陳燦 張宗瓊 夏秀忠 楊行海 農(nóng)保選 張曉麗 徐志健 李丹婷 郭輝 馮銳

摘要：【目的】篩選稻癭蚊（RGM）侵染下抗、感水稻材料差異代謝物，揭示水稻抗蟲靶標(biāo)化合物，為解析植物與昆蟲互作關(guān)系及水稻害蟲綠色防控提供理論依據(jù)。【方法】分別對(duì)抗RGM水稻材料GXM-001-2和易感RGM水稻材料TN1進(jìn)行RGM接蟲脅迫，接蟲后48 h利用液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）對(duì)RGM侵染及未侵染抗、感水稻材料的代謝物進(jìn)行化學(xué)成分分析?！窘Y(jié)果】RGM侵染下抗、感水稻材料的差異代謝物分析顯示，LC-MS共檢測(cè)到330種代謝物，其中155種為已知代謝物;被RGM侵染后，GXM-001-2中上調(diào)代謝物種類遠(yuǎn)少于其下調(diào)代謝物種類，也遠(yuǎn)少于TN1中的上調(diào)代謝物種類。RGM侵染下水稻潛在生化標(biāo)識(shí)物種類分析表明，差異代謝物分為抗性特性（n=16）、易感特性（n=16）、侵染特性（n=7）和宿主特性（n=3）等4類。生化標(biāo)識(shí)物及差異倍數(shù)分析表明，抗性特性物包括1-氨基環(huán)丙烷羧酸、3-磷酸甘油酸和二十烷酸等物質(zhì)，其中6-甲基維生素D、谷氨酸、葉綠醇和酪氨酸等物質(zhì)上調(diào)表達(dá);易感特性物包括2-己酮酸、3-苯基乳酸和6-羥基己酸等物質(zhì)，其中6-羥基己酸、葡萄糖和白皮杉醇等7種物質(zhì)下調(diào)表達(dá);侵染特性物包括γ-氨基丁酸、半乳糖酸和丙醇二酸等物質(zhì)，其中腺嘌呤、尿苷、丙醇二酸和γ-氨基丁酸在抗、感材料中變化趨勢(shì)一致;宿主特性物包括異亮氨酸、十六烷酸和環(huán)亮氨酸，前2種物質(zhì)在GXM-001-2中顯著高于TN1（P<0.05）。【結(jié)論】RGM侵染后從抗、感水稻材料中篩選到抗性特性物、易感特性物、侵染特性物和宿主特性物，其中脂肪酸及其衍生物（十六烷酸、二十烷酸、十四烷酸和β-羥基十四烷酸）、氨基酸（谷氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和γ-氨基丁酸）、酚類（阿魏酸）、萜類（葉綠醇）和胺類（乙酰苯胺、芐胺和乳酰胺）可能在植物抗蟲防御反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，是RGM侵染水稻最重要的潛在生化標(biāo)識(shí)物。

關(guān)鍵詞：水稻;稻癭蚊;代謝組;生化標(biāo)識(shí)物;抗蟲

中圖分類號(hào)：S511? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2021）10-2662-09

Abstract：【Objective】 To detect differential levels of metabolites between rice gall midge （RGM）-resistant and -susceptible rice materials to provide a theoretical basis for analyzing rice-RGM interaction and assist in the development of green controls of RGM in rice. 【Method】 GXM-001-2 （high resistance） and TN1 （high susceptibility） were inoculated with RGM and liquid chromatography-mass spectrometry was employed to detect changes in metabolite levels after 48 h. 【Result】 330 metabolites were detected， of which 155 were known metabolites. TN1 displayed a much higher number of? up-regulated metabolites after RGM infection than in GXM-001-2， where metabolites were largely down-regulated. The analysis of potential biochemical markers of rice infected by RGM showed that differentially regulated metabolites could be classified into four categories associated with resistance （n=16）， susceptibility （n=16）， infection （n=7） and host chara-cteristics （n=3）. Biochemical markers and fold change analysis showed that the resistance category included 1-aminocyclopropanicarboxylic acid， 3-phosphoglyceric acid， eicosanoic acid， 6-methylvitamin D， glutamic acid， phyllol and tyrosine of which， the latter 4 were upregulated. Compounds associated with susceptibility included 2-hexketoic acid， 3-phenyllactic acid， 6-hydroxy hexanoic acid and other substances， of which 7 substances， including 6-hydroxy hexanoic acid， glucose and piceatannol， were downregulated. The characteristic compounds of infection included 4-aminobutyric acid， galactoic acid， propanedioic acid and adenine， uridine， propanedioic acid， and γ-aminobutyric acid showed similar up or down trends in GXM-001-2 and TN1. The host characteristic substances consisted of isoleucine， hexadecanoic acid and cycloleucine， with the former two substances at significantly higher levels in GXM-001-2 relative to TN1 （P<0.05）. 【Conclusion】 Under rice RGM condition， 16， 16， 7 and 3 metabolites associated with resistance， susceptibility， infection and host characteristics， respectively， were selected. Of these， fatty acids and their derivatives （hexadecanoic acid， eicosanoic acid， tetradecanoic acid and β-hydroxytetradecanoic acid）， amino acids （glutamic acid， tyrosine， phenylalanine and g-aminobutyric acid）， phenolic acids （ferulic acid）， terpenoids （phyllol） and amines （acetanilide， benzylamine and lactamide） are the most important potential biomarkers of RGM infection， which could play important roles in plant insect defense responses.

