傷害和揮發物對棉花花外蜜的誘導效應

秦秋菊, 李　莎, 毛　達, 李　娜, 李夢杰, 劉　順

河北農業大學植物保護學院, 保定　071000

?

傷害和揮發物對棉花花外蜜的誘導效應

秦秋菊, 李莎, 毛達, 李娜, 李夢杰, 劉順*

河北農業大學植物保護學院, 保定071000

摘要:植物花外蜜的分泌是一種植物間接防御反應。為了明確植食性昆蟲、機械傷和機械傷誘導的揮發性氣體在植物花外蜜誘導分泌中的作用，分析了咀嚼式口器昆蟲棉鈴蟲Helicoverpa armigera (Hübner)、刺吸式口器昆蟲棉蚜Aphis gossypiiGlover取食、剪刀機械傷、剪刀機械傷+棉鈴蟲反吐物、針刺機械傷以及機械傷誘導揮發物、順式-茉莉酮對棉花Gossypium hirsutumL.葉片花外蜜分泌量的影響。結果表明，棉鈴蟲取食、剪刀機械傷、剪刀機械傷+棉鈴蟲反吐物處理均顯著增加了被處理葉片花外蜜的分泌量。棉花花外蜜的誘導效應在處理葉片上表現明顯，并且在較幼嫩的第3片真葉上也有系統性增長。順式-茉莉酮和機械傷揮發物處理1d對棉花較幼嫩的第4、5片真葉花外蜜有誘導效應。棉花葉片花外蜜的誘導主要與植物組織損傷有關；不同口器類型的昆蟲對棉花葉片花外蜜的誘導量不同，咀嚼式口器的棉鈴蟲對棉花花外蜜的誘導強度顯著高于刺吸式口器的棉蚜；順式-茉莉酮和機械傷誘導的揮發物能作為棉花植株間交流的信息物質誘導棉花幼嫩葉片花外蜜的分泌。

關鍵詞：棉花花外蜜；棉鈴蟲；棉蚜；機械傷；順式-茉莉酮；誘導

植物間接防御能為害蟲天敵提供食物(如食物體foodbody或蜜)、釋放揮發物吸引天敵或作為天敵搜尋行為的信息物質等[1- 3]。目前的研究普遍認為，與害蟲及其天敵有關的植物信息物質(如害蟲誘導的植物揮發物、植物利它素)對天敵的寄主尋找和定位行為起著非常重要的引誘和導向作用。植物信息物質可以提高害蟲天敵的搜尋成功率，使天敵成功控制植食者的種群以降低害蟲對植物的取食危害[3]。植物花外蜜是植物的重要信息物質之一，在吸引害蟲天敵方面作用明顯[3- 4]。花外蜜是由著生于植物花外的蜜腺分泌的蜜液。花外蜜腺不參與植物的傳粉，一般位于葉脈、苞葉及花苞外側[5]。植物花外蜜的主要成分是葡萄糖、果糖、蔗糖、各種氨基酸、少量脂肪酸、酶及磷脂等，所以常被一些天敵昆蟲如螞蟻、寄生蜂、捕食性螨類等用作食物，從而吸引它們保護植物免受害蟲危害[3,6- 7]。在利馬豆植物Phaseolus lunatus中，花外蜜與植物釋放揮發性化合物的間接防御機制相比，花外蜜的誘導分泌在吸引害蟲天敵方面發揮著更加重要的作用[8]。

