棉花和玉米对机械损伤诱导的棉花及其邻近酶活性的影响

棉花和玉米对机械损伤诱导的棉花及其邻近酶活性的影响

0田间植物间的通讯昆虫饲料不仅能诱导植物本身的抗逆反应，还能诱导附近健康植物的抗逆反应，即植物间的沟通效应。植物通讯首先是由Rhoades在1983年提出来的,他发现被毛虫取食的树有很少的毛虫再来取食,令人惊讶的是邻近健康的树也有很少的毛虫取食。他提出受害植物和邻近植物间空气中的交流能引起邻近植物抗性水平的增加。后来很多的实验结果支持植物间交流的存在。严格控制实验室条件的结果可以表明植物间是通过空气进行交流的。番茄植物与剪枝的山艾一起放在小的密闭容器内可以增加番茄蛋白酶抑制剂的含量,蛋白酶抑制剂可以减少昆虫的取食。其他的密闭容器中的实验支持并且扩展了这个结论。目前在田间植物间的通讯至少在2个系统中得到证实,野生烟草和欧洲桤木。Karban的田间试验证明了田间存在山艾和烟草的通讯。除了受害的山艾,其邻近植株的抗性也会增加。Karban等研究发现田间植物间的距离大于60cm,同时有植物间空气流通的条件,邻近植株的抗性也会增加。当阻止空气流通后,包括树枝间和植物间的系统诱导抗性都不能检测到。研究发现与老山艾相比,田间幼嫩山艾是更有效的植物内和植物间的交流者。因此这个通讯是通过空气中信号介导的,而且减少了近距离生长于受害的山艾树的烟草植物的伤害。Tscharntke等的田间试验表明杨毛臀萤叶甲(Agelasticaalni)避免取食邻近人工损伤的桤木植物的叶片。杨毛臀萤叶甲取食桤木诱导释放乙烯和一系列挥发性化合物,激活茉莉酸信号转导途径。受害桤木叶片酚类物质含量增加,多酚氧化酶、脂氧合酶和过氧化物酶的活性增加,蛋白酶抑制剂也增加。棉花和玉米是中国重要的经济作物和粮食作物,棉蚜和玉米螟也是棉花和玉米上主要害虫。目前还没有关于棉花和玉米间通讯作用的研究报道。为了明确昆虫取食诱导棉花和玉米间的通讯机制,测定了不同处理包括棉蚜取食和机械损伤诱导棉花及其邻近玉米,以及玉米螟取食和机械损伤诱导玉米及其邻近棉花的多酚氧化酶和过氧化物酶的活性。研究昆虫取食和机械损伤诱导棉花和玉米间的通讯作用为作物间作套种及棉蚜和玉米螟的综合防治提供了理论依据。1材料和方法1.1液配方对znso4,5.8.7mo4的影响‘中棉35’,种子浸泡催芽后,种于无菌的沙土中(温度26~30℃,相对湿度50%~60%),待2片子叶展开后,转移到装有营养液的塑料杯中,在温室培养1~2周供试。营养液配方为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‘农大108’,浸泡12h后种于营养土中,2周后用于实验。1.2玉米螟的养殖棉蚜,本实验室人工饲养多代的棉蚜品系,饲养温度为25~35℃,相对湿度为60%~80%,日光温室为自然光周期。玉米螟,卵购于中国农业科学院植物保护所王振营课题组。然后室内饲养,用人工饲料饲养至3龄。饲养温度为25~28℃,相对湿度是60%~80%,光周期为16h:8h。1.3棉苗、玉米对玉米的选择选用长势一致的棉苗和玉米,在3个容积为5L的干燥器内,设对照棉苗和对照接收玉米、机械损伤(叶片针刺50孔,直径2mm)和机械损伤接收玉米,蚜虫取食(每株100头)棉苗和取食接收玉米共3组6个处理,每组重复3次,每个处理2次重复,每次重复2株棉苗、2株玉米。测定48h各处理棉花和玉米多酚氧化酶和过氧化物酶的活性。在另3个容积为5L的干燥器内,设对照玉米和对照接收棉苗、机械损伤(叶片针刺每株50孔,直径1~2mm)玉米和机械损伤接受棉苗,玉米螟取食(每株6头)玉米和接受棉苗共3组6个处理,每组重复3次,每个处理2个重复,每个重复玉米和棉苗各2株。测定48h各处理棉花和玉米多酚氧化酶和过氧化物酶的活性。1.4酶活性测定1.4.1ph值对活性的测定棉苗和玉米剪去根部后洗净在液氮中研磨,每克苗加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮和4mL0.1mol/LpH7.0磷酸缓冲液(棉苗)或0.1mol/LpH6.5磷酸缓冲液(玉米),4℃,12000g离心20min,上清液用于活性测定。棉苗的反应体系为:反应缓冲液600μL,底物0.1mol/L邻苯二酚400μL,150μL酶液;玉米的反应体系为:反应缓冲液1000μL,100μL底物0.1mol/L邻苯二酚,100μL酶液。于420nm波长处,用时间驱动程序自动监测2min内的变化,并记录反应速度(OD420/min)。以每分钟在420nm增加0.01为一个活力单位。