馬 岳，張克信，王發(fā)伍，張強艷，張艷蕾，陶 妍，劉慧萍，劉長仲

（甘肅農業(yè)大學植物保護學院/甘肅省農作物病蟲害生物防治工程實驗室，蘭州 730070）

0 引言

馬鈴薯(Solanum tuberosum)是重要的糧食作物和經(jīng)濟作物，相對于其他糧食作物環(huán)境適應力強、產(chǎn)量潛力大、分布范圍廣、淀粉含量高。這些突出的優(yōu)點使得馬鈴薯成為世界上僅次于水稻和小麥的第三大糧食作物。近年來，馬鈴薯種薯和商品薯價格上揚，生產(chǎn)效益明顯高于小麥等其他糧食作物，農民種植積極性有很大程度的提高，種植面積呈擴大化趨勢，倒茬不及時，重茬、迎茬現(xiàn)象連年加重。加之秋茬作物面積大，伏耕面積小，當年的耕地得不到充分曬壟熟化和殺菌滅蟲，使得薯地病蟲害連年加重。大部分種植戶長期、單一、大量、無節(jié)制地使用農藥，防治病蟲害綜合措施少，防治方法不當?shù)葐栴}突出，導致馬鈴薯質量下降[1]。

截形葉螨(Tetranychus truncatus)為蜱螨亞綱蜱螨目葉螨科害蟲，國內過去長期將其與二斑葉螨和朱砂葉螨等近緣種混淆在一起，作為復合種棉紅蜘蛛(T.telarius)來研究。截形葉螨的多食性使其成為農業(yè)害蟲大爆發(fā)的一類，近年來在甘肅的玉米種植田爆發(fā)成災，其龐大的發(fā)生量也成為擴散到周邊其他種類農田的重要蟲源[2]。在部分與玉米鄰作、輪作及套作的馬鈴薯田，截形葉螨已逐漸成為馬鈴薯的重要害蟲之一。

目前對葉螨適應多寄主的機制研究多集中在二斑葉螨，其他葉螨研究很少。對截形葉螨適應多寄主的機制的研究刻不容緩。國內馬鈴薯品種的選育多集中在對推廣種植地的氣候、土壤條件、海拔高度等自然的非生物因素和當?shù)亟?jīng)濟結構、農業(yè)規(guī)劃等人文因素考慮的基礎上，在育種、選種過程中往往忽略或很少考慮侵入薯田的病蟲害因素，而是在種植過程中出現(xiàn)病蟲害時才找尋解決方法。本研究測定了2個不同抗旱性和不同生長期的馬鈴薯品種在被葉螨取食后CAT、POD、PPO、PAL、LOX等5種酶活性的變化，旨在為馬鈴薯葉螨的科學防治和種薯的品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試植物‘隴薯10號’（晚熟，耐旱型品種）和‘荷蘭15號’（早熟，干旱敏感型品種）種薯均由甘肅起東翔電子商務有限公司提供，選用當年培育出的馬鈴薯原種。馬鈴薯種薯栽種于花盆（d=17 cm、h=13 cm，每盆保苗3株）中育苗，土壤選用甘肅綠能農業(yè)科技股份有限公司培育的育苗營養(yǎng)基質壯苗1號。在人工氣候箱（(25±1)℃恒溫，RH(60±5)%，16L:8D）中進行前期育苗，待種苗植株高度達20 cm時挑選長勢一致的植株并保證單盆單株供試。

1.1.2 供試蟲源 截形葉螨于2019年采自甘肅天水馬鈴薯田，后于實驗室馬鈴薯植株上長期飼養(yǎng)（(25±1)℃恒溫，RH(60±5)%，16L:8D），形成穩(wěn)定的害螨種群用于研究。試驗在甘肅農業(yè)大學植物保護學院甘肅省農作物病蟲害生物防治工程實驗室，于2019年12月—2021年12月進行。

1.2 研究方法

1.2.1 接種處理及樣品收集‘隴薯10號’、‘荷蘭15號’各設置4個接蟲處理，分別為接蟲0(CK)、3、5、7天，每個處理重復3次，每個重復接蟲200頭。在處理結束后及時選取馬鈴薯植株相同部位的葉片（整個植株分上、中、下3個部分，選取葉片比例上:中:下=2:6:2并掃除害螨），經(jīng)液氮處理10 min后保存于-80℃冰箱以備測定葉片防御酶活力，每個酶活測定試驗均采集24個樣品。

