茶尺的危害与防治

茶尺的危害与防治

茶树是多年生多年生植物，主要种植在潮湿地区。茶叶生产中,昆虫为害是茶叶高产、优质、高效生产的重要制约因素之一。自上世纪六七十年代以来广被采用的化学防治便捷高效,但也导致严重的“3R(Resistance,Resurgence,Residue)问题”。我国茶产业发展史上3次茶树害虫猖獗性演替皆由化学农药不合理使用导致。随着有害生物综合治理(IPM)技术的推广,减少化学农药使用,进行茶树虫害抗性研究及抗虫良种培育倍受各产茶国的重视。茶尺蠖[Ectropisoblique(Prout)]属鳞翅目尺蛾科,咀食芽叶,是我国三大主要茶树害虫之一,为我国南方茶区为害严重地域优势种。我国每年因茶树芽叶害虫危害,造成茶叶减产15%~20%,而局部茶区茶尺蠖暴发致茶叶减产60%以上,还严重影响成茶品质。国内外对茶尺蠖危害与防治以及茶树抗虫机制研究取得的重要进展,是培育抗虫良种的基础,对于鉴定茶树抗虫等级、挖掘抗虫基因资源以及最终育成抗虫品种具有重要意义。1茶尺的危害及防治建议茶尺蠖国内各茶区多有分布,尤以江南、西南茶区为甚,国外主要分布于日本。我国江南、西南等地多低山丘陵、山坞,茶园郁闭避风,温湿适宜,21~26℃最适于茶尺蠖生长,繁殖力最强,阴雨多湿利于卵的孵化发育,加上茶树长势好、留叶多,茶尺蠖常暴发而造成茶园损失惨重。2007年夏,茶尺蠖在浙江丽水市丽新乡茶园大面积发生,严重影响当季茶叶产量,并且致树势衰退,耐寒力差,易受冻害,两三年后才能恢复树势。2009年四川乐山茶园遭遇30年最严重茶尺蠖虫灾,夹江县近万亩春茶减收超过三分之一。2010年贵州铜仁地区老山口茶场暴发茶尺蠖,10多年生33.3hm2茶园毁于一旦,次年玉屏县亚鱼乡暴发茶尺蠖,55.3hm2优质茶园被茶尺蠖啃食,形如火烧,无茶可采,损失严重。茶尺蠖随一些不同中国茶树品种被引进到西孟加拉邦大吉岭山脉和尼泊尔部分地区,推测造成了近年当地茶尺蠖大暴发。20世纪70~80年代对茶尺蠖多以化学防治为主,90年代侧重综合防治,目前大多提倡有害生物综合治理。生产上多采用深耕灭蛹、及时采摘降低幼虫基数、加强预测预报等措施;化学防治上筛选了一批防治茶尺蠖的高效新型低毒农药,如凯恩、艾法迪、苦参碱、印楝素等。近年来国内对茶尺蠖生物防治进行大量研究,重点利用了部分天敌资源及茶尺蠖核型多角体病毒(NPV),而茶树害虫化学生态学的发展也为生物防治提供可利用信息,提出了绿色防治茶树害虫新思路。目前对茶尺蠖防治取得了一些重要进展,化学防治效果好,但副作用较大;生物防治对环境安全,但仍存在技术瓶颈,应用范围小;一些农艺措施效果发挥慢,因此能否培育出抗虫良种一直是关注的热点。对于茶树对茶尺蠖抗性机制的研究将为化学防治、生物防治提供大量基础信息,而如何利用这些信息是以后育种工作的重点。2茶树抗虫机制植物抗虫性多由遗传决定,产生物理、化学变化对昆虫行为和生物学产生负面影响,并且诱导利用昆虫天敌和微生物,是一定时间内相对稳定的多级营养协同演化防御体系。按抗虫机制可分为组成型抗性和诱导型抗性。