關鍵詞馬鈴薯塊莖蛾；馬鈴薯；防御酶；次生代謝物；營養(yǎng)物質

馬鈴薯是我國四大主要糧食作物之一。中國是世界上重要的馬鈴薯生產國，馬鈴薯產量占世界馬鈴薯總產量的1／3。馬鈴薯塊莖蛾已經成為影響馬鈴薯產業(yè)健康發(fā)展的主要因素之一。馬鈴薯塊莖蛾屬鱗翅目Lepidoptera麥蛾科Gelechiidae，又名煙草潛葉蛾，馬鈴薯麥蛾，是茄科作物的世界性農業(yè)害蟲。在田間，馬鈴薯塊莖蛾幼蟲主要侵入茄屬作物的葉、莖和葉柄。在馬鈴薯的儲存過程中，馬鈴薯塊莖蛾成蟲將卵產在塊莖表面，集中在裂縫或去皮的馬鈴薯塊莖上。該蟲在我國南方馬鈴薯產區(qū)普遍發(fā)生，尤其是在云南、四川、貴州等地區(qū)該害蟲發(fā)生極為嚴重，且隨著氣候的變化該蟲可能會擴散到其他馬鈴薯生產區(qū)。

在植物一昆蟲相互作用、協(xié)同進化過程中，植物進化出了復雜的防御策略來抵御植食性昆蟲的侵害。植物在受到外來脅迫時會啟動誘導型防御機制。這種防御機制一般有3種途徑：1）產生黃酮、單寧、生物堿或者揮發(fā)性化合物（ HIPVs）等次生代謝物質來直接殺死害蟲。2）產生抗氧化酶或防御相關酶，如多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）、過氧化氫酶（catalase，CAT）等防御蛋白來減弱或抑制昆蟲自身消化食物的能力。3）降低植物本身的營養(yǎng)水平（如氨基酸、糖類）使昆蟲得不到足夠生長繁殖所需的營養(yǎng)物質，進而導致昆蟲死亡。研究表明，不同品種棉葉被二斑葉螨Tet-ranychus urticae取食后，其CAT、PPO的酶活力均顯著高于未取食對照組。美國白松木蠹象Pis-sodes strobi攻擊巨云杉莖中的萜烯合成酶（TPS）轉錄物強烈增加。吳芳等研究表明，隨著薊馬數(shù)量的增加，供試苜蓿品種的黃酮、單寧和木質素含量均顯著高于對照，但PPO酶活性卻有所降低。種群密度20頭／株的食葉害蟲樟葉蜂Mesoneura ruf’onota在取食樟樹1d后會顯著降低葉片總酚和總糖含量；上述研究表明，從植物葉片中防御蛋白、次生代謝物和營養(yǎng)成分等物質的含量變化來探究作物應對蟲害的生理防御機制一直是研究的主要趨勢和切人點，這對預防和指導蟲害防治具有重要的科學價值。不過，目前的研究多集中在植物應對蟲害產生防御物質成分的評估，對昆蟲取食后植物在時間動態(tài)上的響應機制及不同防御物質的協(xié)同與權衡研究較少。

本研究以馬鈴薯和馬鈴薯塊莖蛾為研究體系，設置盆栽模擬試驗，探究3個馬鈴薯品種被塊莖蛾取食后其防御酶、次生代謝物和營養(yǎng)物質的動態(tài)變化，為明確昆蟲與植物的互作關系及塊莖蛾的綜合防治提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試馬鈴薯品種：‘青薯9號’‘合作88’‘米拉’。

供試蟲源：馬鈴薯塊莖蛾在云南農業(yè)大學植物保護學院昆蟲生理實驗室隔離飼養(yǎng)（溫度27℃，相對濕度80%-90%）所建立的種群。

1.2試驗方法

1.2.1馬鈴薯種植、接蟲處理及取樣

選取大小一致、健康無病蟲害侵染的種薯單盆單薯種植在直徑20cm．高30cm的塑料盆中。每個品種設置塊莖蛾取食（PTM）和空白對照（CK）兩個處理，每處理設置8個時間點，每個時間點均設置3個重復，因此每個品種種植48盆。為避免其他昆蟲取食和植株之間的相互影響，每盆之間間隔1m并用防蟲網覆蓋，放在溫室中培養(yǎng)，溫度（27±2）℃，相對濕度（75±10）%，光周期L∥D=12h∥12h，定期按同樣的標準澆水施肥，待植株長到5片完全展開葉，分別在3個品種馬鈴薯的5片完全展開葉上，人工接種馬鈴薯塊莖蛾2日齡初孵幼蟲2頭（塊莖蛾幼蟲接種前饑餓處理5h），此為塊莖蛾取食處理（PTM）?？瞻讓φ眨–K）植物不作任何處理。分別在塊莖蛾取食0、3、6、12、24、48、72、96h時從CK和塊莖蛾取食的植株上選取大小和葉齡一致的葉片約1.0g裝入自封袋中，做好標記迅速放人液氮中冷凍以備后續(xù)生理指標的測定。每個處理每個時間點的3個重復樣本分別從3株相同處理的馬鈴薯植株上獲得。

