朱砂叶螨为害前后抗、感木薯品种叶组织中无色花青素还原酶活性差异分析

为了解木薯单宁酸合成关键酶无色花青素还原酶(leucoanthocyanidin reductase,LAR)在木薯抗螨中的功能与作用,本研究分析朱砂叶螨为害前后抗、感木薯品种不同叶龄组织LAR酶活性变化差异。结果表明:朱砂叶螨为害1、8 d时,高感木薯品种BRA900的未展开叶、展开幼嫩叶、顶芽下第3叶、中下部叶片的LAR酶活性分别为螨害前的1.38倍和1.44倍、1.33倍和1.48倍、1.42倍和1.43倍、0.82倍和0.50倍,除了中下部叶片螨害8 d的LAR酶活性显著降低外,其余叶片LAR酶活性在螨害前后均无显著差异(p<0.05);朱砂叶螨为害1、8 d时,高抗木薯品种C1115的未展开叶、展开幼嫩叶、顶芽下第3叶、中下部叶片的LAR酶活性则分别比螨害前显著提高2.13倍和2.41倍、2.02倍和2.09倍、2.02倍和2.04倍、2.01倍和2.03倍(p<0.05)。上述结果为阐明LAR酶活性显著提高与木薯品种抗螨能力的相关性及田间朱砂叶螨主要为害木薯中下部叶片提供了初步证据。      

木薯种质对朱砂叶螨的抗性评价

在建立切实可行的木薯抗螨性评级标准的基础上,对国家木薯种质资源圃227份核心木薯种质进行抗朱砂叶螨的抗性评价,并探讨抗、感性稳定的8份木薯种质对朱砂叶螨生长发育与繁殖的影响。结果表明:227份被评价的核心木薯种质中对朱砂叶螨高抗的种质2份,抗性种质4份,中抗种质116份,感性种质87份,高感种质18份;抗性木薯种质对朱砂叶螨的发育与繁殖具有显著的影响,取食高抗种质C1115和缅甸种叶片后朱砂叶螨雌雄成螨均不能存活,与取食高感种质ZM9066、CM1210-10、瑞士F21和BRA900相比,取食抗性种质哥伦比亚4D和PII167后,朱砂叶螨的发育历期显著延长,平均每雌螨产卵量显著减少,后代卵的孵化率显著降低,雌、雄成螨寿命均显著缩短。本研究结果为深入开展木薯抗螨性机理、抗螨种质的挖掘及其利用研究提供了理论基础。     

二斑叶螨为害前后抗、感木薯转录组分析及水杨酸、茉莉酸途径差异表达基因验证

本研究通过比较二斑叶螨为害前后抗、感螨木薯品种转录组差异,筛选差异表达基因,并采用qPCR验证水杨酸、茉莉酸信号途径基因的差异表达。转录组分析结果表明,与螨害前相比,螨害1、8 d后,抗螨木薯品种C1115的差异表达基因为589、587个,感螨木薯品种BRA900的差异表达基因为1271、930个,C1115相对于BRA900的差异表达基因分别为383、251个。GO和KEGG富集分析发现这些差异表达基因主要显著集中在次生代谢物质合成、苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成和氧化还原反应等过程。qPCR验证结果显示,二斑叶螨为害后,抗螨参照标准木薯品种C1115的水杨酸信号途径基因PAL2、4CL3、WRKY7和NPR3的表达量较为害前呈现先显著提高后降低的趋势,而感螨参照标准木薯品种BRA900中上述4个基因的表达始终维持在显著高于为害前的水平。受螨害后抗螨木薯C1115中茉莉酸信号途径基因JAR1、LOX2和OPR11的表达量也较为害前显著提高,而感螨木薯BRA900中这3个基因的表达量则降低至显著低于螨害前的水平,qPCR验证结果和转录组分析结果相一致。本研究结果表明,抗螨木薯品种C1115受螨害后能够同时激活水杨酸、茉莉酸信号途径以抵御二斑叶螨为害,为深入阐明木薯抗螨分子机理,选育和创制抗螨木薯品种提供了理论参考依据。     