组成型抗性是茶树一种固有特性,取决于基因型,稳定存在植株中起作用;诱导型抗性是指被取食后茶树影响植食者行为或降低其嗜好性反应,一种类似于免疫反应抗性现象。茶树组成型抗性包括形态结构抗性和生理生化抗性,诱导型抗性分为直接防御和间接防御。2.1茶树品种对茶尺的抗性抗虫茶树品种多具有芽叶茸毛多、叶片厚且硬、表皮蜡质和角质层厚、气孔小且密、新梢色泽深、发芽早等特征。研究表明,茶树部分形态结构如茸毛密度、表皮蜡质、角质层及表皮厚度都有可能影响茶尺蠖取食。茶尺蠖消化过量茸毛会过早死亡,表面茸毛也使其难以粘上叶片。叶片表层较厚的角质、蜡质层具有酯结构,其烃基和羰基成分可限制茶尺蠖等食叶类害虫为害,此多见于骑马州等特异茶树品种。但对龙井43等7个常见茶树品种茸毛密度、上表皮厚度、角质层厚度、栅栏组织和海绵组织厚度与茶尺蠖发育历期进行多元统计分析,虽不同品种叶片形态结构存在差异,但与对茶尺蠖的抗性相关性却不显著。分析猜测,对于咀嚼式口器、取食量大、易进入暴食期的茶尺蠖,常见茶树品种形态结构差异不大,对其抗性差异亦不会太明显。茶树一些生理生化特征对茶尺蠖的防御作用相关。杨丽丽对龙井43等10个茶树品种叶片氨基酸总量、可溶性糖、多酚类含量和含水量与茶尺蠖发育历期进行多元回归分析,认为多酚类及氨基酸含量越高,茶树对茶尺蠖抗性越强,水分和可溶性糖含量越高,抗性越弱,与对其他害虫的抗性情况相契合;而郑高云进行了相似研究,结果却与以上相悖,这些问题有待进一步研究确定。而关于咖啡碱、氨基酸、儿茶素种类以及叶绿素等其他生化物质与茶树抗虫(茶尺蠖)性的关系值得进一步试验。2.2毒原生化合物诱导型抗性产生直接防御是指植物被昆虫取食后诱导体内产生有毒次生代谢物质或抗营养、抗氧化酶类,以及防御蛋白质含量的增加;间接防御是指被昆虫危害或外源诱导后植物释放出和健康状态下不同质与量的挥发物吸引天敌寄生捕食,减少害虫数。2.2.1茶尺幼茶后对茶尺的诱导毒性作用经昆虫取食刺激后茶树利用形态或生理生化上的改变直接作用于植食性昆虫。虫害胁迫茶树叶片多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)等含量升高,活性增强,对昆虫及其诱发的一系列病害有防御作用。其中,PPO一方面与食物蛋白氧化结合成醌类物质并进一步形成酚类络合物,形成降低昆虫摄入植物蛋白价值的抗营养机制,另一方面醌类物质本身的毒性对害虫会产生某种程度的毒害;POD通过消除植物细胞活性氧,解除氧化毒害来防御逆境;PAL催化反应一般是酚类化合物合成的关键步骤,对抗性次生代谢产物的产生起调控作用。段晓娜利用外源茉莉酸处理茶树叶片,PPO活性增强,处理后叶片饲喂茶尺蠖幼虫,体重、存活数均下降,表现出较强抗虫性。龙井43等7个不同茶树品种正常叶中PPO、POD酶活无显著差异,而茶尺蠖幼虫为害后所有品种中PPO、POD酶活皆上升,说明茶尺蠖取食诱导两种酶基因表达,产生了抗性直接防御。进行茶尺蠖咬食后叶片PPO、POD、PAL活性测定,PAL活性增长明显小于PPO和POD,对茶尺蠖抗性PAL贡献远小于PPO和POD。桂连友等认为,茶尺蠖取食茶树叶片后体内转化产生蛋白酶抑制剂,降低了中肠消化酶类活性,对茶尺蠖产生毒害作用。