小贯小绿叶蝉取食诱导抗、感茶树品种挥发物的释放

任倩倩，庄明珠，蔡晓明，边磊，罗宗秀，李兆群，尤民生，陈宗懋*，金珊*

小贯小绿叶蝉取食诱导抗、感茶树品种挥发物的释放

任倩倩1，庄明珠1，蔡晓明2，边磊2，罗宗秀2，李兆群2，尤民生3，陈宗懋2*，金珊1*

1. 茶学福建省高等学校重点实验室，福建农林大学园艺学院，福建 福州 350002；2. 中国农业科学院茶叶研究所，浙江 杭州 310008；3. 应用生态研究所，福建农林大学植物保护学院，福建 福州 350002

为研究不同抗性水平茶树应对小贯小绿叶蝉取食诱导的挥发物释放及相关代谢机制，以抗虫茶树品种举岩（JY）和感虫茶树品种恩标（EB）为试验材料，利用动态顶空收集法结合GC-MS技术检测茶树在小贯小绿叶蝉取食不同时间（6、12、24、36、48、72 h）释放的主要挥发物组分，并结合转录组数据分析主要挥发物合成途径上的相关基因的表达水平及其调控趋势。结果表明，在健康状态下，茶树释放的挥发性物质较少；在虫害后不同时间段的茶样中检测到顺--罗勒烯（-Ocimene）、()-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯[()-4,8-dimethyl-1,3,7-nonatriene，DMNT]、芳樟醇（Linalool）、法尼烯（Farnesene）等10种主要挥发物。其中，单萜类物质在虫害诱导的感虫品种茶树上含量高，倍半萜类物质在虫害诱导的抗虫品种茶树中含量高。转录组数据显示，小贯小绿叶蝉取食诱导抗、感茶树品种中调控萜类合成的关键基因均被明显激活。调控单萜类物质合成的相关基因在感虫茶树品种中的表达量相对较高，而调控倍半萜类物质合成的相关基因在抗虫品种中的表达量与感虫品种差异不显著。本研究结果为茶树抗虫机制和小贯小绿叶蝉绿色防控提供一定的理论依据。

茶树；挥发物；小贯小绿叶蝉；萜类物质；基因调控

植物挥发物是通过体内次生代谢途径合成的挥发性有机化合物，主要包括绿叶挥发物（Green leaves volatiles，GLVs）、萜烯类化合物、苯丙素类化合物及其他。当植物受到虫害时，会产生并释放诱导挥发物，以此来抑制昆虫为害或吸引天敌[1-3]。

小贯小绿叶蝉[(Matsuda)]，半翅目，叶蝉科，是我国茶树（(L.) O. Kuntze）上为害严重的刺吸式害虫[4-5]。其若虫和成虫以刺吸茶树嫩芽叶中的汁液为食，成年雌虫产卵于茶树嫩茎和叶肉组织里。早期为害会致使茶叶枯黄、叶面卷曲，严重为害时会导致叶面褐变、枯萎，致使叶片掉落[6]。目前，生产上对叶蝉最有效的防控手段仍然是化学防控，但小贯小绿叶蝉对几种主要杀虫剂均具有抗性[7]，且过量使用杀虫剂会导致茶叶中的农药残留超标等问题。因此，发掘并利用茶树的品种抗性，是促进茶园绿色防控体系构建的重要途径。目前对小贯小绿叶蝉诱导茶树挥发物的研究已经有很多，但针对小贯小绿叶蝉取食后抗、感茶树释放的挥发物的差异及相关基因调控的研究尚不多见。

本研究比较分析了小贯小绿叶蝉取食危害后抗、感茶树挥发物在组成、含量和释放时间上的动态变化，结合转录组数据对比两个品种上相关基因表达量的差异，初步探明抗虫和感虫茶树品种应对小贯小绿叶蝉危害的挥发物释放规律及相关基因调控机制，进一步为茶树抗虫机制、茶树-害虫-天敌三级营养关系的互作机制提供一定的理论支撑，也为小贯小绿叶蝉综合防治提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料和虫源

试验材料为高抗茶树品种举岩（简称“JY”）和感虫茶树品种恩标（简称“EB”）[8]的2年生扦插苗。茶树种植于浙江省杭州市中国农业科学院茶叶研究所内国家种质杭州茶树圃（30°10′N，120°05′E）。将2年生健康的、有两个幼嫩新梢的无性系盆栽茶苗，栽培于温度为(25±2)℃，相对湿度为70%±5%，光周期为14 h/10 h的无虫害的多功能日光温室。在非试验期间用100目网纱笼罩，以防止虫害。试验选用长势均匀一致的健康茶苗。

小贯小绿叶蝉成虫（杭州种群）由中国农业科学院茶叶研究所提供，放置于温度(25±2)℃，相对湿度70%±5%，光照与黑暗之比为14 h/10 h的多功能养虫室，用新鲜茶枝饲养，繁衍3代以上。供试昆虫为3龄若虫，试验前饥饿2 h。

