魏淑花,曹春婧,2,朱小芳,2,張 蓉,王 穎
(1.寧夏農(nóng)林科學院植物保護研究所,寧夏 銀川 750002; 2.寧夏大學農(nóng)學院,寧夏 銀川 750001)
豌豆蚜在6個不同抗性苜蓿品種上取食行為的EPG分析
魏淑花1,曹春婧1,2,朱小芳1,2,張 蓉1,王 穎1
(1.寧夏農(nóng)林科學院植物保護研究所,寧夏 銀川 750002; 2.寧夏大學農(nóng)學院,寧夏 銀川 750001)
應用刺探電位圖譜(electrical penetration graph,EPG)技術研究了豌豆蚜(Acyrthosiphonpisum)在6個不同抗蚜苜蓿(Medicagosativa)品種上的取食行為及不同苜蓿品種的抗蚜機制。結果表明,豌豆蚜在刺吸取食不同抗性苜蓿品種的過程中,均產(chǎn)生8種波形,8種波形在6個苜蓿品種上持續(xù)的時間分別不同。與苜蓿品種抗性有關的是豌豆蚜在苜蓿品種韌皮部刺探取食過程中產(chǎn)生韌皮部分泌唾液波(El波)持續(xù)的時間,在6個不同抗蚜苜蓿品種上刺吸取食過程中產(chǎn)生E1波持續(xù)時間差異顯著(P<0.05),抗性越強的苜蓿品種,E1波持續(xù)時間越長,在抗性品種MF4020上持續(xù)時間最長,為36.8 min,在低抗性品種巨能牧歌37CR持續(xù)時間最短,為1.50 min。本研究從電生理方面進一步說明了不同苜蓿品種的抗蚜機制,從而為苜蓿品種抗蚜育種提供了科學依據(jù)。
苜蓿蚜蟲;刺吸式昆蟲;抗性水平;刺吸取食;刺探電位圖譜;抗蚜機制
豌豆蚜(Acyrthosiphonpisum)是苜蓿(Medicagosativa)的重要害蟲之一,在世界各地均有分布[1-3]。其喜聚集在苜蓿的細嫩部位吸食汁液,如嫩莖、嫩梢、幼芽、葉片、花和果實等部位,使苜蓿葉片卷縮,變黃,甚至全株枯死[4]。其分泌的蜜露可引起苜蓿葉片煙煤病,影響牧草品質(zhì);最為嚴重的是其傳播苜蓿花葉病毒,因此造成的損失遠遠超過蚜蟲直接危害的損失[5]。國內(nèi)外有關豌豆蚜生物生態(tài)學特性研究及研究現(xiàn)狀報道較多[6-7],并根據(jù)其已篩選出了一些抗豌豆蚜的苜蓿品種[8]。有關苜蓿品種(系)抗豌豆蚜機制研究涉及到苜蓿形態(tài)學特征、生化特征等方面[9-12],但豌豆蚜在不同抗性苜蓿品種上的取食行為,即不同抗性苜蓿品種對豌豆蚜取食行為影響的研究尚未見報道。
刺探電位圖譜(electrical penetration graph,EPG)技術是一種用來記錄刺吸式口器昆蟲口針在寄主組織中刺探行為引起的電信號變化特征技術[13-14],據(jù)昆蟲的取食情況可以分析植物不同組織對昆蟲的影響,結合其他試驗技術,將它和昆蟲口針在特定植物層次的刺探行為聯(lián)系起來,幫助認識植物與刺吸式昆蟲之間的相互作用機制[15]。因此,本研究運用EPG技術對豌豆蚜在6個抗蚜水平不同的苜蓿品種上的取食行為進行研究,并從電生理方面進一步闡明不同苜蓿品種的抗蚜機制。
選用WL343HQ、MF4020、柏拉圖、BR4010、WL354HQ和巨能牧歌37CR共6個不同抗性苜蓿品種,具體來源及抗性分級如表1所列[8]。于2016年5月初將供試的6個苜蓿品種在溫室中種于9 cm×7 cm塑料盆中,每品種20盆,每盆5株,每品種集中放置,常規(guī)管理,按需澆水。出苗后1 d進行間苗,每盆保留1棵健壯的苜蓿幼苗,待苜蓿苗生長至六葉期用于試驗。
