不同水稻品種上白背飛虱的epg分析

不同水稻品種上白背飛虱的epg分析

白牙飛虱不僅通過吸收水稻果汁對水稻安全生產(chǎn)的影響，還通過向稻田傳播黑絲小麥矮稈病毒（srbsdv），導(dǎo)致水稻減少（zhouetal.，2008）。目前各地主要依賴吡蟲啉、吡蚜酮等藥劑防治該蟲。殺蟲劑的濫用已導(dǎo)致抗藥性和再猖獗等問題。實(shí)踐證明培育和利用抗蟲品種是有效和環(huán)境友好的控制措施之一(Gamalathetal.,2012)。了解白背飛虱在不同水稻品種上的取食細(xì)節(jié)有助于明確水稻的抗蟲機(jī)制。不同水稻品種所含生化物質(zhì)的種類和數(shù)量及其葉鞘組織結(jié)構(gòu)(表面結(jié)構(gòu)中硅細(xì)胞群、木栓組織、蠟被層;內(nèi)部的維管束細(xì)胞壁、篩板上的胼胝質(zhì)沉積等)均有差異,這些差異會(huì)阻礙白背飛虱對寄主植物的取食等行為(俞曉平等,1989;葉海芳,1989;劉光杰等,1995;肖英方等,2001)。刺吸電位技術(shù)(electricalpenetrationgraph,EPG)是目前研究刺吸式口器昆蟲刺吸行為的重要工具,利用該技術(shù)可準(zhǔn)確地記錄昆蟲口針在寄主植物組織內(nèi)的動(dòng)作和位置,分析刺吸式昆蟲與寄主植物之間的互作機(jī)制(Tjallingii,1978)。Khan和Saxena(1984)使用EPG記錄了白背飛虱在抗、感水稻品種上的取食行為,結(jié)果表明,白背飛虱在感蟲品種上更容易刺探,取食時(shí)間更長;相反,在抗蟲品種上則產(chǎn)生更多短暫而重復(fù)的刺探,有效刺吸時(shí)間更短。限于當(dāng)時(shí)的試驗(yàn)條件,白背飛虱的EPG波形與其具體的生物學(xué)意義的關(guān)聯(lián)并不十分明確。Seo等(2009)的研究明確了不同EPG波形的生物學(xué)意義,其結(jié)果為將EPG技術(shù)成功應(yīng)用于白背飛虱取食行為的記錄提供了基礎(chǔ)。探究白背飛虱的取食行為還有助于明確其傳播SRBSDV的行為機(jī)制。SRBSDV是由白背飛虱以持久性方式傳播的水稻韌皮部限制性病毒(Zhouetal.,2008;王強(qiáng)等,2012),水稻秧苗期是感染該病毒的危險(xiǎn)生育期(曹楊等,2011;Lietal.,2012)。人們利用EPG技術(shù)已探明,介體昆蟲獲得持久性病毒與吸食韌皮部汁液有關(guān),而接毒與分泌水溶性唾液有關(guān)(PradoandTjallingii,1994;Jiangetal.,2000)。因此,抗蟲品種可能通過干擾介體昆蟲這些與傳毒相關(guān)的取食動(dòng)作而減緩病毒病的流行(Jones,1987)。目前尚不清楚哪些抗蟲品種可干擾與白背飛虱傳播SRBSDV相關(guān)的吸食韌皮部汁液和分泌水溶性唾液的取食動(dòng)作。因此,本研究試圖利用EPG技術(shù)探明白背飛虱在6個(gè)不同水稻品種上的取食行為差異,明確不同水稻品種對該蟲的抗性水平及抗性部位,不僅為合理利用抗性品種減輕白背飛虱的直接危害提供參考依據(jù),而且為進(jìn)一步探討利用抗蟲品種延緩SRBSDV在稻苗間的擴(kuò)散、蔓延提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1號(hào)、明恢6號(hào)、水普遍層壓監(jiān)測水稻品種豐源優(