此外,对茶尺蠖取食后茶树光合生理研究有新发现。在受茶尺蠖危害21d内,受害叶片和同株未受害叶片光系统Ⅱ的光化学效率(Fv/Fm)、光合电子传递速率(ETR)和净光合速率(Pn)值均高于对照,茶尺蠖危害诱导茶树产生了补偿光合作用。2.2.2茶尺诱导产生高血压的作用机制茶尺蠖危害茶树可以释放出与健康植株不同质和量的挥发物以吸引天敌寄生或捕食,降低害虫数,此种挥发物称之为植食性昆虫诱导植物挥发物(HIPVs)。虫害或外源诱导产生的间接防御由各种信号转导途径参与,物质代谢也较为复杂。HIPVs绝大部分物质经植物体内脂氧合酶途径、萜类化合物合成途径、莽草酸途径合成。每株茶树被40头1龄茶尺蠖幼虫危害,产生的挥发物中有10种脂氧脂肪酸衍生物、16种萜类化合物以及7种莽草酸合成途径产物,分别占总释放量23%、24%和53%。3种合成途径产物按诱导因子又可分为组成型、诱发型、新形成型。茶尺蠖取食可立即释放顺-3-己烯醛等4种绿叶性气味物质,直接由机械损伤引发,定义为组成型化合物。诱发型化合物是指正常植株释放,虫害后释放量加大的物质,茶尺蠖诱导测定HIPVs中不含此类物质。取食后诱导植物新合成的,非正常植株释放的物质称为新形成型化合物,占茶尺蠖诱导HIPVs绝大部分,对天敌捕食起主要定位作用,主要包括反-β-罗勒烯、2,4-二甲基-6-硝基苯酚(DMNT)、(反,反)-α-法尼烯、苯乙腈、吲哚和苯乙醇等,其中β-红没药烯是特异性新形成化合物。组成型化合物由机械损伤引发,而新形成型化合物的产生则可能由茶尺蠖口腔刺激茶树体内水杨酸信号转导途径调控,或可能激活了茉莉酸信号转导途径的不同支路。目前确切的转导调控分子机制仍没有证实,是进一步研究的重点。茶尺蠖诱导产生HIPVs的间接防御作用体现在两个方面:(1)HIPVs对天敌的吸引。陈宗懋等研究表明茶梢经茶尺蠖幼虫危害后可吸引天敌单白绵绒茧蜂的寄生。用“Y”形嗅觉仪测试了单白绵绒茧蜂对不同茶树挥发物的行为反应,与健康茶树相比,寄生蜂更偏好选择机械损伤茶苗和茶尺蠖为害后的茶苗;而与机械损伤相比,寄生蜂更趋向选择受茶尺蠖为害后的茶苗,并用触角电位技术(GC-EAD)确认了茶尺蠖危害后茶树茶树的16种挥发物对寄生蜂触角有生理活性。(2)HIPVs对茶尺蠖本身行为的影响。取食诱导茶树释放的HIPVs对茶尺蠖产卵具有引诱作用。例如茶尺蠖趋向在同种幼虫为害茶树上产卵,通过“相遇稀释作用”减少子代的被寄生率,并经过筛选,确认了苯甲醇和(E)-2-己烯醛两种挥发物能吸引成虫产卵。这里HIPVs释放反而引起了茶尺蠖自身的一种保护,茶树被茶尺蠖危害后化学生态方面的防御趋向复杂,值得进一步研究。由于HIPVs吸引茶尺蠖天敌防御具有重要意义,对调控HIPVs释放的某些关键基因研究也陆续得以开展。鉴于植物转基因技术日益成熟,未来可在茶树中转入目标抗性基因,使得释放更多挥发物以吸引天敌,从而提高茶树的抗虫性。