從寧夏農(nóng)林科學院試驗地種植的苜蓿植株上采集發(fā)育健壯的豌豆蚜成蟲。并將其放置在5 ℃的冰箱內(nèi)冷藏,進行1 h的饑餓處理后用于試驗。
采用DC-EPG GIGA-8d(荷蘭)8通道昆蟲刺探電位圖譜記錄儀,將蚜蟲與EPG昆蟲電極連接,昆蟲電極是一段長2~3 cm、直徑18.5 μm的金絲,末端用水溶性導電銀膠粘在蚜蟲前胸背板上。EPG植物電極直接插在苜蓿根莖的土壤中。整個記錄系統(tǒng)置于法拉第金屬屏蔽罩內(nèi),以防止外源聲波的干擾。受試蚜蟲饑餓處理1 h后,于每天10:00開始EPG記錄。每頭蚜蟲的測定時間為5 h,每一苜蓿品種取有效刺探取食蚜蟲10頭,即有效重復數(shù)10次進行統(tǒng)計。當蚜蟲口針刺入苜蓿組織時,回路接通,電流經(jīng)轉換器轉換為數(shù)字信號,再由Probe 3.4軟件轉化成波形圖譜輸出在電腦屏幕上保存[12]。
將連續(xù)記錄的EPG數(shù)據(jù)按不同的行為波形進行分類統(tǒng)計,再經(jīng)EPG Stylet analyse 2015將波形圖譜轉化為相應的數(shù)據(jù)后,采用統(tǒng)計分析軟件DPS 13.01進行單因素方差分析,應用Duncan新復極差法進行品種間多重比較。
表1 供試6個苜蓿品種對豌豆蚜抗性級別劃分Table 1 Resistance levels of the six species of alfalfa varieties to Acyrthosiphon pisum
豌豆蚜刺吸取食不同苜蓿品種共產(chǎn)生8種EPG波形,以其取食苜蓿品種MF4020為例分析(圖1),非刺探波(np波)表示蚜蟲的爬行、休息等行為活動,路徑波A波發(fā)生在刺探初始階段,其持續(xù)時間一般不超10 s,頻率為5~15 Hz,該波形表示蚜蟲口針剛接觸葉片表面,與水溶性唾液分泌有關;B波緊隨其后,1個周期持續(xù)時間約5 s,此時蚜蟲口針刺破葉表皮,位于表皮與薄壁組織之間;C波的主要特征是各個波的頻率和振幅差異較大,此時蚜蟲口針在細胞壁組織間穿刺以尋找取食位點,時間由幾秒至2 h不等。pd波反映了口針刺破細胞膜時所測的膜內(nèi)外電位差,分3個亞波段:pd-Ⅰ、pd-Ⅱ和pd-Ⅲ。E1波表示蚜蟲口針到達篩管后分泌水溶性唾液的相關波形,持續(xù)時間較長;E2波持續(xù)時間較短。8種波形中,G波持續(xù)時間長,說明蚜蟲在木質(zhì)部吸食時間比較長,蚜蟲在6種苜蓿品種的刺吸過程中非刺探總時間、pd波次數(shù)、E1波持續(xù)的總時間等存在顯著差異(P<0.05)。
圖1 豌豆蚜取食苜蓿品種MF4020波形Fig. 1 EPG waveforms of Acyrthosiphon pisum feeding alfalfa variety
注:Ⅰ,蚜蟲刺探取食過程中的一個整體波形圖;Ⅱ,蚜蟲刺探過程中的路徑波;Ⅲ,蚜蟲在韌皮部(E1、E2波)和木質(zhì)部(G波)的取食波形。
Note: Ⅰ, The overview of the waveforms during the process of the probing; Ⅱ, the pathway waveform of aphid; Ⅲ, the aphid feeding waveform of phloem phase (E1,E2) and xylem phase (G).