1.2.2 馬鈴薯葉片酶活測定 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(peroxidase，POD)和過氧化氫酶(catalase，CAT)、苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase，PAL)、植物中脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)活性選用上海優(yōu)選生物科技有限公司生產(chǎn)的試劑盒（編號分別為YX-C-A500、YX-C-A520、YX-W-A510、YX-W-A604、YX-C-B404）進行測定。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2013統(tǒng)計處理試驗數(shù)據(jù)，整理后的數(shù)據(jù)使用SPSS 26.0軟件進行統(tǒng)計分析，種內采用單因素方差分析，種間采用獨立樣本T檢驗來顯著性檢驗，用Duncan's新復極差法進行多重比較，全部數(shù)據(jù)均為平均值±標準誤，以P＜0.05作為差異顯著性標準，作圖軟件使用Microsoft Excel 2013。

2 結果與分析

2.1 葉片CAT活性

由圖1可知，‘荷蘭15號’(H)和‘隴薯10號’(L)2個馬鈴薯品種被截形葉螨取食后葉片CAT含量均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。在接蟲0天時（即馬鈴薯植株未被截形葉螨取食）H和L的CAT活性無顯著差異，分別為7.4、7.6 U/mg。被葉螨取食后，2個品種的CAT活性均在第3天達到最高值，其中處理3天的H葉片CAT含量顯著高于L，其他時間H中CAT活性與L均無顯著差異。對于H，處理3天后葉片CAT活性顯著高于CK、處理5天和7天的CAT含量，分別為0天的1.5倍、5天的1.7倍、7天的2.9倍。對于L，處理3天后葉片CAT活性與CK差異不顯著，但顯著高于處理5天和7天的CAT含量，分別為5天的1.7倍、7天的2.7倍。

圖1 截形葉螨取食對馬鈴薯CAT活性的影響

2.2 POD活性

由圖2可知，2個馬鈴薯品種被截形葉螨取食后葉片POD含量均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。在接蟲0天時，L葉片中POD活性極顯著高于H，分別為98.4、32.0 U/(g·min)。被葉螨取食后，2個品種的POD活性均在第3天達到最高值，并且處理3、5、7天的L葉片中POD活性均極顯著高于H。對于H，3天后葉片POD活性顯著高于CK、處理5天和7天的POD含量，處理3天后葉片POD活性分別為0天的2.7倍、5天的4.8倍、7天的6.0倍。對于L，3天后葉片POD活性顯著高于CK、處理5天和7天的POD含量，處理3天后葉片中POD活性分別為0天的1.2倍、5天的2.1倍、7天的2.2倍。

圖2 截形葉螨取食對馬鈴薯POD活性的影響

2.3 PPO活性

由圖3可知，2個馬鈴薯品種被截形葉螨取食后葉片PPO含量均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。在接蟲0天時H中PPO活性顯著高于L，分別為28.9、25.6 U/(g·min)。被葉螨取食后，2個品種的PPO活性均在第3天達到最高值，處理3天的H葉片中PPO活性仍然顯著高于L，處理5天的L葉片中PPO活性顯著高于H，處理7天相比無顯著差異。且在處理3天后H和L葉片中PPO活性達到最高。對于H，處理3天后葉片PPO活性顯著高于CK、處理5天和7天的PPO含量，處理3天后葉片PPO活性分別為0天的1.2倍、5天的1.5倍、7天的1.5倍。對于L，處理3天后葉片PPO活性顯著高于CK、處理5天和7天的PPO含量，處理3天后葉片中PPO活性分別為0天的1.1倍、5天的1.1倍和7天的1.1倍。

圖3 截形葉螨取食對馬鈴薯PPO活性的影響

2.4 PAL活性

由圖4可知，2個馬鈴薯品種被截形葉螨取食后葉片PAL含量均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。在接蟲0天時H和L的PAL活性無顯著差異，分別為81.4、80.6 U/g。被葉螨取食后，2個品種的PAL活性均在第3天出現(xiàn)峰值，2個品種間除處理3天葉片中PAL含量無顯著差異外，處理5天和7天的H葉片中PAL活性均極顯著高于L。對于H，處理3天后葉片PAL活性顯著高于CK、處理5天和7天的PAL含量，處理3天后葉片PAL活性分別為0天的1.4倍、5天的1.4倍、7天的1.8倍。對于L，處理3天后葉片PAL活性顯著高于CK、處理5天和7天的PAL含量，處理3天葉片中PAL活性分別為0天的1.3倍、5天的1.9倍和7天的2.7倍。

