綠豆不同品種對綠豆象的抗性初探

王宏民 成小芳 樊艷平 鄭海霞 張耀文 張仙紅,*

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綠豆不同品種對綠豆象的抗性初探

王宏民1,**成小芳2,**樊艷平2鄭海霞2張耀文3張仙紅2,*

1山西農業大學經濟管理學院, 山西太谷 030801;2山西農業大學農學院, 山西太谷 030801;3山西省農業科學院作物研究所, 山西太原 030031

為明確抗蟲綠豆抗綠豆象的有效成分, 采用室內人工接蟲方法, 進行了13個不同綠豆品種(品系)對綠豆象的抗蟲性鑒定, 并對篩選獲得的抗豆象品種的抗蟲成分進行了研究。結果表明, 綠豆象對B18、B20、B23、B27、A22和晉綠7號綠豆的為害率均低于10%, 為高抗型綠豆; 其余7個綠豆品種受害率均在90%以上, 屬高感型綠豆。綠豆象卵的孵化率在抗、感綠豆品種間無顯著性差異, 而綠豆象發育歷期、雌、雄成蟲體重及成蟲羽化率在抗、感綠豆品種間差異顯著, 同一品種去皮綠豆與帶皮綠豆相比, 綠豆象卵孵化率、成蟲羽化率及種子受害率等指標均無顯著性差異。抗蟲成分試驗表明, 當綠豆象取食添加抗蟲綠豆蛋白25%和50%的人工(合成)綠豆后, 其成蟲羽化率由30.48%降低到0, 但不隨淀粉比例的增加而變化?？梢? 抗蟲綠豆抗綠豆象的主要成分為其種子中的蛋白質。

綠豆; 不同品種; 綠豆象; 抗性

綠豆象[(L.)]是綠豆、紅豆、豇豆等豆科作物生長期及籽粒儲藏期的主要害蟲, 對產量和品質有較大影響。一個生活周期內, 綠豆象可使綠豆產量受損30%~56%[1], 若成蟲羽化引起2次侵染, 危害更加嚴重, 危害率可達100%[2]。采用溫度、濕度、微波處理等物理方法防治綠豆象, 受儀器限制和影響種子發芽而難以推廣應用, 化學藥劑防治又對綠豆的安全性有一定的影響。

利用植物品種的抗蟲性來防治害蟲是最經濟、有效、安全的措施。早在20世紀40年代, 國外利用抗黑森癭蚊[(Say)]的小麥品種有效地控制了該蟲對小麥的危害; 我國利用抗白背飛虱()、褐飛虱()的水稻品種也大大減輕了這2種害蟲對水稻的危害。Kitamura等[3]以抗豆象綠豆野生種TC1966與感豆象栽培種Osaka-ryodutou和No.3-ryokutou進行人工雜交試驗, 成功培育出抗豆象綠豆栽培種。之后, 中國、日本、澳大利亞等國家對抗豆象的種質創新進行了研究, 以TC1966為抗源分別與VC1973A、VC2778A、VC2768A等進行雜交并培育出一批農藝性狀優良的抗豆象材料[4]。

基于作物利用自身的抗蟲性來降低害蟲為害的許多優點, 本研究采用人工接蟲方法, 篩選出抗綠豆象的綠豆品種, 并從抗蟲品種中提取總蛋白和淀粉, 測定了綠豆象取食抗、感綠豆及人工(合成)綠豆后成蟲體重、羽化率及種子受害率, 探討這些因素與抗蟲性的關系, 進而為明確綠豆抗綠豆象的生理生化機制及尋求有效殺蟲成分提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試綠豆 試驗綠豆A22、B18、B20、B23、B24、B27、晉綠7號、濰綠2117、寶綠2號、冀綠7號、串輻1號、晉綠1號、VC2768B共13個品種均由山西省農業科學院作物研究所提供, 分別挑選健康豆粒于-20℃冷凍備用。

1.1.2 供試蟲源 將實驗室飼養的綠豆象成蟲雌雄配對后, 釋放于裝有濰綠2117綠豆的塑料袋中使其自由產卵7 d后, 棄去成蟲。著卵綠豆置于(27±1)℃、相對濕度(60±5)%的培養箱中進行飼養繁殖。