朱砂叶螨为害前后抗、感木薯品种叶组织营养物质含量差异分析

为了明确营养物质在木薯抗螨性中的重要作用,在获得遗传稳定的抗、感螨参照标准木薯品种的基础上,采用分光光度法开展了朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中营养物质含量的差异分析。结果表明：朱砂叶螨为害1、4、8 d的抗螨参照标准木薯品种C1115叶组织中的游离氨基酸（FAA）、可溶性糖（WSS）、可溶性氮（SN）含量均显著降低,分别是为害前的69.69%、69.29%和63.42%,73.16%、73.71%和72.75%,45.97%、46.21%和46.13%（P<0.05）;但糖氮比（S/N）显著升高,是为害前的159.15%、159.46%和157.83%（P<0.05）,游离脯氨酸（Pro）含量无显著变化。螨害1、4、8 d的感螨参照标准木薯品种BRA900叶组织中的FAA含量和WSS含量与为害前无显著差异,SN含量显著升高,是为害前的148.50%、148.73%和148.77%;S/N显著降低,是为害前的62.61%、61.48%和61.92%;Pro含量显著升高,是为害前的373.82%、367.33%和362.61%,但为害前后无显著性差异（P<0.05）。     

朱砂叶螨为害对木薯光合特性的影响

为了探讨朱砂叶螨(Tetranychus cinnabarinus Boisduval)为害损失理论基础,从叶绿素含量与光合特性相关的保护酶活性2个层次探讨朱砂叶螨为害对木薯光合特性的影响,以期为深入开展木薯螨害损失机理和及时监测与防控提供理论依据.结果表明:朱砂叶螨为害显著降低木薯叶片的叶绿素含量,但对不同的光合特性保护酶活性的影响不同.木薯叶片多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性随着为害程度(每叶接螨数量)的增加和为害时间的延长呈显著上升趋势,但当每叶接45、55头朱砂叶螨时,其活性随着为害程度(每叶接螨数量)的增加和为害时间的延长先显著上升后显著下降;朱砂叶螨为害显著降低了木薯叶片抗坏血酸过氧化物酶(AsA-POD)和酯酶(α-NA EST/B-NA EST)的活性,但对木薯叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性无显著影响.上述结果为及时有效防控朱砂叶螨的发生、为害及为害损失机理的深入探讨奠定了基础.     

朱砂叶螨转录因子TcNrf2对抗氧化酶基因表达的调控功能初步研究

转录因子Nrf2对模式生物抗氧化酶的调控起关键作用,但迄今为止尚未见Nrf2具有对害螨抗氧化酶调控功能相关报道。本研究将模式生物研究中已知的Nrf2基因抑制剂、激活剂处理朱砂叶螨,通过抑制、激活其转录因子TcNrf2的表达,研究其对下游调控的抗氧化酶基因TcSOD和TcCAT表达的影响。结果表明,采用抑制剂护鸦胆子苦醇处理时,朱砂叶螨取食抗、感木薯品种1、4、8d后,TcNrf2、TcSOD和TcCAT的基因表达量均显著降低,而采用抑制剂视黄酸处理时上述基因表达不受影响;采用激活剂特丁基对苯二酚和二噻环戊二烯硫酮分别处理后,朱砂叶螨TcNrf2、TcSOD和TcCAT的基因表达量均显著提高,说明TcNrf2及其调控的TcSOD和TcCAT基因表达量变化趋势具有一致性。本研究从分子水平直接证明TcNrf2基因在木薯抗螨中具有重要作用,为木薯抗螨分子机理研究奠定理论基础。     