1.2 试验处理

在每盆供试茶树的新梢放置30头小贯小绿叶蝉，将离土面5 cm主杆以上都用PET（Polythylene terephthalate）塑料袋罩住并系紧，防止小贯小绿叶蝉逃逸，最后将对照和接虫茶苗接入挥发物收集系统。以小贯小绿叶蝉持续取食危害6、12、24、36、48 h和72 h后作为虫害处理组，以无虫害的健康茶苗作为空白对照组，各设置3次重复。挥发物收集装置如图1所示。

图1 茶树挥发物收集装置

采用动态顶空收集法收集挥发物[9-12]。使用PET塑料采样袋（35 cm×43 cm）套在供试茶树上收集挥发物。PET采样袋下开口处接入一根带有活性炭（置于100℃烘箱活化4 h）的硅胶管，在茶树茎与PET塑料袋的衔接处用棉花包裹，以免对植物造成机械损伤，用胶带和细铁丝将下面扎紧；在袋子的上面开口并连接带有漏斗的出气管（硅胶管），用Teflon管接填充有30 mg的Super-Q吸附柱（Alltech Associates，Deerfield，IL，USA）中，进行吸附收集。进、出气管均连接到大气采样仪上，进气口空气经活性炭过滤后泵入采样袋中。收集前用大气采样仪（QC-1B，北京市劳动保护科学研究所）将袋中空气抽尽，后经活性炭泵入新鲜空气，再进行循环。进气口气体流量为1 048 mL·min-1，出气口流量为840 mL·min-1，收集时间为4 h，采样时室内温度为(25±2)℃，空气湿度为75%±5%。

挥发物收集完成后，将吸附柱取下，使用500 μL二氯甲烷（色谱级，Sigma公司）分3次淋洗吸附柱中收集到的茶树挥发物，将洗脱液置于1.5 mL进样瓶（安捷伦）。在样品瓶中加入0.05 μg癸酸乙酯（色谱级，Sigma公司）作为内标（IS），–20℃保存。

1.3 挥发物的GC-MS检测与数据分析

待测挥发物进行分析鉴定方法：气相色谱-质谱联用仪（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）（型号：7890B-5977B，安捷伦公司，美国）。色谱条件：45℃保持2 min，以5℃·min-1升至210℃，以25℃·min-1升至240℃保持10 min。色谱柱为DB-23（长30 m，内径0.25 mm，膜厚0.25 μm）；载气为氦气（纯度为99.999%），流速为1 mL·min-1；进样口温度220℃，采用分流比进样模式，1∶10分流进样，进样量为1 μL。采用EI电离方式，电子能量70 eV，离子源温度220℃，采集方式为全扫描。

挥发物物质的定性方法：（1）样品各组分与其相应的标准化合物在GC-MS色谱图上保留时间的吻合度；（2）样品组分的质谱峰与NIST 14.0（National Institute of Standards and Technology）质谱图数据库的匹配度（>90）；（3）相关的茶叶挥发物文献[10-14]；确定各组分峰化学成分。以内标法进行定量分析，即根据总离子流色谱图（TIC）中各组分峰面积值与内标峰面积的比值，作为该化合物在茶树中的相对含量，即：各组分释放量（相对含量）=挥发物物质峰面积/癸酸乙酯峰面积。

1.4 挥发物合成相关基因表达量分析

为了进一步阐明小贯小绿叶蝉取食为害诱导防御中挥发物的生物合成途径及相关调控机制，结合他人相关领域的研究结果[11]，从小贯小绿叶蝉取食为害3个不同时期（6、12、24 h）的抗、感茶树转录组中[15]，挖掘挥发物合成代谢网络中的差异基因，并以热图的形式比较分析了两个茶树品种在虫害不同时间点，挥发物合成途径上相关基因的表达量变化。本试验数据是从本课题组前期的转录组测定的结果中挖掘得到[15]。该转录组试验的供试材料（JY和EB）、供试昆虫（小贯小绿叶蝉，每个重复30头）、处理方法（为害0、6、12、24 h，每个处理3次重复）均与本研究相同。分别采摘小贯小绿叶蝉为害0、6、12、24 h新梢的一芽二叶，立即投入液氮中速冻，后放入–80℃冰箱保存备用。转录组测定的方法、验证方法和数据处理方法详见Jin等[15]的报道。

1.5 数据处理

使用Excel对试验数据进行初步整理与分析。使用GraphPad Prism 7进行茶树挥发物含量动态变化的绘制，使用TBtools软件对萜类合成相关基因制成热图[16]。