目前植物花外蜜與昆蟲的關系的研究主要集中在適蟻植物、豆科植物和一些木本植物[9](桃樹Prunus persica (L.)、血桐Macaranga tanarius (L.)等)中，已有研究表明花外蜜的移除、機械傷害、植食性昆蟲的取食以及茉莉酸、植物揮發物可以誘導植物花外蜜分泌量的增加[3,10]。棉花是世界上主要農作物之一，也是一種重要的花外蜜腺植物[11]，在生長過程中會受到多種害蟲的危害。W?ckers等研究表明，棉花葉片花外蜜能被棉花夜蛾Spodoptera littoralis (Boisduval)取食所誘導，而苞葉花外蜜不能被誘導[11]。棉花夜蛾和機械傷對棉花葉片花外蜜有近乎同等的誘導效應[12]。順式-茉莉酮是一種傷害誘導的植物揮發性氣體化合物，由茉莉酸或十八烷代謝途徑合成，能誘導利馬豆釋放更多的單萜類化合物和防御基因的表達，同時對忽布疣額蚜Phorodon humuli有忌避作用，對七星瓢蟲Coccinella septempunctata和蚜繭蜂Aphidius ervi有吸引作用，是植物防御反應中一種重要的植物和昆蟲信息素[13- 14]。順式-茉莉酮對于植物花外蜜分泌影響的研究國內外尚未見報道。為了明確植食性昆蟲、機械傷及其機械傷誘導揮發物在棉花花外蜜誘導中的作用，本文研究咀嚼式口器昆蟲棉鈴蟲Helicoverpa armigera (Hübner)取食、刺吸式口器昆蟲棉蚜Aphis gossypiiGlover取食、不同機械傷及機械傷涂抹棉鈴蟲反吐物等處理以及順式-茉莉酮、機械傷害誘導揮發性物對棉花葉片花外蜜分泌量的影響。該研究對于了解棉花間接防御機制、探索新的環境友好型的害蟲治理途徑具有重要的理論意義。

1材料與方法

1.1實驗材料

1.1.1供試蟲源

棉鈴蟲Helicoverpa armigera由河北農業大學昆蟲生理毒理實驗室飼養, 棉蚜Aphis gossypii采自河北農業大學標本園棉田。

1.1.2供試植物

棉花Gossypium hirsutumL.品種為冀棉169，由河北農業大學農學院棉花育種研究室提供。

1.2實驗方法：

1.2.1供試昆蟲的飼養

棉鈴蟲飼養溫度26℃，相對濕度70%，光照L∶D為14∶10h。2齡前飼喂人工飼料，2齡時開始飼喂棉花葉。選擇發育一致的3齡幼蟲供試。試驗前饑餓處理24h。

1.2.2供試棉花的種植

將棉花種子催芽后播種在沙子中，在溫度26℃，相對濕度80%，光照L∶D為16∶8h的人工氣候箱內育苗，子葉完全展開后轉移到裝有蛭石的直徑8cm的塑料花盆內，每盆1株。移苗當天每株澆100mL1/8 濃度日本園式通用配方營養液[15]，以后每隔1d每株棉花澆100mL1/4濃度營養液，在溫度18—30℃，相對濕度60%—80%的日光溫室內培養。3—4葉期棉花真葉開始分泌主脈花外蜜，選擇長勢一致、無病蟲害及機械損傷的棉花供試。

1.2.3棉鈴蟲反吐物的收集

3齡棉鈴蟲幼蟲飼喂棉花葉片3d后，用鑷子輕壓棉鈴蟲頭部，用毛細管收集分泌物。放入EP管中-80℃保存備用[12]。

1.2.4不同傷害處理對棉花葉片花外蜜分泌量的影響

試驗前一天挑選長勢一致的棉花(3—4片真葉，1—3片真葉主脈花外蜜明顯)分成6組，每組15株，將已經分泌的花外蜜清除(濾紙吸除)，每隔1d每株澆100mL1/4 濃度日本園式通用配方營養液。試驗當天處理前(0d)8:00—10:00時收集每片葉片花外蜜進行測定，選擇第2片真葉(以葉片長出的先后順序排列)作為被處理葉片。每處理5株棉花，重復3次。處理后罩防蟲網，每天8:00—10:00時收集測定每片葉片的花外蜜。由于每片葉片花外蜜量較少，不能用毛細管吸取定量，因此測定每片葉的花外蜜重量(濾紙吸取測量吸取前后重量差量)[9,16]，試驗進行到第7天(6d)。

棉鈴蟲傷害處理：處理葉片上釋放1頭棉鈴蟲，處理后夾上固定取食籠[12]，覆蓋約1/4面積的葉片，露出葉片主脈花外蜜腺。待棉鈴蟲取食完籠內葉片后移走棉鈴蟲及取食籠(約24h)。

