不同木薯品种对木瓜秀粉蚧抗氧化酶活性的影响

陈谦　梁晓　伍春玲　陈青　刘迎　张哲

摘  要：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測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。

关键词：木瓜秀粉蚧;木薯品种;抗氧化酶;活性变化

中图分类号：S433.1;S433.7      文献标识码：A

Effects of Different Cassava Cultivars on Antioxidant Enzyme Activities of Paracoccus marginatus

CHEN Qian1，2， LIANG Xiao2， WU Chunling2， CHEN Qing2*， LIU Ying2， ZHANG Zhe2

1. School of Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 2. Environment and Plant Protection Institute， China Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Pests Comprehensive Governance for Tropical Crops， Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Hainan Engineering Research Center for Biological Control of Tropical Crops Diseases and Insect Pests / Hainan Key Laboratory for Monitoring and Control of Tropical Agricultural Pests， Haikou， Hainan 571101， China

Abstract： To study the selective mechanism of Paracoccus marginatus to different cassava cultivars， the activity change of superoxide dismutase （SOD）， catalase （CAT）， peroxidase （POD） and polyphenol oxidase （PPO） in P. marginatus after feeding on different cassava cultivars for 1， 2 and 4 days were determined by spectrophotometry. The results showed that the activity of antioxidant enzyme showed significant difference while P. marginatus feeding on different cassava cultivars. The activity of SOD in P. marginatus was the lowest after feeding on ‘C1115， the activity of CAT was the lowest after feeding on ‘SC8002， and the activity of POD and PPO was the lowest after feeding on ‘SC8. Furthermore， the activity of SOD， CAT， POD and PPO decreased significantly compared to those of the control after feeding on the ‘J1301 ‘SC11 ‘SC8002 ‘Dongguan Hongwei ‘SC8 ‘Myanmar and ‘C1115 at any analysis time. The above cassava cultivars could inhibit the activity of antioxidant enzymes of P. marginatus， which could interfere their normal reactive oxygen species metabolism and probably possessed the resistance potential to P. marginatus .

Keywords： Paracoccus marginatus; cassava cultivars; antioxidant enzyme; activity change

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.11.018

木瓜秀粉蚧（Paracoccus marginatus Williams and Granara de Willink）是重要的农林害虫和世界危险性检疫有害生物[1-2]，主要以若虫和雌成虫刺吸汁液为害植物的茎、叶和果实，造成叶片失绿、黄化、脱落，枝条枯萎，果实品质降低，严重时导致整株死亡[3]。木瓜秀粉蚧也是我国木薯产区的主要害虫之一[4-5]，目前该虫已在中国云南、海南、广西、广东木薯种植区呈严重发生为害趋势，严重威胁当地木薯产业发展和产地生态环境安全[6]。如何安全有效防控木瓜秀粉蚧的发生与为害，已成为木薯产业和林下经济作物产业发展等亟待解决的重要课题[7-8]。

研究表明，害虫为害寄主植物时，其摄入的植物次生代谢物质会造成活性氧（reactive oxygen species， ROS）的积累[9]，而害虫体内的抗氧化酶能够有效清除活性氧造成的氧化损伤[10]，是形成取食适应性的主要因素之一[11-12]。害虫（螨）取食不同作物后体内抗氧化酶活性与寄主选择性的相关性已在木薯单爪螨-橡胶、烟粉虱-茄子、二斑叶螨-木薯等作物的互作研究中有较多报道[13-15]。然而迄今为止，国内外较少有关木瓜秀粉蚧寄主选择性研究的报道，这严重制约了抗木瓜秀粉蚧木薯的选育相关工作。由于木薯耐旱耐瘠，适应性广，不仅能提高土地利用效率，而且能实现高产高收[16]，适宜在山地林区综合开发种植[17]。然而木瓜秀粉蚧在山地林区木薯上发生为害也较为严重[18]，并且由于产地环境受限，药剂防治困难，因此培育和利用抗虫木薯品种是山地林区防治木瓜秀粉蚧最经济、有效的方法[19]。本研究系统测定分析了取食不同木薯品种后木瓜秀粉蚧体内相关抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（su?peroxide 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，以期为深入探讨木瓜秀粉蚧的寄主选择性机理和深度挖掘抗木瓜秀粉蚧木薯种质奠定基础。