2 结果与分析

2.1 小贯小绿叶蝉取食诱导抗、感茶树品种挥发物变化

小贯小绿叶蝉刺吸茶树嫩梢，会导致茶树挥发物发生变化。与健康茶树相比，虫害不仅能诱导茶树释放出新的化合物，而且也会使某些化合物的释放量增加。

采用GC-MS联用技术分析小贯小绿叶蝉取食为害后抗、感茶树品种释放的挥发物物质，各组分经NIST 14.0质谱图库比对分析结果显示，最终得到顺-3-乙烯酯、顺--罗勒烯、芳樟醇、()-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯、水杨酸甲酯、石竹烯、-法尼烯、(E,E)-4,8,12-三甲基-1,3,7,11-十三碳四烯等10种主要化合物（表1）。

前期研究表明，害虫为害的植株通过释放的挥发物吸引天敌来抑制害虫的数量。其中吸引天敌的主要成分有单萜或倍半萜，如芳樟醇、月桂烯、苎烯、法尼烯、没药烯以及吲哚等[17-20]。本研究中单萜类化合物主要包括：-罗勒烯、芳樟醇、石竹烯；倍半萜烯类化合物：DMNT、()--法尼烯、TMTT。由于结果中TMTT的释放量较为微量，此处不作统计。结果表明（图2），在小贯小绿叶蝉取食后6 h，单萜类和倍半萜烯类挥发物的释放量在两个茶树品种上并没有显著增加；在小贯小绿叶蝉持续危害至24 h后，单萜类和倍半萜类物质在茶树中释放量显著增加；随着危害时间的延长，两类挥发物的释放量在两个品种上呈现不同的趋势。感虫品种EB，在小贯小绿叶蝉危害24 h后，释放了大量的单萜类物质，其含量远远高于同时间段（36、48、72 h）的抗虫品种JY。而且，其单萜类物质含量随虫害时间的增加呈现上升趋势，在72 h时达到最大值。与感虫茶树品种不同，抗虫茶树JY释放的单萜类物质相对含量呈现波浪形，且在被叶蝉危害后48 h的释放量最大。与单萜类物质在两个品种上的释放规律不同，被小贯小绿叶蝉取食诱导后，倍半萜类物质在抗虫品种JY上的释放量在48 h前要高于感虫品种EB。抗虫品种JY在虫害诱导12、24、36、48 h的倍半萜类物质的释放量显著高于感虫品种EB，且在24 h和48 h达到两个释放高峰（48 h时的释放量略高于24 h），至72 h时，JY的倍半萜类物质释放量又明显降低；感虫品种EB在虫害诱导36 h后，大量释放倍半萜类物质，到72 h达到最高峰，甚至超过EB在24 h和48 h的释放量。

表1 小贯小绿叶蝉取食危害后茶树释放主要挥发物成分

总体来看，两个品种的茶树被小贯小绿叶蝉取食诱导后，均释放出较多的单萜类物质和倍半萜类物质，这种释放量的增加在小贯小绿叶蝉持续取食12 h后开始显现。从72 h的调查结果看，感虫品种受虫害诱导释放更多的单萜类物质，抗虫品种受虫害诱导释放更多的倍半萜类化合物。

图2 叶蝉不同取食时间处理下茶树主要挥发物类别及其含量

2.2 茶树主要挥发物的定量分析

采用内标法计算这10种主要挥发物的相对释放量，结果显示，大部分虫害处理的挥发性物质相比对照有所增加（图3）。由于TMTT的释放量较为微量，我们这里不作统计，将其他的9种挥发物在JY、EB中进行比较发现，在健康茶树中，仅存在少量的绿叶挥发物——顺-3-乙烯酯。在小贯小绿叶蝉取食诱导后，顺-3-乙烯酯释放量增加，茶树开始释放-罗勒烯、芳樟醇、DMNT和-法尼烯等新化合物，且随着取食时间的延长，整体呈现规律性上升趋势。除芳樟醇在虫害后两个茶树品种的含量变化趋势相同外，其余挥发物释放趋势均存在差异。在虫害6 h时，绿叶挥发物顺-3-己烯酯开始释放，但随虫害时间延长，JY的绿叶挥发物的释放量逐渐降低，EB在36 h时又再次出现释放量高峰；()--罗勒烯在EB中的释放量相对较高，同样在36 h达到最大量；()-罗勒烯随时间延长逐步增加，EB的含量比JY相对较高，在72 h时JY的释放量呈现下降趋势；在抗虫茶树品种JY和感虫茶树品种EB的挥发物种类大致是相同的，感虫茶树品种EB的挥发物释放量相对较大。

2.3 挥发物合成相关基因

对抗、感茶树品种上合成GLVs的-亚麻酸途径的关键基因：、、、等；合成萜烯类化合物的类异戊二烯途径的关键基因：、、、等；二萜生物途径的关键基因：、、等；泛醌类途径：、、等在虫害不同时间点的表达量进行分析（图4）。