2.2.1豌豆蚜口針到達苜蓿品種韌皮部取食之前的刺探行為 豌豆蚜在6個不同抗性苜蓿品種上開始至第1次到達韌皮部前的刺探次數(shù)差異顯著(P<0.05),豌豆蚜在抗蚜品種MF4020上開始至第1次刺探所需時間與其他5個苜蓿品種間差異顯著(P<0.05),而其他5個品種間差異不顯著(P>0.05);5 h監(jiān)測過程中,豌豆蚜在低抗品種巨能牧歌37CR上C波的總持續(xù)時間最長,中抗品種柏拉圖次之,抗性品種MF4020最短,并與低抗品種巨能牧歌37CR和中抗品種柏拉圖差異顯著(P<0.05);抗性品種MF4020的pd波次數(shù)最少,中抗品種BR4010為中抗品種柏拉圖的1倍(表2)。
2.2.2豌豆蚜口針在苜蓿品種木質(zhì)部的刺探行為 苜蓿品種對豌豆蚜的G波總時間有顯著影響(P<0.05)(表2),在中抗品種柏拉圖上G波持續(xù)時間最長,為108.18 min,表明在中抗品種柏拉圖上豌豆蚜花費在木質(zhì)部主動攝取汁液的時間大于其他5個品種。
2.2.3豌豆蚜口針在韌皮部的刺探行為 豌豆蚜在抗蚜品種MF4020、中抗品種柏拉圖、BR4010、WL354HQ及低抗品種WL343HQ、巨能牧歌37CR 6個苜蓿品種韌皮部刺探取食過程中,E1波持續(xù)的總時間及E1占總E波比例(%)分別為36.83 min、99.23%,16.7 min、49.8%,14.6 min、42.4%,11.0 min、25.9%,7.97 min、19.9%,1.50 min、9.99%,且均差異顯著(P<0.05),在抗蚜品種MF4020 E1波持續(xù)的總時間最長,為36.83 min,與中抗品種BR4010、WL354HQ、柏拉圖和低抗品種WL343HQ、巨能牧歌37CR差異顯著(P<0.05),中抗品種與低抗品種巨能牧歌37 CR間差異也顯著(P<0.05),同一抗性級別內(nèi)品種間也存在一定差異,如3個中抗品種中,柏拉圖和BR4010之間差異不顯著(P>0.05),但其均與WL354HQ差異顯著(P<0.05),兩個低抗品種WL343HQ和巨能牧歌37CR間也差異顯著(P<0.05)(表2);表明豌豆蚜在抗性品種MF4020韌皮部刺吸過程中需要多次、長時間分泌水溶性唾液,說明苜蓿品種抗性越強,E1波越長。豌豆蚜在6個不同抗性苜蓿品種的第1次韌皮部持續(xù)取食時間也存在顯著差異,抗蚜品種MF4020在第1次韌皮部持續(xù)取食時間最短,為6.44 min,與中抗品種BR4010、WL354HQ、柏拉圖和低抗品種WL343HQ、巨能牧歌37CRF均差異顯著(P<0.05)。豌豆蚜在抗蚜品種MF4020上E2波持續(xù)的總時間顯著短于其他5個品種,表明豌豆蚜在抗性品種MF4020上用較短時間在韌皮部取食,說明其在韌皮部存在對豌豆蚜的取食阻礙因素。
表2 豌豆蚜在6個不同抗性苜蓿品種上的EPG參數(shù)Table 2 The EPG parameters of Acyrthosiphon pisum on six alfalfa varieties
注:表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標準誤。同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示經(jīng)Duncan新復極差法檢驗在P<0.05水平差異顯著。
Note:Data are shown in the table as mean±SE. Different lowercase letters in the same row indicate significant difference at the 0.05 level by least significant difference (LSD) test.
