水稻紋枯病菌侵染稻株對(duì)褐飛虱發(fā)生的影響

張玨鋒 夏樂(lè)舜 李芳 鐘海英 陳建明

（1浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)與微生物研究所/浙江省植物有害生物防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，杭州310021；2浙江麗水出入境檢驗(yàn)檢疫局，浙江麗水323000；第一作者：zhangjuefeng@sina.com）

褐飛虱（Nilaparvata lugensStl）是亞洲水稻產(chǎn)區(qū)的一種主要遷飛性害蟲(chóng)，以吸食水稻韌皮部汁液為食，易造成水稻倒伏、虱燒等現(xiàn)象[1]。水稻紋枯?。≧hizoctonia solaniKuhn）由立枯絲核菌引起，使水稻不能抽穗或抽穗后秕谷較多，粒重下降，嚴(yán)重影響水稻的產(chǎn)量[2]。褐飛虱與水稻紋枯病的發(fā)生時(shí)間、發(fā)生環(huán)境和發(fā)生部位基本相似，均在夏末秋初高濕的氣候環(huán)境中為害或感染水稻植株葉鞘。由于褐飛虱分泌的蜜露促使紋枯病菌絲的生長(zhǎng)和菌核的形成，且蜜露中所含氨基酸對(duì)增加病原菌的菌核數(shù)量和增加致病力有著極有利的作用[3]，早期的田間調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，稻飛虱發(fā)生嚴(yán)重的田塊，紋枯病發(fā)生也相對(duì)較重[4-5]，并且褐飛虱數(shù)量與紋枯病的發(fā)生呈極顯著的正相關(guān)[6]。

由于植物在生長(zhǎng)過(guò)程中受到昆蟲(chóng)為害或病原菌感染后，會(huì)通過(guò)產(chǎn)生萜類、生物堿、類黃酮等次生代謝物來(lái)抵抗入侵生物[7-8]；自然界中通常會(huì)遭遇多種生物為害，病蟲(chóng)會(huì)同時(shí)為害一種植物，病害或蟲(chóng)害誘導(dǎo)的植物化學(xué)防御會(huì)產(chǎn)生一定程度的交互作用[9]。通常植物對(duì)病害和蟲(chóng)害的防御方式之間存在著相互抑制的拮抗作用，即發(fā)生蟲(chóng)害的植物更容易感病，發(fā)生病害的植物則更容易感蟲(chóng)[10]。褐飛虱與水稻紋枯病在發(fā)生條件、發(fā)生部位與發(fā)生時(shí)間上都存在重合。也有田間數(shù)據(jù)表明，褐飛虱應(yīng)該更趨向于取食感染紋枯病的稻株，但目前缺乏紋枯病菌侵染水稻植株后對(duì)褐飛虱發(fā)生為害的影響研究，這將嚴(yán)重阻礙進(jìn)一步闡明水稻褐飛虱的發(fā)生規(guī)律和災(zāi)變機(jī)制，并影響到科學(xué)合理制訂水稻褐飛虱和紋枯病的復(fù)合防治指標(biāo)，不利于稻田病蟲(chóng)害的合理防控。本文利用刺吸電位圖（EPG）以及褐飛虱蜜露的測(cè)定等方法，結(jié)合研究不同抗蟲(chóng)水稻植株感染紋枯病菌后褐飛虱的取食行為變化，進(jìn)一步明確水稻褐飛虱與水稻紋枯病的協(xié)同發(fā)生作用，為合理制訂水稻褐飛虱和紋枯病的復(fù)合防治指標(biāo)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水稻品種：感蟲(chóng)品種Taichung Nativel（TN1），抗蟲(chóng)品種Rathu Hennati（RH）。

供試褐飛虱：褐飛虱蟲(chóng)源采集于杭州田間種群，于浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫室越冬用TN1稻苗繁殖2代后，孵化48 h內(nèi)成蟲(chóng)進(jìn)行試驗(yàn)。

供試菌株：水稻紋枯病菌Rhizoctonia solani由浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)與微生物研究所真菌實(shí)驗(yàn)室提供。