yōu)272由湖南亞華種子有限公司提供;R9810-T由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院提供;華恢1號(hào)和明恢63由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院提供;麻糯谷由湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所提供;RathuHeenati由中國水稻研究所提供。水稻種子經(jīng)保濕催芽后轉(zhuǎn)移到帶土的塑料盆(直徑5cm)中單苗種植。盆栽稻苗在無蟲的溫室條件下培養(yǎng),挑選發(fā)育基本一致的三葉期稻苗用于試驗(yàn)。1.2飼養(yǎng)條件及飼養(yǎng)條件白背飛虱在水稻品種豐源優(yōu)272上連續(xù)飼養(yǎng)多代,飼養(yǎng)條件為人工氣候箱,溫度26±1℃,相對濕度85%±5%,光周期14L∶10D。挑選生長發(fā)育基本一致的長翅型雌成蟲用于試驗(yàn)。1.3不同水稻品種的nc總時(shí)間在法拉第籠中用Giga8DC-EPG放大器記錄白背飛虱的取食行為,放大器的輸入電阻為10從路徑波Nc指標(biāo)來看,該蟲在RathuHeenati上Nc總時(shí)間顯著地長于在明恢63上的Nc總時(shí)間,而在其他品種的Nc總時(shí)間與二者相比都沒有顯著差異。從口針在木質(zhì)部活動(dòng)指標(biāo)N5來看,該蟲在6個(gè)品種上無論是單次N5的平均持續(xù)時(shí)間還是N5的總時(shí)間均無顯著性的差異(P≥0.05)。綜上所述,白背飛虱在6個(gè)水稻品種上吸食木質(zhì)部水分的時(shí)間(N5)沒有顯著差異,在品種RathuHeenati上非刺探波np時(shí)間最長,其次麻糯谷,然后是其他4個(gè)品種。白背飛虱在RathuHeenati上路徑波Nc的總時(shí)間為8523.41s,是明恢63Nc的總時(shí)間的2.24倍,這表明飛虱的口針在RathuHeenati的韌皮部外組織停留的時(shí)間長,可能在不斷地尋找取食位點(diǎn)。2.2白背飛保的n4-a對黃秋葵的epg指標(biāo)影響白背飛虱口針在韌皮部的刺吸行為(表1)表明:在品種豐源優(yōu)272上,單次跟隨N4-b的N4-a的平均持續(xù)時(shí)間和單次N4-a的平均持續(xù)時(shí)間分別為1887.69s和904.71s,均顯著地長于其他品種;到第1次持久N4-b以前N4-a的總持續(xù)時(shí)間在豐源優(yōu)272上顯著地長于華恢1號(hào)、明恢63和麻糯谷(P<0.05);各品種間的N4-a的總時(shí)間無顯著性差異(P≥0.05),其余與分泌水溶性唾液N4-a有關(guān)的EPG指標(biāo)也呈現(xiàn)相同的情形。這說明在所有供試品種中該蟲在豐源優(yōu)272韌皮部內(nèi)分泌水溶性唾液次數(shù)少但分泌時(shí)間長。在品種RathuHeenati上,N4-b的總時(shí)間、N4的總時(shí)間、單次持久N4-b(>10min)的平均持續(xù)時(shí)間以及持久N4-b的總時(shí)間都顯著地短于其他品種(P<0.05),說明白背飛虱在此品種上更難持續(xù)地吸食韌皮部汁液。單次N4-b的平均持續(xù)時(shí)間和單次N4的平均時(shí)間在豐源優(yōu)272上最長,顯著地長于明恢63、麻糯谷和RathuHeenati(P<0.05)?？