番茄突变体介导的烟粉虱对O3浓度升高的响应特征与机制

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lyaner
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烟粉虱是我国蔬菜花卉和农作物的重要害虫,且有危害加重的趋势。近年来由于人类活动,温室气体O3浓度不断增加。研究O3浓度升高下烟粉虱适合度的变化及其与寄主植物和天敌之间的化学联系,将丰富和发展全球气候变化下植物-害虫-天敌之间的相互作用关系理论,同时可为未来全球气候变化下烟粉虱的防治提出预警。本论文以O3浓度和烟粉虱为害诱导为作用因子,以烟粉虱及其寄主植物番茄和天敌丽蚜小蜂为研究对象,以茉莉酸突变体3种番茄基因型为材料,系统研究了O3浓度升高与烟粉虱为害诱导对烟粉虱适合度和丽蚜小蜂选择行为的影响。主要结果如下:  1.正常O3浓度下番茄被烟粉虱为害诱导后对其后续种群适合度的影响  在温室中正常O3浓度下,研究了烟粉虱为害诱导通过三种番茄突变体对后续烟粉虱适合度的影响。结果表明,烟粉虱的为害诱导显著降低了三种番茄突变体中游离氨基酸和可溶性糖的含量,增加了游离SA含量及次生物质如总酚和浓缩单宁的含量,但对JA的含量没有影响。取食烟粉虱为害过的三种番茄突变体的后续烟粉虱较之取食正常番茄的烟粉虱,其若虫期和若虫到成虫期的发育阶段延长,产卵量和内禀增长率降低。我们的结果显示,烟粉虱的为害诱导通过降低番茄中的游离氨基酸、可溶性糖的含量及增加番茄中的游离SA含量和次生物质含量,导致后续烟粉虱发育阶段的延长和产卵量的降低,即烟粉虱的为害诱导降低了取食三种番茄突变体的后续烟粉虱的适合度。  2.O3浓度升高通过番茄突变体对烟粉虱适合度影响的机制  在开顶式气室OTC中进行,研究了目前和未来加倍O3浓度下三种番茄突变体对烟粉虱适合度的影响及其作用的机制。结果发现,升高的O3浓度显著降低了番茄中可溶性糖和游离氨基酸的含量,增加了PAL活性、SA含量及其下游PRmRNA的表达量;同时增加了次生物质如总酚和浓缩单宁的含量,但对JA含量没有产生显著性影响。升高的O3浓度下的3种番茄基因型中,以JA过量表达突变体35S具有最高的SA、JA含量,但它们之间的可溶性糖和游离氨基酸的含量没有显著性差异。升高的O3浓度延长了生长在三种番茄突变体上的烟粉虱幼虫期和幼虫到成虫期的发育历期,降低了取食35S和野生型番茄的烟粉虱的产卵量和内禀增长率。我们的结果清楚地表明:升高的O3浓度通过降低番茄中的游离氨基酸、可溶性糖的含量及增加番茄中的游离SA含量和次生物质含量,显著降低了取食35S和野生型番茄的烟粉虱的适合度;显示升高的O3浓度通过诱导SA路径降低了烟粉虱的适合度。  3.O3浓度升高及烟粉虱为害诱导对番茄-烟粉虱-丽蚜小蜂化学联系的影响  利用野生型番茄Wt及JA过量表达突变体35S品种,研究了O3浓度升高下烟粉虱虫害诱导番茄挥发性物质的变化及其对烟粉虱取食及产卵喜好和丽蚜小蜂选择行为的影响。研究发现,O3浓度升高及烟粉虱为害诱导显著增加了番茄总挥发物的释放量,其中单萜类挥发物的释放量占据主导地位,且臭氧因子及烟粉虱虫害因子具有互作作用。烟粉虱喜欢取食及产卵在正常O3浓度和未受虫害的番茄品种;而其天敌丽蚜小蜂与之相反,喜欢选择O3浓度增加和受虫害处理的番茄品种;这种行为在JA过量表达突变体35S品种表现更强。我们的结果显示:在未来O3浓度增加的情况下,番茄挥发物的释放量将增加,不利于烟粉虱取食危害,而利于吸引了天敌丽蚜小蜂,且JA过量表达.35S品种作用能力更大。  4.O3浓度升高下烟粉虱危害诱导的番茄挥发物对丽蚜小蜂选择行为影响的机制  进一步分析比较了O3浓度升高及烟粉虱虫害诱导下茉莉酸JA缺失突变体spr2与野生型番茄Wt挥发性物质组份含量变化及其对丽蚜小蜂选择行为的影响。研究发现,O3浓度升高及烟粉虱为害诱导显著增加了番茄总挥发物的释放量、单萜类挥发物的释放量(包括3-蒈烯,萜品油烯,α-水芹烯,柠檬烯,β-水芹烯,罗勒烯)和绿叶挥发物(顺-3-己烯醇,反-2己烯醇)的释放量。其中柠檬烯及反-2-己烯醇对丽蚜小蜂的选择行为影响尤为明显。在O3浓度升高、烟粉虱虫害诱导及双重因子的作用下,spr2释放的总挥发物的含量,尤其是其中的α-水芹烯、柠檬烯、β-水芹烯的含量等单萜类挥发物的释放量,显著低于野生型番茄Wt的含量。我们的结果显示,茉莉酸对番茄突变体挥发物的释放速率具有显著的调节作用,O3浓度升高及烟粉虱虫害通过茉莉酸JA途径诱导产生的柠檬烯及反-2-己烯醇等番茄挥发物组分对丽蚜小蜂选择行为产生了强烈的吸引作用。  综上所述,O3浓度升高及烟粉虱虫害诱导通过改变SA路径显著降低了烟粉虱的适合度。JA过量表达的番茄突变体35S具有最强的抗性。O3浓度升高及烟粉虱虫害诱导显著增加的挥发物的释放量尤其是柠檬烯及反-2-己烯醇显著吸引了丽蚜小蜂。  本研究主要的创新性成果有:1)系统观察了正常O3浓度下,烟粉虱为害诱导通过三种番茄突变体对后续烟粉虱的影响,结果显示烟粉虱为害诱导显著降低了后续发生的烟粉虱适合度;2)深入研究了升高的O3浓度通过三种番茄突变体对烟粉虱的作用,结果表明O3浓度的升高明显地降低了烟粉虱的适合度。3)明确了升高的O3浓度及烟粉虱为害诱导通过改变番茄突变体的挥发物释放量对烟粉虱取食及产卵喜好及其天敌丽蚜小蜂选择行为的影响,发现在未来O3浓度增加的情况下,番茄挥发物的释放量将增加,不利于烟粉虱取食危害,主要通过茉莉酸JA途径诱导产生的柠檬烯及反-2-己烯醇等番茄挥发物组分对丽蚜小蜂选择行为产生了强烈的吸引作用。
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