三种维生素浸种萌发的高粱幼苗对蚜虫抗生性的影响

张悦，王超，王震刚，崔浩然，刘婷，赵长江，2，张海燕，2，3

（1.黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319；2.黑龙江省秸秆资源化利用工程技术研究中心；3.国家杂粮工程技术研究中心）

外源维生素对高等植物生长发育具有显著的影响，主要表现在作物增产显著、刺激形态形成以及逆境保护的作用[1-3]。植物在种子萌发时期对维生素较为敏感，不同维生素及不同浓度处理会出现不同生长趋势和生理变化，而且维生素的营养补充可以增强作物抗逆性[4-7]。维生素分为水溶性维生素和脂溶性维生素，水溶性维生素是辅酶的主要组分，其中维生素C作为具有抗氧化活性的水溶性维生素，能够促进植物种子的萌发，增强根系和幼苗的生长，提高植物抗盐能力，也对昆虫的生长发育具有重要的作用，参与细胞代谢，对幼虫的生长和组织器官的发育具有重要影响[8-10]。维生素B6是一组可相互转换的吡啶衍生物的总称，近年来发现维生素B6也是抗氧化剂，可发挥抗逆作用，保护植物免受低温、紫外线、氧化、渗透压等环境胁迫的影响[11-12]。所以，我们可以推断维生素不仅在作物促生增产中发挥重要作用，也在作物抗病虫等逆境中发挥重要调控作用。

高粱是干旱半干旱区重要的杂粮作物，中国栽培较广，以东北各地为最多，分食用高粱、酒用高粱、糖用高粱和帚用高粱等几种，可作为饲料和粮食，颖果还能入药，属于重要经济作物，生产中易受病虫害的威胁，其中蚜虫为害较重，蚜虫发生种类混杂，主要以高粱蚜、玉米蚜、麦二叉蚜、麦长管蚜等较常见[13-14]，通过近几年在黑龙江省高粱种植区调查发现，为害高粱的蚜虫中玉米蚜是为害高粱最严重的害虫之一，玉米蚜Rhopalosiphum maidis（Fitch）隶属于半翅目Hemiptera，蚜科Aphididae，缢管蚜属Rhopalosiphum[15-16]，分布范围极广。由于蚜虫的繁殖能力较强，虫口增加快，在抽穗期为害加重，一般成片聚集在植株中下部或叶片的背面、叶鞘以及穗上，蚜虫利用刺吸式口器吸吮作物液汁，同时分泌出含有高糖分的蜜露[16]，分泌的蜜露会占据整个植株的叶片表面和茎杆的表面，蚜虫爆发时在阳光照射下蜜露斑块会出现油光泽[10-11]，高粱被蚜虫取食后，严重时高粱整个中下部茎叶枯萎，不能正常开花结实，最后导致植株死亡，严重影响高粱的产量和品质[15]。

研究选用不同浓度三种维生素浸种处理，分析取食维生素处理高粱幼苗蚜虫的发育历期、繁殖力、寿命和生命表等参数，以及浸种对高粱种子萌发的影响，同时分析维生素含量或种类对植食性昆虫的生长发育的影响，揭示外源维生素处理引发的植物抗虫性，为研究植物病虫害的绿色防控提供理论参考。

1 材料方法

1.1 试验材料

供试蚜虫：玉米蚜（Rhopalosiphum maidis（Fitch））采自黑龙江省安达市黑龙江八一农垦大学科技园区高粱地。于恒温培养箱中（温度为25℃，湿度为60%，光周期为（14L：10D）繁殖10代以上，建立实验种群。

维生素：维生素B6（VB6）、维生素C（VC）、维生素H（VH），均购自合肥博美生物公司。

高粱品种：‘龙杂19’由黑龙江省农业科学院育种所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 种子处理

