植物和昆蟲間的虫害长和产卵協同進化是進化生物學中非常重要的一部分,在漫長的诱导烟草協同進化過程中,植物為了抵抗植食性昆蟲的抗性侵害,進化產生了多種可遺傳的对斜的影防禦機製和防禦策略。植物的纹夜抗性主要包括組成抗性和誘導抗性。組成抗性是蛾生植物體本身所固有的,比如植物的选择响角質層、毛狀體、虫害长和产卵刺、诱导烟草特異性抗蟲物質等。抗性組成抗性以植物特殊的对斜的影外部形態結構和內部組成化合物來防止植食性昆蟲取食為害,如植物角質層上覆蓋的纹夜光滑蠟質、表皮上的蛾生刺和毛狀體,不利於植食性昆蟲附著取食,选择响也可以影響成蟲的虫害长和产卵產卵選擇。一些植物內部組成化合物具有抗蟲性,如十字花科植物中所蘊含的芥子油苷,菊科植物所含有的除蟲菊素對多種植食性昆蟲具有致死作用。同種植物的不同品種,其組成抗性差異較大。誘導抗性是植物受到損傷後才產生的抗性,研究表明,植物為抵抗植食性昆蟲取食為害,所進化產生的蟲害誘導抗性可明顯提高植物在生物群落中的適應性。蟲害誘導抗性的直接防禦表現為:植物防禦蛋白、有毒次生代謝物等蟲害誘導化合物的形成,以及由此導致的植物營養含量的下降,從而不利於植食性昆蟲的生長發育甚至導致死亡;蟲害誘導抗性的間接防禦表現為植物蟲害誘導揮發物的產生,可吸引天敵昆蟲,趨避成蟲的產卵行為。
煙草傳入我國後,通過長期的人工馴化和自然傳播,形成了多種煙草種質資源,包括選育品種、地方品種和野生種。為了提高選育品種煙草的產量,在馴化過程中其部分抗性機製減弱,甚至消失。野生煙草為了抵抗植食性昆蟲的侵害,其抗性機製不斷的進化完善。地方品種煙草同時受到自然和人為選擇的影響。選育品種、地方品種和野生種的煙草,其組成抗性和誘導抗性差異較大,但目前,國內外對於這三種煙草的組成和誘導抗性對植食性昆蟲的影響,鮮見報道。
斜紋夜蛾,屬鱗翅目夜蛾科,一年可發生多代,世代重疊現象嚴重,是危害我國煙草的主要害蟲之一。斜紋夜蛾幼蟲喜歡取食煙草的葉片,大大降低了煙草的產量和質量。目前大田中主要用化學農藥滅殺斜紋夜蛾,但是化學防治對生態環境產生了汙染,農藥殘留降低了煙草的質量。因此探究不同煙草品種組成和誘導抗性的差異,篩選優質抗蟲的煙草種質資源,是有效防治斜紋夜蛾的新途徑之一。
本研究選取了3個煙草品種,八旦野生煙和梁橋曬煙是經過了漫長自然選擇的煙草種質資源,采於湖南貧困偏遠地區;湘煙5號是選育品種。研究不同品種煙草的對照組和蟲害誘導組對斜紋夜蛾生活史和產卵選擇偏好性的影響,可反映煙草組成抗性和誘導抗性對斜紋夜蛾的抗性水平,為煙草抗性品種的篩選和斜紋夜蛾在煙田中的綜合防治提供參考。
供試昆蟲斜紋夜蛾,於2018年采集自湖南省邵陽市(26.9°N,111.3°E)煙田,隨後在(26±1)℃,相對濕度為(60±10)%和光暗時間14h/10h的養蟲室內飼養。
供試煙草為野生種八旦野生煙、地方品種梁橋曬煙和選育品種湘煙5號,煙草種子由湖南省煙草科學研究所提供。各品種煙草在戶外大紗網罩內種植,煙草單株種植於直徑32cm,高20cm的花盆中。由於不同煙草品種的生長速度有較大差異,故而分批次栽培煙草,待3種煙草同時生長至6葉期時用於試驗。
