進行蚜蟲抗性鑒定和評價,利用發(fā)病率、蚜情指數(shù)、最大危害度和危害度等4個指標對玉米進行蚜蟲抗性評價,表明以危害度為指標進行抗蚜蟲鑒定可較好地衡量抗、感差異,篩選出15份高抗蚜玉米自交系[105]。
Chen等通過植物抗蚜性的高通量表型分析,在篩選5 160個突變株系的過程中,鑒定出9個蚜蟲抗性增強的株系[106]。利用電子刺探圖譜技術EPG可以定位植物對蚜蟲表達抗性的組織部位[107]。趙曼等利用刺吸電位EPG技術,以E和Np波作為評價抗性強弱的指標,鑒別蚜蟲對植物的取食差異,從而篩選抗蚜品種[108]。蚜蟲取食過程中造成的機械損傷和化學信號都會使得植物總?cè)~綠素和類胡蘿卜素產(chǎn)生波動,因此,這也成為一種鑒定抗感品種的新方法[10]。
5 植物抗蚜分子水平研究
5.1 抗蚜基因
5.1.1 抗蚜基因分類
目前,已經(jīng)克隆得到的抗蟲基因有很多種,一方面根據(jù)其來源可以分為3大類:第1類是從細菌中分離出來的抗蟲基因,如蘇云金桿菌(Bacillus thuringiensis)Bt基因;第2類是從植物組織中分離出來的抗蟲基因,如蛋白酶抑制劑基因;第3類是從動物體內(nèi)分離到的毒素基因,如蜘蛛毒素基因[109]。Bt基因?qū)[翅目和鞘翅目害蟲有很強的毒殺作用,但對蚜蟲等同翅目害蟲防治效果不明顯,制約了Bt基因在植物抗蚜分子育種中的應用[56]。目前研究比較廣泛的是從植物中獲得的抗蚜蟲基因,如來源于番茄的抗馬鈴薯蚜的Mi-1,2基因,來源于甜瓜的抗棉蚜的Vat基因,來源于大豆的抗大豆蚜蟲的Rag基因(表1)。
另一方面,根據(jù)抗蚜蟲基因的特性,抗蚜基因大體可分為2類:一類是特異性抗蚜基因,另一類是廣譜性抗蚜基因。特異性抗蚜基因的抗蚜蟲譜窄,只作用于特定的植物與蚜蟲,而廣譜性抗蚜基因抗蚜蟲能力卻不高,安全性也有待提高。
特異性抗蚜基因,如抗甜瓜棉蚜的Vat、只對蘋果紅圓尾蚜(Dysaphis devecta)生物Ⅰ型和Ⅱ型起作用的Sd1、抗大豆蚜蟲(Aphis glycines)的Rag(3)、從野生萵苣(Lactuca sativa)中分離的對萵苣蚜蟲(Nasonovia ribisnigr)具有專一抗性的的Nr、番茄中抗馬鈴薯蚜蟲(Myzus persicae)的Mi-1,2、大麥中的Rdn(2)、高梁中的Ssg(9)、小麥中的Dn(10)等抗蚜基因,該類基因抗蚜機制與植物對病原菌的專一性抗性機制類似,抗性基因與來自昆蟲的無毒基因相互識別,相互作用導致寄主植物抗性發(fā)生[4,10,51,110-111]。
另一類是廣譜性抗蚜基因,如植物凝集素基因、蛋白酶抑制劑基因PI、細胞分裂素基因IPT等。植物中3大類蛋白酶抑制劑:絲氨酸蛋白酶抑制劑、巰基蛋白酶抑制劑、金屬蛋白酶抑制劑,植物蛋白酶抑制劑是廣泛存在于植物界的一類天然抗蟲物質(zhì),具有抗蟲譜廣、對人畜無副作用等優(yōu)點,但對半翅目的蚜蟲作用不明顯[80,109,112-113]。但也有研究表明,蛋白酶抑制劑對桃蚜繁殖力有一定的抑制作用[114]。細胞分裂素基因編碼異戊烯基轉(zhuǎn)移酶,為細胞分裂素合成的關鍵酶,IPT對蟲的作用沒有專一性,通過影響蚜蟲的吸收及其生理代謝,干擾蚜蟲生長發(fā)育[52]。
目前發(fā)現(xiàn)的抗蚜基因大都屬于R基因家族,攜帶卷曲螺旋核苷酸結合位點及胞內(nèi)富含亮氨酸重復受體蛋白(coiled coil-nucleotide binding site-leucine rich repeat,簡稱CC-NBS-LRR)結構域,如Vat基因是一種CC-NBS-LRR基因,可編碼CC-NBS-LRR蛋白[54,58]??剐曰騌基因通常介導的是垂直抗性[56],這些NBS-LRR抗蚜基因和植物抗病基因有可能具有相似的作用機制,抗性基因識別蚜蟲效應蛋白后激發(fā)信號級聯(lián)反應,快速激活植物對蚜蟲的防御反應[6]。
5.1.2 植物凝集素基因
目前,對植物凝集素基因的研究是基因工程的熱點。植物凝集素的分類多樣,根據(jù)其在細胞中存在的部位可以分為可溶性凝集素和膜結合凝集素;根據(jù)植物凝集素亞基的結構特征,植物凝集素被分成4種類型:部分凝集素、全凝集素、嵌合凝集素、超凝集素;根據(jù)凝集素專一識別的糖類的不同,可以分為6個組別:巖藻糖組、半乳糖/N-乙酰半乳糖胺組、N-乙酰葡萄糖胺組、甘露糖組、唾液酸組、復合糖組;根據(jù)結合糖的特異性,可將植物凝集素分為7個家族:葫蘆科韌皮部凝集素家族、2-型核糖體失活蛋白家族、豆科類凝集素家族、木菠蘿凝集素家族、莧菜凝集素家族、幾丁質(zhì)結合凝集素家族、單子葉結合甘露糖凝集素家族等7個蛋白質(zhì)家族[11,15,51,109]。植物凝集素的甘露糖特異結合性以及昆蟲體內(nèi)的糖基化模式?jīng)Q定了植物凝集素對同翅目昆蟲具有較高的殺蟲效果[24]。
