CO2浓度升高对西花蓟马寄主选择行为的影响及其机理

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:miyinghua
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近年来,大气中的CO2浓度呈逐年上升趋势,且愈演愈烈,因此导致的气候变暖已经成为全社会关注的问题之一。西花蓟马(Frankliniella occidentalis)是一种世界性检疫性害虫,也是我国重点管理的第一批外来入侵害虫。西花蓟马取食时通过上颚口针破坏寄主表皮,以喙端密接伤口,靠唧筒的抽取作用取食植物营养;并且在取食过程中还会传播多种植物病毒,对我国农作物破坏严重。CO2浓度升高会影响甚至改变植物的初级和次级代谢产物的组成,从而影响植食性昆虫的生长、发育、繁殖和对寄主的选择行为等。目前防治西花蓟马的方法主要还是依赖化学防治,为了减少化肥农药的使用,本文旨在基于寄主植物四季豆(Phaseolus vulgaris)挥发性物质的前提下,寻找防治西花蓟马的生物新途径,通过设置对照和倍增两个CO2浓度,来探究CO2浓度升高是否会影响西花蓟马对寄主植物的选择行为,并通过西花蓟马关键基因表达的调控作用和寄主植物挥发性物质的变化来阐明西花蓟马与四季豆互作的内在机理。主要研究结果如下:1通过四壁嗅觉仪,测定了西花蓟马对不同处理下寄主植物四季豆的选择行为。结果显示:通过使用四臂嗅觉仪中三个臂进行试验,倍增CO2浓度下,西花蓟马选择机械损伤(+56.20%)和虫害处理(+90.91%)的四季豆显著高于对照植株;在四臂嗅觉仪试验中,对照和倍增CO2浓度下,西花蓟马选择机械损伤的四季豆显著高于对照植株(+20.88%,+56.20%),倍增CO2浓度下,西花蓟马选择虫害处理的四季豆显著高于对照CO2浓度(+90.91%)。可见,CO2浓度升高增加了西花蓟马对机械损伤和蓟马为害植株的选择量。2西花蓟马在进行寄主选择时,体内的气味结合蛋白基因(OBP1、OBP1-q)和化学感受蛋白基因(CSP1、CSP1-q)起到了关键作用,CO2浓度倍增增加了西花蓟马对机械损伤和虫害处理寄主植物的选择量,这可能与蓟马体内两种关键基因的表达水平有关。本试验通过收取经过不同处理的四季豆叶片喂养的西花蓟马,检测其两种基因的表达水平。结果显示:在对照CO2浓度下,选择虫害处理四季豆的西花蓟马CSP1基因表达水平显著高于选择机械损伤处理(+21.39%),选择虫害处理四季豆的西花蓟马OBP1基因表达水平显著高于健康植株(+73.17%)。在倍增CO2浓度下,选择虫害处理四季豆的西花蓟马CSP1、CSP1-q和OBP1-q基因表达水平显著高于对照CO2浓度(+58.48%,41.19%,24.93%),选择机械损伤四季豆的西花蓟马OBP1和OBP1-q基因表达水平显著高于对照CO2浓度(+17.05%,+113.09%),倍增CO2浓度下选择虫害处理四季豆的西花蓟马CSP1和CPS1-q基因表达水平显著高于选择对照和倍增CO2浓度下健康(+67.78%,+55.32%)和机械损伤(+53.23%,+28.40%)四季豆,倍增CO2浓度下选择机械损伤四季豆的西花蓟马OBP1和OBP1-q基因表达水平显著高于选择对照和倍增CO2浓度下健康(+674.09%,+525.15%)和虫害处理(+129.75%,+60.02%)四季豆。可见,CO2浓度升高提高了西花蓟马气味结合蛋白和化学感受蛋白的基因表达量。3通过动态顶空吸附法对生长在对照和倍增CO2浓度下寄主植物四季豆的挥发性物质进行收集,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对其成分进行初步的分析和鉴定。结果显示:在四季豆中鉴定出了 10类共30种化合物,包括芳香烃、醚类、烷烃、环烷烃、醇类、烯烃、芳香族衍生物、酚类、酮类和酯类。种类最多的是芳香烃,有10种化合物,种类最少的是酮类和酯类,各1种化合物。其中,反式角鲨烯和2,6-二叔丁基对甲酚只存在于生长在对照CO2浓度下的寄主植物四季豆中。CO2浓度升高显著提高健康植株中芳香烃、芳香族衍生物的含量,降低健康植株、机械损伤和虫害处理的四季豆中烯烃的含量;CO2浓度升高明显提高机械损伤处理的四季豆中芳香烃的含量,降低机械损伤后芳香族衍生物和酚类的含量。CO2浓度升高下虫害处理显著降低了四季豆植株中芳香烃的含量,提高了芳香族衍生物的含量。对照CO2浓度下,虫害处理的四季豆植株中芳香烃和酯类的含量显著高于健康植株和机械损伤的植株;机械损伤处理的四季豆植株中烷烃含量明显高于健康和虫害处理的植株;健康植株的烯烃含量明显高于机械损伤和虫害处理的植株。此外,乙基苯、间二甲苯、1-甲基-3-丙基苯、1,3-二甲基-4-乙基苯、间异丙基甲苯、1,2,3,4-四甲基苯、反式角鲨烯、2,6-二叔丁基对甲酚、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯的含量受CO2浓度水平、为害类型(机械损伤和虫害处理)及其二者交互作用影响显著。可见,CO2浓度升高改变了上述化合物的百分比含量,进而对西花蓟马的寄主选择行为造成影响。4使用四臂嗅觉仪对西花蓟马进行室内行为测定试验,检测从寄主植物四季豆中鉴定出来的受CO2浓度升高显著影响的6种植物挥发物(乙基苯、间二甲苯、1,3-二甲基-4-乙基苯、反式角鲨烯、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯和2,6-二叔丁基对甲酚)对西花蓟马的行为反应。结果显示:与对照正己烷相比,西花蓟马对低浓度邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(+56.25%)、中浓度反式角鲨烯(+78.57%)和高浓度乙基苯(+45.45%)选择的虫量显著提高,对中、高浓度2,6-二叔丁基对甲酚(-23.08%,-23.08%)选择的虫量显著降低;与对照空气相比,西花蓟马对低浓度邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(+53.33%)和中浓度反式角鲨烯(+61.54%)的选择量显著提高,对高浓度2,6-二叔丁基对甲酚(-28.57%)的选择量显著降低。可见,邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、反式角鲨烯和乙基苯对西花蓟马有较好的引诱效果,而2,6-二叔丁基对甲酚对西花蓟马有较好的驱避效果,生产中可分别作为引诱剂和驱避剂用于西花蓟马生态防控。
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