1.1.3 主要儀器 Y9600型電子分析天平(上海精密科學儀器有限公司); HPS-250恒溫培養箱(哈爾濱東連電子技術開發有限公司); TDL5M臺式大容量冷凍離心機(長沙湘儀離心機儀器有限公司); SZX16-3111體視顯微鏡(奧林巴斯, 日本)。

1.2 方法

1.2.1 不同品種綠豆對綠豆象的抗性測定 抗蟲鑒定采用人工室內接蟲方法[5], 將以上13個綠豆品種提前從冰箱取出, 各取50粒稱重后, 分別放入自制無蓋小紙杯(直徑5 cm、高l cm)中, 隨機放入帶蓋的大紙盒內(30 cm×20 cm×10 cm), 將室內飼養羽化1~3 d的綠豆象雌雄成蟲100對接于紙盒內, 讓其在盒內各品種綠豆上隨機產卵, 5次重復。產卵5 d后, 除去所有成蟲, 培養10 d后統計每份材料的著卵量和孵化率。第21天開始觀察是否有成蟲出現, 每12 h觀察一次, 記錄羽化時間及數量, 且收集從各品種羽化出的雌雄成蟲并分別用電子天平稱重; 到30 d后觀察結束, 統計其羽化率(rate of adult emergence, RAE)和種子受害率(seeds dam rate, SDR), 同時, 剝開綠豆檢測是否有死亡幼蟲或因發育滯后而未羽化的成蟲。綠豆種子對綠豆象抗性等級評價采用國家科技攻關項目選用的抗性評價分級標準, 共分為5個等級: 被危害率在0.1%~10.0%、10.1%~35.0%、35.1%~65.0%、65.1%~90.0%和>90.0%, 分別屬高抗、抗、中抗、感及高感型品種。

1.2.2 抗、感去皮綠豆對綠豆象的抗性測定 晉綠1號、濰綠2117、晉綠7號和B20綠豆品種健康種子各取300粒, 分別用4℃蒸餾水浸泡12 h, 去皮后在50℃干燥24 h, 將干燥種子置于濕度為12%~14%的HPS-250恒溫培養箱, 48 h后取出用于試驗。選取完整無損的各處理綠豆種子每組50粒, 抗蟲試驗方法同上, 5次重復。

1.2.3 人工綠豆抗蟲成分的試驗 晉綠7號與濰綠2117綠豆種子分別磨粉, 過80目篩。將晉綠7號綠豆粉每100 g溶于1000 mL去離子水, 室溫靜置2 h后, 上清液和沉淀分別用于蛋白提取[6]和淀粉提取[7]。人工種子的制備參照Somta等[8]方法, 感蟲綠豆濰綠2117豆粉與從晉綠7號提取到的蛋白和淀粉分別按25%、50%的比例混合, 與水按1.0∶0.5的比例混合后, 做成球狀, 40℃烘干后將其含水量調為12%~14%, 每粒種子約重0.30 g, 10粒種子為1組, 5次重復。接蟲方法同1.2.1, 統計著卵量、成蟲羽化率及種子受害率。

1.3 數據統計分析

利用Microsoft Excel 2007統計和處理數據，采用SPSS19.0統計軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA), Dunnett’s (<0.05)進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 綠豆不同品種對綠豆象的抗性反應