通过挥发物合成相关基因的聚类分析，我们看出抗、感茶树品种在小贯小绿叶蝉取食6 h后仅有部分基因被激活，表达量明显上调；而在虫害12 h和24 h的萜类合成相关基因显著上调的基因数量明显增多，且在小贯小绿叶蝉取食12 h达到最大量。说明随着小贯小绿叶蝉取食时间的延长，茶树激活调控萜类合成的基因表达量有所升高，但也有部分基因表达被抑制。萜类合成相关基因表达量在抗虫茶树品种JY和感虫茶树品种EB中存在一定差异性。结果显示，JY在小贯小绿叶蝉取食后大部分基因在12 h被激活，并持续至24 h；但EB茶树大部分基因在12 h时被激活，但24 h基因表达被部分抑制。在抗虫茶树品种JY中，基因在小贯小绿叶蝉取食6 h和12 h时相对表达量分别约为对照组的1.5倍和1.15倍，虽然在24 h后表达受抑制，但比对照组要高出0.5倍左右。、、基因在小贯小绿叶蝉取食12 h时表达量达到最大值，表达量分别约为对照组的2倍、2.9倍和1.9倍，在12 h和24 h时达到峰值，最大表达量峰值约为对照组7倍，随时间延长呈现上升趋势。在感虫茶树品种EB中，在小贯小绿叶蝉取食6 h和12 h时表达量为最大值，分别高出对照组6.7倍和7倍左右。、、、、在小贯小绿叶蝉取食12 h表达量达到峰值，高出对照组分别为3、3、2.4、2.4倍。因此，茶树在小贯小绿叶蝉取食12 h后萜类相关基因被明显激活，且达到最大表达量；萜类合成基因在JY中12 h显著上调，且持续至24 h；而在EB中只有12 h时表达量显著增加，但在24 h时表达量有所下降。

图3 叶蝉取食诱导茶树主要挥发物含量的动态变化

图4 挥发物合成相关基因的表达分析

从基因表达热图中，在虫害6 h后，感虫茶树品种EB有较多的萜类相关基因表达上调，而抗虫茶树品种JY上调基因数量稍低于EB；在虫害12 h，挥发物形成相关基因上调数量达到最大，且持续至24 h。单萜类物质合成相关基因、、、、在EB中的表达量相对较高。而调控倍半萜类物质合成的、、在JY中的表达量与EB差异不明显。调控萜类合成的关键酶基因表达量在虫害后明显增加。

3 讨论

健康植株会自主释放一些挥发性物质，在遭受植食性昆虫取食为害后，植物会启动防御机制，改变其挥发物释放，有利于吸引天敌或趋避害虫[21-24]。植物大部分损伤诱导防御反应出现在为害后的一段时间段内[25]，反应过程包括损伤产生、特别信号的产生、感知和转导，进一步激活植物防御相关基因。由-亚麻酸途径合成的绿叶挥发物是植物自身的组成型挥发物，在损伤后即开始释放；由类异戊二烯途径合成的萜类化合物是HIPVs中的主要组成成分，在植物-昆虫的相互作用和间接防御中发挥重要信号物质的作用[26-29]。

前人对小贯小绿叶蝉取食后的茶树挥发物的研究很多[10-11,14,30-33]。研究结果表明，在小贯小绿叶蝉取食后，主要挥发物可以分成脂肪酸衍生物、萜烯类化合物、氨基酸衍生物三类，包括顺-3-己烯醇、顺-3-己烯酯、罗勒烯、芳樟醇、DMNT、石竹烯、法尼烯、TMTT、橙花叔醇、苯乙腈、水杨酸甲酯、吲哚等物质，且这些物质除绿叶挥发物外，其他物质的含量都在小贯小绿叶蝉取食为害后诱导激活。本研究结果表明，小贯小绿叶蝉的取食为害显著促进了抗虫茶树品种和感虫茶树品种虫害诱导挥发物尤其是萜烯类化合物的释放，但在2个品种的各化合物的相对含量存在较大差异。抗虫茶树品种JY的倍半萜烯类化合物DMNT、法尼烯含量均高于感虫茶树品种EB，但JY的单萜类化合物罗勒烯和芳樟醇含量却低于EB。Li等[34]、刘丹凤[35]研究表明，倍半萜烯类化合物DMNT和TMTT是一类重要的防御性物质，其前体存在于大部分的植物中。植物受到害虫危害后，释放DMNT和TMTT吸引害虫寄生蜂，对害虫起到重要的间接防御作用。赵冬香等[36]研究表明，DMNT对小贯小绿叶蝉具有轻微排斥作用，且DMNT对小贯小绿叶蝉的天敌——白斑猎蛛具有较强的引诱作用。另外，王梦馨[37]研究发现，倍半萜烯类化合物-法尼烯对小贯小绿叶蝉寄生类天敌三棒缨小蜂和微小裂骨小蜂具有很强的引诱力，夏秋两季在不同地区分别使用多种蝉害茶梢挥发物诱集这两种缨小蜂，均以-法尼烯效果最好。因此，倍半萜类物质具有直接抗虫作用和较强的间接抗虫作用，虫害诱导后抗虫品种JY能释放出更多该类物质，这可能是田间JY上小贯小绿叶蝉虫口数量显著低于感虫品种EB的原因之一。另一方面，单萜类化合物-罗勒烯也与植物的抗性相关。研究表明，植物受食草动物取食及病原菌感染后，自身释放的罗勒烯具有提高植物防御能力的作用；植物经罗勒烯处理后，能诱导植物启动一系列防御机制，提高植物的防御能力，使植物对外界环境具有更好的适应性[39]。但是，害虫为害植物诱导的-罗勒烯和芳樟醇也能吸引同种类害虫选择该寄主为害[38]。此外，芳樟醇的释放与植物抗虫性的研究较少，茶树上仅有少量报道[32,39]，而且这些报道仅聚焦茶尺蠖和茶丽纹象甲等昆虫的取食诱导。但是芳樟醇在农产品良好香气品质形成中的作用得到了大量的研究。

