棉花和玉米對(duì)機(jī)械損傷誘導(dǎo)的棉花及其鄰近酶活性的影響

棉花和玉米對(duì)機(jī)械損傷誘導(dǎo)的棉花及其鄰近酶活性的影響

0田間植物間的通訊昆蟲飼料不僅能誘導(dǎo)植物本身的抗逆反應(yīng)，還能誘導(dǎo)附近健康植物的抗逆反應(yīng)，即植物間的溝通效應(yīng)。植物通訊首先是由Rhoades在1983年提出來的,他發(fā)現(xiàn)被毛蟲取食的樹有很少的毛蟲再來取食,令人驚訝的是鄰近健康的樹也有很少的毛蟲取食。他提出受害植物和鄰近植物間空氣中的交流能引起鄰近植物抗性水平的增加。后來很多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持植物間交流的存在。嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)室條件的結(jié)果可以表明植物間是通過空氣進(jìn)行交流的。番茄植物與剪枝的山艾一起放在小的密閉容器內(nèi)可以增加番茄蛋白酶抑制劑的含量,蛋白酶抑制劑可以減少昆蟲的取食。其他的密閉容器中的實(shí)驗(yàn)支持并且擴(kuò)展了這個(gè)結(jié)論。目前在田間植物間的通訊至少在2個(gè)系統(tǒng)中得到證實(shí),野生煙草和歐洲榿木。Karban的田間試驗(yàn)證明了田間存在山艾和煙草的通訊。除了受害的山艾,其鄰近植株的抗性也會(huì)增加。Karban等研究發(fā)現(xiàn)田間植物間的距離大于60cm,同時(shí)有植物間空氣流通的條件,鄰近植株的抗性也會(huì)增加。當(dāng)阻止空氣流通后,包括樹枝間和植物間的系統(tǒng)誘導(dǎo)抗性都不能檢測(cè)到。研究發(fā)現(xiàn)與老山艾相比,田間幼嫩山艾是更有效的植物內(nèi)和植物間的交流者。因此這個(gè)通訊是通過空氣中信號(hào)介導(dǎo)的,而且減少了近距離生長(zhǎng)于受害的山艾樹的煙草植物的傷害。Tscharntke等的田間試驗(yàn)表明楊毛臀螢葉甲(Agelasticaalni)避免取食鄰近人工損傷的榿木植物的葉片。楊毛臀螢葉甲取食榿木誘導(dǎo)釋放乙烯和一系列揮發(fā)性化合物,激活茉莉酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。受害榿木葉片酚類物質(zhì)含量增加,多酚氧化酶、脂氧合酶和過氧化物酶的活性增加,蛋白酶抑制劑也增加。棉花和玉米是中國重要的經(jīng)濟(jì)作物和糧食作物,棉蚜和玉米螟也是棉花和玉米上主要害蟲。目前還沒有關(guān)于棉花和玉米間通訊作用的研究報(bào)道。為了明確昆蟲取食誘導(dǎo)棉花和玉米間的通訊機(jī)制,測(cè)定了不同處理包括棉蚜取食和機(jī)械損傷誘導(dǎo)棉花及其鄰近玉米,以及玉米螟取食和機(jī)械損傷誘導(dǎo)玉米及其鄰近棉花的多酚氧化酶和過氧化物酶的活性。研究昆蟲取食和機(jī)械損傷誘導(dǎo)棉花和玉米間的通訊作用為作物間作套種及棉蚜和玉米螟的綜合防治提供了理論依據(jù)。1材料和方法1.1液配方對(duì)znso4,5.8.7mo4的影響‘中棉35’,種子浸泡催芽后,種于無菌的沙土中(溫度26~30℃,相對(duì)濕度50%~60%),待2片子葉展開后,轉(zhuǎn)移到裝有營養(yǎng)液的塑料杯中,在溫室培養(yǎng)1~2周供試。營養(yǎng)液配方為0.75mmol/LK2SO4,0.25mmol/LKH2PO4,0.1mmol/LKCl,0.65mmol/LMgSO4,2mmol/LCa(NO4)2,0.1mmol/LFe-NaEDTA,1×10-2mmol/LH3BO3,1×10-3mmol/LMgSO4,1×10-3mmol/LZnSO4,4×10-4mmol/LCuSO4,5×10-6mmol/L(NH4)6MoO4。玉米是‘農(nóng)大108’,浸泡12h后種于營養(yǎng)土中,2周后用于實(shí)驗(yàn)。1.2玉米螟的養(yǎng)殖棉蚜,本實(shí)驗(yàn)室人工飼養(yǎng)多代的棉蚜品系,飼養(yǎng)溫度為25~35℃,相對(duì)濕度為60%~80%,日光溫室為自然光周期。