化学激发子SC-30诱导水稻抗褐飞虱的若干特征分析及其机理解析

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植物诱导抗虫反应是植物抵御植食性昆虫为害的重要策略。化学激发子能够激活植物的抗虫反应而本身对昆虫没有直接毒害作用。本实验室前期研究筛选了一种化学激发子SC-30,发现该化学激发子加入水稻(Oryza savita)水培营养液(终浓度5 mg/L)中能有效提高水稻对褐飞虱(Nilaparvata lugens,brown planthopper,BPH)的抗性:若虫接虫7天后存活率降低约80%,雌成虫接虫5天后存活率降低约70%。初步机理解析显示,SC-30能够一定程度上抑制水稻防御信号分子乙烯(ethylene,ET)、水杨酸(salicylic acid,SA)和H2O2的合成,有效促进水稻应答BPH为害过程中黄酮类化合物和挥发物的产生。但对于SC-30诱导水稻抗BPH的一些基本特征及其具体诱导机理的研究仍然不充分。为此,本文就SC-30诱导水稻抗BPH的一些基本特征及其诱导机理开展了深入研究,现将主要结果总结如下。测定了SC-30低浓度(0.5-2.0 mg/L)处理、不同处理方法以及在不同水稻生长期使用对水稻抗BPH作用的影响。低浓度生测结果表明,0.5 mg/L SC-30根吸处理水稻可显著延长BPH若虫历期(约0.3天)、降低BPH单雌产卵量(10天产卵量降低约13%),1 mg/L SC-30根吸处理水稻能显著降低BPH若虫存活率(接虫12天后降低约42%),而2 mg/L SC-30根吸处理水稻能显著降低BPH雌成虫的存活率(接虫10天后降低约17%)。不同处理方法生测结果表明,50 mg/L SC-30叶鞘喷雾处理水稻能够降低BPH若虫的存活率(接虫10天时降低约20%),而50 mg/L SC-30浸种处理不影响BPH若虫的存活率。不同生长期水稻生测结果显示,5 mg/L SC-30根吸处理生长期20-40天的水稻均能显著降低BPH若虫和雌成虫的存活率(若虫接虫7天后存活率降低约80%,雌成虫接虫5天后存活率降低约70%),不同生长期水稻间无明显差异。上述结果表明,低浓度SC-30根吸处理水稻也能一定程度上降低BPH的种群适合度,SC-30根吸处理对生长期20-40天的水稻均有很好效果,而SC-30叶鞘喷雾或种子处理,对提升水稻对BPH的抗性效果不明显。通过分析转录组以及韧皮部渗出液化合物,解析了SC-30诱导水稻抗BPH的机理。转录组结果显示,SC-30根吸处理能引起很多信号分子合成与转导以及防御化合物合成等相关基因转录水平的变化,对水稻中脱落酸(abscisic acid,ABA)信号途径和苯丙烷类化合物合成等相关基因的转录水平有显著上调作用。进一步分析发现,SC-30根吸处理能显著提高水稻叶鞘中ABA含量,降低水稻叶鞘中酚酸含量,并增加BPH为害时的水稻叶鞘中纤维素含量。水稻韧皮部渗出液化合物分析表明,与仅有BPH为害相比,BPH为害和SC-30共同处理能够显著降低水稻韧皮部渗出液中蔗糖和10种氨基酸的含量,提高草酸含量。研究结果同时显示,抗BPH水稻品种(Babawee、ASD7、IR56)韧皮部渗出液中的蔗糖含量显著低于感虫水稻(TN1、NB44、粤丰);在人工饲料中降低蔗糖含量能够显著降低BPH的存活率。综上,SC-30可以通过影响水稻叶鞘中脱落酸、酚酸、纤维素以及韧皮部渗出液中蔗糖、氨基酸和草酸的含量调控水稻对BPH的抗性,其中,韧皮部中蔗糖含量的降低可能是SC-30处理水稻引起BPH存活率下降的主要原因。上述研究进一步明确了SC-30诱导水稻抗褐飞虱的一些基本特征,并加深了对SC-30诱导水稻抗虫机理的认识。
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