圖4 截形葉螨取食對馬鈴薯PAL活性的影響

2.5 LOX活性

由圖5可知，2個馬鈴薯品種被截形葉螨取食后葉片LOX含量均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。在接蟲0天時H和L的LOX活性無顯著差異，分別為30.5、31.1 U/(g·min)。被葉螨取食后，2個品種的LOX活性均在第3天出現(xiàn)峰值，但同一處理時間2個品種之間均無顯著差異。對于H，處理3天后葉片LOX活性顯著高于CK、處理5天和7天的LOX含量，處理3天后葉片LOX活性分別為0天的1.4倍、5天的1.4倍、7天的3.0倍。對于L，處理3天后葉片LOX活性顯著高于CK、處理5天和7天的LOX含量，處理3天后葉片中LOX活性分別為0天的1.5倍、5天的1.9倍、7天的2.8倍。

圖5 截形葉螨取食對馬鈴薯LOX活性的影響

3 討論

CAT是一種抗氧化酶，普遍存在于植物組織中，能夠將植物體內多余的H2O2清除，在生物氧化過程中處于一系列抗氧化酶的終端位置。POD是活性較高的適應性酶，能夠反映體內代謝狀況以及對外環(huán)境的適應性、植物生長發(fā)育的特性。從春雷等[3]研究了西花薊馬取食與機械損傷對菜豆葉片抗氧化系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)西花薊馬取食與機械損傷2種處理誘導及處理誘導時間的不同導致SOD、POD、CAT 3種抗氧化酶活性有不同程度的升高。其他昆蟲的取食和機械損傷也可以引起植物體內保護酶活性的變化，Mith?fer等[4]研究表明，?；页嵋苟?Spodoptera littoralis)取食和機械損傷處理后利馬豆(Phaseolus lunatus)葉片內CAT、POD的活性均升高。毛紅等[5]研究綠盲蝽取食與機械損傷對棉花葉片內防御酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)綠盲蝽取食誘導不同抗性葉片的POD的活性顯著升高，機械損傷處理后POD的活性變化沒有綠盲蝽取食誘導的明顯。楊曉婷等[6]研究了煙薊馬(Thrips tabaci)取食與機械損傷誘導對蔥保護酶的影響，比較不同處理在不同時間段保護酶活力的變化差異，結果表明，煙薊馬取食后小蔥POD、SOD活力在24、48、72、96 h時變化趨勢是先上升后下降，CAT在24 h、48、72、96 h是一個不斷上升的過程，煙薊馬取食與機械損傷的誘導處理均導致蔥葉片內3種保護酶活性升高，煙薊馬取食處理保護酶活性變化高于機械損傷處理對小蔥保護酶的影響。這些研究和本研究結論相一致，本研究中在截形葉螨為害馬鈴薯后，2個品種的植株CAT、POD在時序上都表現(xiàn)出不同程度的先上升后下降，并在處理3天后達到各自的峰值，且在處理7天后達到最低水平。表明葉螨的取食脅迫可以有效促進馬鈴薯植株保護酶，尤其是抗氧化系統(tǒng)的激發(fā)，可以有效地清除植株體內的活性氧，從而在生理水平上形成對昆蟲脅迫的有效防御。處理3天后‘荷蘭15號’CAT活性顯著高于‘隴薯10號’，盡管同一處理時間‘隴薯10號’POD活性極顯著高于‘荷蘭15號’，但‘荷蘭15號’在被葉螨取食為害后的增長幅度更大。