儀器：DC-EPG型四通道面板控制昆蟲(chóng)電子取食監(jiān)測(cè)儀，荷蘭瓦赫寧根農(nóng)業(yè)大學(xué)研制。

1.2 試驗(yàn)方法

水稻紋枯病菌的接種：TN1和RH在30 d苗齡時(shí)，稻株基部接入紋枯病菌核，透明塑料容器罩住水稻苗，置于28℃±2℃，光照16 h∶8 h恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h，以未接紋枯病菌的水稻苗作為對(duì)照。

取食行為測(cè)定：參考何月平等[11]的方法，采用昆蟲(chóng)電子取食監(jiān)測(cè)儀刺探電位圖（electrical penetration graph,EPG）進(jìn)行褐飛虱取食行為監(jiān)測(cè)。將褐飛虱成蟲(chóng)分別置于健康的TN1稻株、RH稻株和感染紋枯病的TN1稻株、RH稻株上，每種處理重復(fù)20次，每個(gè)重復(fù)連續(xù)記錄8 h。所有EPG試驗(yàn)在溫度（26±2）℃、濕度（85±5）%的人工氣候室中進(jìn)行。采用隨機(jī)附帶的ACQ和ANA軟件對(duì)褐飛虱取食行為進(jìn)行記錄和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

蜜露量及蜜露氨基酸含量測(cè)定：Parafilm膜制作口袋，固定于4株不同處理的水稻苗基部，每株苗上放置5個(gè)Parafilm口袋，每個(gè)口袋內(nèi)均放1頭短翅雌成蟲(chóng)的褐飛虱，24 h后按黃建利等[12]的方法取出蜜露稱量，并將收集的褐飛虱蜜露按傅強(qiáng)等[13]的方法于40℃條件下吹干，加900 μL 2%的磺基水楊酸水溶液溶解游離氨基酸后送測(cè)。

表1 不同處理下褐飛虱取食行為參數(shù)比較

圖1 褐飛虱取食不同處理水稻24 h后排泄的蜜露量比較

2 結(jié)果與分析

2.1 褐飛虱在感蟲(chóng)品種TN1和抗蟲(chóng)品種RH上的取食行為比較

褐飛虱在取食不同處理的抗感水稻品種過(guò)程中的EPG參數(shù)（表1）顯示，試驗(yàn)過(guò)程中記錄到np（非刺探）、N1（開(kāi)始刺探）、N2（口針朝維管束移動(dòng)的途中）、N3（口針在臨近韌皮部外面移動(dòng)）、N4-a（口針在韌皮部?jī)?nèi)部的一種活動(dòng)）、N4-b（口針在韌皮部?jī)?nèi)穩(wěn)定攝取汁液）、N5（口針在木質(zhì)部攝取水分）共7種典型的褐飛虱取食波形。褐飛虱在健康TN1植株上的N1波形持續(xù)時(shí)間為28.16 sec顯著低于其余3個(gè)處理，但在感病TN1植株上N1波形出現(xiàn)的次數(shù)顯著少于RH植株的2個(gè)處理；N2波形在RH 2個(gè)處理上的出現(xiàn)次數(shù)及持續(xù)時(shí)間均顯著高于感蟲(chóng)品種的處理；BPH在感病RH植株上的N3波形的持續(xù)時(shí)間顯著長(zhǎng)于其余3個(gè)處理；同時(shí)褐飛虱在RH植株的2個(gè)處理上，N2+N3波形的持續(xù)時(shí)間顯著高于TN1的2個(gè)處理，但是N4波形在TN1植株上持續(xù)時(shí)間的百分率卻顯著高于RH植株處理。由此可知，感染紋枯病與否對(duì)褐飛虱在抗感水稻品種上的取食行為并無(wú)顯著影響，褐飛虱在感蟲(chóng)品種TN1上韌皮部取食的刺探次數(shù)要顯著少于其余處理。

2.2 褐飛虱在不同處理水稻上取食之后的蜜露排泄量及蜜露氨基酸含量比較

從圖1可見(jiàn)，取食健康TN1植株的褐飛虱分泌的蜜露量為0.138 mL，顯著高于取食感病TN1植株和健康RH植株的蜜露分泌量，但與取食感病RH植株的褐飛虱蜜露分泌量無(wú)顯著性差異。從蜜露分泌的結(jié)果可推測(cè)，感染紋枯病的抗蟲(chóng)水稻品種比未感病品種更易吸引褐飛虱取食。取食不同處理水稻品種褐飛虱分泌的蜜露中多數(shù)必需氨基酸的含量并無(wú)顯著差異，但取食感病TN1稻株的褐飛虱和取食感病RH植株的褐飛虱分泌蜜露中的甘氨酸（Gly）含量存在顯著差異；同時(shí)，取食健康RH植株的褐飛虱分泌蜜露中的苯丙氨酸（Ile）含量和賴氨酸（Lys）含量均顯著高于其余3個(gè)處理。