剪刀機械傷+棉鈴蟲反吐物處理：剪掉處理葉片的1/4，傷害的位置和面積與棉鈴蟲傷害處理相當，移液器取10μL棉鈴蟲反吐物(約等于1頭棉鈴蟲反吐量)均勻涂布于傷口。

剪刀機械傷處理：剪掉處理葉片的1/4，移液器取10μL蒸餾水均勻涂布于傷口。

蚜蟲傷害處理：處理葉片上接入100頭棉蚜，處理葉夾固定取食籠，露出主脈花外蜜腺，24h后將蚜蟲清除。

針刺機械傷處理：用昆蟲解剖針刺穿處理葉片50次，使傷口(直徑1mm)均勻遍布整片葉子。

無傷害處理：選用健康無外傷的棉花苗不做任何處理。

1.2.5揮發性氣體處理對棉花葉片花外蜜分泌量的影響

試驗前一天挑選長勢一致的棉花(5—6片真葉，1—5片真葉主脈花外蜜明顯)分成3組，每組10株，將已經分泌的花外蜜清除。試驗前(0d)8:00—10:00時收集測定花外蜜后進行處理，每處理2株棉花，重復5次。處理后放在15.4L圓柱形密閉玻璃容器內。將玻璃容器放到溫度25℃，濕度60%，光照L∶D為16∶8h的人工氣候箱內，每隔1d每株棉花澆100mL1/4 濃度日本園式通用配方營養液。每天8:00—10:00時收集測定每片葉的花外蜜重量(濾紙吸取測量吸取前后重量差量)，試驗進行到第7天(6d)。

順式-茉莉酮(≥85%,Aldrich)處理：參考Birkett等[13]在利馬豆上的使用濃度，以0.05mg/L的比例稱量一定量的順式-茉莉酮滴在濾紙上，放入15.4L圓柱形密閉玻璃容器內，放入2株要處理的棉花暴露在順式茉莉酮的揮發物中。

機械傷揮發物處理：摘取2株棉花的全部葉片剪碎，放入15.4L圓柱形密閉玻璃容器內，放入2株要處理的棉花暴露在機械傷揮發物中。

對照處理：稱取與順式-茉莉酮等量的蒸餾水滴在濾紙上，放入15.4L圓柱形密閉玻璃容器內，放入2株要處理的棉花。

1.3數據處理與分析

以時間為組內因子，以處理或處理和葉片位置為組間因子，采用重復測量的方差分析對葉片花外蜜分泌量數據進行分析并進行組內和組間數據的兩兩比較(SPSS15.0，P=0.05)。

2結果與分析

2.1不同傷害處理對棉花葉片花外蜜分泌量的影響

2.1.1不同處理棉花被處理葉片花外蜜的分泌量

對重復測量數據在各個時間點的關系進行球形檢驗，P=0.003，表明0—6d7次重復測量的棉花被處理葉(第2片真葉)花外蜜分泌量數據存在相關性。組內因子檢驗結果表明，不同時間第2片真葉花外蜜分泌量存在顯著差異(F=300.669，P<0.001)。組間因子檢驗結果表明，不同處理間第2片真葉花外蜜分泌量存在顯著差異(F=40.179，P<0.001)。組內不同時間花外蜜分泌量兩兩比較結果表明，處理1—3d與處理前(0d)相比第2 片真葉花外蜜分泌量顯著提高。每處理在7個時間點上的兩兩比較表明，棉鈴蟲傷害、剪刀機械傷+棉鈴蟲反吐物、剪刀機械傷處理1—3d第2片真葉花外蜜分泌量與處理前(0d)相比均有顯著提高(表1)。蚜蟲傷害1—2d第2片真葉花外蜜分泌量與處理前相比顯著提高，針刺機械傷處理1d第2片真葉花外蜜分泌量與處理前相比顯著提高。以后不同處理第2片真葉花外蜜分泌量均逐漸恢復到處理前的水平。

# 表示與無傷害處理相比花外蜜分泌量差異顯著(LSD，P<0.05); 第一行時間后*表示與處理前(0d)花外蜜分泌量差異顯著(LSD，P<0.05);數值后*表示在同一處理內此時間點與處理前(0d)花外蜜分泌量差異顯著(LSD，P<0.05)