赡苁軉未蜰4-a的平均持續(xù)時(shí)間長的影響,白背飛虱在豐源優(yōu)272上到達(dá)第1次N4-b的時(shí)間、從第1次刺探到第1次持久N4-b的時(shí)間、第1次N4-a到第1次N4-b的時(shí)間、從第1次N4-a到第1次持久N4-b的時(shí)間、從第1次刺探到第1次N4的時(shí)間這些首次韌皮部取食的指標(biāo)都為最長,顯著地長于除RathuHeenati外的其余4個(gè)品種,而且其他4個(gè)品種間沒有顯著差異(P≥0.05)。這說明白背飛虱更易持續(xù)地吸取豐源優(yōu)272的韌皮部汁液。3討論3.1采用長翅型的波形He等(2011b)利用EPG技術(shù)記錄了3種稻飛虱即褐飛虱、白背飛虱和灰飛虱的取食行為,結(jié)果表明,這3種稻飛虱共用相同的EPG波形,并對應(yīng)相同的生物學(xué)意義。本研究中白背飛虱在水稻上的EPG波形與Seo等(2009),Ghaffar等(2011)和He等(2011a,2011b)報(bào)道的波形在形狀、振幅和頻率等方面都表現(xiàn)出相同的特征(圖1)。然而,Ghaffar等(2011)選用短翅型雌成蟲用于試驗(yàn),觀察到另外兩種新波形,即N6(代表口針遇到機(jī)械阻力,與蚜蟲的F波類似)和N7(代表細(xì)胞內(nèi)刺探,與蚜蟲的pd波類似)。本研究選用的是長翅型雌成蟲,N6和N7波極為罕見,這可能與供試?yán)ハx的翅型有關(guān),這與Seo等(2009)和He等(2011a)的報(bào)道類似。祝增榮等(2001)指出,白背飛虱長翅型成蟲和短翅型成蟲在若蟲歷期、產(chǎn)卵前期、繁殖動(dòng)態(tài)、壽命及種群增長參數(shù)等方面都存在差異。3.2其他抗性因子如果寄主植物散發(fā)趨避劑,造成昆蟲的不選擇性,則刺探之前的非刺探(np)時(shí)間延長;若抗性因子位于表皮層,如口針不易刺入或有拒食劑的存在,則在刺探開始時(shí)有較高頻率的中斷;若抗性因子位于葉肉組織,則路徑波波程發(fā)生變化;若韌皮部存在抗性物質(zhì),則與韌皮部取食有關(guān)的波形波程發(fā)生變化(胡想順等,2008)。本研究結(jié)果顯示,白背飛虱在品種RathuHeenati上非刺探波np和路徑波Nc的總時(shí)間都為最長,相反,其韌皮部取食波N4-b的總時(shí)間為最短。這表明,RathuHeenati可能存在忌避成分,并且在韌皮部外組織和韌皮部組織可能都存在抗性因子。在品種麻糯谷上,非刺探波np的總時(shí)間也相對較長,顯著地長于除RathuHeenati外的其他品種。這表明,在麻糯谷上可能也存在不利于該蟲刺探的忌避成分,這可能是麻糯谷在田間抗性鑒定中表現(xiàn)為高抗的重要因素之一(張克云,1991)。然而,飛虱的口針一旦刺入麻糯谷的葉鞘表皮以后,則與在感蟲品種明恢63上的取食行為基本一致。因此,推測麻糯谷可能并不存在其他抗性因子。明恢63既是感蟲的雜交稻恢復(fù)系,也是轉(zhuǎn)Bt水稻華恢1號(hào)的親本(沈君輝等,2003)。本研究中明恢63與華恢1號(hào)之間所有的EPG指標(biāo)都沒有顯著性差異(P≥0.05),說明華恢1號(hào)中的Bt毒素對非靶標(biāo)害蟲白背飛虱的取食行為并沒有產(chǎn)生顯著的影響。R9810-T是將茶陵野生稻的基因組DNA導(dǎo)入栽培稻R9810后得到的表型穩(wěn)定的后代(蔣斌元等,2012)。