基于生氰糖苷降解途径基因表达特性的木薯品种对二斑叶螨的抗性机制初探

为初步探究生氰糖苷降解途径2个基因α-HNL和β-glu在木薯品种对二斑叶螨抗性中的作用,本研究以抗螨木薯品种‘C1115’‘缅甸’‘SC9’和感螨木薯品种‘SC205’‘面包’‘BRA900’为材料,分析木薯生氰糖苷降解途径基因及其编码的生化酶在二斑叶螨取食木薯品种不同部位叶片（上部、中部和下部）不同时间后（1、4 d）的表达量及酶活性的变化情况。结果表明,α-HNL在感螨木薯品种上部和中部叶片中的表达量随螨害时间的延长而显著降低;在抗螨木薯品种的不同部位叶片中,α-HNL的表达量均随螨害时间的延长而显著升高,并且以中部和下部叶片的升高趋势更为显著。β-glu在抗、感螨木薯品种不同部位叶片中的表达量均很低,难以比较该基因的表达量在不同木薯品种、不同部位叶片受螨害后的变化情况,但在能检测到的少量样品当中,抗螨木薯品种的占比也多于感螨木薯品种。进一步进行酶活性分析结果表明,抗螨木薯品种受螨害后,随着时间的延长,降解途径基因α-HNL编码的α-HNL酶活性呈逐渐升高或维持不变的趋势,并且以中部和下部叶片的升高趋势更为显著,而在感螨木薯品种中,随着螨害时间的延长,α-HNL酶活性则呈逐渐降低或先升高后降低的趋势;β-glu基因编码的β-GLU酶活性在不同木薯品种中均呈较低的水平,这可能与其对应编码的基因表达量低有关,但总体而言,降解途径2个基因编码的降解酶α-HNL和β-GLU在抗螨木薯不同叶片组织中的活性总体上也显著高于感螨木薯。本研究初步揭示了不同木薯品种受螨害不同时间后,生氰糖苷降解基因和酶可能与木薯对二斑叶螨的抗性有关。     

拟小食螨瓢虫对木薯朱砂叶螨的行为反应与空间分布相关性

拟小食螨瓢虫对小薯上朱砂叶螨种群数量具有一定的控制作用.为研究利用拟小食螨瓢虫控制朱砂叶螨,在观察拟小食螨瓢虫成虫对朱砂叶螨成、若螨和卵的逐日捕食量基础上,测定拟小食螨瓢虫对不同密度朱砂叶螨+螨害木薯叶VS健康木薯叶的选择性,调查拟小食螨瓢虫和朱砂叶螨在木薯上的空间分布相关性.结果表明:①拟小食螨瓢虫羽化后第3天对朱砂叶螨成、若螨和卵的捕食量达最大值,并趋于稳定.②当朱砂叶螨若螨和成螨密度为30头/叶及40头/叶时,拟小食螨瓢虫显著地趋向朱砂叶螨+螨害木薯叶复合体;(③当朱砂叶螨若螨和成螨在木薯上的分布数量分别为41.90头和32.60头时,拟小食螨瓢虫在木薯上的分布数壁达最大;(④天敌拟小食螨瓢虫对木薯朱砂叶螨的行为选择与二者在木薯上的空间分布之间存在正相关关系.本研究结果可为探讨拟小食螨瓢虫对木薯朱砂叶螨的选择机制,以便更好地利用其控制木薯朱砂叶螨为害提供科学依据.     

木薯叶片厚度、蜡质含量和气孔密度与抗朱砂叶螨的关系

为明确不同木薯品种的叶片组织结构与抗朱砂叶螨的关系,通过对木薯田间螨害情况的调查,计算出感、抗性稳定的感螨品种华南101、华南124和抗螨品种华南7号、华南13号的螨害指数,同时对叶片的相关物理性状进行测定,分析了叶片厚度、蜡质含量和气孔密度与木薯抗朱砂叶螨的关系。结果表明:4份木薯种质华南101、华南124、华南7号和华南13号的螨害指数依次为89.2%、65.8%、38.3%和0.8%;木薯叶片厚度与螨害指数呈显著负相关;气孔密度与螨害指数呈显著正相关;蜡质含量与螨害指数无显著相关性。上述结果为深入探究木薯抗螨机制提供了初步的理论基础。     

基于RNAi技术研究六点始叶螨转录因子Nrf2调控抗氧化酶的功能

转录因子Nrf2对脊椎动物抗氧化酶的调控起关键作用,然而当前Nrf2对害虫（螨）抗氧化酶调控功能的相关研究报道较少,本研究拟克隆六点始叶螨转录因子EsNrf2,并分析采用RNAi沉默EsNrf2对六点始叶螨取食感螨橡胶树种质‘IAN2904’和抗螨橡胶树种质‘IRCI12’后抗氧化酶EsSOD、EsCAT基因表达水平和超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性的影响。结果表明,采用RACE-PCR从六点始叶螨体内克隆得到大小为1719 bp的序列,并经同源分析和功能域注释确证其为六点始叶螨转录因子EsNrf2。饲喂浓度为50 ng/μL的dsEsNrf2 48 h后对EsNrf2基因的沉默效率达到90.6%,进一步研究发现,与EsNrf2沉默前相比,EsNrf2沉默后六点始叶螨取食抗、感螨橡胶树种质后体内EsSOD和EsCAT的基因表达量、SOD和CAT酶的活性均显著降低（P<0.05）。上述结果从分子水平证明EsNrf2能够调控六点始叶螨抗氧化酶SOD和CAT的表达。     

