禾谷縊管蚜對三個小麥品種幼苗保護酶的影響

張廷偉, 劉長仲

(甘肅農業大學草業學院,草業生態系統教育部重點實驗室,蘭州 730070)

禾谷縊管蚜對三個小麥品種幼苗保護酶的影響

張廷偉, 劉長仲*

(甘肅農業大學草業學院,草業生態系統教育部重點實驗室,蘭州 730070)

[目的]研究禾谷縊管蚜對3個小麥品種幼苗保護酶的影響。[方法]采用室內人工接蟲的方法,研究‘XM800’(高抗)、‘Selkirk Yr27’(中抗)和‘蘭天 24號’(高感)3種不同抗蚜小麥品種受禾谷縊管蚜[Rhopalosiphum padi(L.)]為害初期幼苗體內SOD、POD、PPO等酶活性的變化。[結果]禾谷縊管蚜為害后,在一定時期內3個小麥品種的SOD、POD、PPO活性都呈上升趨勢,且品種抗性越強,酶活力增加越明顯;3個小麥品種之間SOD、POD、PPO活性差異顯著(p＜0.05)。[結論]3個小麥品種 SOD、POD、PPO活性變化的差異,基本反映了其田間抗蚜性的差異水平。

禾谷縊管蚜; 小麥幼苗; 保護酶; SOD; PPO; POD

植食性昆蟲與植物協同進化的結果是植食性昆蟲有其特定的取食范圍,植物對昆蟲具有防御能力,兩者存在相互適應的現象。植物為抵抗昆蟲的為害,在長期進化過程中形成了不選擇性、抗生性和耐害性三種防御機制,其中起主導作用的是植物的抗生性[1-3]。近年來,已有許多研究工作證實害蟲的脅迫能引起植物的生理應激反應[4-7],產生對昆蟲有防御效應的次生代謝物質[8-12],同時,還可引起植物防御酶活力的變化[13-15]。目前大量的對植物保護酶活性變化的研究多集中在苜蓿[16-17]、黃瓜[18-19]、水稻[20]等作物,并且研究結果表明超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)以及多酚氧化酶(PPO)在植物的抗性過程中起著重要作用,然而當前對昆蟲取食引起小麥保護酶變化的研究還比較少。

禾谷縊管蚜[Rhopalosiphum padi(L.)]是小麥苗期生產中的重要害蟲之一,對小麥產量和品質以及糧食安全造成重大威脅。傳統的小麥蚜蟲防治方法是施用殺蟲劑,但化學農藥容易引起 “3R問題”不能作為解決小麥蚜蟲危害的長久之計。因此,利用作物抗蟲性防治害蟲是理想方法,而優異的抗性資源是進行作物抗蟲育種的基礎。田間抗蚜性研究表明,小麥品種間對蚜蟲的抗性存在顯著差異[21],‘XM800’、‘Selkirk Yr27’和‘蘭天 24 號’3個品種(品系)田間抗蚜性鑒定結果分別表現為高抗(HR)、中抗(MR)和高感(HS)。本試驗在田間抗性鑒定的基礎上,探討了3個不同抗蚜小麥品種(品系)在禾谷縊管蚜為害后植株內超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性的差異,為小麥抗蟲育種以及禾谷縊管蚜的持續控制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗處理

試驗所用小麥‘XM800’、‘Selkirk Yr27’和‘蘭天24號’田間表現分別為高抗、中抗和高感類型,種子由甘肅省農業科學院植物保護研究所提供,試驗所用蚜蟲是禾谷縊管蚜。將種子用濃度1%的雙氧水浸種[22],在20℃恒溫培養箱內處理24 h后播種于塑料杯中育苗,于室內陽光充足的地方培養(室溫24±1℃)10 d后,選取長勢相近的小麥接蟲20頭/株,以不接蟲為對照。接蟲后1、3、5 d分別剪取未接蟲和接蟲植株以備測定。試驗重復3次。