玉米螟,卵購于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)所王振營課題組。然后室內(nèi)飼養(yǎng),用人工飼料飼養(yǎng)至3齡。飼養(yǎng)溫度為25~28℃,相對(duì)濕度是60%~80%,光周期為16h:8h。1.3棉苗、玉米對(duì)玉米的選擇選用長(zhǎng)勢(shì)一致的棉苗和玉米,在3個(gè)容積為5L的干燥器內(nèi),設(shè)對(duì)照棉苗和對(duì)照接收玉米、機(jī)械損傷(葉片針刺50孔,直徑2mm)和機(jī)械損傷接收玉米,蚜蟲取食(每株100頭)棉苗和取食接收玉米共3組6個(gè)處理,每組重復(fù)3次,每個(gè)處理2次重復(fù),每次重復(fù)2株棉苗、2株玉米。測(cè)定48h各處理棉花和玉米多酚氧化酶和過氧化物酶的活性。在另3個(gè)容積為5L的干燥器內(nèi),設(shè)對(duì)照玉米和對(duì)照接收棉苗、機(jī)械損傷(葉片針刺每株50孔,直徑1~2mm)玉米和機(jī)械損傷接受棉苗,玉米螟取食(每株6頭)玉米和接受棉苗共3組6個(gè)處理,每組重復(fù)3次,每個(gè)處理2個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)玉米和棉苗各2株。測(cè)定48h各處理棉花和玉米多酚氧化酶和過氧化物酶的活性。1.4酶活性測(cè)定1.4.1ph值對(duì)活性的測(cè)定棉苗和玉米剪去根部后洗凈在液氮中研磨,每克苗加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮和4mL0.1mol/LpH7.0磷酸緩沖液(棉苗)或0.1mol/LpH6.5磷酸緩沖液(玉米),4℃,12000g離心20min,上清液用于活性測(cè)定。棉苗的反應(yīng)體系為:反應(yīng)緩沖液600μL,底物0.1mol/L鄰苯二酚400μL,150μL酶液;玉米的反應(yīng)體系為:反應(yīng)緩沖液1000μL,100μL底物0.1mol/L鄰苯二酚,100μL酶液。于420nm波長(zhǎng)處,用時(shí)間驅(qū)動(dòng)程序自動(dòng)監(jiān)測(cè)2min內(nèi)的變化,并記錄反應(yīng)速度(OD420/min)。以每分鐘在420nm增加0.01為一個(gè)活力單位。1.4.2酸緩沖液和玉米的活性測(cè)定棉苗和玉米剪去根部后洗凈在液氮中研磨,每g苗加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮和4mL上0.1mol/LpH7.0磷酸緩沖液(棉苗)或0.1mol/LpH6.5磷酸緩沖液(玉米),4℃,12000g離心20min,上清液用于活性測(cè)定。棉苗的反應(yīng)體系為:1345μLpH7.5緩沖液,20μL50mmol/L愈創(chuàng)木酚,20μL50mmol/L雙氧水,25μL酶液。玉米的反應(yīng)體系為:1270μLpH7.5緩沖液,20μL50mmol/L愈創(chuàng)木酚,20μL50mmol/L雙氧水,100μL酶液。于470nm波長(zhǎng)處,用時(shí)間驅(qū)動(dòng)程序自動(dòng)監(jiān)測(cè)2min內(nèi)的變化,并記錄反應(yīng)速度(OD470/min)。以每分鐘在470nm增加0.01為一個(gè)活力單位。1.5測(cè)定蛋白質(zhì)含量參照Braford考馬斯亮蘭G-250方法。以標(biāo)準(zhǔn)牛血清白蛋白為標(biāo)準(zhǔn)蛋白制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。2結(jié)果與分析2.1多酚氧化酶的活性變化2.1.1之間，多呈酸性pH對(duì)多酚氧化酶活性有很大的影響,植物多酚氧化酶的最適pH為4.5~8之間且大多呈酸性。所以本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了pH4.0~9.0范圍內(nèi)棉花和玉米多酚氧化酶活性變化,結(jié)果如圖1和圖2所示,棉花幼苗組織中多酚氧化酶活性在pH5.0時(shí)活性最大。