1  材料与方法

1.1  材料

供试粉蚧：木瓜秀粉蚧（P. marginatus）是中国热带农业科学院环境与植物保护研究所特色热带作物害虫研究室室内用木薯品种‘BRA900继代饲养的实验种群。

供试木薯品种：‘面包木薯‘糯米木薯‘ZM9066‘瑞士T7‘SC205‘GR5‘SC6068‘J1301‘SC11‘SC8002‘东莞红尾‘SC8‘缅甸种‘C1115是从海南、云南、广西、广东、福建、江西、湖南各山地林区木薯种植区收集获得，目前均保存于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所国家木薯种质资源圃。

木瓜秀粉蚧饲养：在白瓷盘中放入完全润湿的海绵，将木薯叶片置于海绵上，叶背朝上，然后用湿润的吸水纸将整个叶片边缘包围以防止试虫逃离。按30头/叶将大小、发育一致的木瓜秀粉蚧雌成虫分别接于不同木薯品种的叶背面，在（28±1）℃、相对湿度（75±5）%、光照周期14（L）∶10（D）的人工气候箱中分别饲养1、2、4 d后收集雌成虫用于酶液提取和活性测定。每个品种和每个处理时间均设置3个重复。

1.2  方法

1.2.1  酶液提取  分别以取食木薯品种‘BRA9001、2、4 d的木瓜秀粉蚧为对照，用20%的灭菌蔗糖溶液将各处理的木瓜秀粉蚧在冰浴状态下按30头/1.5 mL提取（先加0.5 mL研磨，再用0.5 mL洗2次），然后将提取液吸出置于2 mL离心管中，在4 ℃、7000 r/min条件下离心15 min，取上清液置于另一个2 mL离心管中并用20%的灭菌蔗糖溶液定容至2 mL，置于-20 ℃冰箱中保存，用于SOD、CAT、POD、PPO活性测定。

1.2.2  酶活性测定  （1）SOD活性测定  参考Lu等[11]的方法，并略加修改。

邻苯三酚自氧化速率的测定：在1 cm比色皿中加入1.5 mL Tris缓冲溶液（pH 8.2）作为对照管，另一个1 cm比色皿中加入1.45 mL Tris缓冲溶液作为测定管。将2个比色皿放入水浴锅中25 ℃恒温水浴，10 min后取出，在测定管中加入0.05 mL的邻苯三酚溶液（45 mmol/L），混匀后立即在波长325 nm下每隔30 s测一次OD值，测试4 min（对照管调零）。

样品测定：在1 cm比色皿中加入1 mL Tris 缓冲溶液（pH 8.2）作为对照管，另一个1 cm比色皿中加入0.933 mL Tris缓冲溶液作为测定管。将2个比色皿放入水浴锅中25 ℃恒温水浴，10 min后取出，在测定管中加入0.10 mL酶液，混匀后再加入0.033 mL邻苯三酚溶液（45 mmol/L），混匀后立即在波长325 nm下每隔30 s测一次OD值，测试4 min（对照管调零）。

（2）CAT活性测定  参考王亚茹等[5]的方法，并略加修改。反应体系0.64 mL，在小離心管中分别加入0.14 mL磷酸缓冲液（0.2 mol/L，pH 7.2），0.1333 mL过氧化氢溶液（0.08 mol/L），0.1 mL酶液作测定管，以0.1 mL无菌水作为对照管。于30 ℃水浴锅中水浴15 min后，用0.2667 mL的10%硫酸终止反应，混匀，在波长240 nm下测OD值。

（3）POD活性测定  参考陈青[20]的方法，并略加修改。反应体系0.5 mL，在小离心管中分别加入0.2 mL醋酸缓冲液（0.2 mol/L，pH 5.0），0.1 mL邻甲氧基苯酚（1 g/L），0.1 mL过氧化氢溶液（0.08%）以及0.1 mL酶液，以0.1 mL无菌水作为对照管，30 ℃下反应5 min后，在波长470 nm下测OD值。

（4）PPO活性测定  参考Liang等[15]的方法，并略加修改。反应体系0.45 mL，在小离心管中分别加入0.2 mL邻苯二酚溶液（0.02 mol/L），0.15 mL磷酸缓冲液（0.05mol/L，pH 6.8），0.1 mL酶液，以0.1 mL无菌水作为对照管。30 ℃下反应2 min后，在波长398 nm下测OD值。

1.3  数据处理

试验采用完全随机化设计（completely randomized design），并采用SPSS软件对木瓜秀粉蚧取食不同木薯品种后抗氧化酶活性和酶活性变化倍数进行方差分析和多重比较，首先对原始数据的方差齐性进行检验，若方差齐性则采用Duncans新复极差法方法进行多重比较;若方差不齐则对数据进行反正弦平方根转换，并采用Dunnetts T3方法进行数据间的多重比较。

