茶树叶片理化性质对茶蚜取食选择性的影响

欧阳玉婷 田森 胡蕾 赵德刚 陈正武 何应琴 徐富林

关键词：茶蚜；取食选择性；物理性状；营养成分；相关性分析

茶蚜Toxroptera aurantii Boyer de Fonsco-lombe又称橘二叉蚜，隶属半翅目Hemiptera蚜科Aphididae，因其具有繁殖力强、传播蔓延快、易暴发成灾等特点，已成为茶园的重要害虫。茶蚜在国内各茶区均有发生，国外主要分布于印度、日本、斯里兰卡、东非和肯尼亚等国家。研究表明，茶蚜成虫、若虫常聚集于茶树嫩叶背部和嫩茎上刺吸寄主汁液，导致受害芽叶萎缩、生长停滞，同时茶蚜腹管分泌的蜜露可诱发煤烟病，严重制约了茶叶的产量及品质。除茶树外，茶蚜的寄主还包括油茶、咖啡、柑橘、可可和芒果等80科190余属植物。由于茶蚜对农业危害严重，茶蚜研究一直是基础理论和实际应用并重的热点问题。

适合的寄主植物是昆虫完成定居和种群繁衍的基本保障，植食性昆虫与寄主在协同进化过程中对不同寄主植物的取食选择是其重要的行为适应策略。研究表明，寄主植物的物理结构、挥发性成分、营养物质等因素都会影响植食性昆虫的取食选择性，其中起决定作用的是植物的理化性质。植物固有的物理特性是昆虫取食的首要屏障，植物叶片颜色、气孔密度、茸毛长短及密度等均可直接影响昆虫寄主选择行为。如谭济才等研究发现，茸毛密度大的茶树品种不利于螨类发生，其原因是螨类个体小，取食活动极易受寄主叶片表面附属物的影响，茸毛密度大可导致该类害虫口针难以顺利到达叶肉内的取食部位。植物间营养成分差异是决定昆虫寄主选择的另一重要因素。研究发现，昆虫种类与寄主植物之间具有专化性，不同昆虫对植物营养成分指标要求不同。如杨丽丽的研究显示，茶尺蠖Ectropis obliqua Warren发育历期与茶树氨基酸和多酚类含量呈正相关，与茶树可溶性糖含量呈负相关，即茶树中氨基酸、多酚含量越高对茶尺蠖抗性越强，可溶性糖含量越高，对茶尺蠖抗性越弱；而葛超美等研究表明灰茶尺蠖Ectropis gri.sescens Warren取食选择性与茶树叶片游离氨基酸和茶多酚含量呈负相关，与可溶性糖含量呈正相关。

当前，关于茶树叶片物理性状及营养成分对茶蚜取食选择性方面的研究鲜有报道。基于此，本文选取7个贵州主栽及地方优良茶树品种为供试材料，研究茶蚜对不同茶树品种的取食选择性，并系统分析其取食选择性与茶树叶片物理性状和主要生化成分的相关性，以期为深入研究茶蚜寄主选择行为机理奠定基础，并为抗蚜茶树种质资源筛选提供科學依据。

1材料与方法

1.1供试材料

供试植物：试验所用茶树品种为‘福鼎大白茶’‘黄金芽’‘龙井43’‘黔湄601’‘黔茶1号’‘黔茶8号’和‘黔茶10号’，均为2年生无性系茶苗，由贵州省农业科学院茶叶研究所提供。将供试茶苗分别单株种植于营养钵（口径25cm，底径20cm，高度30cm）中，统一置于温室大棚内，在光周期L∥D=16h∥8h、温度（25±1）℃、相对湿度（70±5）%条件下培育备用。

供试虫源：茶蚜来源于贵州大学茶学院温室内长期饲养的蚜虫种群。饲养条件：光周期L∥D=16h∥8h、温度（25±1）℃、相对湿度（70±5）%。选取大小一致的有翅成蚜进行试验。

1.2茶蚜取食选择性测定

试验在贵州大学教学农场温室内进行。在防虫网罩（长×宽×高=6m×6m×2m）内，将7种茶树品种编号，盆钵间等距随机排列呈圆环状，圆心处放置一个培养皿。将有翅成蚜饥饿处理1h后用接虫笔按每株5头的虫量接于培养皿中，让其自由选择寄主，观察并记录茶蚜在各供试茶苗上的种群动态，每隔3d记录1次，连续观察15d。本试验每个茶树品种设3次重复，每重复10株。