Key words： rice; Orseolia oryzae; metabolic group; biomarkers; insect resistant

Foundation item： Regional Scince Foundation Project of National Natural Science Foundation of China （31560385）; Guangxi Science and Technology Project （Guike AB16380138， Guike AD18281067）; Guangxi Natural Science Foundation （2018GXNSFAA138015）

0 引言

【研究意義】稻癭蚊（Orseolia oryzae）（RGM）是一種為自身利益而專門操縱水稻生長(zhǎng)、代謝和防御途徑的昆蟲，其以水稻植株頂端分生組織為食，并將易感宿主的分蘗轉(zhuǎn)化為一種管狀的蟲癭，稱為“標(biāo)蔥”，導(dǎo)致水稻成穗失敗，造成經(jīng)濟(jì)損失（Agarrwal et al.， 2014）。有研究表明，植物某些代謝物質(zhì)會(huì)對(duì)害蟲產(chǎn)生特異性毒性或震懾作用，如酚類、萜類和生物堿等物質(zhì)，利用此類物質(zhì)研制新型害蟲化學(xué)防控藥劑，可限制或減少傳統(tǒng)農(nóng)藥在農(nóng)田的大量使用。稻癭蚊在水稻上的侵害引發(fā)相容或不相容的相互作用，分別導(dǎo)致取食幼蟲的生存或死亡。在不相容的相互作用中，植物化感物質(zhì)/防御分子的產(chǎn)生，使得幼蟲無法繼續(xù)取食宿主，從而引發(fā)幼蟲死亡（Sinha et al.， 2015）。因此，揭示植物被昆蟲侵染下的化學(xué)物質(zhì)（生化標(biāo)識(shí)物），對(duì)植物、植物昆蟲互作及植物害蟲防控研究均具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】植物被草食昆蟲取食后會(huì)產(chǎn)生大量可變代謝物，包括積累抗毒素和釋放揮發(fā)性信號(hào)，參與組成防御和誘導(dǎo)防御草食昆蟲。近年來，代謝組學(xué)已成為化學(xué)生態(tài)學(xué)的一種補(bǔ)充方法，在探索環(huán)境—基因互作、突變體特征、表型、生化標(biāo)識(shí)物鑒定和藥物研發(fā)等方面發(fā)揮著重要作用（Razzaq et al.， 2019）。關(guān)于利用代謝組篩選、鑒定與草食昆蟲脅迫下植物抗性或易感相關(guān)的代謝物已有大量相關(guān)研究報(bào)道。Marti等（2013）利用代謝組學(xué)研究斜紋夜蛾誘導(dǎo)下玉米葉片和根的抗性和易感代謝產(chǎn)物，結(jié)果表明，葉片侵染導(dǎo)致1，3-苯并惡嗪-4-酮、磷脂、N-羥基肉桂酰胺、壬二酸和色氨酸顯著增加;根侵染導(dǎo)致維管液和根分泌物中1，3-苯并惡嗪-4-酮增加。以上研究說明草食動(dòng)物的攻擊導(dǎo)致代謝產(chǎn)物的誘導(dǎo)，這些在葉子和根中的代謝產(chǎn)物對(duì)草食動(dòng)物的抗性有截然不同的影響。Eloh等（2016）采用氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）分析方法對(duì)根結(jié)線蟲（RKN）侵染番茄的特征代謝產(chǎn)物和生化標(biāo)識(shí)物進(jìn)行鑒定，結(jié)果表明，在RKN刺激下，番茄葉片中β-丙氨酸、苯丙氨酸和二糖被誘導(dǎo)產(chǎn)生，而核糖、甘油、肉豆蔻酸和軟脂酸則減少;番茄莖中代謝物核糖、蔗糖、果糖和葡萄糖上調(diào)，延胡索酸和甘氨酸下調(diào)。