多酚氧化酶(PPO)對植物的生物合成、光合作用以及抵御外界脅迫等起重要作用，但在果蔬中常引發(fā)褐變，使營養(yǎng)、味道和顏色等遭到破壞。當植物受到昆蟲取食脅迫時，常通過天然屏障（如木質素、細胞壁、角質層、蠟質層等）發(fā)揮作用。其次，植物組織結構在局部壞死時，通過在侵染部位形成枯斑，使病原菌得不到營養(yǎng)而最終死亡。Irawati等[7]研究發(fā)現(xiàn)，病原菌侵染能成功誘導植物體內酚類物質的生成和積累，該種物質與PPO反應后生成醌類，而后再與其他物質交聯(lián)，產(chǎn)生的物質最終充當物理屏障，阻止病原菌進一步侵襲，從而保護植物組織。李保聚等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在接種黃瓜黑星病菌后抗病品種葉組織PPO活性明顯高于對照和感病品種。Quandahor[9]研究發(fā)現(xiàn)在3個抗旱性強弱不同的馬鈴薯品種中‘，大西洋’表現(xiàn)出對桃蚜更高的耐受性。本研究和上述研究結果相符。本研究中2個品種的馬鈴薯在被葉螨為害后在時序上的表現(xiàn)都是先升高后下降，且在處理3天后葉片PPO活性達到峰值，其中‘荷蘭15號’在時序上變化更劇烈。表明葉螨取食可以有效刺激馬鈴薯PPO活性的增強，健康植株能在一定時間內對這種刺激做出積極的防御反應。處理0天和3天后‘荷蘭15號’PPO活性顯著高于‘隴薯10號’，處理5天后‘隴薯10號’PPO活性顯著高于‘荷蘭15號’‘，荷蘭15號’表現(xiàn)出較高的抗螨性，干旱敏感型馬鈴薯品種比耐旱型有更好的抗螨性。

苯丙氨酸解氨酶(PAL)與總酚等物質聯(lián)合參與植物的抗逆反應。唐永萍等[10]在研究不同灰霉病抗性蘋果果實中酚類物質代謝特征中發(fā)現(xiàn)，3個蘋果品種的果實在接種灰葡萄孢菌后7天內果肉組織中PAL的活性變化均表現(xiàn)為先升后降，并在3天后達到峰值。秦秋菊等[11]研究發(fā)現(xiàn)，機械傷害和蚜蟲侵害對棉花幼苗的PAL活性有顯著影響，棉苗在蚜蟲侵害誘導的揮發(fā)物作用下，24 h和48 h下的PAL活性均比對照提高了6%，此外PAL的誘導還可以增強鄰近健康苗的抗性。Quandahor[12]研究發(fā)現(xiàn)，干旱敏感型馬鈴薯品種表現(xiàn)出對桃蚜更高的耐受性。本研究與上述研究結果一致。在馬鈴薯被葉螨侵染的7天內，2個品種的馬鈴薯PAL在時序上都呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，并均于3天后PAL活性達到最高水平，在7天后活性顯著低于健康植株水平。表明葉螨的取食刺激能夠在一定時間內有效促進馬鈴薯植株合成PAL并表達，以提高植株自身對葉螨取食的防御能力。處理5天后‘荷蘭15號’PAL活性顯著高于‘隴薯10號’，處理7天后‘荷蘭15號’PAL活性極顯著高于‘隴薯10號’，‘荷蘭15號’表現(xiàn)出較高的抗螨性，干旱敏感型馬鈴薯品種比耐旱型有更好的抗螨性。

脂氧合酶(LOX)屬于氧化還原酶，在植物體內能專一催化含順,順-1,4戊二烯結構的多元不飽和脂肪酸的加氧反應，生成氫過氧化物，其反應中生成的各種次級產(chǎn)物會影響食物的品質和營養(yǎng)價值，它是植物十八碳酸代謝途徑的關鍵酶，在調節(jié)植物的生長發(fā)育、成熟衰老、抗蟲、抗病及抗脅迫等過程中起到重要的作用[13]。當植物受到傷害和病蟲害侵害時，LOX的活性和代謝產(chǎn)物劇增，氧化自由基、氫過氧化物及揮發(fā)性醛類化合物在一定程度上都能抑制病蟲的生長，不僅抵御微生物的侵染，還能促進傷口愈合，相同時段下抗病植株的LOX活性比敏感植株的高得多。Gobel等[14]在培養(yǎng)馬鈴薯細胞中加入晚疫病的抽取物，培養(yǎng)一段時間后發(fā)現(xiàn)LOX活性大幅度提高，并檢測出抵御病蟲害基因表達量也大幅度增加。脂氧合酶的誘導表達作用已經(jīng)在植物受到機械損傷、昆蟲取食和病原菌侵染中得到證明[15-19]。楊毛臀螢葉甲取食能誘導榿木葉片中酚類物質的含量增加，使得在防御反應中起作用的多酚氧化酶、脂氧合酶和過氧化物酶的活性增加，蛋白酶抑制劑也增多[20-22]。大豆通過LOX途徑對昆蟲的取食作出反應，大豆夜蛾(Anticarsia gemmatalis)取食大豆植物后會誘導脂氧合酶活性增加、蛋白酶抑制劑增多，同時，茉莉酸會激活編碼蛋白酶抑制劑基因的轉錄[23]。此外，呂敏等[24]研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲取食和機械損傷不僅會誘導棉花、玉米植株的LOX活性升高，還能誘導鄰近健康植株的LOX活性升高，并且LOX在昆蟲取食和機械損傷誘導的棉花、玉米間通信中起作用。本研究和上述研究結果一致，馬鈴薯在受到葉螨取食刺激后LOX活性在時序上表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，且2個品種均在3天后LOX活性達到峰值，在此之后持續(xù)下降，于7天后達到最低水平并顯著低于健康植株。表明葉螨的取食刺激可以有效馬鈴薯植株LOX的表達，LOX途徑明顯參與了植物防御昆蟲取食誘導的防御反應。同一時間內2個品種間LOX的活性差異不顯著。