本研究采用EPG技術對豌豆蚜在6個不同抗蚜苜蓿品種上的刺探取食行為進行了測定分析。結果表明,豌豆蚜在刺吸取食不同抗蚜苜蓿品種的過程中均產(chǎn)生8種波形,分別為非刺探波(np波)、路徑波(A、B、C波)、pd波、韌皮部分泌唾液波(El波)、韌皮部被動吸食波(E2波)以及木質(zhì)部主動吸食波(G波),8種波形在不同抗蚜苜蓿品種上持續(xù)的時間不同,在6個不同抗蚜苜蓿品種上刺吸取食過程中產(chǎn)生E1波持續(xù)時間有差異(P<0.05),抗性越強的苜蓿品種,E1波持續(xù)時間越長。
刺吸式口器昆蟲與寄主植物的對應關系較復雜,雖然不斷有新的波形被發(fā)現(xiàn)和描述,但其結果均證實EPG波形不僅具有穩(wěn)定性,同時也有其多樣性[16]。本研究中豌豆蚜在6個不同抗蚜苜蓿品種上刺吸取食過程中均無F波(刺吸障礙波)產(chǎn)生,與郭慧芳等[17]對棉蚜在不同轉基因棉上的取食結果和何應琴等[18]研究柑橘(Citrusreticulata)3種蚜蟲取食行為的EPG分析結果均一致,究其原因還需進一步深入研究。
蚜蟲在刺吸取食寄主的過程中,除在韌皮部被動取食植物的營養(yǎng)物質(zhì)外,還會在木質(zhì)部主動取食水分和無機鹽而產(chǎn)生G波[19],豌豆蚜在6個不同抗蚜苜蓿品種上G波持續(xù)的總時間均較長,說明豌豆蚜可能需要補充更多的水分。因此,為了避免蚜蟲缺少水分可以采用室內(nèi)飼養(yǎng)的方式。
此外,在試驗中存在一些影響豌豆蚜刺吸取食苜蓿的因素,如金絲束縛限制了豌豆蚜的活動,常導致EPG波形不能正確反映自然狀態(tài)下豌豆蚜與苜蓿品種間的相互活動。因此,利用EPG研究豌豆蚜與不同苜蓿品種間的互作關系,還需與形態(tài)學、組織學技術、蜜露化學成分分析、生物染色液處理植物根系、觀察植物表面殘留口針中有無汁液溢出、直接觀察人工食物中口針的行蹤及直接觀察昆蟲口針在植物組織中的行蹤和利用放射性同位素技術等相關研究方法結合,才能更準確有效地揭示刺探電位波形與豌豆蚜刺探、取食行為及苜蓿品種抗性部位之間的對應關系[20]。
References:
[1] 賀春貴.苜蓿病蟲草鼠害防治.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2004:33.
He C G.Prevention and Control of Pests in Afalfa.Beijing:China Agricultural Publishing House,2004:33.(in Chinese)
[2] 張新瑞,劉長仲,嚴林,陳應武,魏列新,錢秀娟.苜蓿田主要節(jié)肢動物種群數(shù)量研究.草地學報,2007,15(6):556-560.
Zhang X R,Liu C Z,Yan L,Chen Y W,Wei L X,Qian X J.Study on the population dynamics of main arthropod groups in alfalfa fields.Acta Agrestia Sinica,2007,15(6):556-560.(in Chinese)
[3] 徐林波,劉愛萍,王慧,狄彩霞,王玲玲.龜紋瓢蟲對苜蓿蚜的捕食效應.草地學報,2007,15(3):296-298.
Xu L B,Liu A P,Wang H,Di C X,Wang L L.Predation ofPropylaeajaponicaonAphismedicaginis.Acta Agrestia Sinica,2007,15(3):296-298.(in Chinese)
[4] 楊彩霞,高立原,張蓉,張治科.寧夏苜蓿蚜蟲的發(fā)生和綜合防治.寧夏農(nóng)林科技,2005,46(2):4-7.
Yang C X,Gao L Y,Zhang R,Zhang Z K.Occurrence and comprehensive control of alfalfa aphids in Ningxia.Ningxia Journal of Agriculture and Forestry Science & Technology,2005,46(2):4-7.(in Chinese)
[5] He C G,Zhang X G.Field evaluation of Lucerne(MedicagosativaL.)for resistance to aphids in northern China.Australian Journal of Agricultural Research,2006,57:471-475.
[6] 張麗,袁明龍.豌豆蚜生物生態(tài)學特性.草業(yè)科學,2017,34(8):1727-1740.
Zhang L,Yuan M L.Biological and ecological characteristics ofAcyrthosiphonpisum.Pratacultural Science,2017,34(8):1727-1740.(in Chinese)
[7] 張奔,周敏強,王娟,蒲毅,張麗,袁明龍.我國苜蓿害蟲種類及研究現(xiàn)狀.草業(yè)科學,2016,33(4):785-812.