1.3不同茶树品种抗蚜性鉴定

根据1.2供试茶苗上的茶蚜种群数量，采用蚜量比值法对7个茶树品种的抗蚜性进行鉴定。抗性分级标准：蚜量比值≤0.40，高抗（HR）；0.40<蚜量比值≤0.80，抗（R）；0.80<蚜量比值≤1.20，中抗（MR）；1.20<蚜量比值≤1.50，感虫（S）；蚜量比值>1.50，高感（HS）。

蚜量比值一某茶树品种的平均蚜量／全部茶树品种的平均蚜量。

1.4不同茶树品种叶片物理性状测定

1.4.1茶树叶片气孔密度测定

每个茶树品种采集10个一芽二叶新梢，分别剪取芽下第2叶置于FAA固定液中，24h后参照杨克彤等气孔印迹法制作玻片。在Leica Mmil-MC170显微系统下对气孔进行观测。气孔密度（SD）＝气孔总数／视野面积（1198um×899um=1.08mm2）。

1.4.2茶树叶片内部解剖结构测定

按1.4.1方法取样。参考陈延惠等]的方法制作石蜡切片。利用Case Viewer软件对茶树叶片的栅栏组织厚度、海绵组织厚度、下表皮厚度和总厚度指标进行测量。每品种设3次生物学重复。

1.5不同茶树品种叶片生化成分含量测定

按1.4.1方法取样，去梗后参照国家标准将样品烘干备用。本试验中，每个生化成分含量的测定均设3次重复。

1.5.1咖啡碱含量测定

咖啡碱含量按照国家标准测定。称取3．0g样品，加入450mL蒸馏水沸水浴浸提45min，抽滤后定容至500mL容量瓶中。准确吸取10mL提取液，4mL 0.01mol/L盐酸溶液和1mL碱式乙酸铅溶液至100mL容量瓶中，定容混匀过滤后将25mL滤液，0.1mL 4.5mol/L硫酸溶液加入50mL容量瓶，定容至刻度。以空白溶液作参比，记录274nm波长处吸光度。

1.5.2茶多酚含量测定

茶多酚含量按照国家标准测定。称取0.2g样品，加入5mL预热的70%甲醇水后沸水浴提取10min。在4．0℃、3500r/min下离心10min，将上清液加入10mL容量瓶，滤渣重复上述操作提取，用0.45um膜过滤，将1．0mL母液定容至100mL。准确量取1.0mL测试液和5．0mL福林酚试剂于10mL容量瓶中，反应5min后加入4．0mL 7.5%碳酸钠溶液，混匀静置60min。以空白溶液作参比，记录765nm处吸光度。

1.5.3游离氨基酸含量测定

游离氨基酸含量按照国家标准测定，提取液制备同1.5.1。准确吸取1mL提取液，0.5mL pH8.0磷酸缓冲液和0.5mL 2%茚三酮溶液至25mL容量瓶，用浮板固定，沸水浴浸提15min，冷却定容后反应10min。以空白溶液作参比，记录570nm处吸光度。

1.5.4可溶性糖含量测定

参照蒽酮比色法测定。称取1．0g茶叶样品，加入50mL沸蒸馏水，沸水浴中提取30min，抽滤后定容至500mL容量瓶中。吸取8mL现配的蒽酮试剂于25ml。容量瓶，准确滴加1ml。提取液，沸水浴中加热3min后立即冷却，以空白溶液作参比，记录620nm处吸光度。

1.6数据分析

利用SPSS Statistics 20软件进行数据统计与分析，方差分析采用单因素方差分析（One-wayANOVA）（a=0.05），不同茶树品种间的显著性分析采用最小极差法（LSD） （a=0.05），R语言中cor-rplot软件包进行Pearson相关性热图绘制。