組間不同處理兩兩比較結果表明，棉鈴蟲傷害、剪刀機械傷+棉鈴蟲反吐物、剪刀機械傷處理第2片真葉花外蜜分泌量和無傷害處理相比顯著提高。棉蚜傷害和針刺機械傷處理第2片真葉花外蜜分泌量與無傷害處理之間差異不顯著。

2.1.2不同處理對棉花被處理葉片和非處理葉片花外蜜分泌量的影響

不同處理對棉花第 1 片和第3片真葉0—6d花外蜜分泌量見表2。由于不同處理對棉花第1—3片真葉花外蜜分泌量的變化主要發生在0—3d，因此僅對不同處理1—3片真葉0—3d花外蜜分泌量進行了以時間為組內因子，處理和葉片位置為組間因子的重復測量的方差分析。組內因子檢驗結果表明，不同時間第1—3片真葉花外蜜分泌量存在顯著差異(F=55.498，P<0.001)。組間因子檢驗結果表明，不同處理間第1—3片真葉花外蜜分泌量存在顯著差異(F=3.641，P=0.007)，不同葉片位置的花外蜜分泌量也存在顯著差異(F=46.186，P<0.001)。組內不同時間花外蜜分泌量兩兩比較結果表明，處理1-3d與處理前(0d)相比第1—3 片真葉花外蜜分泌量顯著提高。組間不同處理兩兩比較結果表明，棉鈴蟲傷害、剪刀機械傷+棉鈴蟲反吐物、剪刀機械傷處理第1—3片真葉花外蜜分泌量和無傷害處理相比顯著提高。組間不同葉位兩兩比較結果表明，不同處理對被處理葉(第2片真葉)花外蜜的誘導效應顯著高于非處理葉(第1片和3片真葉)，對第3片真葉花外蜜的誘導效應顯著高于第2片真葉。

#表示與無傷害處理相比花外蜜分泌量差異顯著(LSD，P<0.05)，第一行時間后*表示與處理前(0d)花外蜜分泌量差異顯著(LSD，P<0.05)

2.2順式-茉莉酮和機械傷揮發物處理對棉花不同葉片花外蜜分泌量的影響

順式-茉莉酮和機械傷揮發性氣體處理棉花0—6d第1—5片真葉的花外蜜分泌量見表3。順式-茉莉酮處理棉花3d后植株萎蔫，因此，僅比較了不同處理0—2d第 1—5片真葉的花外蜜分泌情況。組內因子檢驗結果表明，不同時間第1—5片真葉花外蜜分泌量存在顯著差異(F=22.881，P<0.001)。每處理在0—2d3個時間點上的兩兩比較表明，順式-茉莉酮和機械傷揮發物處理1d第4—5片真葉花外蜜分泌量與處理0d相比有明顯增長。組間因子檢驗結果表明，不同處理間第1—5片真葉花外蜜分泌量存在顯著差異(F=5.389，P=0.007)，不同葉片位置的花外蜜分泌量也存在顯著差異(F=6.913，P<0.001)。組間不同處理兩兩比較結果表明，順式-茉莉酮處理0—2d第1—5片真葉花外蜜分泌量和對照相比顯著提高。組間不同葉位兩兩比較結果表明，不同處理棉花第1—3片真葉均沒有明顯的花外蜜分泌，而第4—5片真葉花外蜜分泌量均呈現先上升再下降的趨勢，并且葉位越高，花外蜜分泌誘導效應越明顯。