挑选籽粒饱满、大小均一的高粱种子用自来水反复冲洗，10%的次氯酸钠消毒10 min，然后用蒸馏水冲洗5遍，自然通风晾干。分别采用三种浓度50、100、200 mg·L-1的维生素B6（VB6）、维生素C（VC）、维生素H（VH）浸种24 h，同时以蒸馏水浸种作为对照，浸种后种子均匀摆放于发芽盒中，每个浓度为一组，每组60粒种子，每组重复5次。

1.2.2 种子萌发及相关指标的测定

于25℃黑暗培养3 d后观察种子萌发情况，种子芽长至种子长度的一半时视为发芽作为发芽标志，计算发芽势。处理5 d后观察种子发芽情况，再以上述方法观察种子的萌发情况，计算萌发率。处理7 d每个处理取30粒测量胚芽（轴）长、根长，并将高粱胚芽和胚根分离，测量胚芽（轴）及胚根鲜重。

1.2.3 生理指标的测定

取萌发的高粱种子用脱脂棉包裹保湿，于温度25℃、光照强度为250 μmoL·（m2·s）-1、光照周期16 h/8 h（光照/黑暗）的培养箱（RDN型人工气候箱）中培养，7 d后统计高粱幼苗的株高和根长。并采用蒽酮法测定可溶性糖含量，可溶性蛋白含量参照Bradford方法测定[18]。

1.2.4 生命表观察

选取长势一致的维生素浸种培养7 d的高粱幼苗用灭菌脱脂棉包根，置于铺有两层滤纸的长×宽×高为22×18×15 cm的透光透气的发芽盒内，置于温度（25±1）℃、光照强度为250 μmoL·（m2·s）-1、光照周期16 h/8 h（光照/黑暗）的培养箱（RDN型人工气候箱）中，每天定时定量浇水，每株高粱幼苗上接上即将产仔的成蚜（F0代）2头，24 h观察成蚜产仔情况，待成蚜产仔（F1代）后移除成蚜，每株高粱植株留2头若蚜并将其余若蚜轻轻去除，设30次重复，每隔24 h记录一次蚜虫存活情况，统计逐日存活率，统计脱皮次数，发育历期及发育至成蚜后统计逐日产仔量[17]。每7 d换一次高粱幼苗，直至F1代蚜虫死亡为止，统计各指标计算生命表参数。

1.3 数据统计公式

1.3.1 发芽势及萌发率分析

发芽率=（正常发芽的种子数/供试种子数）×100%。

发芽势=（前3 d发芽的种子数/供试种子数）×100%。

1.3.2 生命表参数统计

发育历期（development days，DD），即一龄若蚜至发育至成虫时所需的天数。平均繁殖力=一生总产蚜量/存活蚜虫总数；繁殖率=平均繁殖力/繁殖期，根据试验数据组建生殖力表，参照刘长仲等[20]和孙倩等[21]方法计算如下参数：

净增殖率R0=Σ1xmx；

平均世代周期T=Σx 1xmx/Σ1xmx；

内禀增长率rm=1nR0/T；

周限增长率λ=exp(rm)；

种群加倍时间Dt=1n2/rm。

式中，x为特定年龄（d），1x为在x期开始时的存活率，mx为在x期间平均每头雌蚜产蚜数量。

1.3.3 数据处理

试验数据使用SPSS 20.0软件多重比较（Duncan氏新复极差法）进行，用Excel 2010软件作图。

2 结果与分析

2.1 维生素浸种高粱幼苗对蚜虫发育历期影响

三种不同浓度维生素浸种萌发的高粱幼苗对蚜虫发育历期的影响见表1，结果表明，蚜虫在4龄时，对照组为1.50 d，VH浓度为200 mg·L-1时历期明显最短，低于对照组0.78 d，其次为VB6浓度为50 mg·L-1，低于对照组0.75 d，差异均显著（P<0.05，下同），而VC三个浓度之间差异不显著，VH随着浓度上升时间逐渐缩短但差异不显著。VH（100、200 mg·L-1）分别低于对照组1.15 d和1.40 d，差异显著，其余各个处理与对照之间差异不显著。