2结果与分析

2.1有翅成蚜对不同茶树品种的取食选择性

由表1可知，有翅成蚜对7个茶树品种的取食选择性存在差异。整体而言，随着时间的延续，不同供试茶树品种上茶蚜的种群数量均呈上升趋势。接种第3天，每个品种都有茶蚜选择，但‘黄金芽’上种群数量显著高于其他茶树品种。接种第6天，‘黄金芽’上茶蚜种群数量最高，显著高于‘龙井43’‘黔茶10号’和‘黔茶1号’。接种第9天，7个茶树品种上茶蚜种群数量增长迅速，‘黄金芽’上茶蚜数量仍居最高水平，而‘黔茶1号’和‘黔茶10号’最低，均显著低于其他5个品种。接种第12天，所有品种的种群数量达到最高峰，‘黄金芽’上茶蚜数量高达367.00头，‘黔茶1号’仅为141.67头。接种第15天，所有品种上虫口数量均略降低，但品种间仍存在显著差异。本试验结果表明，7个茶树品种中，茶蚜对‘黄金芽’的取食选择性最强，对‘黔茶1号’和‘黔茶10号’选择性最弱。

2.2不同茶树品种抗蚜性鉴定

根据蚜量比值法将7个茶树品种划分为4种抗性等级（表2），其中‘黔茶1号’‘黔茶10号’为抗虫品种，蚜量比值分别为0.63、0.64；‘龙井43’‘黔茶8号’和‘福鼎大白茶’为中抗品种，蚜量比值分别为0.93、0.94和0.97；‘黔湄601'为感虫品种，蚜量比值为1.25；‘黄金芽’为高感品种，蚜量比值为1.64。

2.3不同茶树品种叶片物理性状

由图1可知，不同茶树品种叶片物理性状存在显著差异。‘黄金芽’‘黔湄601’的气孔密度最大，显著高于其他5个茶树品种（图1a）。叶片总厚度以‘黔茶1号’‘黔茶10号’和‘黔湄601’较厚，而‘黄金芽’最薄（图1b）。7个供试茶树品种的下表皮厚度无显著性差异（图1c）。叶片栅栏组织厚度以‘黔茶10号’‘黔茶1号’最厚，2个品种叶片栅栏组织厚度显著大于‘福鼎大白茶’和‘黄金芽’，但与其他3个品种无明显差异（图ld）。叶片海绵组织厚度数据分析显示，‘黔湄601'黔茶8号’‘龙井43’和‘福鼎大白茶’海绵组织较厚，4个品种与‘黔茶10号’‘黔茶1号’和‘黄金芽’差异显著（图1e）。

2.4不同茶树品种叶片生化成分含量

7个茶树品种的主要生化成分含量也存在顯著性差异。‘黔茶8号’咖啡碱含量最高，其次为‘黔茶1号’，二者显著高于‘黔湄601'和‘黄金芽’，但与其他3个品种无显著差异（图2a）。茶多酚含量以‘黄金芽’最低，与‘黔茶1号’‘黔茶10号’‘黔茶8号’‘福鼎大白茶’差异显著（图2b）。供试茶树品种中，‘黄金芽’的游离氨基酸含量最高，显著高于其他茶树品种，而‘龙井43’‘黔茶8号’‘福鼎大白茶’和‘黔湄601’之间差异不显著（图2c）。此外，‘黄金芽’的可溶性糖含量也显著高于‘黔茶1号’‘黔茶10号’和‘龙井43’，但与‘黔茶8号’‘福鼎大白茶’和‘黔湄601，之间差异未达到显著水平（图2d）。

2.5茶树叶片物理性状及营养成分与蚜量比值的相关性分析

Pearson相关性分析表明（图3），蚜量比值与茶树叶片总厚度（r=-0.84）、下表皮厚度（r=-0.78）、栅栏组织厚度（r=-0.94）、咖啡碱含量（r=-0.91）和茶多酚含量（r=-0.94）呈显著负相关，与气孔密度（r=0.93）、游离氨基酸含量（r=0.94）呈显著正相关，而与海绵组织厚度（r=-0.27）、可溶性糖含量（r=0.75）无显著相关性。综上可知，茶蚜偏好选择气孔密度大和游离氨基酸含量高的茶树叶片取食，不喜食叶片厚、咖啡碱及茶多酚含量高的茶树叶片。