由表1可知, 13個參試品種中, 綠豆種子的大小有顯著性差異, 寶綠2號最大, B24最小, 每50粒種子分別重3.90 g和2.88 g, 而晉綠7號和濰綠2117分別重3.29 g和3.07 g, 但著卵量與種子的大小有關, 種子越大著卵量越多; 所有品種對綠豆象成蟲產卵都有吸引力, 各品種間卵孵化率沒有顯著差異, 說明卵的孵化與綠豆的品種無關; B18、B20、B23、B27綠豆完好無損, 種子受害率為0, A22和晉綠7號種子受害率分別為3.60%和8.80%, 雖有被為害, 但受害率在0.1%~10.0%之間, 故這6個品種為高抗(HR)型綠豆。A22和晉綠7號綠豆內只有少量幼蟲羽化為成蟲, 成蟲羽化率分別為1.39%和8.79%; 與取食高感型綠豆后的綠豆象相比, 取食高抗品種A22和晉綠7號的綠豆象發育歷期延長1.0~1.5 d, 分別為25.84 d和25.46 d; 雌雄成蟲體重均較輕, 雌成蟲分別為5.01 mg和5.04 mg, 雄成蟲分別為3.43 mg和3.71 mg。其余7個品種受害率均在90%以上, 屬高感型(HS)綠豆, 取食高感型品種綠豆的成蟲羽化率達59.9%~63.3%; 綠豆象發育歷期較短, 雌雄成蟲較重; 與取食高抗型綠豆后的綠豆象相比, 二者存在顯著性差異(<0.05)。表明抗蟲綠豆的抗蟲性在于抗生性, 抗蟲綠豆種子中含對綠豆象幼蟲具有毒性作用的化學成分。

2.2 去皮抗、感綠豆不同品種對綠豆象的抗性

由表2可知, 感、抗綠豆去皮處理后, 與相應的帶皮綠豆從著卵量、孵化率、成蟲羽化率、發育歷期及種子受害率相比, 均無顯著性差異。表明綠豆皮不含有抗蟲成分, 綠豆皮的有無對后續的實驗并無影響, 故后續的實驗所用綠豆均為帶皮綠豆。

2.3 人工綠豆對綠豆象的抗性

由表3可知, 人工綠豆種子間著卵量無顯著性差異, 表明綠豆種子中蛋白和淀粉含量的多少對綠豆象的產卵選擇無影響。綠豆象幼蟲取食含晉綠7號粗蛋白不同比例的人工綠豆后, 成蟲羽化率有顯著性差異, 隨蛋白含量的增加成蟲羽化率減小, 當感蟲綠豆粉中加入25%的蛋白時, 成蟲羽化率下降到30.48%; 含量達到50%時無綠豆象成蟲羽化。但淀粉含量的變化對綠豆象成蟲羽化率沒有顯著性影響。表明抗蟲綠豆的抗綠豆象成分主要在綠豆種子的蛋白質部分。

表2 去皮抗、感綠豆抗蟲性比較

不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。“NS”表示同列無顯著性差異。

The different small letters in the same line indicate the significant difference at the 0.05 probability level. “NS” indicate no significant difference in the same column.

表3 不同比例抗蟲綠豆蛋白和淀粉對綠豆象的影響

不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著?！癗S”表示同列無顯著性差異。

The different small letters in the same line indicate the significant difference at the 0.05 probability level. “NS” indicate no significant difference in the same column.

3 討論

植物的抗蟲性表現為抗生性、耐害性和不選擇性。本研究表明, 綠豆象在供試的13個綠豆品種上均可產卵, 表明綠豆象對不同綠豆品種之間沒有表現出不選擇性。因此, 抗蟲綠豆對綠豆象的抗性表現為抗生性。

本試驗表明, 抗蟲綠豆對綠豆象的抗性與豆粒的大小沒有關系, 產卵量的多少與種子的大小有關, 這與Lambrides等[10]報道的關于幾種鞘翅目豆象對不同品種綠豆產卵特性的研究結果相一致。但與Johnson等[9]報道的綠豆的抗蟲性與種子的大小和種皮有關的研究不同, 究其原因有待進一步探索。

種皮是綠豆象蛀蝕綠豆種子的第一道防御系統。據Janzen[11]報道, 在參試的73個物種中, 超過69%的種皮可阻止四紋豆象幼蟲的入侵; 約有50%的綠豆象和四紋豆象幼蟲不能穿透蠶豆種皮[12]; 菜豆象不能危害菜豆種子也與其種皮有直接的關系[13]; 此外, 研究還表明, 種皮也會使剛孵化的幼蟲到達種仁的時間延長[14-16]。本研究表明, 當取食B18、B20、B23、B27、晉綠7號等抗蟲品種時, 發現著卵部位下種仁部分受損, 并有死亡的低齡綠豆象幼蟲, 說明綠豆象可以穿透種皮進入種仁。同時將相同品種的去皮綠豆和帶皮綠豆進行綠豆象卵的孵化率、成蟲羽化率、發育歷期及種子受害率等試驗比較, 結果顯示這些指標在兩者間均無顯著性差異, 表明不同的抗、感綠豆品種的種皮既不對綠豆象胚胎的發育延長也不會降低卵的孵化率, 可見種皮對綠豆象的入侵沒有影響, 抗綠豆象的抗蟲成分在種仁而不在種皮, 綠豆種子自身的抗蟲物質在害蟲防御體系中起主導作用。這與Kashiwaba等[17]所報道的赤小豆種仁所含生化物質才是其抗蟲的主要原因的研究結果一致。