Undas等（2018）利用代謝組學(xué)技術(shù)鑒定抗啤酒花蚜蟲抗性標(biāo)記，結(jié)果表明，蚜蟲飼養(yǎng)誘導(dǎo)所有啤酒花基因型代謝組的變化，特別是氧化化合物數(shù)量增加，表明該類物質(zhì)可能是抗性機(jī)制的一部分，此外啤酒花香氣和味道（倍半萜烯）可能在抵抗蚜蟲中發(fā)揮作用。Papazian等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，毛蟲可誘導(dǎo)黑芥菜中三羧酸（TCAs）、硫代葡萄糖苷（GSLs）和苯丙酸（PPs）的積累，同時(shí)還誘導(dǎo)烯丙基-GSL（黑素苷）等防御化合物。在利用代謝組研究食草動(dòng)物取食水稻代謝物方面也有相關(guān)報(bào)道。Agarrawl等（2014）利用基于代謝譜的GC-MS分析揭示水稻—癭蚊相互作用中的生化標(biāo)識(shí)物，從代謝物中篩選到4類生化標(biāo)識(shí)物，分別是抗性特性（n=16）、易感特性（n=2）、侵染特性（n=6）和宿主特性（n=6）。Agarrawl等（2016）分析了秈稻品種RP2068-18-3-5被RGM侵染后的代謝組變化，結(jié)果顯示，過敏反應(yīng)中脂質(zhì)過氧化代謝標(biāo)識(shí)物壬二酸積累。Peng等（2016）對(duì)褐飛虱（BPH）侵染下水稻葉鞘代謝組進(jìn)行分析，認(rèn)為BPH侵染增強(qiáng)了易感材料TN1的脂肪酸氧化、乙醛酸循環(huán)、糖異生和γ-氨基丁酸分流，以及抗性材料YHY15的糖酵解和莽草酸途徑。Liu等（2017）研究認(rèn)為，二化螟取食水稻可激活水稻植株體內(nèi)與防御相關(guān)的植物激素、轉(zhuǎn)錄因子、莽草素介導(dǎo)的次生代謝和萜類化合物相關(guān)的次生代謝，而抑制生長(zhǎng)相關(guān)的次生代謝。Uawisetwathana等（2019）研究了感BPH品種和抗BPH品種在BPH侵害過程中不同的代謝響應(yīng)模式，結(jié)果表明，BPH侵害抗蟲品種1 d后，沙夫圖甙（1.8倍）、異沙夫圖甙（1.7倍）、野漆樹甙（3.4倍）和芹菜素6-C-α-L-阿拉伯糖苷-8-C-β-L-阿拉伯糖苷（1.6倍）含量均顯著增加。Wang等（2020a）研究結(jié)果表明，妊娠白背飛虱（WBPH）雌蟲侵染水稻后，水稻中茉莉酸（JA）、茉莉酸—異亮氨酸（JA-Ile）和H2O2水平顯著升高，乙烯水平顯著降低;測(cè)試的12種酚酰胺（PAs）中的11種隨后升高?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，有關(guān)RGM誘導(dǎo)下水稻代謝物分析在國(guó)外僅有少量報(bào)道（Agarrwal et al.， 2014， 2016），而國(guó)內(nèi)鮮有報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】利用液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）對(duì)RGM侵染下抗、感水稻材料的代謝物進(jìn)行化學(xué)成分分析， 通過差異化合物的篩選，揭示水稻抗蟲靶標(biāo)化合物，為解析植物與昆蟲互作關(guān)系及水稻害蟲綠色防控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

供試材料為對(duì)RGM表現(xiàn)不同抗性級(jí)別的2份水稻材料：易感材料（TN1）和抗性材料（GXM-001-2）。其中，TN1為苗期RGM鑒定的感蟲對(duì)照，GXM-001-2為廣西地方品種江潮后代分離株系，對(duì)RGM的抗性為高抗（郭輝等， 2017）（表1）。