Zhang B,Zhou M Q,Wang J,Pu Y,Zhang L,Yuan M L.Species checklist and research status of alfalfa insect pests reported in China.Pratacultural Science,2016,33(4):785-812.(in Chinese)
[8] 馬建華,魏淑花,張洪英,張蓉,李克昌,羅曉玲,張宇.寧夏主栽苜蓿品種(系)對豌豆蚜的抗性評價.草業(yè)學報,2016,25(6):190-197.
Ma J H,Wei S H,Zhang H Y,Zhang R,Li K C,Luo X L,Zhang Y.An evaluation of the main cultivatedMedicagosativacultivars (strains) forAcyrthosiphonpisumresistance in Ningxia.Acta Prataculturae Sinica,2016,25(6):190-197.(in Chinese)
[9] 黃偉,賈志寬,韓清芳.蚜蟲(AphismedicaginisKoch)危害脅迫對不同苜蓿品種體內(nèi)丙二醛含量及防御性酶活性的影響.生態(tài)學報,2007,27(5):2177-2181.
Huang W,Jia Z K,Han Q F.Effects of herbivore stress byAphismedicaginisKoch on the contents of MDA and activities of protective enzymes in different alfalfa varieties.Acta Ecologica Sinica,2007,27(5):2177-2181.(in Chinese)
[10] 許永霞.苜蓿品種(系)對苜蓿斑蚜的抗性機制.蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學碩士學位論文,2008.
Xu Y X.Resistance mechanism of alfalfa varieties(lines)toTherioaphistrifolii.Master Thesis.Lanzhou:Gansu Agricultural University,2008.(in Chinese)
[11] 武德功,杜軍利,王森山,胡桂馨,賀春貴.4個苜蓿品種對豌豆蚜的抗性評價.草業(yè)科學,2012,29(1):101-104.
Wu D G,Du J L,Wang S S,Hu G X,He C G.Evaluation on resistance of 4 alfalfa(Medicagosativa)cultivars to pea aphid(Acyrthosiphonpisum).Pratacultural Science,2012,29(1):101-104.(in Chinese)
[12] 張洪英,魏淑花,張蓉,苗潤,李克昌,羅曉玲,張宇.豌豆蚜為害對苜蓿品種酶活性和營養(yǎng)物質(zhì)的影響.草業(yè)科學,2016,33(1):144-152.
Zhang H Y,Wei S H,Zhang R,Miao R,Li K C,Luo X L,Zhang Y.Effects ofAcyrthosiphonpisumon enzyme activities and nutrients of different alfalfa varieties.Pratacultural Science,2016,33(1):144-152.(in Chinese)
[13] Tjallingii W F.Electrical nature of record signals during styled penetration by aphids.Entomologia Experimentalis et Applicata,1985,38:177-186.
[14] 胡想順,劉小鳳,趙惠燕.刺探電位圖譜(EPG)技術的原理與發(fā)展.植物保護,2006,32(3):1-4.
Hu X S,Liu X F,Zhao H Y.Development and application of electrical penetration graph(EPG)technique.Plant Protection,2006,32(3):1-4.(in Chinese)
[15] 苗進,武予清,郁振興,段云,蔣月麗,李國平.基于EPG的麥長管蚜、麥二叉蚜和禾谷縊管蚜取食行為比較.生態(tài)學報,2011,31(1):175-182.
Miao J,Wu Y Q,Yu Z X,Duan Y,Jiang Y L,Li G P.Comparative of feeding behaviors ofSitobionavenae,SitobiongraminumandRhopalosiphumpadi(Homoptera:Aphididae)using electrical penetration graph(EPG).Acta Ecologica Sinica,2011,31(1):175-182.(in Chinese)
[16] 羅晨,岳梅,徐洪富,張芝利.EPG 技術在昆蟲學研究中的應用及進展.昆蟲學報,2005,48(3):437-443.
Luo C,Yue M,Xu H F,Zhang Z L.Application of electrical penetration graph (EPG) in entomological studies and new findings.Acta Entomologica Sinica,2005,48(3):437-443.(in Chinese)
[17] 郭慧芳,朱述鈞,孫洪武,方繼朝.轉基因棉上非靶標害蟲棉蚜取食行為的EPG研究.西南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版),2004,26(2):155-158.