選取長勢良好的6葉期盆栽煙草,在煙草的第2~5片上,每片葉接種6頭2齡初期的斜紋夜蛾幼蟲,接蟲的葉片用透明薄紗罩上防止幼蟲逃逸。斜紋夜蛾幼蟲3齡後,更換為2齡幼蟲,防止造成過大的損傷。煙草被取食的葉麵積達到30%左右時,將幼蟲取下,完成煙草的抗性誘導操作。
采摘各品種新鮮的蟲害誘導葉片和無蟲害取食過的對照葉片,分別在養蟲盒中(直徑:5cm,高:3cm,鋪有保濕濾紙)飼養斜紋夜蛾的初孵幼蟲,每天及時更換新鮮的煙草葉片,直到幼蟲化蛹。記錄斜紋夜蛾的發育曆期、存活率(成功化蛹的數量/總數量)、蛹質量、蛹期和羽化率。斜紋夜蛾成蟲羽化後,放置到恒溫烘幹箱(80℃)內烘幹48h,稱量幹質量。每個處理重複30次(幼蟲化蛹成功為1次重複)。
為探究煙草的組成抗性和誘導抗性對斜紋夜蛾成蟲產卵選擇偏好性的影響,將3種煙草的蟲害誘導組和對照組隨機置於野外紗網罩中,在紗網中釋放一隻交配完成且未產卵的斜紋夜蛾雌蛾,提供20%的蜂蜜水為雌蛾補充營養,每天多次觀察雌蛾在煙草上的產卵情況,一旦在煙草上產卵,試驗成功,為1次重複。雌蛾若將卵產在紗網上,則試驗失敗。試驗重複進行120次。
用雙因子方差分析(Two-wayANOVA)蟲害誘導不同品種煙草抗性對斜紋夜蛾生長發育參數的影響,其中對成蟲幹質量進行了log轉換,以保證數據的方差齊次性和正態分布。使用TukeyHSD測驗的方法對發育曆期、蛹質量、蛹期和成蟲幹質量進行了多重比較。斜紋夜蛾的存活率、羽化率和成蟲產卵選擇率為二元數據,所以選用邏輯斯蒂廣義線性模型(GLM)對數據進行分析,使用Post-hoctest測驗進行多重比較。數據分析使用R軟件。
煙草的品種、蟲害誘導抗性以及兩者間的互作,均對斜紋夜蛾幼蟲的存活率有顯著的影響(煙草品種,x2=170.29,P<0.001;誘導抗性,x2=22.56,P<0.05;煙草品種×誘導抗性,x2=2.46,P=0.03)。存活率在兩種處理的野生、地方和選育品種煙草間均差異顯著(P<0.05),每個品種的對照和蟲害處理組間差異也顯著(P<0.05),且蟲害處理組的存活率均明顯降低。其中,取食八旦野生煙的斜紋夜蛾幼蟲存活率最低,對照組飼養了225頭幼蟲,其中30頭化蛹成功,存活率為13.33%,蟲害處理組飼養了586頭幼蟲,才有30頭化蛹成功,存活率為5.12%,相差2.60倍。取食地方品種梁橋曬煙的斜紋夜蛾幼蟲存活率居中,對照組飼養了80頭幼蟲,其中30頭化蛹成功,存活率為37.5%,蟲害處理組飼養了139頭幼蟲,才有30頭化蛹成功,存活率為21.58%,相差1.74倍。取食選育品種湘煙5號的斜紋夜蛾幼蟲存活率最高,對照組飼養了41頭幼蟲,其中30頭化蛹成功,存活率為73.17%,蟲害處理組飼養了52頭幼蟲,其中30頭化蛹成功,存活率為57.69%,相差1.27倍(圖1)。
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