3茶尺一般基因的诱导表达在茶尺蠖取食诱导下抗性分子机制研究方面,利用mRNA差异显示(DifferentialdisplayofmRNA,DDRT)、cDNA扩增片段长度多态(cDNA-amplifiedfragmentlengthpolymorphism,cDNA-AFLP)、抑制性消减杂交(Suppressionsubtractivehybridization,SSH)等技术,研究茶树取食前后的基因表达差异,分离、测序差异片段,比对,初步预测、分析这些基因片段的类型和功能。韦朝领等利用DDRT-PCR获得222条差异表达片段。曹士先基于cDNA-AFLP获得134条差异表达片段并对CsSAMT基因克隆表达分析。童鑫、乔金莲等利用SSH分别获得了茶树茶尺蠖取食前后280、19个差异表达片段。这些差异片段预测功能类型大体可分为代谢、光合作用与能量、蛋白合成与储藏、信号传导、抗病与防御、转录因子、运输、细胞生长与结构相关以及一些未知蛋白功能。依据这些预测及以往研究进行分子调控机制的初步阐释,茶尺蠖侵害后主要有以下表现:(1)首先可能会诱导丝氨酸/苏氨酸激酶、钙离子结合蛋白、亮氨酸重复序列(LRRs)等信号传导蛋白基因表达,一系列信号转导激发后续胁迫反应;(2)信号激活的蛋白表达开始从转录水平增加,RNA聚合酶、延伸因子、MYB转录因子等转录调节蛋白的基因被相应地诱导上升;(3)转运类基因表达上升维持细胞稳态及运输,如电压门阴离子通道和水通道蛋白调节细胞离子渗透稳态,核苷转运蛋白、糖脂转运蛋白等运输各类应激代谢原料;(4)一系列胁迫信号响应和传导后,某些调节茶树自身代谢基因得到诱导表达,碳酸酐酶、光系统ⅡCP43叶绿体载体蛋白、σ因子sigb调节蛋白等促成光合代谢补偿效应发生,铜离子稳态因子、热激蛋白、谷胱甘肽过氧化物酶等通过平衡细胞离子浓度、恢复正确蛋白构象、解除过氧毒害作用调节其他代谢稳态;(5)茶尺蠖取食诱导防御基因表达是区别于其他昆虫刺激的最重要方面,其中黄酮醇合成酶、细胞壁蛋白和半胱氨酸蛋白酶抑制剂等基因表达从合成趋避或毒害茶尺蠖次生代谢物、增加细胞壁组成刚性以及降低昆虫对蛋白质利用率三方面对茶尺蠖进行直接防御,而脂肪氧化酶(LOX)、苯丙烯盐基乙醇脱氢酶、水杨酸羧甲基转移酶(CsSAMT)等基因被诱导表达,上调HIPVs各合成途径关键酶含量产生间接防御作用。此外,在茶树对茶尺蠖抗性功能基因研究方面,辛肇军等从龙井43茶树品种中克隆分离出茶树脂氢过氧化物裂解酶基因(CsiHPL1)和醇脱氢酶基因(CsiADH1),并且应用qRT-PCR技术揭示二者皆会在茶尺蠖取食诱导叶片中过表达;Deng等在茶尺蠖取食叶片中克隆分离出肉桂醇脱氢酶3种基因CsCAD1、CsCAD2和CsCAD3,证明3种基因与抵御茶树病虫害协同相关。4茶树抗虫系统的研究茶树品种选育主要关注产量和品质等经济性状,抗虫育种研究还很少。主要通过结合形态、生理生化性状以及利用昆虫刺探电位图谱(EPG)技术筛选了少量抗茶树主要害虫的品种,得到如碧云、平利茶、农抗早等对茶尺蠖较强抗性材料。Tanaka首次将标记辅助育种(Marker-assistedselection,MAS)引入了茶树抗虫性鉴定,但仍然欠缺高效分子标记作为抗性鉴定依据。在克隆鉴定茶树抗