2  结果与分析

2.1  取食不同木薯品种后木瓜秀粉蚧体内SOD活性差异分析

表1结果表明，除了取食‘面包木薯1、4 d后，木瓜秀粉蚧SOD活性与对照相比无显著差异外，取食其他木薯品种1、2、4 d后SOD活性与对照相比均显著降低（P<0.01），其中以取食‘SC80021 d后酶活性最低，取食‘缅甸种2 d后酶活性最低，分别为74.92 U/mL和77.13 U/mL，取食‘C11154 d后酶活性最低，为76.39 U/mL，取食上述3个品种后酶活性与对照相比降低幅度最大（P<0.01），分别为对照的65.75%（‘SC8002，1 d）、63.01%（‘缅甸种，2 d）和69.31%（‘C1115，4 d）。总体而言，木瓜秀粉蚧取食‘J1301‘SC11‘SC8002‘东莞红尾‘SC8‘缅甸种‘C1115这7个木薯品种1、2、4 d后SOD酶活性和酶活性降低幅度均与取食其余7个品种及对照存在显著差异（P<0.01）。

2.2  取食不同木薯品种前后木瓜秀粉蚧体内CAT活性差异分析

表2结果表明，除了取食‘面包木薯（4 d）、‘ZM9066（2 d）和‘瑞士T7（4 d）木瓜秀粉蚧CAT活性与对照相比无显著差异外，取食其他木薯品种1、2和4 d后CAT活性与对照相比均显著降低（P<0.01），其中以取食‘SC8002后酶活性最低，分别为33.52 L/（mol?cm）（1 d）、31.08 L/（mol?cm）（2 d）和31.81 L/（mol?cm）（4 d），并且与对照相比酶活性降低幅度最大（P<0.01），分别为对照的67.11%（1 d）、63.85%（2 d）和66.01%（4 d）。总体而言，木瓜秀粉蚧取食‘J1301‘SC11‘SC8002‘东莞红尾‘SC8‘缅甸种‘C1115这7个木薯品种1、2、4 d后CAT酶活性和酶活性降低幅度均与取食其余7个品种及对照存在显著差异（P<0.01），取食上述7个木薯品种后CAT酶活性变化规律与SOD的分析结果具有一致性。

2.3  取食不同木薯品种后木瓜秀粉蚧体内POD活性差异分析

表3结果表明，除了取食‘面包木薯（2 d）、‘瑞士T7（4 d）和‘GR5（1 d）木瓜秀粉蚧POD活性与对照相比无显著差异外，取食其他木薯品种1、2、4 d后POD活性与对照相比均显著降低（P<0.01），其中以取食‘SC8品种后酶活性最低，分别为62.80 U/（g?min）（1 d）、64.80 U/（g?min）（2 d）和65.20 U/（g?min）（4 d），并且与对照相比酶活性降低幅度最大（P<0.01），分别为对照的37.92%（1 d）、39.35%（2 d）和42.33%（4 d）。总体而言，木瓜秀粉蚧取食‘J1301‘SC11‘SC8002‘东莞红尾‘SC8‘缅甸种‘C1115这7个木薯品种1、2、4 d后POD酶活性和酶活性降低幅度均与取食其余7个品种及对照存在显著差异（P<0.01），取食上述7个木薯品种后POD酶活性变化规律与SOD、CAT的分析结果具有一致性。

2.4  取食不同木薯品种后木瓜秀粉蚧体内PPO活性差异分析

表4结果表明，除了取食‘面包木薯（1、4 d）和‘SC205（2、4 d）木瓜秀粉蚧PPO活性与对照相比无显著差异外，取食其他木薯品种1、2、4 d后PPO活性与对照相比均显著降低（P<0.01），其中以取食‘SC8品种后酶活性最低，分别为3.68 L/（mol?cm）（1 d）、5.29 L/（mol?cm）（2 d）和4.56 L/（mol?cm）（4 d），并且与对照相比酶活性降低幅度最大（P<0.01），分别为对照的30.96%（1 d）、43.70%（2 d）和38.85%（4 d）。总体而言，木瓜秀粉蚧取食‘J1301‘SC11‘SC8002‘东莞红尾‘SC8‘缅甸种‘C1115这7个木薯品种1、2、4 d后PPO酶活性和酶活性降低幅度均与取食其余7个品种及对照存在显著差异（P<0.01），取食上述7个木薯品种后PPO酶活性变化规律与SOD、CAT和POD的分析結果具有一致性。