表1 维生素处理后高粱幼苗上蚜虫的发育历期Table 1 The developmental period of aphids on sorghum seedlings after vitamin treatment

2.2 维生素浸种高粱幼苗对蚜虫繁殖的影响

三种不同浓度维生素浸种高粱幼苗上蚜虫的平均繁殖力（平均产蚜量）见图1（A）。对照组（CK，0 mg·L-1）平均产仔量最多为16.78头；在VC浓度为50 mg·L-1时产仔量低于对照组76.16%，当浓度为100 mg·L-1和200 mg·L-1依次低于对照组71.22%、47.38%，差异均显著；VB6浓度为50 mg·L-1和100 mg·L-1、200 mg·L-1时产仔量依次低于对照52.32%、50.36%、59.95%，差异均显著；VH浓度为50 mg·L-1产仔量低于对照组15.55%与对照组无差异，浓度为100 mg·L-1和200 mg·L-1依次低于对照组55.96%、40.41%，差异显著。说明三种维生素可以明显降低蚜虫的平均繁殖力。

蚜虫在三种不同浓度维生素浸种高粱幼苗上的平均繁殖率见图1（B）。对照组繁殖率为1.63，VC浓度为50 mg·L-1时繁殖率最低，低于对照组65.03%，100、200 mg·L-1繁殖力依次低于对照组51.53%、33.74%；VB6三个浓度依次低于对照组39.88%、42.94%、39.88%；VH三个浓度与对照组差异均显著。三种维生素可以明显降低蚜虫的繁殖率。

图1 维生素处理后高粱幼苗上蚜虫的产蚜量和繁殖率Fig.1 Number of litters and reproduction rate of aphids on sorghum seedlings after vitamin treatment

2.3 维生素浸种高粱幼苗对蚜虫存活率的影响

蚜虫在三种不同浓度维生素浸种高粱幼苗上的存活率见图2（A、B、C）。由图2可知对照组（CK）的存活时间最长为21 d，VB6处理下当浓度为200 mg·L-1时存活时间最短为15 d，与对照组比短了6 d；VC三个浓度处理下蚜虫存活时间最短，50 mg·L-1和100 mg·L-1时存活时间为14 d，短于对照组7 d；VC（100 mg·L-1）时蚜虫存活最低，低于对照组50%；第15天时，对照组存活率55.56%，VC三个浓度、VB6（200 mg·L-1）和VH（100、200 mg·L-1）存活率均为0；第20天时，对照组存活率为16.67 %，其余为0。

图2 维生素处理后高粱幼苗上蚜虫的存活率Fig.2 Survival rate of aphids on sorghum seedlings after vitamin treatment

2.4 三种不同浓度维生素浸种高粱幼苗蚜虫生命表参数

蚜虫在三种不同浓度维生素浸种高粱幼苗上的生命表参数见表2。CK组高粱苗上的蚜虫净增值率较高为14.89，在VC处理下随着浓度升高，蚜虫的净增值率呈逐渐上升的趋势，依次低于对照组74.82%、71.99%、43.85%，在VB6处理下随着浓度升高，蚜虫的净增值率呈逐渐降低，依次低于对照组52.45%、58.03%、59.57%，两种维生素与对照组差异均显著；在VH浓度为100 mg·L-1和200 mg·L-1时差异显著依次低于对照组60.44%、36.74%，50 mg·L-1无差异。

表2 维生素处理后高粱幼苗上蚜虫的生命表参数Table 2 Life table parameters of aphids on sorghum seedlings treated with vitamins

CK组高粱苗上的蚜虫平均发育历期最长为10.21，在VC处理下三个浓度平均发育历期均较短，随着浓度升高依次低于对照组19.10%、23.90%、21.84%，与对照组差异均显著。