植物凝集素中研究比較廣泛的是雪花蓮凝集素(Galanthus nivalis agglutinin,簡稱GNA)基因,雪花蓮凝集素來自石蒜科雪花蓮屬,結合甘露糖,對蚜蟲有很強的抑制作用,對哺乳動物的毒性很低,可作抗蚜基因候選對象,但對蚜蟲天敵對生存有一定的影響;尾穗莧凝集素ACA基因是一類比GNA抗蚜活性更高的凝集素,結合糖時無需金屬離子參與,對哺乳動物安全,一定情況下抗性比GNA高,是潛在的抗蚜基因;三葉半夏凝集素PTA和掌葉半夏凝集素PPA基因,結構和作用機制與GNA相似,特異地識別并結合昆蟲消化道表面的甘露糖殘基,對哺乳動物的毒性較低;伴刀豆凝集素ConA最初從蓖麻中分離得到,能特異地結合半乳糖和甘露糖,ConA通過改變蚜蟲氨基酸的代謝過程來實現(xiàn)對蚜蟲的抗性;除此之外,植物凝集素還有大蒜凝集素(Allium sativum leaf agglutinin,簡稱ASAL)基因、莧菜凝集素(amaranth lectins,簡稱AHA)基因、麥胚凝集素(wheat germ agglutinin,簡稱WGA)基因、豌豆凝集素(P-Lec)基因、海芋凝集素(Alocasia macrorrhiza lectin,簡稱AML)基因等[4,15,53,109]。
5.2 抗蚜基因的定位與分析
陳青等運用RAPD技術,在F2代群體中采用混合分組分析法(bulked segregant analysis,簡稱BSA)進行分子標記研究,找到一個與辣椒抗蚜性基因連鎖的標記OPA18600,并在雜種后代F2群體和供試抗、感品種中得到了驗證[32]。王成等利用SSR分子標記監(jiān)測到一個與高粱抗蚜性相關的QTL,位于標記Xcup29與Sam61581之間[20]。張南南等利用單核苷酸多態(tài)性SNP標記定位桃抗蚜性狀的基因,得到52個候選基因[3]。Liang等通過黃瓜抗蚜相關差異表達篩選鑒定49個基因,這些基因涉及黃瓜蚜蟲抗性相關的信號轉(zhuǎn)導、植物-病原體相互作用、類黃酮生物合成、氨基酸代謝、糖代謝等途徑,其中有8個基因可能與蚜蟲抗性有關,通過選擇表達的基因與標簽測序分析結果基本一致[115]。
5.3 抗蚜基因的克隆與表達
目前已經(jīng)克隆得到大量的抗蚜蟲相關基因,通過轉(zhuǎn)基因技術將一些抗蚜蟲基因轉(zhuǎn)入了植物中,并在提高外源基因的表達方面取得了一定的進展。
楊廣東等通過農(nóng)桿菌介導法將雪花蓮外源凝集素基因GNA導入了大白菜自交系282,經(jīng)分子檢測和抗蟲試驗表明,GNA基因已整合進大白菜基因組,轉(zhuǎn)基因植株有一定的抗蚜蟲能力[31]。眭順照等從蠟梅花cDNA文庫中克隆到了一個蠟梅凝集素基因CpLEC,轉(zhuǎn)基因植株有效抑制蚜蟲群體增長率[103]。段曉亮人工合成了雪花蓮凝集素基因sGNA與中國水仙凝集素基因sNTL,并通過RT-PCR獲得了半夏凝集素基因PTA,得到轉(zhuǎn)基因小麥抗蚜效果好[24]。安聰?shù)瓤寺×司栈ㄖ斜奖彼峤獍泵富颍≒AL),其在菊花的根中表達量最高,蚜蟲脅迫和茉莉酸甲酯(MeJA)可誘導CmPAL基因的表達,水楊酸(SA)、獨角金內(nèi)酯類似物GR24則抑制CmPAL的表達,表明該基因可能參與多種脅迫防御反應和激素應答[35]。
不同表達載體對抗蚜蟲基因轉(zhuǎn)化效率有一定的影響。裴東明等將攜帶抗蚜蟲基因蚜蟲報警信息素EβF的表達載體pNCX和pBJ40分別轉(zhuǎn)入玉米愈傷組織,以pNCX為載體的基因轉(zhuǎn)化效果較好[116]。張彥等利用特異性表達啟動子水稻Rubisco構建異天南星基因aha表達載體,通過基因槍法與攜帶BAR基因的PAHC20載體共轉(zhuǎn)化到小麥品種科農(nóng)199中,得到轉(zhuǎn)基因抗蚜蟲小麥[23]。Yuan等通過結合使用韌皮部特異性啟動子,以及用定點突變方法改良的雪花蓮凝集素GNA前體蛋白DNA序列編碼基因,提高GNA的表達水平,使GNA轉(zhuǎn)基因植物獲得更高的抗蚜性[12]。