3 討論

病原菌侵染引發(fā)植株防衛(wèi)基因表達(dá)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑是水楊酸途徑（SA）[14]，水楊酸途徑與蟲(chóng)害（機(jī)械損傷）誘發(fā)的植物防御信號(hào)傳導(dǎo)途徑茉莉酸途徑（JA）[15-16]會(huì)同時(shí)存在，且兩種信號(hào)途徑間存在相互抑制的拮抗作用[17-18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，水稻植株受到紋枯病菌侵染之后，在取食行為、蜜露排泄量及蜜露中氨基酸含量方面均未發(fā)現(xiàn)褐飛虱對(duì)感染紋枯病的抗、感水稻品種有顯著地取食趨性。本次試驗(yàn)結(jié)果并未說(shuō)明抗、感褐飛虱的水稻品種感染紋枯病之后更易感蟲(chóng)的性狀。

表2 不同處理下褐飛虱體內(nèi)必需氨基酸含量的比較 （nmol/mg)

Felton等[10]研究發(fā)現(xiàn)，煙草植株中苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因的過(guò)量表達(dá)使植株對(duì)病原菌抗性提高，但對(duì)植食性昆蟲(chóng)的抗性下降，而不表達(dá)型植株的表現(xiàn)剛好相反，同時(shí)過(guò)量表達(dá)型煙草植株體內(nèi)SA水平提高的同時(shí)，JA水平下降，說(shuō)明PAL在水楊酸合成途徑中起關(guān)鍵作用。紋枯病抗性不同的水稻品種接種水稻紋枯病菌后，稻株內(nèi)PAL酶活性均有升高，但不同品種的酶活升高及持續(xù)的時(shí)間不同，有24 h內(nèi)即開(kāi)始升高，48 h后達(dá)到高峰后開(kāi)始下降，72 h后即回落到初始水平；也有PAL酶活性水平在接種后有一定降低，48 h后急劇升高，并在第3 d和第7 d有2個(gè)高峰[19]。這說(shuō)明不同水稻品種接種紋枯病菌之后體內(nèi)PAL的生理變化機(jī)制是不同的。本試驗(yàn)中采用接種紋枯病菌72 h之后的抗、感褐飛虱水稻植株用于試驗(yàn)，植株均未表現(xiàn)出感蟲(chóng)癥狀，可能與所用水稻品種體內(nèi)的PAL活性水平在該時(shí)間內(nèi)并未顯著升高有關(guān)。

此外，紋枯病菌菌絲體侵入稻株表皮后在受侵細(xì)胞內(nèi)呈網(wǎng)狀擴(kuò)展，并穿透毗鄰細(xì)胞壁，感病組織出現(xiàn)細(xì)胞變形、變空、腐爛等癥狀[20]。紋枯病菌能使接近菌絲的質(zhì)膜發(fā)生質(zhì)壁分離、質(zhì)膜斷裂、葉綠體變形、類囊體被破壞、線粒體解體等一系列組織病變[21]。而稻株組織內(nèi)的病變可能對(duì)于在水稻韌皮部組織內(nèi)取食稻株汁液的褐飛虱有較大的影響，即使稻株對(duì)褐飛虱的防御性降低，褐飛虱在對(duì)RH的感病植株和健康植株的選擇中明顯傾向于選擇感染紋枯病菌的水稻植株，但稻株內(nèi)部組織的破壞卻阻止或減少褐飛虱刺吸性取食行為的產(chǎn)生。因此，可針對(duì)不同抗性水平水稻品種感染紋枯病菌之后體內(nèi)PAL活性及基因表達(dá)量，以及稻株感染紋枯病菌之后對(duì)于水稻田內(nèi)咀嚼式口器害蟲(chóng)（如二化螟、稻種卷葉螟等）的影響開(kāi)展進(jìn)一步研究。