榆癭蚜對榆樹葉片生理的影響

李軒 黃智鴻

摘要：為了對榆癭蚜取食榆樹葉片造成的生理變化進行研究，通過采用乙醇提取法、蒽酮硫酸法、紫外吸收法等方法進行相關含量的測定，得到各階段榆樹蟲癭葉片中葉綠素含量大致為非蟲癭組織>蟲癭葉>蟲癭組織;可溶性糖含量隨時間的推進而大致減少;蟲癭的存在會誘導蟲癭組織中可溶性蛋白質含量的增加。受害葉片各部位總酚含量均呈先升后降的趨勢;榆樹在受害過程中不斷產生類黃酮來破壞榆癭蚜的危害，非蟲癭組織和蟲癭葉的單寧含量相加基本上等于蟲癭組織的單寧含量，蟲癭組織的丙二醛含量明顯增加。研究明確了致癭昆蟲與其寄主植物之間的相互作用，探討寄主植物在蟲癭形成過程中的生理響應，對榆樹抗蟲育種和害蟲綜合治理具有重要的指導意義。

關鍵詞：榆樹;榆癭蚜;蟲癭;生理變化

中圖分類號： S433.3? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）10-0131-04

癭是植物體上由寄生性生物所引起的一種不正常瘤狀物或突起，而蟲癭則是昆蟲刺激植物所產生的不正常組織[1-3]，引起蟲癭的動物被稱為致癭生物，其中最主要的致癭生物是昆蟲。雖然蟲癭是由昆蟲刺激產生引起的，但真正產生蟲癭的卻是植物本身，受誘導后的植物不僅會形成蟲癭，還會產生一系列生理生化變化[4-7]。李水清等研究發現，人為損傷和松墨天牛取食都可以造成馬尾松針葉內多糖和可溶性蛋白含量的下降，蟲傷葉片中的可溶性糖含量降低得較多，單寧和黃酮類物質的含量會增加[8]。吳耀軍等研究了桉樹枝癭姬小蜂與寄主葉片生理生化指標的變化，通過采用生化組分測定等方法發現，桉樹癭姬小蜂接種成蟲后，桉樹葉片葉綠素、可溶性糖含量均升高，蛋白質、類黃酮、總酚含量的變化沒有達到顯著水平[9]。李諾等也同樣研究了桉樹枝癭姬小蜂蟲癭的生理生化變化，得到桉樹蟲癭組織的可溶性糖和可溶性蛋白質含量上升的結果[10]。楊明摯等研究了薊馬誘導的鵝掌柴葉片蟲癭組織的生理生化變化，發現蟲癭組織中的丙二醛含量比非蟲癭組織低，光合速率下降，呼吸速率提高，蟲癭組織轉變為營養庫，可以富集較多的營養物質[11]。目前，研究榆癭蚜在自然條件下取食榆樹葉片，誘導榆樹葉片發生生理變化的研究還很少，本研究通過對榆樹蟲癭葉片的生理指標進行測定，探究生理指標的變化規律，為榆樹的抗蟲育種提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

2017年4—7月在河北省張家口市郊區進行樣品采集，采集蟲癭組織（以受害榆樹上未表現癥狀的前期葉片為對照）、受害葉片的非蟲癭組織（以受害榆樹上剛表現癥狀，但沒有瘤狀蟲癭的前期葉片為對照）和完整的受害葉片（以未受害榆樹正常前期葉片為對照）的前、中、后、末期葉片。

1.2 方法

參照李合生的乙醇提取法[12]對榆樹葉片進行葉綠素含量的測定;采用蒽酮硫酸法[13]進行可溶性糖含量的測定;采用紫外吸收法[14]測定可溶性蛋白含量;參照張軍等的沒食子酸法[15]對總酚、類黃酮含量進行測定;采用香草醛法[16]測定單寧含量;采用硫代巴比妥酸法進行丙二醛含量的測定。

1.3 數據分析

試驗數據均采用Excel 2010和SPSS 18.0軟件進行統計分析，圖表繪制的數據均以平均數±標準誤差表示，顯著性分析（α=0.01、0.05）采用鄧肯式新復極差法。

2 結果與分析

2.1 榆癭蚜危害對榆樹葉片葉綠素含量的影響

由表1可知，各部分組織葉綠素含量在各個階段各不相同。各個階段下不同組織部位的葉綠素含量也不相同。蟲癭組織對照與前、中、末、后期以及中期與后期之間的葉綠素含量有極顯著差異;中期和末期之間的葉綠素含量有顯著差異。非蟲癭組織中期與對照、前、后、末期之間的葉綠素含量有極顯著差異。蟲癭葉對照與前、末、中期之間的葉綠素含量有顯著差異。