1. 2 材料種植及處理

將供試種子浸種催芽后播種到已裝好淤泥的40 cm×50 cm鋁制托盤中，每份材料播6行，每行約20粒，每份材料各2盤，1盤接蟲、1盤不接蟲（對(duì)照）。水稻幼苗在溫室生長(zhǎng)2周后開始接蟲，放入雌蚊（n=30）和雄蚊（n=12）成蟲，然后噴霧保濕48 h（相對(duì)濕度>90%），以利于卵孵化和幼蟲生長(zhǎng)。接蟲48 h后，剪取幼苗主莖（接近頂端分生組織）植物組織（約1 cm）進(jìn)行解剖，觀察幼蟲是否已到達(dá)并開始覓食，然后開始取樣，只取幼苗主莖（接近頂端分生組織）植物組織（約1 cm），每10株為1個(gè)重復(fù);以未侵染植株相應(yīng)部位組織為對(duì)照。剪取的組織立即冷凍在液氮中，于-80 ℃保存?zhèn)溆?。GXM-001-2-0和TN1-0為未接蟲材料，GXM-001-2-48和TN1-48為接蟲48 h后材料（以下GXM-001-2-0和TN1-0分別命名為R0、S0;GXM-001-48和TN1-48分別命名為R48、S48）。

1. 3 稻株代謝物含量測(cè)定

代謝物提取：（1）在1000 μL含有內(nèi)標(biāo)（1000∶2）的提取液中加入50 mg樣本（甲醇∶乙腈∶水=2∶2∶1，內(nèi)標(biāo)濃度2 mg/L），渦旋混勻30 s;（2）加入瓷珠，45 Hz研磨儀處理10 min，超聲10 min;（3）-20 ℃靜置1 h，12000 r/min（設(shè)置4 ℃）離心15 min;（4）吸出500 μL上清于EP管中，在真空濃縮器中干燥提取物;（5）加入160 μL提取液（乙腈∶水=1∶1）復(fù)溶，渦旋30 s，冰水浴超聲10 min;（6）12000 r/min離心15 min，取120 μL上清于2 mL進(jìn)樣瓶，每個(gè)樣本各取10 μL混合成質(zhì)控樣本上機(jī)檢測(cè)。

質(zhì)譜條件：質(zhì)譜儀為沃特世Xevo G2-XS QTof。色譜柱為Acquity UPLC HSS T3 1.8 μm 2.1 mm×100 mm。在采集軟件（MassLynx V4.2，Waters）控制下的MSe模式進(jìn)行一級(jí)和二級(jí)質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集。在每個(gè)數(shù)據(jù)采集循環(huán)中，能同時(shí)對(duì)低碰撞能量及高碰撞能量進(jìn)行雙通道數(shù)據(jù)采集。低碰撞能量2 V，高碰撞能量區(qū)間為10～40 V，掃描頻率為0.2 s/張質(zhì)譜圖。ESI離子源參數(shù)：毛細(xì)管電壓2000 V（正離子模式）或-1500 V（負(fù)離子模式）;錐孔電壓30 V;離子源溫度150 ℃;脫溶劑氣溫度500 ℃;反吹氣流速50 L/h;脫溶劑氣流速800 L/h。

1. 4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用內(nèi)標(biāo)歸一化處理，進(jìn)行主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法—判別分析（OPLS-DA）。運(yùn)用差異倍數(shù)（Fold change， FC）、t檢驗(yàn)的P值和OPLS-DA模型的變量重要性投影（Variable importancein project，VIP）相結(jié)合的方法篩選差異代謝物，篩選的標(biāo)準(zhǔn)為FC>1、P<0.05和VIP>1。

2 結(jié)果與分析

2. 1 RGM侵染下抗、感水稻材料的差異代謝物分析

利用LC-MS對(duì)RGM侵染下的GXM-001-2和TN1進(jìn)行代謝物分析，結(jié)果共檢測(cè)到330種代謝物（部分樣品總離子圖見圖1），其中155種為已知代謝物。在檢測(cè)到的330種代謝物中，R48與R0的差異代謝物有153種，與R0相比，R48上調(diào)代謝物20種，下調(diào)代謝物133種;S48與S0的差異代謝物有143種，與S0相比，S48上調(diào)代謝物111種，下調(diào)代謝物32種。對(duì)于檢測(cè)到的155種已知代謝物，R48與R0的差異代謝物有71種，與R0相比，R48上調(diào)代謝物8種，下調(diào)代謝物63種;S48與S0的差異代謝物有74種，與S0相比，S48上調(diào)代謝物55種，下調(diào)代謝物19種（表2）。

由表2可看出，被RGM侵染后，抗性材料上調(diào)代謝物種類遠(yuǎn)少于下調(diào)代謝物種類，而易感材料恰好相反，即上調(diào)代謝物種類遠(yuǎn)多于下調(diào)代謝物種類;同時(shí)，抗性材料上調(diào)代謝物種類遠(yuǎn)少于易感材料上調(diào)代謝物種類，說明易感材料需要上調(diào)更多的代謝物來應(yīng)對(duì)害蟲脅迫。