虫害能够激活茶树防御相关基因表达，抑制消减杂交分析小贯小绿叶蝉为害茶树叶片，发现病程相关基因及次生代谢相关基因显著上调[40-41]。、、是萜类合成途径中MVA途径中重要的限速酶基因，调控着异戊烯基二磷酸（Isopentenyl diphosphate，IPP）和二甲基烯丙基二磷酸（Dimethylallyl diphosphate，DMAPP）在细胞质中合成倍半萜烯类物质。、、、是萜类合成途径中MEP途径中的关键酶，调控IPP和DMAPP在质体中合成单萜类和双萜类物质，其表达量与MVA途径中的基因表达变化一致。萜类合成酶（Terpene synthase，TPS）作为各种萜烯类化合物合成的关键酶类，处在萜类物质合成途径的下游，催化不同萜类化合物的合成[42-44]，如石竹烯、法尼烯和DMNT等，在吸引天敌方面起着重要作用[45-47]。茶树释放的挥发性物质的合成过程所涉及的代谢途径较复杂，对萜烯类化合物的合成相关基因调控分析发现，调控单萜、二萜类合成的MEP途径的关键基因为、、、、，其表达量在EB中高于JY，而罗勒烯和芳樟醇的总释放量在EB中也高于JY，与其基因表达规律一致。在JY和EB中表达量较高，在12 h、24 h时的表达量约为空白对照组的7倍。这与萜烯类挥发物的含量在虫害后变化较大情况一致。但调控萜类相关基因在EB中表达量均相对较高，在挥发物测定时我们也发现EB茶树挥发物释放量也偏大，这可能与茶树自身的组成型差异相关。后期我们将进一步筛选萜类合成相关的关键基因，对茶树挥发物进行及参与抗逆反应的分子机制也需进一步的研究，进而探索其潜在功能。

针对小贯小绿叶蝉取食诱导的挥发物的释放，室内研究较多，而大田试验方面的研究相对较少。室内环境易操控，重复性好，但其研究环境与自然界真实的田间情况存在较大差异。Cai等[48]建立了热脱附GC-MS技术方法，能够实现茶园环境空气中微量挥发性物质的收集和测定，我们对该方法进行了改造并尝试，虽然可以获得大量数据，但重复性未达理想效果，仍需继续探索。后期，我们会针对小贯小绿叶蝉取食诱导茶树挥发物的测定方法进一步优化。

[1] 许冬, 张永军, 陈洋, 等. 虫害诱导植物间接防御机制[J]. 植物保护, 2009, 35(1): 13-21. Xu D, Zhang Y J, Chen Y, et al. Mechanisms of indirect defenses in plants induced by herbivores [J]. Plant Protection, 2009, 35(1): 13-21.

[2] Alessandra S, Silke A, Rossana M, et al. Green leaf volatiles: a plant’s multifunctional weapon against herbivores and pathogens [J]. Int J Mol Sci, 2013, 14: 17781-17811.

[3] 盛子耀, 李为争, 原国辉. 植物气味多样性与昆虫关系的研究进展[J]. 应用昆虫学报, 2019, 56(4): 652-661.Sheng Z Y, Li W Z, Yuan G H. Advances in studies on the relationship between plant odor diversity and insects [J]. Chinese Journal of Applied Entomology, 2019, 56(4): 652-661.

[4] Qin D, Zhang L, Xiao Q, et al. Clarification of the identity of the tea green leafhopper based on Morphological comparison between Chinese and Japanese specimens [J]. Plos One, 2015, 10(9): e0139202. doi: 10.1371/journal.pone.0139202.