由圖1可知，各階段榆樹蟲癭葉片各部位葉綠素含量的分布表現為非蟲癭組織>蟲癭葉>蟲癭組織。蟲癭組織在各時期的葉綠素含量均明顯低于其對照;蟲癭組織的葉綠素含量在前、中期有增加的趨勢;在后期，榆癭蚜羽化，蟲癭組織顏色變淺;到末期，蟲癭部位變黑、皺縮，葉綠素含量降低。說明榆癭蚜蟲卵自孵化開始，若蟲的各項活動已經開始影響其活動部位的葉綠素含量。而非蟲癭組織的葉綠素含量在一段時期內有所增加，并且在中期出現了高于無蟲害健康對照葉片的現象，以此來維持自身的生長。蟲癭葉的各個時期葉綠素含量基本上等于非蟲癭組織和蟲癭組織葉綠素含量的差值。

2.2 榆癭蚜危害對榆樹葉片可溶性糖含量的影響

由表2可知，蟲癭組織、非蟲癭組織、蟲癭葉的各自4個時期的可溶性糖含量均大于相對應的對照葉片。其中，蟲癭組織的各時期可溶性糖含量分別是其對照的2.79、1.89、1.20、1.38倍;非蟲癭組織的各時期可溶性糖含量分別是其對照的1.62、1.05、1.03、1.39倍;蟲癭葉的可溶性糖含量分別是其對照的1.62、1.35、1.22、1.45倍。上述比值的變化說明蟲癭的存在誘導了可溶性糖含量的減少。

由圖2可見，蟲癭組織在前期的可溶性糖含量明顯高于其對照和其他組織部分，之后時期出現下降的趨勢;非蟲癭組織的可溶性糖含量表現出先升高后下降再升高的趨勢;蟲癭葉部分的可溶性糖含量呈波動變化趨勢; 蟲癭組織在末期的可溶性糖含量開始回升，說明蟲癭成熟開裂、榆癭蚜羽化飛出蟲癭后，榆樹有一定的自我修復能力，使可溶性糖含量增加。

2.3 榆癭蚜危害對榆樹葉片可溶性蛋白含量的影響

由表3可知，蟲癭葉對照的可溶性蛋白含量在3組對照中是最高的，其次是蟲癭組織的對照。受害葉片的蟲癭組織蛋白質含量在受害中期表現為下降，但隨后逐漸升高，末期的可溶性蛋白含量是其對照的2.06倍，是其前期的1.80倍;非蟲癭組織中期的可溶性蛋白含量和其對照、末期存在顯著差異;蟲癭葉各時期與其對照的可溶性蛋白含量含量比值分別為 0.99、1.04、0.79、0.84，比值的變化說明在榆癭蚜危害初期，榆樹葉片蛋白含量有所下降，但隨著受害程度的加深，可溶性蛋白含量逐漸上升，榆樹在啟動自身的保護機制。

由圖3可看出，各個組織的可溶性蛋白含量在前期時表現出與各自對照可溶性蛋白含量基本相等，在后面各時期表現出與其對照的明顯差異。蟲癭組織在受害中期可溶性蛋白含量明顯降低，隨后升高，末期時最高;非蟲癭組織可溶性蛋白含量在各階段整體呈下降趨勢，且差異不大;蟲癭葉的可溶性蛋白含量在前期至后期表現為先升高后降低的趨勢。表明蟲癭的形成和存在會誘導可溶性蛋白含量的增加，并且多積累于蟲癭組織中。

2.4 榆癭蚜危害對榆樹葉片總酚含量的影響

由表4可知，各個組織不同時期的總酚含量整體上高于各自對照的總酚含量。蟲癭組織的末期總酚含量是前期的1.28倍;非蟲癭組織總酚含量在各發育階段表現出中間高、兩邊低的規律，末期總酚含量基本等于前期總酚含量;蟲癭葉后期的總酚含量極顯著高于對照、末期的總酚含量。

由圖4可看出，受害葉片各部位總酚含量整體呈現出先升高后降低的變化趨勢。在受害初期，各部位總酚含量與其對照葉片的差異不明顯，從蟲癭發育的后期開始，蟲癭葉或蟲癭組織中總酚含量明顯高于非蟲癭組織，表明榆樹受害后總酚主要積累在蟲癭部位。

2.5 榆癭蚜危害對榆樹葉片類黃酮含量的影響

由表5可知，蟲癭組織的各時期與對照類黃酮含量差異不顯著;非蟲癭組織后期的類黃酮含量和其他各時期及對照均存在極顯著差異;蟲癭葉的后期類黃酮含量與其對照存在極顯著差異，其他時期和對照無顯著差異。類黃酮含量的降低，表明榆癭蚜危害后引起受害葉片各部分組織中類黃酮的合成和運輸受阻。