3討論

3.1不同傷害處理對棉花葉片花外蜜分泌量的誘導差異

棉鈴蟲傷害、剪刀機械傷+棉鈴蟲反吐物、剪刀機械傷、蚜蟲傷害和針刺機械傷處理棉花1d，均能增加被處理葉(第2片真葉)花外蜜的分泌量，其中以棉鈴蟲傷害、剪刀機械傷+棉鈴蟲反吐物和剪刀機械傷處理的誘導效應較為明顯。說明棉花葉片花外蜜的誘導與植物受傷害的類型和程度有關，不同口器類型的昆蟲對棉花花外蜜的誘導量不同，咀嚼式口器昆蟲棉鈴蟲的傷害對花外蜜的誘導大于刺吸式口器昆蟲棉蚜。在烏桕樹Triadica sebifera中咀嚼式口器昆蟲取食強烈誘導了花外蜜的分泌，而刺吸式口器昆蟲介殼蟲沒能誘導花外蜜分泌增加[17]。在十字花科植物芥菜Brassica juncea中，咀嚼式口器昆蟲和刺吸式口器昆蟲的持續取食都能顯著誘導花外蜜分泌的增加，但誘導強度和誘導增量不同，咀嚼式口器昆蟲誘導增量高峰出現在被害后1d，桃蚜取食誘導增量高峰出現在持續被害后2d[16]。本試驗不同處理對棉花葉片花外蜜的誘導效應在處理1—2d后表現最強，隨處理后時間間隔的延長，誘導效應逐漸喪失，推測與傷害誘導因子的去除有關。機械傷+棉鈴蟲反吐物處理與剪刀機械傷處理花外蜜分泌量無明顯差異，說明冀棉169棉花葉片花外蜜的誘導是棉花對組織損傷的一般反應。

CJT: 順式-茉莉酮處理Cis-jasmonetreatment;MIV: 機械傷誘導揮發物處理Mechanicaldamageinducedvolatiletreatment;CK: 對照Control; 順式-茉莉酮處理的棉花3d后死亡;表中葉片位置后#表示與其它葉片花外蜜分泌量差異顯著(LSD，P<0.05)，數值后*表示在同一處理內此時間點與處理前(0d)花外蜜分泌量差異顯著(LSD，P<0.05)

不同處理對棉花第3片真葉花外蜜的誘導效應與被處理葉相似，但誘導增量沒有被處理葉高。說明傷害對棉花花外蜜的誘導在整株植物中存在系統性。這種現象同樣存在于利馬豆植物中，害蟲的取食能誘導被害葉片和植株幼嫩葉片花外蜜分泌量增加，同位素標記試驗表明花外蜜在幼嫩葉片分泌速率最高[18]。植物最適防御假說(Optimaldefensehypothesis,ODH)認為植物防御特征的空間分布更傾向于植物有價值和脆弱的部分。幼嫩的植物葉片通常缺乏對抗昆蟲取食的物理和化學性狀，在植物中是營養比較豐富的部位，往往比老葉片更容易受到植食性昆蟲的危害，傷害能誘導幼嫩葉片花外蜜分泌的增加從而吸引害蟲天敵保護植物的幼嫩部分。因此，植物花外蜜的間接防御符合植物最適防御假說[18]。昆蟲行為學分析表明，天敵昆蟲白跗節狡臭蟻Technomyrmex albipes對適蟻植物Humboldtia brunonis 葉片花外蜜的取食選擇性高于花芽花外蜜[19]，對植物幼嫩葉片的保護程度高于對花芽的保護[20]。

在蠶豆Vicia faba的一些品種中，害蟲取食雖然沒能誘導單個蜜腺花外蜜分泌增加，卻能誘導花外蜜腺數量的顯著增加[21]。在楊樹中，一個品種葉片花外蜜能被機械傷、咀嚼式口器昆蟲取食和茉莉酸所誘導，而另一個品種葉片花外蜜只能被刺吸式口器昆蟲介殼蟲和蚜蟲特異性地誘導[22]。在本實驗中，冀棉169棉花葉片主脈花外蜜的誘導沒有發現昆蟲特異性的激發子，而其它棉花品種中是否還存在只能被咀嚼式或刺吸式口器昆蟲特異性誘導的花外蜜尚有待于進一步研究。

3.2順式-茉莉酮和機械傷誘導揮發物對棉花幼嫩葉片花外蜜的誘導作用

順式-茉莉酮對棉花幼嫩葉片花外蜜有誘導效應，但誘導增量低，誘導持續時間短。處理3d棉花植株枯萎死亡，分析原因可能是順式-茉莉酮濃度過高，對棉花的生長產生了傷害。機械傷誘導揮發物處理對棉花植株幼嫩葉片花外蜜也有一定的誘導效應。本實驗表明，順式茉莉酮和機械傷誘導揮發物能誘導棉花幼嫩葉片花外蜜的分泌。前人研究表明健康利馬豆植株暴露在植食性螨為害的利馬豆釋放的揮發性氣體中[11]、植食性螨為害的甘藍Brassica oleracea釋放的揮發性氣體中[23]和綠葉揮發物(3Z)3-己酸乙酯中[24]都能誘導葉片花外蜜分泌的增加。因此，植物之間能通過揮發性的氣體分子進行交流，利用臨近同種或異種植物釋放的揮發性信號物質提前做好防御準備。

