豆蚜胁迫对绿豆抗、感品种营养物质和保护酶的影响

梁洪宇，金永玲，张海燕，刘 瑞，孙宇佳，郭思敏，曾颖婷，王丽艳

(黑龙江八一农垦大学 农学院，黑龙江 大庆 163319)

绿豆在我国有2 000多年的栽培历史，21世纪以来，为适应黑龙江省农业结构调整，绿豆产业迅速发展，其种植面积逐渐扩大，绿豆大田虫害的发生也随之增多，尤其在西部半干旱区的特殊环境条件下，虫害是影响绿豆产量的主要因子。根据多年对黑龙江西部半干旱区绿豆田害虫的发生情况调查，已明确豆蚜(AphiscraccivoraKoch)是该地区危害绿豆的主要害虫之一，且其危害日趋加重。豆蚜以成虫和若虫刺吸绿豆植株汁液进行危害，多集中在幼嫩的茎和叶背面，受害后的植株表现为叶片卷缩、植株矮小变形、生长缓慢或停滞，造成枯叶甚至全株死亡，严重影响产量[1]。

在害虫与寄主植物长期协同进化过程中，植物受虫害胁迫后与抗性相关的营养物质含量及保护酶活性会发生变化进而影响昆虫取食，使作物获得间接的抗虫性[2]。近年来，关于营养物质和保护酶与植物抗虫性的关系已有许多报道：有研究表明，植物蛋白质、氨基酸和可溶性糖含量等营养物质影响害虫的行为反应[3-6]；李传明等[7]研究表明，烟粉虱取食可引起辣椒营养物质含量向有利于提高抗虫性的方向改变；梁晓等[8]和HAN等[9]的研究表明，多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性与抗虫性有关。目前，关于豆蚜胁迫下绿豆植物营养物质含量及保护酶活性变化的研究尚未见报道。鉴于此，测定豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种营养物质含量及保护酶活性的变化，以期为黑龙江省西部半干旱区绿豆主要害虫豆蚜的综合防治提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试绿豆品种为黑龙江八一农垦大学昆虫实验室在2017—2019年通过田间及室内试验筛选出的抗虫绿豆品种中杂绿13和感虫绿豆品种密荚王1号。供试虫源为豆蚜(AphiscraccivoraKoch)，采集于黑龙江八一农垦大学绿豆试验田，在实验室内繁殖多代备用。

1.2 试验方法

1.2.1 试验处理 将供试2个绿豆品种进行盆栽种植，每个供试品种8盆，其中 4盆为试验组，4盆为对照组(不接虫)。出苗30 d后接虫，25头/株。接虫7 d后，测定整株植物营养物质含量及保护酶活性。试验重复4次。

1.2.2 指标测定方法 营养物质含量和保护酶活性参考苟长青等[10]的方法进行测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G250染色法测定；游离脯氨酸含量采用酸性水合茚三酮比色法测定； POD活性采用氮蓝四唑法测定；过氧化氢酶(CAT)活性采用愈创木酚法测定；PPO活性采用邻苯二酚比色法测定；抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性采用AsA氧化脱氢显色原理进行比色测定。

1.3 数据统计与分析

运用Excel 2016软件进行数据统计，利用SPSS 19.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种营养物质含量的变化

2.1.1 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种可溶性糖含量的变化 由表1可知，受害前植株抗虫品种可溶性糖含量是感虫品种的1.696倍，且抗、感品种间存在极显著差异。受蚜害后绿豆抗、感品种可溶性糖含量均明显下降，但抗、感品种间差异不显著。其中，感虫品种密荚王1号可溶性糖含量下降37.748%，且植株受害前后存在显著差异；抗虫品种可溶性糖含量下降71.698%，是感虫品种下降幅度的1.899倍，且植株受害前后存在极显著差异。上述结果表明，可溶性糖含量变化与绿豆对豆蚜的抗、感性有关。

表1 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种可溶性糖含量的变化

2.1.2 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种可溶性蛋白含量的变化 由表2可知，受害前植株抗虫品种可溶性蛋白含量是感虫品种的1.169倍，但品种间差异不显著；受蚜害后绿豆抗、感品种可溶性蛋白含量均上升，其中感虫品种上升37.464%，抗虫品种上升13.564%，但可溶性蛋白含量在不同品种受害前后及抗、感品种间均不存在显著差异。

表2 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种可溶性蛋白含量的变化

2.1.3 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种游离脯氨酸含量的变化 由表3可知，受害前抗、感绿豆品种游离脯氨酸含量差异不显著。受蚜害后抗、感品种游离脯氨酸含量均上升，与受害前相比,均存在极显著差异。其中，抗虫品种的游离脯氨酸含量上升400.000%，感虫品种上升100.000%。受害后抗虫品种游离脯氨酸含量是感虫品种的1.667倍，抗、感品种间存在显著差异。上述结果表明，游离脯氨酸含量变化与绿豆对豆蚜的抗、感性有关。

表3 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种游离脯氨酸含量的变化Tab.3 Changes of free prolin content in mung bean resistant and susceptible varieties stressed by Aphis craccivora Koch

2.2 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种保护酶活性的变化

2.2.1 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种POD活性的变化 由图1可知，植株未受害时抗、感品种的POD活性没有显著差异。植株受蚜害后，抗、感品种POD活性均呈增强趋势，但抗、感品种间仍不存在显著差异。其中，密荚王1号POD活性上升137.417%，中杂绿13上升66.886%，且抗、感品种受害株POD活性与未受害株间分别存在显著、极显著差异。可见，POD活性的变化与绿豆抗、感性关系不大。