3  讨论

研究表明，一些寄主植物被害虫取食后能够通过抑制害虫体内抗氧化酶活性，削弱其对活性

氧的代谢能力从而阻碍其继续取食为害，因此表现出抗虫性[5， 16， 21]。例如，王亚茹等[5]研究发现，木瓜秀粉蚧取食木薯品种‘C1115‘瑞士F21和‘缅甸种叶片后其体内SOD、CAT、POD、PPO活性显著低于取食对照品种的，不易被取食为害。Liang等[15]研究发现，抗螨木薯品种通过抑制二斑叶螨体内的抗氧化酶POD和PPO活性，阻碍其取食为害，从而表现出抗螨性。苟玉萍[21]研究发现，随着异迟眼蕈蚊取食抗性程度增强的韭菜品种，其体内SOD、CAT和POD活性均表现为减弱，活性氧自由基大量产生而无法维持其生长发育。

与上述研究结果相似，本研究中木瓜秀粉蚧取食木薯品种‘J1301‘SC11‘SC8002‘东莞红尾‘SC8‘缅甸种‘C1115后其体内SOD、CAT、POD、PPO活性和对照相比显著降低，并将该低酶活性水平维持至4 d。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，削弱其对活性氧的代谢能力，表明上述品种可能对木瓜秀粉蚧具有抗性潜力。

相应地，害虫取食寄主植物时可以通过维持抗氧化酶的稳定活性[12， 14]或者诱导抗氧化酶的过量表达及时减轻活性氧胁迫，从而表现出取食适应性[22]。例如，Lu等[11]研究发现，六点始叶螨取食感螨橡胶树品种前后其抗氧化酶活性均可保持稳定不变，利于其取食为害。经福林[13]研究发现，与取食木瓜、变叶木和杧果叶片相比，木薯单爪螨取食感螨木薯和橡胶叶片后其体内SOD、CAT和POD活性保持稳定，适宜其取食。陈建明等[22]研究发现，在取食抗虫品种过程中白背飞虱体内自由基含量显著提高，继而诱导虫体内SOD和CAT活性明显增加，这在缓解白背飞虱氧化损伤中起着主要作用。本研究中木瓜秀粉蚧取食‘面包木薯‘糯米木薯‘ZM9066‘瑞士T7‘SC205‘GR5‘SC6068在不同时间后体内SOD、CAT、POD、PPO活性和對照相比并不能总是表现出稳定的显著差异，这在一定程度上表明木瓜秀粉蚧对上述木薯品种的取食适应能力要强于‘J1301‘SC11‘SC8002‘东莞红尾‘SC8‘缅甸种‘C1115等木薯品种。

然而必须指出的是，仅仅从抗氧化酶活性变化角度判断寄主植物是否适宜害虫取食或是否具有抗虫性是不充分的，还应参考寄主植物虫害指数[23-24]、虫口密度[25]、对害虫发育和繁殖指标的影响[14， 26]等相关信息。当前国内外尚未建立木薯品种对木瓜秀粉蚧抗性鉴定的技术规程，也缺乏稳定的抗、感虫参照标准木薯品种，在前期研究中，发现‘缅甸种和‘C1115能够显著抑制木瓜秀粉蚧的发育繁殖和抗氧化酶活性，对木瓜秀粉蚧表现出良好的抗虫性[27]。由于本研究中涉及的木薯品种较多，并且大部分尚未开展抗虫性综合评估，因此在前期工作基础上，本研究依然选择‘缅甸种和‘C1115作为参考依据，但后续研究中仍需要进一步证实其对木瓜秀粉蚧发育繁殖等相关指标的影响。本研究通过分析抗氧化酶在木瓜秀粉蚧寄主选择性中的作用，可为深入开展木瓜秀粉蚧对木薯品种的寄主选择性机理及入侵扩张成灾机理研究提供理论依据和奠定良好的基础。

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收稿日期  2019-10-12;修回日期  2020-01-19

基金项目  国家重点研发计划项目（No. 2018YFD0201100）;农业农村部财政专项“南峰专项二期”（No. NFZX2018）;国家木薯产业技术体系虫害防控岗位科学家专项（No. CARS-11-HNCQ）。

作者简介  陈  谦（1993—），男，硕士，研究方向：森林有害生物防治。*通信作者（Corresponding author）：陈  青（CHEN Qing），E-mail：chqingztq@163.com。