1.2.2生理指標測定

總氨基酸含量、萜烯合成酶（TPS）活性和類黃酮（flavonoids）含量采用ELISA（雙抗夾心法）試劑盒（96T，購自江蘇科特生物科技有限公司）測定。過氧化氫酶（CAT）活性、多酚氧化酶（PPO）活性和單寧含量采用微板法試劑盒（96T，購自蘇州格銳思生物科技有限公司）測定。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用Excel 2019記錄和整理數(shù)據(jù)。采用SPSS27.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。雙因素方差（Two-way ANOVA）分析處理方式（取食和不取食）、取樣時間及其交互作用對不同馬鈴薯品種葉片生理指標的影響。單因素方差分析（One-wayANOVA）及多重比較檢驗同一處理下不同取樣時間的影響及其差異顯著性。t檢驗分析同一取樣時間下2種處理方式的差異顯著性。GraphPadPrism 9.5軟件作圖，顯著水平設置為0.05。

2結果與分析

2.1馬鈴薯塊莖蛾取食對不同品種馬鈴薯葉片防御酶活性的影響

2.1.1對過氧化氫酶（CAT）活性的影響

從圖1可以看出，取樣時間和處理方式對3個品種馬鈴薯葉片的過氧化氫酶活性均有顯著或極顯著影響。隨著取食時間的增加，3個馬鈴薯品種葉片的CAT活性均呈現(xiàn)升高一降低一升高的變化趨勢。從CAT活性的增降率（表1）看，與對照相比，除了‘米拉’被馬鈴薯塊莖蛾取食24h和96h的CAT活性顯著低于對照（圖1c），其余各個時間點的CAT活性均呈正增長?！嗍?號’和‘合作88’被取食后各時間點CAT活性均呈正增長（圖1a，b）。相對于未取食對照，‘青薯9號’‘合作88’和‘米拉’的平均增長率分別是123.68%、138.06%和28.95%，表明3個品種受蟲害脅迫后過氧化氫酶的活性整體呈升高趨勢，且‘合作88，變化最明顯，‘青薯9號’次之，‘米拉’變化最小。

2.1.2對多酚氧化酶（PPO）活性的影響

從圖2中可以看出，‘青薯9號’和‘合作88'整體上都呈現(xiàn)升高一降低一升高的變化趨勢，而‘米拉’則是先升高后降低的趨勢（圖2）。取樣時間和處理方式對‘合作88'和‘米拉’葉片多酚氧化酶（PPO）的活性有顯著影響?！嗍?號’中馬鈴薯塊莖蛾取食葉片的PPO活性在取食6h時顯著高于0h，同時也是PPC）活性的最大峰值，為1369.73△OD/（min·g）；其他時間點各處理之間的PPO活性無顯著差異，但均顯著低于取食6h處理。與對照（CK）相比，僅有取食6h和12h兩個處理分別顯著高于CK，其他處理與對照間則無顯著差異（圖2a）。取樣時間對‘青薯9號’酶活性的影響不顯著。

被取食‘合作88’的PPO活性隨時間的變化情況（圖2b）與‘青薯9號’相似。而在‘合作88’品種上的PPO活性變化情況（圖2b）顯示，取樣時間與處理方式對其酶活性有顯著影響。

從PPO活性增降率表（表1）看，與未被塊莖蛾取食的對照相比，‘青薯9號’‘合作88’和‘米拉’在取食后的3～96 h內PPO活性均呈正增長，平均增長率分別為89.41%、192.89%、110.23%。這表明蟲取食后的3～96h內，‘合作88’的PPO活性變化最明顯，‘青薯9號’變化最小。

2.1.3對萜烯合成酶（TPS）活性的影響

從圖3可以看出，取樣時間和處理方式都對3個馬鈴薯品種的TPS酶活性產生了極顯著影響。3個品種的TPS活性變化整體上均呈升高一降低一升高的變化趨勢，且塊莖蛾取食葉片的TPS活性均從3h開始上升，‘青薯9號’‘合作88’均在24h達到峰值。與空白對照相比，‘青薯9號’在馬鈴薯塊莖蛾取食3、12、24h和48h處的TPS活性顯著升高（圖3a）；‘合作88’塊莖蛾取食處理3、6、12、24h和96h后的酶活性顯著升高（圖3b）；而在‘米拉’，只有馬鈴薯塊莖蛾取食處理48 h和96h顯著升高（圖3c）。從TPS活性的增降率表（表1）中可以看出，與空白對照相比，‘青薯9號’平均增長率為42.08%。而‘合作88’在取食脅迫48h和72h處呈負增長外，其余時間點均呈正增長，平均增長率為46.21%?！桌谌∈趁{迫24h后呈負增長外，其余時間點均呈正增長，平均增長率為19.08%。這表明，馬鈴薯塊莖蛾取食后，葉片中TPS酶活性整體呈上升趨勢，‘合作88’的酶活性變化略高于‘青薯9號’‘米拉’的酶活性變化最小。