2. 2 RGM侵染下水稻潛在生化標(biāo)識(shí)物種類

為便于后續(xù)分析，本研究?jī)H對(duì)155種已知代謝物開展水稻—稻癭蚊互作的潛在生化標(biāo)識(shí)物篩選。從圖2可看出，已知代謝物分為抗性特性（n=16）、易感特性（n=16）、侵染特性（n=7）和宿主特性（n=3）（n表示化合物種類數(shù)量）;但在維恩圖中還有3組類別（n=11、40、8）無法對(duì)特性進(jìn)一步分類，因此，這3組類別不作為潛在的生化標(biāo)識(shí)物進(jìn)行分析。

2. 3 RGM侵染下水稻潛在生化標(biāo)識(shí)物分析

抗性材料的16種代謝產(chǎn)物在未侵染和侵染組織間具有獨(dú)特而顯著的差異（P<0.05，下同），被分類為抗性特性。進(jìn)一步分析16種抗性特性代謝物在抗性材料的侵染組織與未侵染組織間的差異倍數(shù)變化，結(jié)果（圖3-A）顯示，抗性特性物包括酸類（1-氨基環(huán)丙烷羧酸、3-磷酸甘油酸、羥基乙酸、谷氨酸、草氨酸、對(duì)苯二甲酸和酪氨酸）;脂類（二十烷酸、β-羥基十四烷酸和十四烷酸）;萜類（葉綠醇）;糖類（果糖）;酚類（阿魏酸）;其他類（羥基脲、6-甲基維生素D和嘌呤核苷）。其中，除6-甲基維生素D、谷氨酸、葉綠醇和酪氨酸上調(diào)表達(dá)外，其他代謝物均下調(diào)表達(dá)，且大多數(shù)下調(diào)代謝物的log2FC值（>0.5）大于上調(diào)代謝物的log2FC值，說明這些下調(diào)代謝物在抗性材料中變化更劇烈。

易感材料的16種代謝物在未侵染和侵染組織間具有獨(dú)特而顯著的差異，被分類為易感特性。進(jìn)一步分析16種易感特性代謝物在易感材料的侵染組織與未侵染組織間的差異倍數(shù)變化，結(jié)果（圖3-B）顯示，易感特性物包括酸類（2-己酮酸、3-苯基乳酸、6-羥基己酸、氨基氧乙酸、肌酸、L-高絲氨酸、苯丙氨酸、γ-內(nèi)酯核糖酸、D-酒石酸和反式，反式-己二烯二酸）;胺類（乙酰苯胺、芐胺和乳酰胺）;糖類（葡萄糖）;酚類（白皮杉醇）;黃酮類（新橙皮苷）。其中，上調(diào)代謝物包括2-己酮酸、3-苯基乳酸、乙酰苯胺等9種;下調(diào)代謝物包括6-羥基己酸、葡萄糖和白皮杉醇等7種;除6-羥基己酸和葡萄糖外，其他下調(diào)代謝物的log2FC值（<0.5）低于大多數(shù)上調(diào)代謝物的log2FC值，說明上述上調(diào)代謝物在易感材料中變化更劇烈。

抗性和易感材料在侵染組織與未侵染組織間的7種代謝物水平顯著不同，被分類為侵染特性。進(jìn)一步分析7種侵染特性代謝物在抗、感材料的侵染組織與未侵染組織間的差異倍數(shù)變化，結(jié)果（圖3-C）顯示，侵染特性物包括酸類（γ-氨基丁酸、threo-β-羥基天冬氨酸和丙醇二酸）;糖類（半乳糖酸）;核酸類（5，6-二氫尿嘧啶、腺嘌呤和尿苷）。其中，腺嘌呤、尿苷、丙醇二酸和γ-氨基丁酸在侵染后的抗、感材料中變化趨勢(shì)一致，前2種物質(zhì)下調(diào)表達(dá)，后2種物質(zhì)上調(diào)表達(dá);其他侵染特性代謝物如5，6-二氫尿嘧啶、半乳糖酸和threo-β-羥基天冬氨酸在抗性材料中下調(diào)表達(dá)，而在易感材料中上調(diào)表達(dá)，說明這3類物質(zhì)的表達(dá)差異很可能是抗、感材料對(duì)RGM防御調(diào)控的差異所引起。

抗性和易感材料在未侵染組織中代謝物存在組成性的差異，歸為宿主特性。進(jìn)一步分析3種宿主特性代謝物在抗、感材料的未侵染組織間的差異倍數(shù)變化，結(jié)果（圖3-D）顯示，宿主特性物包括異亮氨酸、十六烷酸和環(huán)亮氨酸，前2種物質(zhì)在抗性材料中顯著高于易感材料，而后1種物質(zhì)在抗性材料中顯著低于易感材料，這3種物質(zhì)可能與水稻對(duì)RGM的組成防御有關(guān)。