本試驗中咀嚼式口器害蟲棉鈴蟲、刺吸式口器害蟲棉蚜和剪刀機械傷誘導棉花葉片花外蜜分泌量增加，因此，田間害蟲取食和整枝、打蔓等農事操作均可能增加棉花花外蜜的分泌。棉花花外蜜可以作為害蟲天敵的補充食物，具有吸引并維持寄生蜂[25]、草蛉[26]以及其它捕食性天敵昆蟲[27]種群的作用，因此棉花能夠通過花外蜜調控天敵昆蟲控制植食性害蟲。本研究首次揭示順式-茉莉酮增加了棉花花外蜜的分泌，有研究表明順式-茉莉酮對一些害蟲及其天敵[13]具有生物活性，因此是一種值得深入研究的信息物質。了解植物花外蜜的誘導因素及分泌規律對于研究植物間接防御機制以及利用花外蜜源植物提高生物防治效率提供了依據。

參考文獻(References):

[1]劉芳, 婁永根, 程家安. 蟲害誘導的植物揮發物: 植物與植食性昆蟲及其天敵相互作用的進化產物. 昆蟲知識, 2003, 40(6): 481- 486.

[2]王國昌, 孫曉玲, 董文霞, 蔡曉明, 陳宗懋. 蟲害誘導揮發物的生態調控功能. 生態學報, 2010, 30(24): 7016- 7028.

[3]HeilM,KochT,HilpertA,FialaB,BolandW,LinsenmairKE.Extrafloralnectarproductionoftheant-associatedplant,Macaranga tanarius,isaninduced,indirect,defensiveresponseelicitedbyjasmonicacid.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica, 2001, 98(3): 1083- 1088.

[4]KostC,HeilM.IncreasedavailabilityofextrafloralnectarreducesherbivoryinLimabeanplants(Phaseolus lunatus,Fabaceae).BasicandAppliedEcology, 2005, 6(3): 237- 248.

[5]HeilM.Indirectdefenceviatritrophicinteractions.NewPhytologist, 2008, 178(1): 41- 61.

[6]徐芳芳, 陳進. 本地種西番蓮與外引種西番蓮的花外蜜腺-螞蟻-植食昆蟲相互作用系統的比較. 云南植物研究, 2009, 31(6): 543- 550.

[7]張霜, 張育新, 馬克明. 保護性的螞蟻-植物相互作用及其調節機制研究綜述. 植物生態學報, 2010, 34(11): 1344- 1353.

[8]KostC,HeilM.Thedefensiveroleofvolatileemissionandextrafloralnectarsecretionforlimabeaninnature.JournalofChemicalEcology, 2008, 34(1): 2- 13.

[9]HeilM,GreinerS,MeimbergH,KrügerR,NoyerJL,HeublG,LinsenmairKE,BolandW.Evolutionarychangefrominducedtoconstitutiveexpressionofanindirectplantresistance.Nature, 2004, 430(6996): 205- 208.

[10]ChohY,KugimiyaS,TakabayashiJ.Inducedproductionofextrafloralnectarinintactlimabeanplantsinresponsetovolatilesfromspidermite-infestedconspecificplantsasapossibleindirectdefenseagainstspidermites.Oecologia, 2006, 147(3): 455- 460.

[11]W?ckersFL,BonifayC.Howtobesweet?ExtrafloralnectarallocationbyGossypium hirsutumfitsoptimaldefensetheorypredictions.Ecology, 2004, 85(6): 1512- 1518.

[12]W?ckersFL,WunderlinR.Inductionofcottonextrafloralnectarproductioninresponsetoherbivorydoesnotrequireaherbivore-specificelicitor.EntomologiaExperimentalisetApplicata, 1999, 91(1): 149- 154.

[13]BirkettMA,CampbellAM,ChamberlainK.Newrolesforcis-jasmoneasaninsectsemiochemicalandinplantdefense.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica, 2000, 97(16): 9329- 9334.