據Talekar等[18]報道, 綠豆抗蟲品種V2709和V2802中可能含有抗生物質; 赤小豆中也發現有抗豆象的化學成分[17]; Chen等[19]曾發現野生綠豆種TC1966中有一種對綠豆象幼蟲有致死作用的富含半胱氨酸的蛋白。本研究表明, 隨人工綠豆中抗蟲綠豆蛋白比例的增加, 綠豆象幼蟲的死亡率增加, 成蟲羽化率下降, 說明抗蟲綠豆的蛋白中含有影響綠豆象幼蟲生長發育的抗蟲成分, 但抗蟲綠豆中到底是哪一種或哪幾種蛋白質影響了綠豆象幼蟲發育和成蟲羽化, 還有待進一步研究。

4 結論

植物的不同品種對同種害蟲的受害程度完全不同, 這就表現出品種的抗蟲性。從13個參試品種中, 篩選出6個高抗綠豆象的綠豆品種B18、B20、B23、B27、A22和晉綠7號; 綠豆象產卵對抗、感綠豆品種無選擇性差異; 取食抗蟲綠豆的綠豆象幼蟲、成蟲體重均顯著低于取食感蟲綠豆, 且幼蟲發育歷期延長, 成蟲羽化率降低; 綠豆種皮不含對綠豆象有毒殺作用的抗蟲成分, 抗蟲綠豆的抗蟲成分存在于綠豆種子所含的蛋白質中。

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Preliminary Study on Resistance of Different Mungbean Varieties to(L.)

WANG Hong-Min1,**, CHENG Xiao-Fang1,**, FAN Yan-Ping2, ZHENG Hai-Xia2, ZHANG Yao-Wen3, and ZHANG Xian-Hong2,*

1College of Economics and Management, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China;2College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China;3Crop Sciences Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030031, Shanxi, China

To clarify the effective component in mungbean seeds against bruchid (L.), we identified the bruchid resistance of 13 mungbean varieties via in-house artificial feeding method, and the insect-resistant components in mungbean were investigated. Six mungbean varieties including B18, B20, B23, B27, A22, and Jinlyu 7, were found to be highly resistant to bruchid, showing seed-damage rates lower than 10%, whereas, the remaining seven varieties were highly susceptible with seed-damage rates higher than 90%. There was no significant difference in egg-hatch rate among all varieties. However, the developmental duration, the adult-emergence rate ,and the bodyweights of both male and female adults varied significantly between the resistant and susceptible varieties. Moreover, seed coat had no effect on the resistance to bruchid because samples with or without seed coat showed no significant difference in the rates of egg-hatch, adult emergence, and seed damage. The resistance test with synthetic mungbean indicated that the adult-emergence rate declined from 30.48% to 0 when the protein component of resistant mungbean varieties increased from 25% to 50%. In contrast, the increase of starch proportion had no effect on theadult emergence rate. Therefore, we conclude that seed proteins play an important role in bruchid resistance in mungbean.

mungbean; different varieties;(L.); resistance

2018-03-26;

2018-04-24.

10.3724/SP.J.1006.2018.01136

張仙紅, E-mail: zxh6288@sina.com**同等貢獻(Contributed equally to this work)

王宏民, E-mail: whm6970@163.com

2017-12-10;

本研究由國家現代農業產業技術體系建設專項(GARS-08-G11)資助。

This study was supported by the China Agriculture Research Systems (GARS-08-G11).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.s.20180423.1446.002.html