3 討論

植物受到害蟲侵染后會(huì)引起一系列代謝物質(zhì)變化。本研究發(fā)現(xiàn)，在RGM侵染48 h后，易感材料中的上調(diào)代謝物質(zhì)（55種）遠(yuǎn)多于抗性材料（8種），與Peng等（2016）的研究結(jié)果一致，即BPH侵染24或48 h后，TN1（易感材料）上調(diào)化合物遠(yuǎn)多于YHY（抗性材料）。張佳松（2020）對(duì)粘蟲取食下甘蔗葉片代謝物進(jìn)行分析，結(jié)果表明，取食12和24 h后甘蔗葉片樣品中上調(diào)的代謝物種數(shù)遠(yuǎn)多于下調(diào)的代謝物種數(shù)。Wang等（2020b）研究結(jié)果表明，明恢63水稻在稻縱卷葉螟侵染1、6、12和24 h后，上調(diào)的代謝物種數(shù)遠(yuǎn)多于下調(diào)的代謝物種數(shù)。以上結(jié)果與本研究認(rèn)為易感材料中的上調(diào)代謝物質(zhì)遠(yuǎn)多于下調(diào)代謝物質(zhì)的結(jié)果相吻合，說明感蟲植物需要上調(diào)更多的代謝物來防御蟲害。

本研究從RGM侵染下的水稻材料中篩選到許多潛在生化標(biāo)識(shí)物，主要包括酸類、糖類、酯類、萜類和胺類等。植物體內(nèi)的氨基酸既是昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來源，也是植物合成防御相關(guān)化合物的前體物質(zhì)。在蟲害脅迫后，會(huì)引起植物體內(nèi)氨基酸含量的變化，一部分含量降低，減少植食性昆蟲獲取;一部分含量增加，促進(jìn)防御物質(zhì)合成。本研究發(fā)現(xiàn)，RGM侵染后，抗性材料中谷氨酸含量顯著增加，與Subramanyam等（2015）研究黑森蠅幼蟲（癭蚊科昆蟲）能誘導(dǎo)易感小麥的谷氨酸水平顯著升高的結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，RGM侵染后，易感材料中苯丙氨酸含量也顯著增加，其他研究者也得到相同結(jié)果，如Agarrwal等（2014）研究認(rèn)為，RGM等誘導(dǎo)抗、感水稻中苯丙氨酸含量上調(diào);Eloh等（2016）研究認(rèn)為，RKN能誘導(dǎo)番茄中苯丙氨酸含量上調(diào);張佳松（2020）研究結(jié)果表明，粘蟲取食甘蔗24 h后甘蔗葉片中苯丙氨酸含量顯著上調(diào)。但本研究發(fā)現(xiàn)，RGM侵染后谷氨酸和酪氨酸僅在抗性材料中增加，苯丙氨酸僅在易感材料中增加，說明這些氨基酸在抗、感材料中參與了不同的代謝防御途徑。

γ-氨基丁酸是一種重要的四碳非蛋白氨基酸代謝物，在植物對(duì)環(huán)境脅迫、病原體和昆蟲攻擊的反應(yīng)過程中積累（Li et al.， 2021）。有研究表明，擬南芥中的γ-氨基丁酸能被機(jī)械毛蟲Mecworm和真實(shí)昆蟲（Spodoptera littoralis）的食性傷害引起積累，這很可能代表了對(duì)昆蟲食草動(dòng)物的一種普遍的、直接的和系統(tǒng)的防御反應(yīng)（Scholz et al.， 2015）。Agarrwal等（2016）研究認(rèn)為，寄主水稻RP使用過敏反應(yīng)（HR）來限制對(duì)取食RGM的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，同時(shí)積累γ-氨基丁酸，這些策略可能導(dǎo)致RGM死亡。γ-氨基丁酸可通過抑制昆蟲神經(jīng)元傳遞而對(duì)其進(jìn)行傷害，同時(shí)調(diào)節(jié)被攻擊的宿主細(xì)胞的超敏反應(yīng)，這在宿主防御中起到至關(guān)重要的作用（Tarkowski et al.， 2020）。本研究發(fā)現(xiàn)，在RGM侵染后，抗性材料中的γ-氨基丁酸也顯著增加，與以上研究結(jié)果一致，說明γ-氨基丁酸在水稻對(duì)RGM侵染中可能起到重要的防御作用。