内禀增长率和周限增长率均在CK组和VC（200 mg·L-1）最高，VB6和VC的内禀增长率和周限增长率随着浓度的升高逐渐增加，VC（50 mg·L-1）均最低，且VB6和VC各处理与对照组差异显著；VH与对照组差异均不显著。

对照组种群加倍时间最短2.65，VC浓度为50 mg·L-1时种群加倍时间最长，高于对照组1.20 d，100 mg·L-1高于对照组1.79 d，差异均显著，VB6浓度为50、100 mg·L-1时高于对照组0.84、0.81，差异显著，其余各处理差异不显著。

2.5 维生素浸种对高粱种子萌发和幼苗生长的影响

2.5.1 维生素浸种对高粱种子萌发的影响

三种不同浓度维生素对高粱种子发芽势影响见表3，VB6处理50 mg·L-1和200 mg·L-1处理的高粱种子发芽势与对照相比没有差异，浓度为100 mg·L-1时发芽势低于对照4.00%，低于对照0.67%，但差异均不显著。50、100、200 mg·L-1的任意浓度三种维生素之间对高粱发芽势的影响差异均不显著。

表3 不同维生素浸种对高粱种子发芽势的影响Table 3 Effects of seed soaking with different vitamins on germination energy of Sorghum

通过维生素浸种处理后高粱种子萌发率分析结果见表4，对照处理的高粱种子萌发率为92%，浓度为50 mg·L-1的VC处理下，高粱种子的萌发率最高，高出对照2.67%，100 mg·L-1和200 mg·L-1两个浓度下高粱种子萌发率均低于对照。维生素种类和浓度对高粱种子的萌发率影响与对照相比差异均不显著。

表4 不同维生素浸种对高粱种子萌发率的影响Table 4 Effects of different vitamins on the germination rate of sorghum seeds

2.5.2 维生素浸种对高粱幼苗生长的影响

通过维生素浸种处理后高粱的株高见表5，对照处理的苗高最短，而100 mg·L-1下VC苗高最高，高于对照组1.6 cm，差异显著，50 mg·L-1和200 mg·L-1依次高于对照组0.43、0.37，差异均不显著；VB6和VH三个浓度与对照组差异均不显著。

表5 不同维生素浸种对高粱幼苗株高的影响Table 5 Effects of seed soaking with different vitamins on plant height of Sorghum seedlings

通过维生素浸种处理后高粱的根长见表6，对照组根长为8.10 cm，VH和VB6与对照比各浓度间差异均不显著，VC浓度为50、100 mg·L-1依次高于对照组0.16、0.48 cm，200 mg·L-1低于对照组1.29 cm，差异均不显著，除200 mg·L-1浓度VH外该根长与三种维生素在不同浓度下之间差异显著。

表6 维生素浸种对高粱幼苗根长的影响Table 6 Effects of seed soaking with different vitamins on root length of Sorghum seedlings

通过维生素浸种处理后高粱的鲜重见表7，对照组鲜重为1.36 g，VC浓度为100 mg·L-1鲜重最优，高于对照组0.42 g，差异显著，50、200 mg·L-1依次高于对照组0.15、0.30 g，差异不显著；VB6浓度间与对照比差异均不显著；VH浓度为50 mg·L-1高于对照组0.09 g，100 mg·L-1最低且低于对照组0.36 g，200 mg·L-1低于对照组0.16 g，差异均不显著。

表7 维生素浸种对高粱幼苗鲜重的影响Table 7 Effects of seed soaking with different vitamins on fresh weight of Sorghum seedlings

2.5.3维生素浸种对高粱幼苗可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响

可溶性糖是植物体内重要的可溶性调节物质，不同维生素浸种后高粱幼苗可溶性糖含量不同结果见图3（A），可溶性糖含量VH50 mg·L-1最高为61.41%高于对照组31.19%，差异显著；其次为VB6200 mg·L-1为56.24%，高于对照组20.15%；VC100、VH100 mg·L-1均高于对照组18.80%、9.40%差异均不显著。VC50 mg·L-1和VH200 mg·L-1可溶性糖含量与对照组无差异。VC200、VB650、VB6100 mg·L-1依次低于对照组5.06%、8.80%、9.40%，差异不显著。