3结论与讨论

自然界中，植物为抵御昆虫侵袭，在长期进化过程中形成了复杂有效的防御体系，并可通过这些防御体系影响或控制昆虫的行为、种群数量以及分布。深入解析植食性昆虫的寄主选择机理后，可通过调控昆虫行为或者培育抗虫品种降低农作物的经济损失。本研究中，茶蚜对7个茶树品种的取食选择性存在差异，其中茶蚜对‘黄金芽’的取食选择性最强，对‘黔茶1号’和‘黔茶10号’选择性最弱。进一步利用蚜量比值法分析表明：‘黔茶1号’‘黔茶10号’为抗虫品种；‘福鼎大白茶’‘龙井43’‘黔茶8号’为中抗品种；‘黔湄601’为感虫品种；‘黄金芽’为高感品种。茶树抗虫性是茶树在长期适应虫害胁迫过程中，通过自然或人工选择而逐步形成的一种形态及生理生化特性。研究发现，在植物理化性质中，植物代谢所产生的次生化合物差异决定着植物的抗虫水平，而植物间物理性状、营养成分差异是影响昆虫寄主选择和种群繁殖的重要因素。

茶树与其他种类植物相似，对于害虫的为害具有极其复杂的防御体系，叶片组织属于物理防御体系，可影响昆虫对其进行取食选择。本研究中，茶蚜取食选择性与茶树叶片气孔密度呈显著正相关，与叶片、下表皮、栅栏组织厚度呈显著负相关，而与海绵组织厚度无显著相关性，表明茶蚜偏好选择气孔密度大的茶树叶片取食，但是叶片总厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度越厚，茶蚜的选择性越弱，反之则越强。王庆森等的研究也表明，气孔密度大利于黑刺粉虱Aleurocanthus spiniferus （Quaintance）取食为害，且黑刺粉虱产卵量与茶树叶片气孔密度显著正相关，该结论与本研究结果一致。刘奕清等的研究发现，下表皮增厚以及角质化程度的加深均对侧多食跗线螨Polyphagotarsonernus latu.s Banks刺吸寄主汁液有阻碍作用。邹武等认为假眼小绿叶蝉Ernpoasca vitis（Gothe）种群数量与茶树叶片总厚度、下表皮厚度之间无显著相关性，而与叶片栅栏组织厚度之间存在显著负相关。叶片的颜色也是影响昆虫抗性的另一重要农艺性状。徐立人等研究发现，无性系刺槐的虫害程度与叶色呈显著负相关，表明害虫更趋向于光泽度低的叶片。茶树叶片颜色对茶蚜的取食选择性可能也会带来影响，但其作用有待进一步研究。综上可知，尽管关于茶树叶片内部解剖结构的抗虫效应研究已有部分报道，但不同学者的研究结论存在差异，其原因可能与昆虫种类不同有关。

蚜虫在进行寄主植物选择时有试探取食的行为习性，在此过程中，植物组织内的营养成分是其评判是否定殖的重要标准。Pearson相关性分析显示，茶蚜取食选择性与茶树叶片游离氨基酸含量呈显著正相关，与咖啡碱含量和茶多酚含量呈显著负相关，而与可溶性糖含量无显著相关性。表明茶蚜偏好取食游离氨基酸含量高的茶树叶片，不喜食咖啡碱和茶多酚含量高的叶片，即叶片咖啡碱和茶多酚含量越高，茶树抗虫性越强，游离氨基酸含量越高，抗虫性越弱。截至目前，大部分研究均表明咖啡碱和多酚类物质可引起昆虫的拒食反应，并抑制其生长发育．本文研究结论与前人类似。但是茶树营养成分中，游离氨基酸含量和糖类含量这两个指标与昆虫取食选择性之间的关系研究结论差异较大。部分研究表明，昆虫取食选择性与茶树叶片游离氨基酸含量和糖类含量呈显著正相关，而部分研究则相反，推测是由于不同昆虫种类对植物营养成分指标要求不同或者昆虫对寄主植物的取食反应受植物营养成分、各种次生代谢物质等多种因素的综合影响，导致研究结论存在差异，具体情况尚需进一步验证。

植物应对虫害胁迫的调控机理一直是抗逆研究的热点领域。本研究表明，茶树叶片的物理性状及营养成分均会显著影响茶蚜的取食偏好性，研究结论将为茶树生产上抗蚜种质资源鉴选，以及茶蚜的绿色防控提供理论依据。茶树属于多年生经济作物，其抗虫性是一个复杂的调控网络，涉及物理结构、挥发性物质、营养成分以及防御酶等因素，本文仅初步探讨了茶蚜取食选择性与茶树叶片物理性状及营养成分之间的关系，而其他因素的作用还有待进一步研究。