1.4.2酸缓冲液和玉米的活性测定棉苗和玉米剪去根部后洗净在液氮中研磨,每g苗加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮和4mL上0.1mol/LpH7.0磷酸缓冲液(棉苗)或0.1mol/LpH6.5磷酸缓冲液(玉米),4℃,12000g离心20min,上清液用于活性测定。棉苗的反应体系为:1345μLpH7.5缓冲液,20μL50mmol/L愈创木酚,20μL50mmol/L双氧水,25μL酶液。玉米的反应体系为:1270μLpH7.5缓冲液,20μL50mmol/L愈创木酚,20μL50mmol/L双氧水,100μL酶液。于470nm波长处,用时间驱动程序自动监测2min内的变化,并记录反应速度(OD470/min)。以每分钟在470nm增加0.01为一个活力单位。1.5测定蛋白质含量参照Braford考马斯亮兰G-250方法。以标准牛血清白蛋白为标准蛋白制作标准曲线。2结果与分析2.1多酚氧化酶的活性变化2.1.1之间，多呈酸性pH对多酚氧化酶活性有很大的影响,植物多酚氧化酶的最适pH为4.5~8之间且大多呈酸性。所以本实验测定了pH4.0~9.0范围内棉花和玉米多酚氧化酶活性变化,结果如图1和图2所示,棉花幼苗组织中多酚氧化酶活性在pH5.0时活性最大。玉米多酚氧化酶的最适pH7.5。2.1.2棉/玉米中多酚氧化酶的活性如图3和图4所示,棉蚜取食和机械损伤诱导棉花多酚氧化酶的活性增加,处理48h,对照、机械损伤和蚜虫取食诱导棉花多酚氧化酶的活性分别为0.18,0.20、0.29U/mg,棉蚜取食诱导棉花多酚氧化酶的活性是对照的1.61倍,与对照比差异显著(P<0.05)。机械损伤和棉蚜取食诱导挥发物相应接收玉米的多酚氧化酶的活性与对照相比差异都不显著(P<0.05)。机械损伤诱导挥发物接收玉米的多酚氧化酶的活性高于棉蚜取食诱导挥发物的接收组玉米的多酚氧化酶活性。2.2非典型酶活性变化2.2.1化物酶活性检测如图7和图8所示,只有机械损伤诱导棉苗的过氧化物酶活性显著增加(P<0.05),为对照的1.84倍。其余不同处理的棉苗和玉米的过氧化物酶活性都与对照差异不显著(P<0.05)。2.2.2活性增加与对照试验结果比较如图9和图10所示,机械损伤和玉米螟取食诱导玉米过氧化物酶的活性增加,与对照比差异显著(P<0.05),分别是对照的3.56倍和4.79倍。而其相应的诱导挥发物接收棉苗的过氧化物酶活性都没有增加,与对照比差异不显著(P<0.05)。3棉专业患者对挥发性化合物的诱导昆虫取食和机械损伤不仅诱导受害植物产生防御反应还能诱导邻近健康植物的抗虫性增加。虽然一些学者对植物间的这种通讯作用存在争议。但是越来越多的研究证明了植物间通讯的存在。同种植物间的通讯典型的例子是利马豆和黑桤木植物间的通讯。暴露于二斑叶螨取食诱导利马豆释放的挥发物中的健康利马豆对捕食性螨的吸引力增加,叶螨的繁殖力下降。Tscharntke等田间和室内试验都证明生长在叶甲取食黑桤木附近的黑桤木蛋白酶抑制剂PI活性增加,抗虫性增加。异种植物间的通讯作用也有很多实验证明。暴露于二斑叶螨取食利马豆释放的挥发性气体中的黄瓜对捕食性满的吸引力增强。Karban等的田间研究发现,受伤艾草灌丛附近的烟草多酚氧化酶活性升高,受蝗虫和烟草天蛾的取食程度减小。秦秋菊等发现棉蚜取食和机械损伤不仅能诱导棉花的苯丙氨酸解氨酶和脂氧合酶活性增加,还能引起邻近的健康棉花苯丙氨酸解氨酶和脂氧合酶活性增加。多酚氧化酶和过氧化物酶与植物防御反应相关。Constable等发现鳞翅目幼虫取食能诱导多酚氧化酶的活性。Constabel等还发现机械损伤和昆虫取食都能诱导PPO活性增加,不仅受害叶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诱导。Duffey等发现粉虱(Bemisiaargentigolii)取食番茄诱导过氧化物酶的活性增加。本试验的结果表明:棉蚜取食和机械损伤诱导棉花的多酚氧化酶和过氧化物酶的活性均有不同程度的增加;玉米螟取食和机械损伤诱导玉米的多酚氧化酶和过氧化物酶活性比对照高,并且玉米螟取食和机械损伤诱导玉米的过氧化物酶的活性与对照比差异显著(P<0.05)。这与Constabel和Duffey等的结论一致的。而暴露于棉蚜取食和机械损伤诱导挥发物中的玉米多酚氧化酶和过氧化物酶的活性并没有增加;暴露于玉米螟取食和机械损伤诱导释放的挥发性化合物中的棉苗多酚氧化酶和过氧化物酶的活性也没有增加,与对照比差异都不显著(P<