2.2馬鈴薯塊莖蛾取食對不同品種馬鈴薯葉片總氨基酸（營養(yǎng)物質）含量的影響

從圖4可見，3個品種中，取樣時間和處理方式都對葉片的總氨基酸（T-AA）含量產生了極顯著影響。‘合作88’和‘青薯9號’整體呈現(xiàn)下降一升高一下降一升高的波動式變化趨勢，而‘米拉’的總氨基酸含量呈現(xiàn)升高一降低一升高的趨勢。‘青薯9號’中，除了0h和12h，其余各時間點下馬鈴薯塊莖蛾取食處理的葉片總氨基酸含量相比于空白對照處理均顯著降低（圖4a）?！献?8’被取食3、6、12、48h和72h時葉片總氨基酸含量顯著低于空白對照（圖4b）。除了24h，‘米拉’葉片中的馬鈴薯塊莖蛾取食處理后的總氨基酸含量（T-AA）都顯著低于同時間點的空白對照處理（圖4c）。從總氨基酸（T-AA）含量的增降率（表1）中可以看出，與未被塊莖蛾取食的葉片相比，‘米拉’遭受蟲脅迫后的總氨基酸含量均呈負增長，平均增長率為-17.53%。與對照相比，‘青薯9號’和‘合作88’分別在12h和96h的總氨基酸（T-AA）含量呈正增長，其余時間點均呈負增長，平均增長率分別為-16.63%和-25.25%。這表明塊莖蛾取食都顯著造成了各個品種中總氨基酸（T-AA）含量的下降，其中‘合作88’下降最明顯，‘米拉’次之，‘青薯9號’整體下降幅度最小。

2.3馬鈴薯塊莖蛾取食對不同品種馬鈴薯葉片次生代謝物的影響

2.3.1對單寧含量的影響

從圖5中可以看出，處理方式和取樣時間均對葉片單寧含量的變化起到了極顯著影響?！嗍?號’中，3、12、24、48、72h和96h的塊莖蛾取食葉片的單寧含量顯著高于對照葉片（圖5a）。除0h和48h外，‘合作88’其余各時間點的塊莖蛾處理后的單寧含量都顯著高于空白對照（圖5b）?！桌?，與未被取食的空白對照相比，6h和72h的塊莖蛾取食處理后的單寧含量與空白對照處理無顯著差異，24h取食處理顯著低于對照，其余時間點均顯著高于空白對照（圖5c）。

從單寧含量的增降率表（表1）中可以看出，與未被取食的空白對照相比，只有‘米拉’的24h和72h呈負增長，其余時間點均呈正增長，平均增長率為81.31%。‘青薯9號’和‘合作88’各時間點的單寧含量相比空白對照而言均呈正增長，兩者的增長率分別為96.47%和81.18%。這表明，塊莖蛾取食會引起3個品種馬鈴薯葉片單寧含量的增加，‘青薯9號’的單寧含量整體增幅最多，‘米拉’和‘合作88’的單寧含量平均增加量相當。

2.3.2對類黃酮含量的影響

從圖6可以看出，取樣時間和處理方式都對3個馬鈴薯品種葉片的類黃酮含量產生了極顯著影響?！嗍?號’和‘合作88’中所有時間點塊莖蛾取食處理的類黃酮含量顯著高于同一時間的空白對照處理（圖6a，b）?！桌?、3h和96h塊莖蛾取食葉片處理的類黃酮含量相比空白對照無顯著差異，72h時顯著低于空白對照，其余時間點顯著高于空白對照處理（圖6c）。從類黃酮含量的增降率表（表1）中可以看出，與空白對照相比，‘青薯9號’和‘合作88’的每個時間點均呈正增長，平均增長率分別為103.59%和103.57%。與空白對照相比，‘米拉’除了72、96h呈負增長外，其余時間點都呈正增長，平均增長率為27.26%。這表明馬鈴薯塊莖蛾取食葉片后，會導致其類黃酮含量升高，‘青薯9號’和‘合作88’的增長率最大，‘米拉’最小。