本試驗首次以甘肅省內馬鈴薯截形葉螨為研究對象，對比探究不同抗旱性的馬鈴薯品種對截形葉螨的抗性表達；首次以‘荷蘭15號’和‘隴薯10號’馬鈴薯品種和馬鈴薯截形葉螨為試驗材料，探究馬鈴薯抗旱性和抗螨性是否存在相關性。但該試驗在寄主材料上只選用了‘荷蘭15號’和‘隴薯10號’馬鈴薯品種，未充分考慮其他馬鈴薯品種在抗螨性上是否存在優(yōu)勢；未考慮其他種、屬的馬鈴薯害蟲，僅將馬鈴薯截形葉螨作為接種害蟲。試驗僅對馬鈴薯品種的抗旱性和馬鈴薯抗螨性有一定的指導意義，對馬鈴薯品種的其他抗性未做研究，試驗結果也僅適用于馬鈴薯品種抗旱性和抗螨性相關性的研究。在實際生產(chǎn)中薯田的蟲害情況往往比試驗中要復雜得多，在同一時空中多個種、屬的害蟲往往會同時存在，防控難度更大。在今后的研究中應該多設計并進行大田試驗，增加多個馬鈴薯品種和多種馬鈴薯害蟲，以探究適用于復雜實際生產(chǎn)中更有效的病蟲害防止措施，為甘肅省乃至全國薯田病蟲害綠色防控做出綿薄貢獻。

4 結論

本試驗將截形葉螨接種到2個耐旱能力不同的馬鈴薯品種上，通過測定7天內的馬鈴薯生理酶活性來比較不同馬鈴薯品種對葉螨取食危害的防御響應。CAT、POD、PPO、PAL、LOX 5種防御酶活性在受到葉螨取食刺激后都表現(xiàn)出不同程度的增強，均參與了植物機體對昆蟲的防御反應，通過促進受害植株體內自由氧的消減，木質素、花青素、生物堿等苯丙素類化合物、氫過氧化物含量的提高來增強機體防御能力。在各防御酶活性出現(xiàn)峰值后持續(xù)下降并于7天后顯著低于健康植株水平，說明葉螨在時序上持續(xù)危害后能導致植株機體紊亂，從而導致植株不能很好地持續(xù)性維持對螨害的高效性防御響應。受到葉螨取食刺激后的LOX活性增減程度在品種間沒有顯著差異，但從CAT、PPO和PAL看干旱敏感型馬鈴薯品種比耐旱型有較高的抗螨性；盡管耐旱型馬鈴薯品種的POD活性比干旱敏感型高，但被葉螨取食為害后干旱敏感型馬鈴薯品種的POD活性增長幅度更大?？傮w分析，馬鈴薯品種的抗螨性和其本身耐旱性、品種生長期長短的關系是非線性的，但干旱敏感型表現(xiàn)出較高的抗螨性。此外，葉螨危害不同于其他昆蟲的是，其為害時會在植株葉片上和分枝之間吐絲結網(wǎng)，且隨危害時間的延長結網(wǎng)增多、增厚，必定會影響植物光合作用進而影響植株營養(yǎng)物質的積累，從而加快螨害株的凋零、死亡。