糖類是細(xì)胞提供能量的主要能源物質(zhì)。冉偉（2018）研究結(jié)果表明，蚜蟲為害6 d時(shí)，茶樹中1-磷酸葡萄糖、6-磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖等物質(zhì)減少。本研究發(fā)現(xiàn)，受RGM侵染后葡萄糖（易感材料）和果糖（抗性材料）明顯降低，與上述結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，RGM侵染后，半乳糖酸在抗性材料中降低，而在易感材料中增加，說明抗性材料通過降低糖類含量以減少害蟲取食，易感材料通過增加糖類含量以誘導(dǎo)害蟲取食。有研究表明，感蟲茶樹在茶尺蠖為害后果糖含量顯著上調(diào)，果糖作為昆蟲真正的能量物質(zhì)，刺激了茶尺蠖的取食（王偉偉， 2018）;RKN會(huì)誘導(dǎo)番茄莖代謝物核糖、蔗糖、果糖和葡萄糖上調(diào)（Eloh et al.， 2016），原因可能與植物自身對(duì)昆蟲表現(xiàn)抗性或易感有關(guān)。

在植物體中，脂肪酸及其衍生物也是重要的能量物質(zhì)，同時(shí)還是細(xì)胞膜脂的主要構(gòu)成成分，在調(diào)控基礎(chǔ)免疫、系統(tǒng)抗性及誘導(dǎo)抗性等方面具有重要作用（劉文獻(xiàn)等， 2014;王利民等， 2020）。α-亞麻酸（LnA）能啟動(dòng)玉米幼苗對(duì)昆蟲草食動(dòng)物防御反應(yīng)，不飽和脂肪酸水平的升高或存在使防御信號(hào)系統(tǒng)敏感，從而增強(qiáng)玉米在昆蟲草食動(dòng)物攻擊時(shí)的防御反應(yīng)（Li et al.， 2016）。本研究鑒定到十六烷酸（宿主特性）、二十烷酸（抗性材料）、十四烷酸（抗性材料）及β-羥基十四烷酸（抗性材料）等差異代謝物，這些物質(zhì)可能在維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性及抗蟲防御中起到一定作用。

酚類物質(zhì)是植物對(duì)草食動(dòng)物重要的防御化學(xué)物質(zhì)。本研究鑒定到阿魏酸（抗性材料）、白皮杉醇（易感材料）和新橙皮苷（易感材料）等酚類物質(zhì)。阿魏酸是苯丙烷類途徑的中間產(chǎn)物，經(jīng)過一系列的代謝反應(yīng)，可生成木質(zhì)素、黃酮類、生物堿和苯甲酸酯糖苷等次生代謝產(chǎn)物，其對(duì)昆蟲具有一定的毒害與防御作用。韓憲琪等（2017）研究認(rèn)為，阿魏酸含量與小麥對(duì)玉米象的抗性顯著相關(guān)。Yang等（2017）研究指出，供試水稻品種阿魏酸含量與其對(duì)褐飛虱的抗性高度相關(guān)。陳銳等（2020）研究表明，阿魏酸是小麥抗麥紅吸漿蟲的主要次生物質(zhì)，能誘導(dǎo)麥紅吸漿蟲幼蟲谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、羧酸酯酶活性及相關(guān)基因的表達(dá)。以上研究結(jié)果說明，本研究鑒定到的阿魏酸可能在水稻對(duì)RGM的抗性中發(fā)揮了作用。受害蟲侵染脅迫后的植物中阿魏酸含量會(huì)顯著增加，如B型煙粉虱若蟲為害下的煙草（張曉， 2015），蘋果小吉丁蟲侵染脅迫下的新疆野蘋果（梅闖等， 2019），葉蟬取食為害后的感蟲茶樹（任倩倩， 2020）。本研究認(rèn)為RGM侵染下抗蟲植株中阿魏酸含量顯著減少，與上述的結(jié)果存在差異，究其原因可能與害蟲、寄主植物類型等不同有關(guān)。

Sano等（2011）采用體外清除1，1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）自由基的方法證實(shí)西番蓮種子中的白皮杉醇具有強(qiáng)大的抗氧化活性和顯著的血管舒張作用。徐丹丹（2018）通過抑制孢子萌發(fā)和菌株接種試驗(yàn)證實(shí)白皮杉醇能顯著降低葡萄果實(shí)灰霉病的發(fā)病率和發(fā)病程度。本研究結(jié)果表明，白皮杉醇含量在易感材料中顯著下調(diào)，但其具體功能尚不清楚。趙小嫚（2019）研究結(jié)果表明，黃酮類物質(zhì)在小綠葉蟬吸食后顯著增加，其在茶樹響應(yīng)小綠葉蟬吸食的應(yīng)激防御方面發(fā)揮重要作用。楊金睿和肖關(guān)麗（2021）研究結(jié)果表明，植物酚類化合物中的黃酮類具有多種作用，能清除自由基，具有抗氧化、抗菌、抗病毒等作用，還可抵御昆蟲的危害。本研究結(jié)果表明，RGM侵染后，新橙皮苷含量在易感材料中顯著上調(diào)，可能參與植物抗蟲防御反應(yīng)。