Duan等從掌葉半夏中克隆出一個新的潛在凝集素基因,掌葉半夏凝集素(Pinellia pedatisecta agglutinin,PPA)基因與半夏凝集素(Pinellia ternata agglutinin,PTA)基因具有9269%的核苷酸相似性和94%的氨基酸相似性,使用韌皮部特異性組成型啟動子核酮糖二磷酸羧化酶小亞基因rbcs構建pBAC-rbcs-ppa表達載體轉(zhuǎn)化小麥,得到的轉(zhuǎn)PPA基因植株在室內(nèi)及田間試驗中均有抗蚜性,PPA可能是生產(chǎn)抗蚜蟲小麥的強有力的抗蚜候選基因[117]。
6 展望
蚜蟲種類繁多、數(shù)量龐大、危害嚴重,隨著轉(zhuǎn)錄組學、基因組學、分子標記及高通量測序等技術的發(fā)展,植物轉(zhuǎn)基因技術日趨成熟,抗蚜基因工程成為防治植物蚜蟲的一條有效途徑。植物抗蚜的根本在于提高植物自身的抗蚜性,其次在于對蚜蟲針對性的防治,還須考慮植物與蚜蟲之間的互作。
6.1 抗蚜基因的高表達
在基因工程防治蚜蟲的過程中,可以采用一些必要的策略:調(diào)控抗蚜基因表達部位,選擇合適的表達載體及啟動子;利用基因編輯技術改造抗蚜基因;利用基質(zhì)結合區(qū)提高抗蚜基因表達;利用定位信號(如綠色熒光蛋白GFP、報告基因GUS等)提高抗蚜基因表達;聯(lián)合使用2種以上的抗蚜基因增加表達量。
與單基因抗蚜品種相比,聚合多基因抗蚜品種對大豆蚜具有更持久的抗性,聚合抗性基因具有加強抑制蚜蟲種群和提高抗性基因耐用性的潛力[118-120]。但多基因共轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)基因植株高代分離明顯,純合的轉(zhuǎn)基因后代抗蚜蟲顯著[121]。因此,使用多個純合基因,有利于提高品系的抗蚜性。
6.2 目的基因的沉默
在抗蚜基因工程中除了通過提高植物抗蚜基因表達量,還可通過RNA干擾技術沉默蚜蟲目的基因,進而達到植物抗蚜的目的。RNA干擾(RNAi)是由dsRNA介導的一種序列特異性轉(zhuǎn)錄后基因沉默機制,能夠特異性地抑制目的基因的表達。轉(zhuǎn)錄后基因沉默機制RNA干擾(RNAi)是一種潛在的作物保護策略[122]。
王暉等利用RNA干擾技術顯著降低麥長管蚜與桃蚜體內(nèi)細胞色素P450表達水平,導致目的基因沉默,蚜蟲死亡[13]。宿主介導的重要昆蟲基因的RNAi被認為是發(fā)展作物抗蟲害能力的潛在途徑,針對蚜蟲表皮蛋白基因(cuticular protein gene,CP基因)的宿主介導的RNAi損害了桃蚜的繁殖力,與其他轉(zhuǎn)基因策略相比,RNAi介導的抗性預計更持久[66]。除了飼喂蚜蟲dsRNA[123],還可直接注射dsRNA達到沉默蚜蟲相關基因的目的,同時,注射dsRNA的劑量及時間對蚜蟲基因沉默的效率有一定的影響[124]。
此外,利用GFP追蹤綠桃蚜對dsRNA的攝取可有效評價靶基因敲除[125]。Fan等從麥長管蚜中克隆一個嗅覺共受體[olfactory receptors (ORs) co-receptors,Orco]基因SaveOrco,利用RNA干擾(RNAi)使蚜蟲SaveOrco的表達降低到34.11%,影響蚜蟲的嗅覺定位植物的行為,導致蚜蟲對植物蚜蟲報警信息素(E-β-farnesene,EβF)和其他揮發(fā)物的反應減弱[126]。目前鑒定出的能顯著致死或抑制蚜蟲生長的靶標基因較少,而且植物和蚜蟲體內(nèi)的核酸酶可降解外源dsRNA[56]。因此,利用RNAi技術培育抗蚜作物的關鍵在于選擇合適的靶基因和植物細胞中產(chǎn)生足夠量的dsRNA,且能通過蚜蟲的取食進入其體內(nèi)而不被降解[127]。
6.3 蚜蟲的快速鑒定
選育高抗蚜品種能夠有效防治蚜蟲,同時,DNA條形碼可快速鑒定蚜蟲,為精準有效地防治蚜蟲提供有力條件。DNA條形編碼(DNA bar coding)即應用單一片段基因序列差異來快速區(qū)分、鑒定物種的方法,常用線粒體基因CO[QX(Y15]Ⅰ[QX)]序列作為昆蟲系統(tǒng)發(fā)育的標記[44,128]。
參考文獻:
[1]方 燕,喬格俠,張廣學. 蚜蟲寄主植物與取食部位的多樣性[J]. 動物分類學報,2006,31(1):31-39.