玉米多酚氧化酶的最適pH7.5。2.1.2棉/玉米中多酚氧化酶的活性如圖3和圖4所示,棉蚜取食和機(jī)械損傷誘導(dǎo)棉花多酚氧化酶的活性增加,處理48h,對(duì)照、機(jī)械損傷和蚜蟲取食誘導(dǎo)棉花多酚氧化酶的活性分別為0.18,0.20、0.29U/mg,棉蚜取食誘導(dǎo)棉花多酚氧化酶的活性是對(duì)照的1.61倍,與對(duì)照比差異顯著(P<0.05)。機(jī)械損傷和棉蚜取食誘導(dǎo)揮發(fā)物相應(yīng)接收玉米的多酚氧化酶的活性與對(duì)照相比差異都不顯著(P<0.05)。機(jī)械損傷誘導(dǎo)揮發(fā)物接收玉米的多酚氧化酶的活性高于棉蚜取食誘導(dǎo)揮發(fā)物的接收組玉米的多酚氧化酶活性。2.2非典型酶活性變化2.2.1化物酶活性檢測(cè)如圖7和圖8所示,只有機(jī)械損傷誘導(dǎo)棉苗的過氧化物酶活性顯著增加(P<0.05),為對(duì)照的1.84倍。其余不同處理的棉苗和玉米的過氧化物酶活性都與對(duì)照差異不顯著(P<0.05)。2.2.2活性增加與對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果比較如圖9和圖10所示,機(jī)械損傷和玉米螟取食誘導(dǎo)玉米過氧化物酶的活性增加,與對(duì)照比差異顯著(P<0.05),分別是對(duì)照的3.56倍和4.79倍。而其相應(yīng)的誘導(dǎo)揮發(fā)物接收棉苗的過氧化物酶活性都沒有增加,與對(duì)照比差異不顯著(P<0.05)。3棉專業(yè)患者對(duì)揮發(fā)性化合物的誘導(dǎo)昆蟲取食和機(jī)械損傷不僅誘導(dǎo)受害植物產(chǎn)生防御反應(yīng)還能誘導(dǎo)鄰近健康植物的抗蟲性增加。雖然一些學(xué)者對(duì)植物間的這種通訊作用存在爭(zhēng)議。但是越來越多的研究證明了植物間通訊的存在。同種植物間的通訊典型的例子是利馬豆和黑榿木植物間的通訊。暴露于二斑葉螨取食誘導(dǎo)利馬豆釋放的揮發(fā)物中的健康利馬豆對(duì)捕食性螨的吸引力增加,葉螨的繁殖力下降。Tscharntke等田間和室內(nèi)試驗(yàn)都證明生長(zhǎng)在葉甲取食黑榿木附近的黑榿木蛋白酶抑制劑PI活性增加,抗蟲性增加。異種植物間的通訊作用也有很多實(shí)驗(yàn)證明。暴露于二斑葉螨取食利馬豆釋放的揮發(fā)性氣體中的黃瓜對(duì)捕食性滿的吸引力增強(qiáng)。Karban等的田間研究發(fā)現(xiàn),受傷艾草灌叢附近的煙草多酚氧化酶活性升高,受蝗蟲和煙草天蛾的取食程度減小。秦秋菊等發(fā)現(xiàn)棉蚜取食和機(jī)械損傷不僅能誘導(dǎo)棉花的苯丙氨酸解氨酶和脂氧合酶活性增加,還能引起鄰近的健康棉花苯丙氨酸解氨酶和脂氧合酶活性增加。多酚氧化酶和過氧化物酶與植物防御反應(yīng)相關(guān)。Constable等發(fā)現(xiàn)鱗翅目幼蟲取食能誘導(dǎo)多酚氧化酶的活性。Constabel等還發(fā)現(xiàn)機(jī)械損傷和昆蟲取食都能誘導(dǎo)PPO活性增加,不僅受害葉片的多酚氧化酶活性增加而且同一植株上未受害的部分多酚氧化酶活力也被誘導(dǎo)。Duffey等發(fā)現(xiàn)粉虱(Bemisiaargentigolii)取食番茄誘導(dǎo)過氧化物酶的活性增加。本試驗(yàn)的結(jié)果表明:棉蚜取食和機(jī)械損傷誘導(dǎo)棉花的多酚氧化酶和過氧化物酶的活性均有不同程度的增加;玉米螟取食和機(jī)械損傷誘導(dǎo)玉米的多酚氧化酶和過氧化物酶活性比對(duì)照高,并且玉米螟取食和機(jī)械損傷誘導(dǎo)玉米的過氧化物酶的活性與對(duì)照比差異顯著(P<0.05)。這與Constabel和Duffey等的結(jié)論一致的。而暴露于棉蚜取食和機(jī)械損傷誘導(dǎo)揮發(fā)物中的玉米多酚氧化酶和過氧化物酶的活性并沒有增加;暴露于玉米螟取食和機(jī)械損傷誘導(dǎo)釋放的揮發(fā)性化合物中的棉苗多酚氧化酶和過氧化物酶的活性也沒有增加,與對(duì)照比差異都不顯著(P<