图3 维生素浸种处理高粱幼苗的可溶性糖（A）和可溶性蛋白（B）含量Fig.3 Soluble sugar（A）and soluble protein（B）content of sorghum seedlings treated with vitamin seed soaking

不同维生素浸种后高粱可溶性蛋白含量结果见图3（B），可溶性蛋白含量在三种维生素100 mg·L-1浓度下均明显增高，VB6、VC和VH依次明显高于对照组39.74%、62.49%和32.41%，50 mg·L-1浓度的VB6与200 mg·L-1浓度的VC明显高于对照组47.93%和58.24%，其他浓度和维生素处理可溶性蛋白与对照比差异不显著。

3 结论与讨论

研究以生产上主栽高粱品种‘龙杂19’高粱为试验材料，分析了三种外源维生素（VB6、VC、VH）三个浓度（50、100、200 mg·L-1）处理对高粱幼苗上蚜虫的发育、存活、繁殖和生命表参数的影响，以及对高粱种子萌发和幼苗生长的影响。三种维生素三个浓度均显著降低了蚜虫的平均繁殖力和繁殖率，对蚜虫的种群生命表参数均有不同程度影响；同时100 mg·L-1浓度的VC处理高粱幼苗的生物量（根长、苗高、鲜重）、可溶性糖和可溶性蛋白含量显著增加，结果表明，一定浓度的外源维生素能够在促进高粱幼苗生长的前提下，增强高粱幼苗的抗虫性。其中VC（100 mg·L-1）浸种对高粱种子萌发无影响且对幼苗有明显的促生作用，同时致使取食高粱幼苗的蚜虫发育历期缩短并减少了产仔量，净增值率降低，内禀增长率减小，表现出良好的自体引发抗虫性。

外源维生素对植物生长发育的影响主要表现在增产、改良品质以及抗逆性等多个方面[1-4]，其中植物能够自身合成VB6，而动物主要从食物中摄取VB6，通过添加外源维生素的方式进行维生素补充会对植物和昆虫具有哪些影响？研究发现，供试外源维生素浸种处理对高粱种子萌发影响不大，但是却可以促进作物幼苗生长，尤其100 mg·L-1浓度的VC显著增加了高粱幼苗的株高、根长和鲜重等生长指标。该结果与已有研究报道外源VC可以提高玉米、小麦、蔬菜等多种作物的种子萌发率和幼苗质量，促进植物生长的结果相一致[5-7]。可见，研究所用的外源维生素在提高作物的生长和抗逆性等方面具有重要作用。当然，研究也发现同一种维生素不同浓度对高粱种子萌发及其对取食幼苗的蚜虫生长发育的影响也不同。

植物抗虫性主要分为三个方面，即抗生性、不选择性和耐害性[22-23]，研究从维生素处理的高粱幼苗入手，研究高粱对蚜虫的抗生性，关于外源维生素对昆虫影响的研究目前较少，研究发现外源维生素对蚜虫的抗生性影响主要表现在蚜虫的发育历期和存活时间缩短、繁殖力降低、种群生命表参数降低，种群加倍时间加长等几个方面。蚜虫作为农业生产中主要的害虫，防治蚜虫要在田间蚜虫出现点片发生之前进行防治，由于气候等原因，导致蚜虫的防治较困难，探索更好的防治方法，如提高高粱的抗虫性、种子时期进行药剂和肥料处理、苗期药剂和肥料处理等都需要进行产品开发，其中产品的成分及配比需要大量的前期探索研究，外源维生素作为上述用途中产品成分配比之一会起到重要作用。