[2]姜立云,喬格俠,張廣學,等. 東北農(nóng)林蚜蟲志:昆蟲綱、半翅目、蚜蟲類[M]. 北京:科學出版社,2011:1-14.
[3]張南南,魯振華,崔國朝,等. 基于SNP標記桃抗蚜性狀的基因定位[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學,2017,50(23):4613-4621.
[4]鄭光宇. 基因工程防治蚜蟲研究進展[J]. 喀什師范學院學報,2006,27(3):54-60.
[5]馬亞玲,劉長仲. 蚜蟲的生態(tài)學特性及其防治[J]. 草業(yè)科學,2014,31(3):519-525.
[6]唐平華,陳國平,朱明庫,等. 蚜蟲防治技術研究進展[J]. 植物保護,2013,39(2):5-12.
[7]肖 亮,武天龍. 大豆抗蚜蟲研究進展[J]. 中國農(nóng)學通報,2013,29(36):326-333.
[8]張廣學. 西北農(nóng)林蚜蟲志:昆蟲綱、同翅目、蚜蟲類[M]. 北京:中國環(huán)境科學出版社,1999:1-88.
[9]黃曉磊,喬格俠. 蚜蟲學研究現(xiàn)狀與學科發(fā)展趨勢[J]. 昆蟲學報,2006,49(6):1017-1026.
[10]陳超權,劉盛蘭嘉,孔李俊,等. 植物抗蚜生理及分子機制的研究進展[J]. 植物保護,2018,44(2):11-21.
[11]張海娜,錢玉源,劉 祎,等. 蚜蟲防治研究概況及在棉花上的應用[J]. 農(nóng)學學報,2015,5(8):36-39.
[12]Yuan Z Q,Zhao C Y,Zhou Y,et al. Aphid-resistant transgenic tobacco plants expressing modified gna gene[J]. Acta Botanica Sinica,2001,43(6):592-597.
[13]王 暉,張 珉,張小紅,等. 利用RNAi技術沉默麥長管蚜與桃蚜細胞色素P450[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學,2012,45(17):3463-3472.
[14]張 勇,范 佳,趙興延,等. 植物防御信號物質(zhì)JA/SA對桃蚜解毒酶谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶及唾液腺基因C002表達誘導反應[J]. 中國科學:生命科學,2016,46(5):665-672.
[15]劉 玎,陳 勁,劉 志,等. 掌葉半夏凝集素基因PPA2抗蚜功能分析[J]. 生物技術通報,2016,32(10):180-187.
[16]李海林,趙德剛. 轉(zhuǎn)IPT基因油菜提高抗蚜蟲能力[J]. 分子植物育種,2011,9(3):343-349.
[17]王澤華,范佳敏,陳金翠,等. 氟啶蟲胺腈亞致死濃度對桃蚜生長和繁殖的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學,2017,50(3):496-503.
[18]武德功,王 俊,張露雨,等. 抗、感玉米幼苗玉米蚜為害后不同時間的生理響應[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報,2018,34(3):493-502.
[19]李金梅,趙威軍,張福耀,等. 高粱抗蚜蟲研究綜述[J]. 雜糧作物,2006,26(5):363-365.
[20]王 成,羅 峰,高建明,等. 高粱抗蚜QTL定位[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學,2014,43(7):80-84.
[21]徐瓊芳,李連城,馬有志,等. 用天花粉蛋白基因轉(zhuǎn)化小麥獲得轉(zhuǎn)基因植株[J]. 遺傳,2001,23(2):135-137.
[22]徐瓊芳,田 芳,陳 孝,等. 轉(zhuǎn)GNA基因小麥新株系的分子檢測和抗蚜蟲性鑒定[J]. 麥類作物學報,2005,25(3):7-10.
[23]張 彥,喻修道,唐克軒,等. 用基因槍法獲得轉(zhuǎn)異天南星基因aha抗蚜蟲小麥[J]. 作物學報,2012,38(8):1538-1543.
[24]段曉亮. 三種植物凝集素基因在轉(zhuǎn)基因小麥中的表達及其抗蚜效果分析[D]. 北京:中國農(nóng)業(yè)大學,2013.
[25]李時榮,葛朝虹,劉德廣,等. 寄主植物對不同基因型麥長管蚜解毒酶活性的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學報,2018,27(2):283-293.
[26]任 佳,周福才,陳學好,等. 黃瓜葉片物理性狀對黃瓜抗蚜性的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2014,22(1):52-57.
[27]劉亞麗,馬榮金,胡麗麗,等. 無毛黃瓜抗蚜性與揮發(fā)性物質(zhì)的關系[J]. 中國農(nóng)學通報,2014,30(22):270-275.
[28]陳敏煬,梁鄲娜,陳學好. 瓜類作物抗蚜研究進展[J]. 分子植物育種,2017,15(9):3803-3810.