[14]BruceT,PickettJ,SmartL.Cis-jasmoneswitchesonplantdefenceagainstinsects.TheRoyalSocietyofChemistry, 2003, 14(3): 96- 98.

[15]郭世榮. 無土栽培學. 北京: 中國農業出版社, 2003: 422- 423.

[16]MathurV,WagenaarR,CaissardJ,ReddyAS,VetLEM,CorteseroA,VanDamNM.AnovelindirectdefenceinBrassicaceae:StructureandfunctionofextrafloralnectariesinBrassica juncea.Plant,Cell&Environment, 2013, 36(3): 528- 541.

[17]CarrilloJ,WangY,DingJQ,SiemannE.InductionofextrafloralnectardependsonherbivoretypeininvasiveandnativeChinesetallowseedlings.BasicandAppliedEcology, 2012, 13(5): 449- 457.

[18]RadhikaV,KostC,BartramS,HeilM,BolandW.Testingtheoptimaldefencehypothesisfortwoindirectdefences:extrafloralnectarandvolatileorganiccompounds.Planta, 2008, 228(3): 449- 457.

[19]ShenoyM,RadhikaV,SatishS,BorgesRM.CompositionofextrafloralnectarinfluencesinteractionsbetweenthemyrmecophyteHumboldtia brunonisanditsantassociates.JournalofChemicalEcology, 2012, 38(1): 88- 99.

[20]ShenoyM,BorgesRM.Geographicalvariationinanant-plantinteractioncorrelateswithdomatiaoccupancy,localantdiversity,andinterlopers.BiologicalJournaloftheLinneanSociety, 2010, 100(3): 538- 551.

[21]MondorEB,KeiserCN,PendarvisDE,VaughnMN.Broadbeancultivarsincreaseextrafloralnectarynumbers,butnotextrafloralnectar,inresponsetoleafdamage.OpenJournalofEcology, 2013, 3(1): 59- 65.

[22]Escalante-PérezM,JaborskyM,LautnerS,FrommJ,MüllerT,DittrichM,KunertM,BolandW,HedrichR,AcheP.Poplarextrafloralnectaries:twotypes,twostrategiesofindirectdefensesagainstherbivores.PlantPhysiology, 2012, 159(3): 1176- 1191.

[23]ChohY,OzawaR,TakabayashiJ.Doplantsuseairbornecuestorecognizeherbivoresontheirneighbours?.ExperimentalandAppliedAcarology, 2013, 59(3): 263- 273.

[24]KostC,HeilM.Herbivore-inducedplantvolatilesinduceanindirectdefenceinneighbouringplants.JournalofEcology, 2006, 94(3): 619- 628.

[25]R?seUSR,LewisJ,TumlinsonJH.Extrafloralnectarfromcotton(Gossypium hirsutum)asafoodsourceforparasiticwasps.FunctionalEcology, 2006, 20(1): 67- 74.

[26]LimburgDD,RosenheimJA.Extrafloralnectarconsumptionanditsinfluenceonsurvivalanddevelopmentofanomnivorouspredator,larvalChrysoperla plorabunda (Neuroptera:Chrysopidae).EnvironmentalEntomology, 2001, 30(3): 595- 604.

[27]VanRijnPCJ,TanigoshiLK.ThecontributionofextrafloralnectartosurvivalandreproductionofthepredatorymiteIphiseius degeneransonRicinus communis.ExperimentalandAppliedAcarology, 1999, 23(4): 281- 296.

Theeffectsofdamageandvolatilesonextrafloralnectarproductionincottonplants

QINQiuju,LISha,MAODa,LINa,LIMengjie,LIUShun*

Department of Entomology, College of Plant Protection, Agricultural University of Hebei Province, Baoding 071000, China

KeyWords:cottonextrafloralnectar; Helicoverpa armigera; Aphis gossypii;mechanicaldamage; (Z)-jasmone;induction