R9810-T、華恢1號(hào)和明恢63三者間所有EPG指標(biāo)都沒有顯著性的差異,由于明恢63是感蟲的雜交稻恢復(fù)系(沈君輝等,2003),所以推測導(dǎo)入野生稻基因組后的R9810-T也屬感蟲品種。豐源優(yōu)272是湖南地區(qū)廣泛栽培的雜交稻品種,白背飛虱在此品種上單次分泌水溶性唾液的平均時(shí)間顯著地長于其他品種,但分泌唾液的總時(shí)間與其他品種沒有顯著差異,單次韌皮部取食的時(shí)間在所有品種中最長。這表明,白背飛虱在豐源優(yōu)272上分泌水溶性唾液的特點(diǎn)是少次而多量,并伴隨著長時(shí)間的韌皮部取食,這可能有利于提高白背飛虱在該品種上的取食效率,該品種可能是比明恢63更為感蟲的品種。3.3對白背飛合成沒有感染的抗性成分的影響SRBSDV是一種水稻韌皮部限制性病毒(Zhouetal.,2008)。接毒時(shí)SRBSDV將隨著染毒白背飛虱的水溶性唾液進(jìn)入無毒水稻的韌皮部,無毒白背飛虱獲毒時(shí)SRBSDV將隨著染毒水稻韌皮部汁液進(jìn)入該蟲的消化道內(nèi)。因此,白背飛虱在水稻韌皮部中能否順利分泌水溶性唾液和吸食汁液將直接影響接毒成功率或獲毒成功率。本研究中白背飛虱在抗蟲品種RathuHeenati韌皮部汁液吸食的時(shí)間僅為感蟲品種的一半左右,這意味著白背飛虱從該品種韌皮部吸取的汁液量較少,暗示白背飛虱取食帶毒RathuHeenati時(shí)成功獲毒的機(jī)率變小。另外,白背飛虱在田間不必受實(shí)驗(yàn)中所用金絲的束縛,可能在刺探以前或口針到達(dá)韌皮部以前就已放棄取食抗蟲品種,從而喪失成功獲毒的機(jī)會(huì)。白背飛虱在感蟲品種豐源優(yōu)272上單次分泌水溶性唾液的時(shí)間長,可能會(huì)增加毒蟲在此品種上成功接毒的概率?？梢?從白背飛虱在水稻上的取食行為來看,田間種植抗蟲品種肯定能降低白背飛虱從染毒稻苗上獲毒的機(jī)會(huì),而種植感蟲品種將增加毒蟲在健康稻苗上接毒的成功率。2結(jié)果與分析2.1非刺探波np的持續(xù)時(shí)間本研究測定了白背飛虱在水稻上取食行為的31個(gè)EPG指標(biāo)(表1),其中,前面9個(gè)指標(biāo)反映的是口針到達(dá)水稻韌皮部前的刺探行為,后面22個(gè)指標(biāo)反映了口針在水稻韌皮部內(nèi)的刺探行為。從非刺探波np指標(biāo)來看,該蟲在品種RathuHeenati上單次np的平均持續(xù)時(shí)間顯著地長于其他品種。該蟲在RathuHeenati上非刺探波np的總時(shí)間為5282.75s,顯著長于在麻糯谷上的np總時(shí)間3206.03s,而其他品種的np總時(shí)間都顯著地比二者短(P<0.05)?？梢?白背飛虱在抗蟲品種RathuHeenati上非刺探波np的總時(shí)間最長,其次為麻糯谷,然后為其余4個(gè)品種。相應(yīng)地,該蟲在各品種上的總刺探時(shí)間則表現(xiàn)為相反的趨勢。1.4口針的流變學(xué)指標(biāo)白背飛虱的EPG波形與He等(2011b)和Seo等(2009)報(bào)道的波形基本一致,分為以下幾種波形(圖1):np代表非刺探;N1代表刺探的起始;N2代表分泌唾液和口針移動(dòng);N3代表口針在韌皮部附近的細(xì)胞外活動(dòng);N4-a代表口針在韌皮部的細(xì)胞內(nèi)活動(dòng),