[29]Gonzalez V M,Aventin N,Centeno E,et al. Interspecific and intraspecific gene variability in a 1-Mb region containing the highest density of NBS-LRR genes found in the melon genome[J]. BMC Genomics,2014,15(1):1131.
[30]劉 林. 蚜蟲取食對杏葉片細胞分化、果枝節(jié)間伸長和花芽形成量的影響[J]. 園藝學報,2012,39(4):749-756.
[31]楊廣東,朱 禎,李燕娥,等. 雪花蓮外源凝集素基因在大白菜中的表達和抗蚜性遺傳分析[J]. 園藝學報,2003,30(3):341-342.
[32]陳 青,張銀東. 與辣椒抗蚜性基因連鎖的RAPD標記[J]. 園藝學報,2003,30(6):737-738.
[33]何俊平,陳發(fā)棣,陳素梅,等. 不同菊花品種抗蚜蟲性鑒定[J]. 生態(tài)學雜志,2010,29(7):1382-1386.
[34]張 瓚,王萃鉑,房偉民,等. ABA噴施提高菊花抗蚜性及其生理機理[J]. 植物生理學報,2014,50(12):1857-1862.
[35]安 聰,張 一,張皖皖,等. 菊花CmPAL基因的克隆及表達分析[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學學報,2019,42(1):73-80.
[36]周俐宏,張惠華,吳天宇,等. 不同百合品種抗蚜蟲性鑒定[J]. 北方園藝,2018,42(11):85-88.
[37]李貝貝,陳玉惠,趙 寧,等. 鏈格孢菌0845菌株粗提物對月季長管蚜的抑制活性[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學,2013,41(4):89-91.
[38]馬洪兵,劉 玉,姜淑霞,等. 阿維菌素和士達防治月季長管蚜及黃楊絹野螟試驗[J]. 山東林業(yè)科技,2006,35(2):50-51.
[39]李 莉,楊 斌. 鏈格孢菌粗毒素對月季的傷害及對月季長管蚜影響[J]. 北方園藝,2011,35(4):169-171.
[40]趙 寧,馮 丹,楊 斌. 非寄主植物與月季混栽對月季長管蚜種群的影響[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學,2012,39(7):97-99.
[41]趙 寧,王大偉,馮小飛,等. 外施礦質(zhì)元素對月季長管蚜嗅覺行為的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學,2015,43(10):183-185.
[42]Gao L L,Klingler J P,Anderson J P,et al. Characterization of pea aphid resistance in Medicago truncatula[J]. Plant Physiol,2008,146(3):996-1009.
[43]武德功. 豌豆蚜地理種群遺傳多樣性及其種群調(diào)控機制研究[D]. 蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學,2011.
[44]溫 娟,陳 睿,姜立云,等. 基于DNA條形碼對北京地區(qū)薔薇科花卉上蚜蟲的快速鑒定[J]. 應用昆蟲學報,2013,50(1):29-40.
[45]趙曉萌,曾召海. 駱駝蓬植物的不同提取物殺蟲活性研究[J]. 中國農(nóng)學通報,2005,21(4):278-279.
[46]白海燕,馬建列,陳毅仁. 附子浸漬液對花卉蚜蟲的毒力測定及藥效試驗[J]. 中國農(nóng)學通報,2006,22(2):323-325.
[47]周夏芝,音正兵,葉志軍. 月季園蚜蟲及其天敵類群相互關系分析[J]. 安徽農(nóng)學通報,2008,14(3):108-109.
[48]Alford L,Marley R,Dornan A,et al. Assessment of neuropeptide binding sites and the impact of biostable kinin and CAP2b analogue treatment on aphid (Myzus persicae and Macrosiphum rosae) stress tolerance[J]. Pest Management Science,2019,75(6):1750-1759.
[49]劉國慶,杜瑞恒,侯升林,等. 高粱抗蚜研究進展[J]. 植物學報,2012,47(2):171-187.
[50]鄭愛泉,張寶林. 小麥抗麥蚜基因工程的研究進展[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學,2015,43(9):11-14.
[51]郭洪年,侯漢娜,歐陽青,等. 抗蚜基因及其轉(zhuǎn)基因植物[J]. 中國生物工程雜志,2008,28(6):118-124.
[52]苗猛猛,王旭靜,唐巧玲,等. 抗蚜基因工程研究進展[J]. 生物技術進展,2012,2(2):104-109.
[53]陳 勁,劉 志,朱生偉. 抗蚜基因及其轉(zhuǎn)基因作物研究進展[J]. 生物技術通報,2014,29(10):1-7.
[54]Boissot N,Thomas S,Chovelon V,et al. NBS-LRR-mediated resistance triggered by aphids:viruses do not adapt; aphids adapt via different mechanisms[J]. BMC Plant Biology,2016,16(18):25.
[55]Drakulic J,Ajigboye O,Swarup R,et al. Aphid infestation increases Fusarium langsethiae and T-2 and HT-2 mycotoxins in wheat[J]. Applied and Environmental Microbiology,2016,82(22):6548-6556.
[56]賈殿勇,高世慶,段鵬飛,等. [反]-β-法尼烯合成酶基因在植物抗蚜分子育種中的應用[J]. 生物工程學報,2018,34(1):12-23.