Abstract：Theproductionofextrafloralnectarisbelievedtobeanindirectplantdefensethatallowsplantstorecruitpredatorsandparasitoids.Althoughdamageandherbivorybyvariousleaf-chewinginsectsinducessecretionofplantextrafloralnectar,therelativeimpactofdifferentdamagepatternsandherbivorybydifferentfeedingguildsisnotwellunderstood.Inthisstudy,weinvestigatedthedifferentialproductionoffoliarextrafloralnectarincottonplants(Gossypium hirsutumL.)inresponsetoherbivorybydifferentfeedingguildsandbymechanicaldamageandmechanicaldamage-inducedvolatiles.Tocomparethelevelsofcottonextrafloralnectarinducedbythesefactors,wesubjectedcottonplantshavingthreetofourtrueleaves(firsttothirdfullyexpandedleaves)toherbivorybythechewingherbivoreHelicoverpa armigera (Hübner)andthesap-suckingaphidAphis gossypiiGlover,andmechanicallydamagedthesecondleavesbyusingscissors,bypunchinganeedlethroughtheleaves,andbyexposuretotheregurgitatesofH. armigera.Wealsoexposedwholecottonplantshavingfivetosixtrueleaves(firsttofifthfullyexpandedleaves)to(Z)-jasmoneandmechanicallydamage-inducedvolatiles.Extrafloralnectarlevelswereassessedevery24h.Becauseextrafloralnectarinthesinglenectaryoftheleafmid-veinwasviscousandcouldnotbecollectedbycapillaries,extrafloralnectardropletswereabsorbedonWhatmanfilterpaperweighedonanelectronicbalancepriortoandafterextrafloralnectarcollection.Pre-andpost-leafdamageoversevenconsecutivedaysaswellasextrafloralnectarinductionwasanalyzedbyrepeatedmeasuresanalysisofvariance.TheanalysisrevealedthatherbivorybyH. armigera,mechanicaldamagecausedbyscissors,andmechanicaldamagewithregurgitateofH. armigerasignificantlyincreasedextrafloralnectarproductionincomparisontoundamagedcottonplants.After1doftreatment,damagefromA. gossypiiandneedle-punchedleavesshowedsignificantlyhigherlevelsofextrafloralnectarproduction.NodifferenceinextrafloralnectarproductionwasfoundbetweencottonplantsdamagedbyA. gossypiiandthosedamagedwithaneedle.Whiletreatedleavesweresignificantlyaffected,anadditionalsystemicincreasewasalsoobservedonyoungleaves(thirdleaves).Theeffectwasstrongerontreatedleavesthanonuntreatedleaves,andnosignificantchangesinextrafloralnectarproductionoccurredonoldleaves(firstleaves).After1doftreatment, (Z)-jasmoneandmechanicaldamage-inducedvolatilesincreasedextrafloralnectarproductionbyyoungleaves(fourthandfifthleaves),whereasnosignificantchangesinextrafloralnectarproductionwererecordedonoldleaves(firsttothirdleaves).Weconcludethattheinductionofextrafloralnectarsecretionincottonisprimarilyageneralizedresponsetotissuedamage.Damagefromdifferentherbivoreswithdifferentmouthparttypesgenerateddifferentlevelsofextrafloralnectarinduction.Damagefromtheleaf-chewingcaterpillarH. armigeraresultedinstrongerinductionthanthatcausedbythesap-suckingaphidA. gossypii.Treatmentwith(Z)-jasmoneandmechanicaldamage-inducedvolatilesstimulatedextrafloralnectarsecretioninyoungleaves;thesecompoundsserveasairbornecuestomediatecommunicationbetweencottonplants.

基金項目:國家自然科學基金項目(31201542); 河北省高等學校科學技術研究優秀青年基金(Y2012011); 河北農業大學博士科研啟動基金項目

收稿日期:2014- 09- 17; 網絡出版日期:2015- 08- 05

*通訊作者

Correspondingauthor.E-mail:Liushun156@163.com

DOI:10.5846/stxb201409171839

秦秋菊, 李莎, 毛達, 李娜, 李夢杰, 劉順.傷害和揮發物對棉花花外蜜的誘導效應.生態學報,2016,36(7):1890- 1897.

QinQJ,LiS,MaoD,LiN,LiMJ,LiuS.Theeffectsofdamageandvolatilesonextrafloralnectarproductionincottonplants.ActaEcologicaSinica,2016,36(7):1890- 1897.