由圖5可以看出，在榆癭蚜若蟲營居取食危害中期，蟲癭組織類黃酮含量明顯下降，有利于榆癭蚜的生存，后期和末期類黃酮含量升高，與其對照接近。這可能是榆樹和昆蟲互作的結果，榆癭蚜的取食使類黃酮含量降低來保證自身的生存，而榆樹在受害過程中通過不斷產生類黃酮來破壞榆癭蚜的危害，非蟲癭組織中類黃酮含量的增加可以在一定程度上防止榆癭蚜和其他昆蟲繼續危害。

2.6 榆癭蚜危害對榆樹葉片類單寧含量的影響

由表6可知，蟲癭組織的各時期單寧含量出現突升突降的現象，中期單寧含量最高，是前期的1.51倍，是后期的569倍，是末期的10.33倍，并與對照存在極顯著差異;非蟲癭組織的單寧后期在后期、末期與對照存在極顯著差異;蟲癭葉在前期、中期單寧含量升高，在整個發育階段內與對照均無顯著差異。榆癭蚜取食危害可誘導榆樹葉片單寧含量的增加，單寧的增加主要積累在蟲癭組織部分。

由圖6可以看出，在榆癭蚜危害的前期和中期，蟲癭組織與蟲癭葉的單寧含量首先表現出驟增的趨勢，并且蟲癭組織明顯高于其他組織;在后期，榆癭蚜成蟲已經離開蟲癭，各部分組織的單寧含量驟減;在末期，蟲癭組織單寧含量有所下降，但非蟲癭部分仍有升高，表明植物對害蟲的防御機制并不會隨著傷害終止而立即消失。非蟲癭組織和蟲癭葉的單寧含量相加基本上等于蟲癭組織的單寧含量。

2.7 榆癭蚜危害對榆樹葉片丙二醛含量的影響

由圖7可看出，蟲癭組織在生長的各階段均比對照的丙二醛含量高，在蟲癭生長階段的丙二醛含量整體呈遞增的趨勢，末期達到最高值;非蟲癭組織的丙二醛含量在前期和中期均比其對照的丙二醛含量低，在葉片生長的各個階段，丙二醛含量變化不明顯;蟲癭葉的丙二醛含量整體上呈先降低后升高的趨勢，和蟲癭組織的丙二醛含量變化趨勢基本相同。

3 結論與討論

榆樹在受到榆癭蚜的取食危害后，能夠整合并判斷輸入信號，并以蟲癭的方式來適應脅迫環境，雖然植物能繼續生存，但榆樹葉片的各項生理指標已經發生明顯變化，榆樹表現出生長遲緩、新陳代謝和光合作用降低，會重新調配新陳代謝所需的資源和增強抗氧化能力。

葉綠素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量等是植物新陳代謝的重要指標。葉綠素是植物光合作用的主要成分，可溶性糖和蛋白質是植物生命活動必需的物質，植物可溶性糖類存在于細胞中，其含量的增加會對細胞的生命物質和生物膜起保護作用。單寧是很多植食性昆蟲的拒食劑[17]。丙二醛是阻止過氧化的重要產物，可以作為脂質過氧化、氧化脅迫以及衰老的標志[18]。

阮楨媛等研究了角倍蚜蟲癭形成對鹽膚木的影響，發現在蟲癭發育的不同時期，除可溶性蛋白在有蟲癭葉片與無蟲癭葉片間存在一定差異外，其他各項生理指標的差異均不顯著[19]，表明蟲癭形成未對植株造成嚴重氧化性損傷及脂質膜的破壞，但對鹽膚木物質代謝存在一定程度的擾動。

嚴善春等研究發現，害蟲危害會引起植物可溶性糖含量降低，還會引起次生代謝物質的增加，興安落葉松鞘蛾取食危害落葉松后，引起了單寧含量的增加，誘導植物產生局部防御系統[20]。巨云為等研究了蚊母樹對杭州新胸蟲癭形成的生理生化響應，發現蟲癭的形成會導致蚊母樹葉片的丙二醛含量顯著高于同期的健康對照，其中蟲癭部分尤為明顯，蟲癭形成初期受害葉片的蛋白質含量顯著升高，以癭邊葉表現較為明顯，蟲癭形成后期葉片各部分的蛋白質含量也顯著較高[21]。本研究發現，蟲癭組織后期和末期的丙二醛含量較高，蟲癭內部的榆癭蚜生長發育情況還有待進一步研究。

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