[57]徐瓊芳,田 芳,陳孝侯,等. 轉(zhuǎn)基因抗蟲小麥中sgna基因的遺傳分析及抗蟲性鑒定[J]. 作物學報,2004,30(5):475-480.
[58]Dogimont C,Chovelon V,Pauquet J,et al. The Vat locus encodes for a CC-NBS-LRR protein that confers resistance to Aphis gossypii infestation and A. gossypii-mediated virus resistance[J]. The Plant Journal,2014,80(6):993-1004.
[59]Shi X,Gao Y,Yan S,et al. Aphid performance changes with plant defense mediated by cucumber mosaic virus titer[J]. Virology Journal,2016,13(1):70.
[60]Zhang K,Pan Q,Yu D,et al. Systemically modeling the relationship between climate change and wheat aphid abundance[J]. Science of the Total Environment,2019,674:392-400.
[61]霍治國,李茂松,王 麗,等. 氣候變暖對中國農(nóng)作物病蟲害的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學,2012,45(10):1926-1934.
[62]孟彥貞. 月季主要病蟲害發(fā)生規(guī)律及防治措施[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2012,40(3):228-236.
[63]楊春蘭,楊永花,陸 娟,等. 蘭州地區(qū)月季主要病蟲害及其防治措施[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)科技,2017,44(1):78-82.
[64]蔣雪勤,陸華兵,黃雷芳,等. “紅帽子”月季病蟲害綜合防治技術[J]. 上海農(nóng)業(yè)科技,2010,39(6):108.
[65]Liu P,Yang Z X,Chen X M,et al. RNA-Seq-based transcriptome and the reproduction-related genes for the aphid Schlechtendalia chinensis (Hemiptera,Aphididae)[J]. Genetics and Molecular Research,2017,16(1):gmr16019448.
[66]Bhatia V,Bhattacharya R. Host-mediated RNA interference targeting a cuticular protein gene impaired fecundity in the green peach aphid Myzus persicae[J]. Pest Management Science,2018,74(9):2059-2068.
[67]嚴桂華,曹 萍. 月季主要病蟲害及其防治[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2007,35(22):94,97.
[68]禹海鑫,葉文豐,孫民琴,等. 植物與植食性昆蟲防御與反防御的三個層次[J]. 生態(tài)學雜志,2015,34(1):256-262.
[69]de Vos M,Jander G. Myzus persicae (green peach aphid) salivary components induce defence responses in Arabidopsis thaliana[J]. Plant Cell & Environment,2009,32(11):1548-1560.
[70]Chaudhary R,Peng H C,He J,et al. Aphid effector Me10 interacts with tomato TFT7,a 14-3-3 isoform involved in aphid resistance[J]. New Phytologist,2019,221(3):1518-1528.
[71]Lv N,Wang L,Sang W,et al. Effects of endosymbiont disruption on the nutritional dynamics of the pea aphid Acyrthosiphon pisum[J]. Insects,2018,9(4):161.
[72]Nakabachi A,Ishida K,Hongoh Y,et al. Aphid gene of bacterial origin encodes a protein transported to an obligate endosymbiont[J]. Current Biology,2014,24(14):R640-R641.
[73]Shigenobu S,Watanabe H,Hattori M,et al. Genome sequence of the endocellular bacterial symbiont of aphids Buchnera sp. APS[J]. Nature,2000,407(6800):81-86.
[74]Duncan R P,F(xiàn)eng H,Nguyen D M,et al. Gene family expansions in aphids maintained by endosymbiotic and nonsymbiotic traits[J]. Genome Biology and Evolution,2016,8(3):753-764.
[75]Richards S,Gibbs R A,Gerardo N M,et al. Genome sequence of the pea aphid Acyrthosiphon pisum[J]. Plos Biology,2010,8(2):e1000313.
[76]Haynes S,Darby A C,Daniell T J,et al. Diversity of bacteria associated with natural aphid populations[J]. Appl Environ Microbiol,2003,69(12):7216-7223.
[77]Ramirez-Caceres G E,Moya-Hernandez M G,Quilodran M,et al. Harbouring the secondary endosymbiont Regiella insecticola increases predation risk and reproduction in the cereal aphid Sitobion avenae[J]. Journal of Pest Science,2019,92(3):1039-1047.
[78]Alyokhin A,Sewell G. On-soil movement and plant colonization by walking wingless morphs of three aphid species (Homoptera:Aphididae) in greenhouse arenas[J]. Environmental Entomology,2003,32(6):1393-1398.
[79]Fan J,Xue W,Duan H,et al. Identification of an intraspecific alarm pheromone and two conserved odorant-binding proteins associated with (E)-β-farnesene perception in aphid Rhopalosiphum padi[J]. Journal of Insect Physiology,2017,101:151-160.
[80]楊振立,李 旸,吳志明,等. 觀賞植物抗蚜蟲新途徑分析[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學,2018,22(3):47-49.
[81]Rice K B,Eubanks M D. No enemies needed cotton aphids(Hemiptera:Aphididae) directly benefit from red imported fire ant(Hymenoptera:Formicidae)tending[J]. Florida Entomologist,2013,96(3):929-932.
[82]Yanar D,Yanar Y,Belguzar S,et al. In vitro effects of entomopathogenic beauveria bassiana isolates against rose aphids (Macrosiphum rosae L. Hemiptera:aphididae)[J]. Fresenius Environmental Bulletin,2019,28(2A):1443-1447.
