油松防御与油松毛虫反防御的诱导效应及机制

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mgy1982
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本文以自然条件下乔灌混交林和纯林中的油松和油松毛虫为研究对象,通过野外套笼放养油松毛虫和机械剪叶的方法处理油松,利用处理后的油松针叶饲养油松毛虫,并分析油松针叶的营养物质、次生代谢物质、酶活性和蛋白质的表达差异以及油松毛虫的生长过程和酶活性的变化,研究不同林分类型和刺激条件下,油松的防御和油松毛虫的反防御的诱导效应及其机制,对深入了解环境条件对植物与昆虫之间关系的影响,以及生物适应与进化的机制具有重要意义。  1、油松诱导抗性的变化规律  通过利用不同林分和处理的油松针叶饲养油松毛虫,分析油松毛虫生长过程中体重、对食物的利用情况和死亡率等指标的变化发现,在时间上,油松毛虫在越冬前表现出体重持续增加,但取食量、消化率等指标表现出高低反复波浪式变化,说明油松防御和油松毛虫反防御存在交互作用,是两者相互适应的过程;越冬后,油松毛虫的取食量和排粪量持续增加,但消化率、利用率和转化率表现出前高后低的变化,说明油松的防御能力增强,对油松毛虫的抑制作用越来越明显,是两者相互作用的持续阶段,表明油松的诱导抗性反应存在明显的持续性和对油松毛虫抑制的累积性。  不同林分类型中,在越冬前,油松乔灌混交林油松饲养的油松毛虫的体重、排粪量、转化率、利用率均高于纯林油松饲养的油松毛虫,而取食量、消化率则低于纯林油松饲养的油松毛虫;越冬后,油松乔灌混交林油松饲养的油松毛虫各项指标(除死亡率外)均低于纯林油松饲养的油松毛虫,而油松乔灌混交林油松饲养的油松毛虫死亡率高于纯林油松饲养的油松毛虫,说明环境条件可对油松的诱导抗性产生影响,油松乔灌混交林比油松纯林更有利于诱导油松的抗性反应。  不同刺激方式的油松针叶饲养的油松毛虫各项指标,越冬前没有明显的规律,而越冬后表现出在一定范围内,随着对油松刺激程度的增加,油松对油松毛虫的抑制作用增强,且取食刺激比剪叶刺激对油松抗虫性的诱导效应更显著,表明刺激方式不同,油松的诱导抗性反应不同。  2、油松诱导抗性的生理生化机制  通过对油松营养物质、次生代谢物质和抗性相关酶活性的研究发现,在不同林分类型中,油松乔灌混交林的油松体内不利于油松毛虫生长的多糖、单宁、总酚的含量均显著高于纯林的油松,而有利于油松毛虫生长的还原糖、蛋白质的含量均显著低于纯林油松;在抗性相关的酶活性上,油松乔灌混交林的油松体内CHT、POD、PPO和PAL四种酶活性均大于纯林油松,其中POD和PAL在两种林分的油松中表现差异显著,表明不同的林分类型能够诱导油松产生抗性反应,且油松乔灌混交林对油松诱导抗性的诱导效果更明显。在不同刺激处理的油松中,多糖、单宁、总酚、粗脂肪的含量均表现出30头/株>剪叶>10头/株>对照,而还原糖和蛋白质的含量表现出对照>10头/株>剪叶>30头/株,且均表现出显著差异;在抗性相关酶活性上,其中POD、PAL、CHT的酶活性均表现出30头/株>10头/株>对照和30头/株>剪叶>对照的变化规律,且均达到显著差异,说明30头/株、10头/株和剪叶刺激均能诱导油松抗虫性的增强,且在一定范围内,随着对油松取食程度的增加油松抗性增强,其中30头/株取食刺激和剪叶相比表现出较高的诱导抗性,30头/株表现出较好的诱导效果。  3、油松蛋白质的差异表达  通过对不同林分类型和处理的油松蛋白质表达差异进行分析发现,在不同林分之间,油松乔灌混交林中不同刺激处理的油松匹配蛋白质点数均明显大于纯林油松匹配的蛋白质数,从图谱的匹配率上,30头/株处理最低为44%,而其它均在60%以上,说明30头/株处理时油松乔灌混交林的油松表现出的诱导效果最好;从差异表达蛋白质的分布上看,发现油松乔灌混交林中油松蛋白质下调表达和特异表达的数量较多,纯林油松蛋白质上调表达较多,从功能上分析发现,油松乔灌混交林的油松中表达的胁迫和防御类蛋白的种类多于纯林油松,说明林分类型可影响刺激因素对油松蛋白质表达的诱导效应,与纯林油松相比,油松乔灌混交林的油松表现出较高的防御能力。在不同刺激处理的油松中,从匹配的蛋白质点数上,均表现为30头/株<10头/株<对照;从匹配率上,30头/株<10头/株;从差异表达蛋白的分布来看,油松乔灌混交林中30头/株处理的油松蛋白质表达以下调表达为主,10头/株处理的油松蛋白质表达以上调表达为主,而油松纯林中30头/株和剪叶处理的油松蛋白质表达均以上调表达为主,而10头/株处理的油松蛋白质表达以下调表达为主,在两种林分的油松中表现的规律相反;从功能上分析发现,两种林分的油松中,在对照处理上均表现出存在大量的光合、代谢、能量、蛋白合成相关蛋白的表达,且在一定范围内,随着对油松危害程度的增加,该类蛋白从种类和所占比例上均表现出逐渐减少,而胁迫和防御类蛋白表现出增加的变化规律,这种规律在油松乔灌混交林的油松中表现的更为明显,说明三种刺激方式在两种林分类型中均能诱导油松抗性的产生,且30头/株均表现出优于10头/株和剪叶的诱导效果,表明不同的诱导刺激方式和程度能够引起油松的蛋白质表达出现明显差异。  4、油松毛虫体内酶活性的变化  通过对不同林分油松针叶饲养的油松毛虫的消化酶、保护酶和解毒酶活性的测定结果进行分析,发现油松乔灌混交林油松针叶饲养的油松毛虫蛋白酶、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽-s-转移酶(GSTS)活性增加,而脂肪酶、淀粉酶、过氧物酶(POD)则表现出降低的变化规律,羧酸酯酶(carEs)和乙酰胆碱酯酶(AchE)在不同林分油松饲养的油松毛虫中无显著变化。说明油松毛虫对油松乔灌混交林中的油松表现出更为明显的反防御反应。同时也说明油松毛虫对油松抗性的反防御是通过多种因素的共同作用。对用不同诱导刺激处理的油松饲养的油松毛虫酶活性的变化进行分析发现,油松毛虫脂肪酶、淀粉酶、蛋白酶、过氧化氢酶(CAT)、羧酸酯酶(carEs)、谷胱甘肽-s-转移酶(GSTS)均在不同刺激方式和对照之间表现出显著差异,且在一定范围内,随着对油松取食刺激程度的增加油松毛虫酶活性增加的变化趋势,说明不同的刺激方式处理的油松均能诱导油松毛虫的反防御反应,且油松抗性越强,油松毛虫的反防御反应也越明显。
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