图1 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种POD活性的变化Fig.1 Changes of POD activities in mung bean resistant and susceptible varieties stressed by Aphis craccivora Koch

2.2.2 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种CAT活性的变化 由图2可知，植株未受害时感虫品种CAT活性是抗虫品种的1.609倍，但差异不显著。抗、感绿豆品种在植株受蚜害后，CAT活性均呈增强趋势，但品种间差异不显著。其中，密荚王1号CAT活性上升124.426%，中杂绿13上升236.515%，是感虫品种上升幅度的1.901倍，且各品种受害株CAT活性均与未受害株间存在极显著差异。可见，CAT活性的变化与绿豆抗、感性有一定关系。

2.2.3 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种PPO活性的变化 由图3可知，植株未受害时抗、感品种PPO活性差异不显著。受蚜害后，抗、感品种PPO活性均呈现增强趋势，差异极显著。受蚜害后，抗虫品种中杂绿13 PPO活性是感虫品种密荚王1号的1.931倍。其中，感虫品种密荚王1号PPO活性上升67.445%，抗虫品种中杂绿13上升359.674%，且抗虫品种PPO活性上升幅度是感虫品种的5.333倍。可见，PPO活性的变化与绿豆对蚜虫的抗、感性有关。

图2 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种CAT活性的变化

图3 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种PPO活性变化

2.2.4 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种APX活性的变化 由图4可知，植株受害后，抗、感绿豆品种APX活性呈现增强趋势，其中，感虫品种密荚王1号APX活性上升23.691%，抗虫品种中杂绿13上升21.367%，但是差异并不显著。可见植物受害与否，抗、感绿豆品种APX活性均没有发生显著变化，品种之间也无显著差异，即APX活性变化与绿豆品种的抗、感性无关。

图4 豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种APX活性的变化

3 结论与讨论

通过测定分析豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种生理生化指标的变化，发现抗、感绿豆品种可溶性糖和脯氨酸含量变化以及CAT和PPO活性变化与其对蚜虫的抗、感性密切相关。

为了抵御多种害虫的侵害，植物在长期进化过程中，逐渐形成了针对性的防御系统[11]。遭受过植食性昆虫侵害后植物会在生理生化等方面产生一系列的应答，引起植物营养物质及防御酶等的改变，进而影响多种昆虫的生长发育和繁殖[12-13]。因此，当昆虫再次取食已取食过的植物时，由于寄主缺少某些必需物质，或是产生某些有害物质，会破坏昆虫已有的发育、繁殖体系，从而使寄主植物获得抗虫性[14]。

植物糖、蛋白质和氨基酸等营养物质是昆虫生长发育的重要能源，同时糖也是植物重要的渗透调节物质，属于植物的组成抗性，在一定程度上植物的营养成分及含量影响害虫的生长发育及存活[15-17]。本研究表明，抗、感绿豆品种受豆蚜危害后营养物质含量方面表现为可溶性糖含量均下降，可溶性蛋白含量和游离脯氨酸含量均上升，且可溶性糖和游离脯氨酸含量的变化与绿豆品种的抗蚜性有较好的相关性。何菁等[18]在探讨辣椒品种抗虫性机制中也发现，游离脯氨酸含量在其抗生性中起重要作用。李进步等[19]研究表明，棉花抗蚜性与可溶性糖含量有显著关系，而苟长青等[10]研究发现，糖和蛋白质含量与牧草盲蝽取食偏好性无相关性，这可能是由于寄主植物和害虫种类的不同而导致的。

植物受害虫危害后会产生一系列的防御反应，这种防御称为植物的诱导抗性，而酶是这些防御反应的基础[20]。CAT和POD是植物活性氧(ROS)系统的关键酶，在作物受到植食性昆虫危害后，会产生大量的活性氧毒害物质造成ROS失衡。苟长青等[10]、梁郸娜等[21]和冯建雄等[22]研究发现，植物POD活性对植株抗虫性影响较大。本研究中，豆蚜胁迫下抗、感绿豆品种其CAT和POD活性均显著上升，虽品种间差异不显著，但抗虫品种CAT活性上升幅度是感虫品种的1.901倍，说明CAT活性的变化与绿豆抗、感性有一定的关系。PPO是第一大类氧化还原酶，同时也是最早的防御酶，昆虫取食植物后，会释放大量PPO，从而催化形成有毒性的醌类物质，阻碍昆虫进一步取食[23-24]。毛红等[25]研究发现，抗性棉花品种受牧草盲蝽危害后PPO活性上升速率大于感虫品种。曾永三等[26]研究证明，PPO可以通过参与植物木质素的合成提高植物抗虫性。本研究也发现，绿豆抗、感品种受豆蚜危害后PPO活性上升，且抗虫品种极显著高于感虫品种。APX是一种叶绿体中通过催化AsA-GSH循环解毒过氧化氢的关键酶，在GR(黄素蛋白氧化还原酶)的参与下可以有效地清除活性氧自由基，减轻自由基对植物的毒害，从而提高植物的抗逆性[27]。寇江涛等[28]研究发现，APX活性与苜蓿对蓟马的抗性密切相关，但本研究中，抗、感绿豆品种受豆蚜危害后，APX活性虽均上升，但变化不显著。

综上所述，对豆蚜胁迫后抗、感绿豆品种营养物质含量和保护酶活性变化的测定表明，抗虫植株可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、CAT活性及PPO活性的变化与绿豆抗蚜性相关，但本研究只进行了盆栽接虫试验，缺少田间自然条件下不同抗性品种自然感虫后营养物质和保护酶变化规律的研究，因此，需要进一步进行田间试验验证，以便为西部半干旱区绿豆田间豆蚜的综合防治及害虫抑制剂的开发提供可靠的理论依据。