[83]Sayed S M,Ali E F,Al-Otaibi S S. Efficacy of indigenous entomopathogenic fungus,Beauveria bassiana (Balsamo) Vuillemin,isolates against the rose aphid,Macrosiphum rosae L. (Hemiptera:Aphididae) in rose production[J]. Egyptian Journal of Biological Pest Control,2019,29(1):19.
[84]Ikbal C,Pavela R. Essential oils as active ingredients of botanical insecticides against aphids[J]. Journal of Pest Science,2019,92(3):971-986.
[85]劉學香. 月季花病蟲害防治技術[J]. 新農(nóng)村,2012,4(6):61-62.
[86]Saska P,Skuhrovec J,Luká J,et al. Treatment by glyphosate-based herbicide alters life history parameters of the rose-grain aphid Metopolophium dirhodum[J]. Scientific Reports,2016,6(1):27801.
[87]Shrestha G,Enkegaard A. The green lacewing,chrysoperla carnea:preference between lettuce aphids,nasonovia ribisnigri,and western flower thrips,F(xiàn)rankliniella occidentalis[J]. Journal of Insect Science,2013,13(94):1-10.
[88]Saeed M M,Raza A B M,Afzal M,et al. Presence of less-preferred hosts of the aphid parasitoids Aphidius ervi and Praon volucre reduces parasitism efficiency[J]. Phytoparasitica,2018,46(1):89-96.
[89]Arshad M,Khan H A A,Hafeez F,et al. Predatory potential of Coccinella septempunctata L. against four aphid species[J]. Pakistan Journal of Zoology,2017,49(2):623-627.
[90]Broekgaarden C,Snoeren T A,Dicke M,et al. Exploiting natural variation to identify insect-resistance genes[J]. Plant Biotechnology Journal,2011,9(8):819-825.
[91]Smith C M,Chuang W P. Plant resistance to aphid feeding:behavioral,physiological,genetic and molecular cues regulate aphid host selection and feeding[J]. Pest Management Science,2014,70(4):528-540.
[92]張海靜,嚴 盈,彭 露,等. 韌皮部取食昆蟲誘導的植物防御反應[J]. 昆蟲學報,2012,55(6):736-748.
[93]Koch K G,Chapman K,Louis J,et al. Plant tolerance:a unique approach to control hemipteran pests[J]. Front Plant Science,2016,7(33):1363.
[94]Lei J,A F S,Salzman R A,et al. BOTRYTIS-INDUCED KINASE1 modulates arabidopsis resistance to green peach aphids via PHYTOALEXIN DEFICIENT4[J]. Plant Physiology,2014,165(4):1657-1670.
[95]Van-Chung M,Ba-Hoanh N,Duc-Dien N,et al. Nostoc calcicola extract improved the antioxidative response of soybean to cowpea aphid[J]. Botanical Studies,2017,58(1):55.
[96]Jaouannet M,Rodriguez P A,Thorpe P,et al. Plant immunity in plant-aphid interactions[J]. Front Plant Sci,2014,5:663.
[97]Chapman K M,Marchi-Werle L,Hunt T E,et al. Abscisic and jasmonic acids contribute to soybean tolerance to the soybean aphid (Aphis glycines Matsumura)[J]. Scientific Reports,2018,8(1):15148.
[98]Avila C A,Arévalo-Soliz L M,Jia L,et al. Loss of function of FATTY ACID DESATURASE7 in tomato enhances basal aphid resistance in a salicylate-dependent manner[J]. Plant Physiology,2012,158(4):2028-2041.
[99]Zhang R,Wang G,Wang B,et al. Molecular basis of alarm pheromone detection in aphids[J]. Current Biology,2017,27(1):55-61.
[100]袁 亮,郭慧娟,孫玉誠,等. 蚜蟲誘導的植物免疫反應[J]. 應用昆蟲學報,2015,52(1):23-31.
[101]顧小輝,魏建和,王國全,等. 蟲害誘導植物合成防御性次生代謝產(chǎn)物的研究進展[J]. 生命科學研究,2017,21(5):458-465.
[102]Digilio M C,Corrado G,Sasso R,et al. Molecular and chemical mechanisms involved in aphid resistance in cultivated tomato[J]. New Phytology,2010,187(4):1089-1101.
[103]眭順照,李琳莉,祝欽瀧,等. 蠟梅凝集素基因克隆及其對蚜蟲、蛞蝓抗性分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學,2011,44(2):358-368.
[104]Coleman A D,Wouters R H,Mugford S T,et al. Persistence and transgenerational effect of plant-mediated RNAi in aphids[J]. Journal Exp Bot,2015,66(2):541-548.
[105]王仕偉,李曉鵬,陳甲法,等. 玉米抗蚜蟲種質(zhì)資源的鑒定[J]. 玉米科學,2018,26(2):156-160.
[106]Chen X,Vosman B,Visser R G,et al. High throughput phenotyping for aphid resistance in large plant collections[J]. Plant Methods,2012,8(1):33.
[107]郭素敏. 蒺藜苜蓿抗蚜蟲的遺傳分析[D]. 南京:南京林業(yè)大學,2011.