3結論與討論

本研究綜合考察了馬鈴薯塊莖蛾取食和不取食下3個馬鈴薯品種葉片防御酶活性和代謝物含量在時間上的動態(tài)變化。總體來看，除了取樣時間（FT）對‘青薯9號’葉片的PPO酶活性沒有顯著影響外，其余處理中取樣時間和處理方式都對3個品種的各個指標產生了顯著或極顯著的影響。

過氧化氫酶（CAT）是植物體內常見的抗氧化酶之一。本研究中3個品種被取食后CAT的平均活性與對照相比均升高，這與二斑葉螨侵擾不同品種棉葉后其CAT活性升高的結果一致。馬鈴薯塊莖蛾取食葉片后，其CAT活性升高可能是為了清除線粒體電子傳遞、脂肪酸氧化以及光呼吸等過程中產生的過氧化氫（H2O2），從而減輕活性氧自由基對植物造成的傷害?！献?8’的CAT平均增加率最高，‘米拉’相比另兩個品種，其平均增長率要低得多。一方面可能是由于‘合作88’對塊莖蛾取食最敏感，體內CAT活性變化最劇烈，可能是CAT活性具有品種特異性，具體原因還需進一步驗證。植物損傷的直接后果是細胞分隔被破壞，使PPO在氧氣存在的情況下，催化酚類化合物轉化為醌，醌具有與植物蛋白共價結合的能力，這種結合導致親核氨基酸的營養(yǎng)供應能力下降，從而抵御病蟲為害。本研究中‘合作88’的PPO活性平均增長最高，且早在3h時就表現(xiàn)出塊莖蛾取食與對照的差異，而‘青薯9號’和‘米拉’分別在6h和12h才有顯著差異。PPO的過量表達在一定程度上能夠增強植物對病蟲害的抗性。上述結果說明‘合作88’對塊莖蛾抗性要強于‘青薯9號’和‘米拉’。萜烯合成酶（TPS）是植物生物合成萜烯揮發(fā)物的關鍵酶。萜烯類化合物往往與植物一植食性昆蟲和植物一環(huán)境的相互作用和防御作用有關。萜烯合成酶的活性變化在一定程度上也可以反映植物受病蟲害侵擾的程度。在本研究中，3個品種被塊莖蛾取食后其TPS活性均升高，‘合作88’平均增長率略高于‘青薯9號’‘米拉’最低，說明‘合作88’抵抗馬鈴薯塊莖蛾的能力較強。目前植物與昆蟲互作有關TPS活性測定的研究較少，但TPS基因的研究很多，如大豆的（E，E） -a-法尼烯合酶基因GmAFS在大豆地上和地下器官中分別對線蟲和昆蟲具有防御作用。因此TPS基因的高表達可能使TPS轉錄物增加，從而使酶活性升高。

寄主植物的營養(yǎng)成分對草食昆蟲的寄主選擇、取食、產卵等行為有著重要的影響作用。本研究中3個馬鈴薯品種被塊莖蛾取食后總氨基酸含量均下降，‘合作88，的平均下降率最大，‘青薯9號’和‘米拉’下降率相當。研究表明松樹在思茅松毛蟲為害脅迫下，隨著受害程度的加重松針內黃酮、單寧、總酚含量呈上升趨勢，可溶性糖、多糖、蛋白質含量呈現(xiàn)下降趨勢，這和我們的結果是一致的。低濃度的葉片蛋白通常會導致食草動物的生長速度降低，這是植物抵御外來人侵的自我保護機制之一。

次生代謝物會對植食性昆蟲產生忌避、拒食甚至致死作用，可干擾其體內酶活性，抑制其生長發(fā)育等。單寧是一類多功能的天然酚類生物分子，其主要作用是保護植物免受昆蟲和真菌的侵害。類黃酮會在植物遭遇更加極端或持久性的脅迫時不斷合成積累，部分深入整合到脂質雙層中，保護脂質和膜蛋白免受氧化損傷；部分轉運至胞漿中清除活性氧并抑制其生成。有關植物與昆蟲互作中次生代謝物的研究很多，如烏桕Triadica sebifera葉片遭受到紅胸律點跳甲Aphthonornorpha collaris為害日寸，其葉片的單寧含量顯著增加。在線蟲感染植物根的過程中類黃酮被誘導，與易感植物品種相比，在抗性植物中被誘導的程度更高。本研究中3個馬鈴薯品種被塊莖蛾取食后，單寧和類黃酮含量與對照相比均顯著升高，‘青薯9號’單寧的平均增長率大于‘合作88’和‘米拉’，‘合作88'和‘米拉’的單寧平均增長率相當。而對于類黃酮，‘青薯9號’和‘合作88’的平均增長率相當，都遠大于‘米拉’的類黃酮平均增長率。由此看來，‘青薯9號’內次生代謝物對塊莖蛾取食的敏感度更高，變化更劇烈。