[5] Tian Y, Zhao Y, Zhang L, et al. Morphological, physiological, and biochemical responses of two tea cultivars to(Hemiptera: Cicadellidae) infestation [J]. Journal of Economic Entomology, 2018, 111(2): 899-908.

[6] Jin S, Chen Z M, Backus E A, et al. Characterization of EPG waveforms for the tea green leafhopper,Göthe (Hemiptera: Cicadellidae), on tea plants and their correlation with stylet activities [J]. Journal of Insect Physiology, 2012, 58(9): 1235-1244.

[7] Wei Q, Mu X C, Yu H Y, et al. Susceptibility of(Hemiptera: Cicadellidae) populations from the main tea-Susceptibility of(Hemipera: Cicadellidae) populations from the main tea-growing regions of China to thirteen insecticides [J]. Crop Protection, 2017, 96: 204-210.

[8] 金珊, 孙晓玲, 陈宗懋, 等. 不同茶树品种对假眼小绿叶蝉的抗性[J]. 中国农业科学, 2012, 45(2): 255-265. Jin S, Sun X L, Chen Z M, et al. Resistance of different tea cultivars toGӧthe [J]. Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2012, 45(2): 255-265.

[9] Guo J, Qi J, He K, et al. The Asian corn borerfeeding increases the direct and indirect defence of mid-whorl stage commercial maize in the field [J]. Plant Biotechnology Journal, 2019, 17(1): 88-102.

[10] 蔡晓明. 三种茶树害虫诱导茶树挥发物的释放规律[D]. 北京: 中国农业科学院, 2009. Cai X M. The emission of tea plant volatiles induced by three herbivore insect pests [D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2009.

[11] 付建玉. 茶树倍半萜类物质代谢及其对虫害胁迫响应[D]. 北京: 中国农业科学院, 2017. Fu J Y. The sesquiterpene metabolism and response to diverse biotic stresses in tea plant [D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2017.

[12] 张正群. 非生境植物挥发物对茶树害虫的行为调控功能[D]. 北京: 中国农业科学院, 2013. Zhang Z Q. Behavioral manipulating functions of non-host plant volatiles to main tea pests [D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2013.

[13] 金珊, 韩李伟, 叶乃兴, 等. 茶小绿叶蝉危害乌龙茶茶树品种的挥发物分析[J]. 热带作物学报, 2019, 40(3): 576-582. Jin S, Han L W, Ye N X, et al. Analysis on volatiles of Oolong tea varieties induced bysp. [J]. Chinese journal of tropical crops, 2019, 40(3): 576-582.

[14] 韩善捷, 潘铖, 韩宝瑜. 假眼小绿叶蝉为害致茶梢挥发物变化及其引诱微小裂骨缨小蜂效应[J]. 中国生物防治学报, 2016, 32(2): 142-148. Han S J, Pan C, Han B Y. Changes in volatiles of tea shoots damaged by tea green leafhoppers and their attraction toOgloblin [J]. Chinese Journal of Biological Control, 2016, 32(2): 142-148.

[15] Jin S, Ren Q Q, Lian L L, Cai X M, et al. Comparative transcriptomic analysis of resistant and susceptible tea cultivars in response to(Matsuda) damage [J]. Planta, 2020, 252(10): 1-15.

[16] Chen C, Xia R, Chen H, et al. TBtools: an integrative toolkit developed for interactive analyses of big biological data[J]. Mol Plant, 2020, 13(8): 1194-1202.

[17] 杨新根, 谢映平, 薛皎亮, 等. 柿树被日本龟蜡蚧危害后挥发物的变化及其对红点唇瓢虫的引诱作用[J]. 应用与环境生物学报, 2006, 12(2): 215-219. Yang X G, Xie Y P, Xue J L, et al. Change in volatiles ofL. f. damaged bygreen and their attraction to[J]. Chinese Journal of Applied And Environmental Biology, 2006, 12(2): 215-219.

[18] 李进进. ()-beta-法尼烯介导的除虫菊—蚜虫—瓢虫分子生态机制研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2019. Li J J. The molecular ecological mechanism of pyrethrum-aphid-ladybird mediated by ()-beta-farnesene [D]. Wuhan: Huanzhong Agricultural University, 2019.

[19] 李艳艳, 周晓榕, 庞保平, 等. 多异瓢虫对瓜蚜为害后植物挥发物的行为反应及挥发物成分分析[J]. 昆虫学报. 2013, 56(2): 153-160. Li Y Y, Zhou X R, Pang B P, et al. Behavioral responses of(an-Coleoptera:) to volatiles from plants infested by(Hemiptera:) and analysis of volatile components [J]. Acta Entomologia Sinica, 2013, 56(2): 153-160.