木瓜秀粉蚧为害对不同木薯品种次生代谢物质含量的影响

次生代谢物质在植物防御植食性害虫时发挥重要作用,但目前尚无次生代谢物质与木薯品种抗虫相关性的报道。本研究系统开展了木瓜秀粉蚧为害前后不同木薯品种叶组织中总酚、丙二醛、单宁等次生代谢物质含量的差异分析。结果表明,与为害前相比,木瓜秀粉蚧为害1、4、8 d后,感虫木薯品种‘BRA900’‘面包’‘SC205’和‘瑞士T7’叶组织中总酚与丙二醛含量无显著差异,单宁含量则显著降低,而抗虫木薯品种‘缅甸’和‘C1115’叶组织中总酚和单宁含量显著增加,丙二醛含量显著降低。抗虫木薯品种的总酚含量在粉蚧为害前显著低于感虫木薯品种,而粉蚧为害1、4、8 d后显著高于感虫木薯品种;抗虫木薯品种丙二醛含量在为害前与感虫木薯品种无显著差异,粉蚧为害1、4、8 d后显著低于感虫木薯品种;抗虫木薯品种单宁含量在为害前后均显著高于感虫木薯品种。相关性分析发现,木薯对木瓜秀粉蚧的抗性与叶组织中总酚含量和单宁含量显著正相关,与丙二醛含量显著负相关。本研究初步阐明基于次生代谢物质总酚、丙二醛、单宁的木薯品种对木瓜秀粉蚧的抗性机理。     

不同木薯品种对木瓜秀粉蚧抗氧化酶活性的影响

为了深入探讨木瓜秀粉蚧（Paracoccus marginatus）对木薯的选择性机理,本研究采用紫外分光光度法测定分析了木瓜秀粉蚧取食不同木薯品种1、2、4 d后体内超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、过氧化氢酶（catalase, CAT）、过氧化物酶（peroxidase, POD）和多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）的活性差异。结果表明,木瓜秀粉蚧取食不同木薯品种后抗氧化酶活性存在显著差异,取食‘C1115’后其体内SOD活性最低,取食‘SC8002’后其体内CAT活性最低,取食‘SC8’后其体内POD和PPO活性最低。木瓜秀粉蚧取食木薯品种‘J1301’‘SC11’‘SC8002’‘东莞红尾’‘SC8’‘缅甸种’和‘C1115’后其体内SOD、CAT、POD和PPO活性在任一测定时间内和对照相比均显著降低。研究表明,上述木薯品种被木瓜秀粉蚧取食后能够通过抑制木瓜秀粉蚧体内抗氧化酶活性,干扰其正常活性氧代谢,可能对木瓜秀粉蚧具有抗性潜力。     

玉米自交系对朱砂叶螨的抗性评价

采用田间罩网接螨和室内盆栽接螨,以叶片危害指数、螨情指数、田间种群密度和种群增长倍数为指标,评价8份自交系玉米对朱砂叶螨(Tetranychuscinnabarinus)的抗性。田间鉴定表明,在苗期和花粒期用叶片危害指数、螨情指数和田间种群密度3种抗性评价指标评价时,自交系HL6044均表现为高抗;用叶片危害指数和螨情指数评价时,自交系ES40在苗期和花粒期均表现为高感;用田间种群密度评价时,ES40在苗期表现为高感,花粒期则表现为中感。室内接螨后20 d,朱砂叶螨种群增长倍数在HL8039和ES40上分别为23.36和24.13倍,在HL6044上仅为2.44倍。8份自交系玉米中,HL6044对朱砂叶螨表现为高抗,叶片危害指数适用于田间玉米抗螨性评价。