1.2 酶活力測定

超氧化物歧化酶(SOD)酶液提取和測定參照張憲政的方法[23],以單位時間內抑制光化還原50%的氯化硝基四氮唑藍(NBT)為一個酶活性單位(U)。過氧化物酶(POD)活性測定,采用愈創木酚法[24],將磷酸緩沖液、0.05 mol/L愈創木酚和2%H2O2按照2.9∶1∶1 的比例混合,在 37 ℃條件下保溫,加入0.1 mL酶液,立即于37℃中保溫15 min,然后迅速轉入冰浴中,并加入2.0 mL質量分數為20%的三氯乙酸終止反應,搖勻后在470 nm比色。酶活性用每克鮮重葉片1 min內A470變化0.01為一個過氧化物酶活性單位。多酚氧化酶(PPO)酶液提取和測定采用薛應龍的方法[25],酶活性用每克鮮重葉片1 min內A495變化0.01為一個過氧化物酶活性單位。

1.3 數據處理

以上各試驗處理所測得的試驗數據,在Excel和SPSS16.0分析統計軟件中利用Duncan新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 小麥不同品種SOD活性的差異

由圖 1可知,在接禾谷縊管蚜前,高抗品種‘XM800’的SOD活性最高,高感品種‘蘭天24號’最低,中抗品種‘Selkirk Yr27’居中,方差分析表明3個小麥品種間SOD活性存在極顯著差異(p＜0.01)。接蚜后隨刺吸脅迫時間的延長,3個小麥品種葉組織內SOD活性都呈上升趨勢,但各品種的SOD活性仍然存在極顯著差異(p＜0.01)。品種抗性越強,接蚜后SOD活性增長越快。接蚜后第 1天,高抗品種SOD活性比對照增加17.02%,中抗品種增加9.98%,而高感品種僅增加5.15%;接蚜后第5天,高抗品種SOD活性比對照增加35.72%,中抗品種增加33.13%,高感品種增加27.71%。由表1可以看出,禾谷縊管蚜為害后3個小麥品種幼苗葉片SOD活性的變化量存在極顯著差異(p＜0.01),品種抗性越高,SOD活性比同期對照的變化量越大。

表1 禾谷縊管蚜為害后3個小麥品種幼苗葉片SOD活性的變化量1) U?g-1

圖1 禾谷縊管蚜為害后3個小麥品種幼苗葉片的SOD活性

2.2 小麥不同品種POD活性的差異

方差分析表明,在接禾谷縊管蚜前3個小麥品種間POD活性差異極顯著(p＜0.01)。由圖2可以看出,接蚜后各小麥品種POD的活性都比接蚜前顯著提高,在接蚜后1～5 d內,隨著刺吸脅迫時間的延長,3個小麥品種葉組織內POD活性都呈上升趨勢;接蚜后第3天和第5天,POD活性顯著增強,而且高抗品種POD活性迅速增加,而高感品種POD活性增加緩慢。接蚜后第1天,高抗品種POD活性比同期對照增加19.85%,中抗品種增加3.05%,而高感品種僅增加1.43%;接蚜后第5天,高抗品種POD活性比同期對照增加75.21%,中抗品種增加70.87%,而高感品種僅為27.93%。禾谷縊管蚜為害后3個小麥品種幼苗葉片POD活性的變化量存在極顯著差異(p＜0.01,表2)。

圖2 禾谷縊管蚜為害后3個小麥品種幼苗葉片的POD活性

表2 禾谷縊管蚜為害后3個小麥品種幼苗葉片POD活性的變化量1) U?g-1

2.3 小麥不同品種PPO活性的差異

由圖3可知,接蚜前3個小麥品種PPO活性高抗品種‘XM800’最高,中抗品種‘Selkirk Yr27’次之,高感品種‘蘭天24號’最低。接蚜后,處理組的PPO活性增加明顯比對照組快,但不同抗性品種的增長率存在差異。接蚜后第1天,高抗品種PPO活性比同期對照增加16.4%,中抗品種增加5.11%,高感品種增加6.39%,高抗品種PPO活性增長率明顯高于中抗品種和高感品種;第5天,高抗品種PPO活性比同期對照增加51.38%,中抗品種增加25.53%,而高感品種僅增加17.56%。禾谷縊管蚜為害后第1天和第3天,高抗品種‘XM800’的PPO活性變化量與中抗品種‘Selkirk Yr27’和高感品種‘蘭天24號’存在極顯著差異(p＜0.01),而中抗品種‘Selkirk Yr27’和高感品種‘蘭天24號’之間無顯著差異;禾谷縊管蚜為害后第5天,3個品種間PPO活性變化量均存在極顯著差異(p＜0.01,表3)。