[20] Huang X Z, Xiao Y T, Köllner T G, et al. The terpene synthase gene family in Gossypium hirsutum harbors a linalool synthaseimplicated in direct defence responses against herbivores [J]. Plant, Cell & Environment, 2018, 41(1): 261-274.

[21] 张华峰. 桉树枝瘿姬小蜂侵害机理及寄主桉树化学防御研究[D]. 福州: 福建农林大学, 2013. Zhang H F. Studies on mechanism ofinfestation and chemical defense of[D]. Fuzhou: Fujian Agricultural and Forestry University, 2013.

[22] Zeng L, Liao Y, Li J, et al.-Farnesene and ocimene induce metabolite changes by volatile signaling in neighboring tea () plants [J]. Plant Sci, 2017, 264: 29-36.

[23] 左照江, 张汝民, 高岩. 植物间挥发物信号的研究进展[J]. 植物学报, 2009, 44(2): 245-252. Zuo Z J, Zhang R M, Gao Y. Research advances in volitiles signals among plants [J]. Bulletin of botany, 2009, 44(2): 245-252.

[24] Theis N, Lerdau M. The evolution of function in plant secondary metabolites [J]. The University of Chicago Press, 2003, 53(164): 93-102.

[25] Bustos S C, Foley W J. Foliar terpene chemotypes and herbivory determine variation in plant volatile emissions [J]. J Chem Ecol. 2018, 44(1): 51-61.

[26] 杨伟伟, 李振基, 安钰, 等. 植物挥发性气体(VOCs)研究进展[J]. 生态学杂志, 2008(8): 1386-1392. Yang W W, Li Z J, An Y, et al. Plant volatiles organic compounds (VOCs): a review [J]. Chinese journal of ecology, 2008(8): 1386-1392.

[27] Block A K, Vaughan M M, Schmelz E A, et al. Biosynthesis and function of terpenoid defense compounds in maize () [J]. Planta, 2019, 249(1): 21-30.

[28] Aljbory Z, Chen M S. Indirect plant defense against insect herbivores: a review [J]. Insect Sci, 2018, 25(1): 2-23.

[29] Matsui K. Green leaf volatiles: hydroperoxide lyase pathway of oxylipin metabolism [J]. Current Opinion in Plant Biology, 2006, 9(3): 274-280.

[30] 章金明. MeSA、叶蝉为害和机械刺伤对茶芽挥发物及PAL、PPO酶活性影响[D]. 北京: 中国农业科学院, 2006. Zhang J M. Effects of exotic MeSA, leafhopper-damaging and mechanically piercing on the volatile ingredients and PAL, PPO, activity in tea shoots [D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2006.

[31] 卢绍辉, 袁国军, 梅象信. 假眼小绿叶蝉取食诱导茶梢挥发物组分分析[J]. 河南农业科学, 2009(11): 87-89. Lu S H, Yuan G J, Mei X X. Volatiles components on tea shoot induced by tea green leafhoppers [J]. Journal of Henan Agricultural Science, 2009(11): 87-89.

[32] 王国昌. 三种害虫诱导茶树挥发物的生态功能[D]. 北京: 中国农业科学院, 2010. Wang G C. Ecological functions of tea plant volaties induced by three herbivores [D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2010.

[33] Mei X, Liu X Y, Zhou Y, et al. Formation and emission of linalool in tea () leaves infested by tea green leafhopper ((Matsumurasca)) [J]. Food Chem, 2017, 237: 356-363.

[34] Li F Q, Li W, Lin Y J, et al. Expression of lima bean terpene synthases in rice enhances recruitment of a beneficial enemy of a major rice pest [J]. Plant, cell & environment, 2018, 41(1): 111-120.

[35] 刘丹凤. 陆地棉间接防御物质萜烯同系物的合成代谢研究[D]. 北京: 中国农业科学院, 2018. Liu D F. Anabolism of homoterpenes involved in indirect defense of[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2018.

[36] 赵冬香, 高景林, 陈宗懋, 等. 假眼小绿叶蝉对茶树挥发物的定向行为反应[J]. 华南农业大学学报(自然科学版), 2002, 23(4): 27-29. Zhao D X, Gao J L, Chen Z M, et al. Orientation response ofto tea shoots volatiles [J]. Journal of South China Agricultural University (Natural Science Edition), 2002, 23(4): 27-29.

[37] 王梦馨. 叶蝉诱导的茶树重要防御相关基因的功能解析和互利素鉴定应用[D]. 南京: 南京农业大学, 2012. Wang M X. Function analysis of defence-related genes of tea plant () and identification and application of its synomones induced by tea green leafhopper [D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2012.

[38] 桂茜. 罗勒烯促进植物抗虫分子机制的初步研究[D]. 长沙: 湖南农业大学, 2017. Gui Q. Preliminary study on the mechanism of ocimene promoting plant insect resistance [D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2017.