[108]趙 曼,田體偉,李為爭,等. 玉米蚜在8個玉米品種(系)上取食行為的比較分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學,2015,48(8):1538-1547.
[109]陳紅梅,李昆志,陳麗梅. 植物來源抗蟲基因的研究進展[J]. 中國生物工程雜志,2008,28(11):116-121.
[110]Hesler L S,Chiozza M V,ONeal M E,et al. Performance and prospects of Rag genes for management of soybean aphid[J]. Entomologia Experimentalis et Applicata,2013,147(3):201-216.
[111]Puterka G J,Nicholson S J,Brown M J,et al. Characterization of eight Russian wheat aphid (Hemiptera:Aphididae) biotypes using two-category resistant-susceptible plant responses[J]. Journal of Economic Entomology,2014,107(3):1274-1283.
[112]柳武革,薛慶中. 蛋白酶抑制劑及其在抗蟲基因工程中的應用[J]. 生物技術通報,2000,15(1):23-28.
[113]江漢民,宋文芹,劉莉莉,等. 抗蟲相關基因KTI對青花菜的轉(zhuǎn)化及其對小菜蛾抗性的分析[J]. 園藝學報,2013,40(3):498-504.
[114]Losvik A,Beste L,Mehrabi S,et al. The protease inhibitor CI2c gene induced by bird cherry-Oat aphid in barley inhibits green peach aphid fecundity in transgenic Arabidopsis[J]. Int J Mol Sci,2017,18(6):1317.
[115]Liang D,Liu M,Hu Q,et al. Identification of differentially expressed genes related to aphid resistance in cucumber (Cucumis sativus L.)[J]. Scientific Rports,2015,5(1):9645.
[116]裴東明,杜光玲,李海霞,等. 不同表達載體對玉米抗蚜蟲基因轉(zhuǎn)化效率的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學學報,2012,46(3):237-241.
[117]Duan X,Hou Q,Liu G,et al. Expression of Pinellia pedatisecta lectin gene in transgenic wheat enhances resistance to wheat aphids[J]. Molecules,2018,23(4):748.
[118]Jun T H,Rouf M M,Michel A P. Genetic mapping of three quantitative trait loci for soybean aphid resistance in PI 567324[J]. Heredity (Edinb),2013,111(1):16-22.
[119]McCarville M T,ONeal M E,Potter B D,et al. One gene versus two:a regional study on the efficacy of single gene versus pyramided resistance for soybean aphid management[J]. Journal of Economic Entomology,2014,107(4):1680-1687.
[120]da Silva Queiroz O,Hanson A A,Potter B D,et al. Impact of single gene and pyramided aphid-resistant soybean on movement and spatial pattern of soybean aphid (Hemiptera:Aphididae)[J]. Journal of Economic Entomology,2018,111(6):2946.
[121]劉賢雯,王 彪,姚陸銘,等. 大豆高代抗蟲轉(zhuǎn)基因后代分子檢測與抗蚜蟲鑒定分析[J]. 大豆科學,2011,30(3):455-458.
[122]Christiaens O,Smagghe G. The challenge of RNAi-mediated control of hemipterans[J]. Current Opinion in Insect Science,2014,6:15-21.
[123]Pitino M,Coleman A D,Maffei M E,et al. Silencing of aphid genes by dsRNA feeding from plants[J]. PLoS One,2011,6(10):e25709.
[124]Ye C,An X,Jiang Y,et al. Induction of RNAi core machinerys gene expression by exogenous dsRNA and the effects of pre-exposure to dsRNA on the gene silencing efficiency in the pea aphid (Acyrthosiphon pisum)[J]. Frontiers in Physiology,2019,9:1906.
[125]Bilgi V,F(xiàn)osu-Nyarko J,Jones M G. Using vital dyes to trace uptake of dsrna by green peach aphid allows effective assessment of target gene knockdown[J]. Intect Journal Mology Science,2017,18(1):80.
[126]Fan J,Zhang Y,F(xiàn)rancis F,et al. Orco mediates olfactory behaviors and winged morph differentiation induced by alarm pheromone in the grain aphid,Sitobion avenae[J]. Insect Biochem Mol Biol,2015,64:16-24.
[127]羅曉麗,張安紅,肖娟麗,等. 棉蚜腺苷三磷酸酶E亞基基因RNAi載體的構建及其抗蚜性分析[J]. 棉花學報,2018,30(5):353-362.
[128]王劍峰,喬格俠. DNA條形編碼在蚜蟲類昆蟲中的應用[J]. 動物分類學報,2007,32(1):153-159.
收稿日期:2019-07-30
基金項目:國家重點研發(fā)計劃(編號:2018YFD1000402);國家科技支撐計劃(編號:2015BAD10B01);云南省中青年學術技術帶頭人后備人才培養(yǎng)項目(編號:2015HB078);云嶺產(chǎn)業(yè)技術領軍人才。
作者簡介:范元蘭(1994—),女,貴州普安人,碩士研究生,主要從事月季抗蚜遺傳育種研究。E-mail:fanyuanlan@hotmail.com。
通信作者:張 顥,碩士,研究員,主要從事月季遺傳育種研究,E-mail:zhanghao7898@sina.com;邱顯欽,博士,研究員,主要從事月季抗病遺傳育種研究,E-mail:xianqin711@hotmail.com。