綠葉揮發(fā)物是由6個(gè)碳（C6）組成的化合物（包括醇、醛和酯），是一類重要的植物揮發(fā)物。其可擊退或吸引草食動(dòng)物及其天敵，也可誘導(dǎo)植物防御或增強(qiáng)植物對(duì)草食動(dòng)物和病原體的防御，并對(duì)細(xì)菌和真菌有直接的毒性作用（Ameye et al.， 2018）。葉綠醇（PYT）是一類綠葉揮發(fā)物，是長(zhǎng)鏈不飽和無環(huán)醇中的一種二萜化合物。PYT能有效驅(qū)避WBPH成蟲（王璐豐， 2017）、蚜蟲（劉陳瑋等， 2019）。Saad等（2020）研究表明，PYT對(duì)剛果錐蟲具有一定的抑制活性，且在緩解宿主相關(guān)的細(xì)胞損傷方面具有很大的潛力，而貧血的緩解部分是通過抑制唾液酸酶介導(dǎo)。Fujimoto等（2021）研究認(rèn)為，RKNs接種擬南芥根系可降低植株地上部分PYT含量，而能誘導(dǎo)根中PYT的積累，外源施PYT抑制根系RKN的滲透，但不表現(xiàn)出殺線蟲活性。本研究結(jié)果表明，PYT含量在抗性材料中顯著上調(diào)，說明其可能參與水稻對(duì)RGM的防御反應(yīng)。PYT含量在害蟲侵染后也會(huì)下調(diào)，如抗性材料被稻飛虱取食脅迫后，植株體內(nèi)的PYT含量會(huì)減少（陳燦等， 2021）。

生物堿包括有機(jī)胺類、吡咯烷類和吡啶類等多種類型，會(huì)對(duì)昆蟲產(chǎn)生毒性，在草食昆蟲體內(nèi)長(zhǎng)期積累會(huì)影響其生長(zhǎng)發(fā)育。Subramanyam等（2015）研究認(rèn)為，被黑毛蠅幼蟲攻擊后，感蟲小麥中多個(gè)參與多胺生物合成的基因轉(zhuǎn)錄豐度增加，導(dǎo)致游離多胺、腐胺、亞精胺和精胺水平升高。Alamgir等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，PAs、對(duì)香豆酰腐胺和阿草酰腐胺在草食動(dòng)物攻擊水稻后顯著上調(diào);在生物測(cè)定中，與只吃糖的昆蟲相比，飼喂含有對(duì)香豆酰腐胺或阿草酰腐胺的15%糖溶液的昆蟲死亡率更高;認(rèn)為PAs是一種快速發(fā)展的新型植物防御代謝物，對(duì)取食水稻和其他植物的草食動(dòng)物起到阻止作用。Wang等（2020a）研究發(fā)現(xiàn)，WBPH雌蟲侵染水稻后，11種PAs顯著提高;生物測(cè)定表明，4種PAs（N-阿魏?；贰-阿魏?；?、阿魏酰基胺和N1，N10-異阿魏?；鶃喚罚?duì)新出現(xiàn)的雌成蟲具有毒性。本研究認(rèn)為在RGM侵染后，抗性材料中胺類物質(zhì)顯著上調(diào)，與上述研究結(jié)果一致，但本研究中這3種胺類物質(zhì)（乙酰苯胺、芐胺和乳酰胺）是否對(duì)RGM產(chǎn)生毒害作用有待進(jìn)一步生物測(cè)定。

4 結(jié)論

受RGM侵染后，從抗、感水稻材料中共篩選到16種抗性特性物、16種易感特性物、7種侵染特性物和3種宿主特性物，其中脂肪酸及其衍生物（十六烷酸、二十烷酸、十四烷酸和β-羥基十四烷酸）、氨基酸（谷氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和γ-氨基丁酸）、酚類（阿魏酸）、萜類（葉綠醇）和胺類（乙酰苯胺、芐胺和乳酰胺）可能在植物抗蟲防御反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，是RGM侵染水稻最重要的潛在生化標(biāo)識(shí)物。

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（責(zé)任編輯 麻小燕）