[39] Sun X L, Wang G C, Gao Y, et al. Volatiles emitted from tea plants infested bylarvae are attractive to conspecific moths [J]. Journal of Chemical Ecology, 2014, 40(10): 1080-1089.

[40] Yang H, Xie S, Wang L, et al. Identification of up-regulated genes in tea leaves under mild infestation of green leafhopper [J]. Scientia Horticulturae, 2011, 130(2): 476-481.

[41] Wang Y N, Tang L, Hou Y, et al. Differential transcriptome analysis of leaves of tea plant () provides comprehensive insights into the defense responses toattack using RNA-Seq [J]. Funct Integr Genomics, 2016, 16(4): 383-398.

[42] 寇俊凤. 棉花(E)-β-罗勒烯合成酶基因GhTPS16的功能解析[D]. 北京: 中国农业科学院, 2019. Kou J F. Functional analysis of ()--ocimene synthase genefrom[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2019.

[43] Zeng X L, Liu C, Zheng R R, et al. Emission and accumulation of monoterpene and the key terpene synthase (TPS) associated with monoterpene biosynthesis inLour [J]. Front. Plant Sci, 2016, 6: 1232-1248.

[44] Zeng L T, Watanabe N, Yang Z Y. Understanding the biosyntheses and stress response mechanisms of aroma compounds in tea () to safely and effectively improve tea aroma [J]. Crit Rev Food Sci Nutr, 2019, 59(14): 2321-2334.

[45] Kappers I F, Aharoni A, van Herpen T W, et al. Genetic engineering of terpenoid metabolism attracts bodyguards to[J]. Science, 2005, 309(5743): 2070-2072.

[46] 郭帅帅, 原国辉, 柴晓乐, 等. ()--法尼烯和(-)--石竹烯在桃蚜-七星瓢虫化学通讯中的相互作用[J]. 河南农业大学学报, 2017, 51(1): 43-48.

Guo S S, Yuan G H, Chai X L, et al. Interactive effect of ()--farnesene and (-)--caryophyllene on chemical communication betweene and[J]. Journal of Henan Agricultural University, 2017, 51(1): 43-48.

[47] Liu D F, Huang X Z, Jiang W X, et al. Identification and functional analysis of two P450 enzymes ofinvolved in DMNT and TMTT biosynthesis [J]. Plant Biotechnology Journal, 2018, 16(2): 581-590.

[48] Cai X M, Xu X, Bian L, et al. Measurement of volatile plant compounds in field ambient air by thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry [J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2015, 407(30): 9105-9114.

The Release of Volatiles in Resistant and Susceptible Tea Cultivars underFeeding

REN Qianqian1, ZHUANG Mingzhu1, CAI Xiaoming2, BIAN Lei2, LUO Zongxiu2,LI Zhaoqun2, YOU Minsheng3, CHEN Zongmao2*, JIN Shan1*

1. College of Horticulture, Key Laboratory of Tea Science, Fujian Agricultural and Forest university, Fuzhou 350002, China; 2. Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310008, China; 3. Institute of Applied Ecology, Agricultural and Forest university, Fuzhou 350002, China

In order to study the volatile release and the relative metabolism induced by small green leafhoppers () feeding in tea plants, the resistant tea cultivar (JY) and susceptible tea cultivar (EB) were used as materials. The time course (6, 12, 24, 36, 48, 72 h) of tea volatile compounds released by tea plants underfeeding were collected and detected by using dynamic headspace collection method and GC-MS technology. An integrative analysis of the metabolism and transcriptome data was then performed, and the target genes in the synthetic pathway of the main volatiles were screened and analyzed. The results show that healthy tea plants released less volatiles. While ten main volatiles such as-Ocimene, DMNT, Linalool, Farnesene, etc. were identified in tea plants underfeeding. Among them, the contents of monoterpenoids were higher in the susceptible tea cultivar EB, and sesquiterpenoids were higher in the resistant tea cultivar JY. Furthermore, transcriptome data show that the key genes in terpene synthesis pathway were up-regulated in both cultivars afterfeeding. The expression levels of genes related to the synthesis of monoterpenoids were relatively higher in susceptible tea cultivar than those in resistant cultivar. However, no significant expression differences were identified in genes related to sesquiterpenes synthesis in resistant and susceptible tea cultivars. The results of this study provided a theoretical basis for the tea resistance mechanism and green control of leafhopper in tea plantation.

tea plant, volatiles,, terpenoids, gene regulation

S571.1；S435.711

A

1000-369X(2020)06-795-12

2020-06-22

2020-08-26

闽台作物有害生物生态防控国家重点实验室开放课题（SKL20190010）、国家重点研发计划项目（2016YFE0102100）、国家茶叶质量安全工程技术研究中心开放课题（KIG17004A）

任倩倩，女，硕士研究生，主要从事茶叶质量安全研究。*通信作者：zmchen2006@163.com；jinshan0313@163.com