Guo H F,Zhu S J,Sun H W,Fang J C.Electrical penetration graph of feeding behavior of non-target pestAphisgossypiion transgenic cotton.Journal of Southwest Agricultural University (Natural Science),2004,26(2):155-158.(in Chinese)
[18] 何應琴,陳文龍,魯卓越,周常勇,李中安,李太盛.柑橘三種蚜蟲取食行為的EPG分析.植物保護學報,2015,42(2):217-222.
He Y Q,Chen W L,Lu Z Y,Zhou C Y,Li Z A,Li T S.EPG analysis of feeding behavior of three aphids onCitrusreticulate.Journal of Plant Protection,2015,42(2):217-222.(in Chinese)
[19] Spiller N J,Koenders L,Tjallingii W F.Xylem ingestion by aphids-astrategy for maintaining water balance.Entomologia Experimentalis et Applicata,1990,55:101-104.
[20] 陳建明,俞曉平,程家安,呂仲賢,鄭許松,徐紅星.定量研究刺吸式昆蟲取食行為的有效方法:電子取食監(jiān)測儀的原理和應用技術.浙江農(nóng)業(yè)學報,2002,14(4):237-243.
Chen J M,Yu X P,Cheng J A,Lyu Z X,Zheng X S,Xu H X.Principle and application of electronic monitoring system:An effective and quantitative method in the study of probing and feeding behaviors of piercing-sucking insects.Acta Agriculturae Zhejiangensis,2002,14(4):237-243.(in Chinese)
EPGanalysisofAcyrthosiphonpisumfeedingbehavioronsixalfalfavarietieswithdifferentresistances
Wei Shu-hua1, Cao Chun-jing1,2, Zhu Xiao-fang1,2, Zhang Rong1, Wang Ying1
(1.Institute of Plant Protection, Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Yinchuan 750002, Ningxia, China;2.Agriculture College, Ningxia University, Yinchuan 750021, Ningxia, China)
The feeding behavior ofAcyrthosiphonpisumon six alfalfa varieties with different resistances, and the resistance mechanisms of these different cultivars, were examined using the electrical penetration graph (EPG) technique. The results showed that there were eight EPG waveforms of aphids feeding on alfalfa leaves, but the durations of the eight waveforms were different between the six cultivars. The resistance of alfalfa was consistent with the duration of the E1 wave, which was produced byA.pisumfeeding on the phloem of the alfalfa varieties. The duration of the E1 wave was significantly different between the six different resistances of the alfalfa cultivars; the duration of the E1 wave was longer when the resistance of the alfalfa was stronger. The duration of the E1 wave on the most resistant cultivar was 36.83 min for ‘MF4020’, and the duration of E1 wave on the least resistant cultivar was 1.50 min on ‘Giant pastoral 37CR’.The resistance mechanisms of the different alfalfa cultivars to aphids are further illustrated by electrophysiology in research; it could provide the scientific basis for the breeding of alfalfa varieties with increased resistance to aphids
alfalfa aphid; piercing-sucking insects; resistance level; sucking and feeding; electrical penetration graph; resistant mechanism to aphid
Wei Shu-hua E-mail:weishuhua666@163.com
10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0383
魏淑花,曹春婧,朱小芳,張蓉,王穎.豌豆蚜在6個不同抗性苜蓿品種上取食行為的EPG分析.草業(yè)科學,2017,34(12):2569-2574.
Wei S H,Cao C J,Zhu X F,Zhang R,Wang Y.EPG analysis ofAcyrthosiphonpisumfeeding behavior on six alfalfa varieties with different resistances.Pratacultural Science,2017,34(12):2569-2574.
S816;S435.4
A
1001-0629(2017)12-2569-06
2017-07-14接受日期2017-11-20
寧夏回族自治區(qū)農(nóng)作物重大育種專項——苜蓿新品種選育(2014NYYZ03);國家牧草產(chǎn)業(yè)技術體系——鹽池綜合試驗站 (CARS-34)
魏淑花(1980-),女,寧夏同心人,副研究員,碩士,主要從事農(nóng)業(yè)昆蟲與害蟲防治研究。E-mail:weishuhua666@163.com
(責任編輯 武艷培)