表3 禾谷縊管蚜為害后3個小麥品種幼苗葉片PPO活性的變化量1) U?g-1

圖3 禾谷縊管蚜為害后3個小麥品種幼苗葉片的PPO活性

3 討論

一般情況下,細胞內的活性氧與保護酶系統之間保持著平衡[26]。逆境下可使植物體內正常氧代謝受干擾,導致植物體內氧自由基含量增加和積累,誘發或加速膜脂過氧化作用鏈式反應從而導致膜系統受損,引起細胞膜透性的增加及電解質的滲漏,最終導致細胞死亡和組織受到破壞,而超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)是植物對膜脂過氧化的酶促防御系統中重要的保護酶。SOD在細胞保護酶系統中的作用是清除超氧自由基,同時產生歧化性產物H2O2。POD在保護酶系統中主要是起到酶促降解H2O2的作用,從而使植物抵抗在逆境脅迫下代謝過程產生的有害物質對細胞的傷害,表現出一定的抗逆性[28]。有研究表明,POD、PPO與細胞壁合成有關,有利于刺吸式口器害蟲為害后造成的細胞壁損傷的修復和未損傷的細胞壁進一步加厚,以防進一步刺吸為害;同時POD、PPO活性的升高使木質素的合成加快,進而促進植物體內抗蚜次生物質酚類化合物的合成,而PPO可把酚類物質氧化為毒性更強的醌,以提高抗性[14,17,28]。

本試驗研究表明,在禾谷縊管蚜脅迫初期隨著刺吸脅迫時間的延長,3個小麥品種幼苗葉片中SOD、POD、PPO活性都呈上升趨勢。而且3個不同抗性的品種之間3種保護酶的上升幅度和變化量存在顯著差異,高抗品種‘XM800’上升幅度最大,表明植株體抗性最強,即防御機制最強。3個小麥品種SOD、POD、PPO活性變化的差異,基本反映了其田間抗蚜性的差異水平,表明小麥的抗蚜性與保護酶的活性有關。SOD、POD及PPO活性的高低能否被用來作為小麥抗蚜育種中篩選抗性材料的生化指標還有待進一步研究。

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Influences of Rhopalosiphum padi on oxidases of three wheat seedlings

Zhang Tingwei, Liu Changzhong
(Key Laboratory of Grassland Ecosystem,Ministry of Education,College of Grassland Sciences,Gansu Agricultural University,Lanzhou730070,China)

[Objective]It is necessary to study the relationships between aphid stress and oxidases in different wheat varieties for breeding of resistant wheat varieties and sustainable control of aphids.[Method]The changes in the activity of SOD,POD and PPO were studied in seedling leaves of three wheat varieties,namely ‘XM800’(high resistance),‘Selkirk Yr27’(moderate resistance)and ‘Lantian NO.24’(highly susceptible),infested byRhopalosiphum padiL.through artificial inoculation in the laboratory.[Result]The activities of SOD,POD and PPO in seedling leaves of the three wheat varieties increased significantly along with the increase of days after inoculation,and the stronger the resistance of varieties,the more significant the increase of the enzyme activity.the activities of SOD,POD and PPO were significantly different among the three wheat varieties(p＜0.05).[Conclusion]The differences in activities of the protective enzymes in the three different aphid resistant wheat varieties were consistent with their resistant performances in the fields.

Rhopalosiphum padi; wheat seedling; oxidase; SOD; PPO; POD

S 435.122.2

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2011.04.015

2010-05-24

2010-07-09

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2006BAD08A05)

*通信作者E-mail:liuchzh@gsau.edu.cn