不同木薯品種對木瓜秀粉蚧抗氧化酶活性的影響

陳謙　梁曉　伍春玲　陳青　劉迎　張哲

摘 ?要：為了深入探討木瓜秀粉蚧（Paracoccus marginatus）對木薯的選擇性機理，本研究采用紫外分光光度法測定分析了木瓜秀粉蚧取食不同木薯品種1、2、4 d后體內超氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）、過氧化氫酶（catalase， CAT）、過氧化物酶（peroxidase， POD）和多酚氧化酶（polyphenol oxidase， PPO）的活性差異。結果表明，木瓜秀粉蚧取食不同木薯品種后抗氧化酶活性存在顯著差異，取食‘C1115后其體內SOD活性最低，取食‘SC8002后其體內CAT活性最低，取食‘SC8后其體內POD和PPO活性最低。木瓜秀粉蚧取食木薯品種‘J1301‘SC11‘SC8002‘東莞紅尾‘SC8‘緬甸種和‘C1115后其體內SOD、CAT、POD和PPO活性在任一測定時間內和對照相比均顯著降低。研究表明，上述木薯品種被木瓜秀粉蚧取食后能夠通過抑制木瓜秀粉蚧體內抗氧化酶活性，干擾其正常活性氧代謝，可能對木瓜秀粉蚧具有抗性潛力。

關鍵詞：木瓜秀粉蚧;木薯品種;抗氧化酶;活性變化

中圖分類號：S433.1;S433.7 ? ? ?文獻標識碼：A

Effects of Different Cassava Cultivars on Antioxidant Enzyme Activities of Paracoccus marginatus

CHEN Qian1，2， LIANG Xiao2， WU Chunling2， CHEN Qing2*， LIU Ying2， ZHANG Zhe2

1. School of Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 2. Environment and Plant Protection Institute， China Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Pests Comprehensive Governance for Tropical Crops， Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Hainan Engineering Research Center for Biological Control of Tropical Crops Diseases and Insect Pests / Hainan Key Laboratory for Monitoring and Control of Tropical Agricultural Pests， Haikou， Hainan 571101， China

Abstract： To study the selective mechanism of Paracoccus marginatus to different cassava cultivars， the activity change of superoxide dismutase （SOD）， catalase （CAT）， peroxidase （POD） and polyphenol oxidase （PPO） in P. marginatus after feeding on different cassava cultivars for 1， 2 and 4 days were determined by spectrophotometry. The results showed that the activity of antioxidant enzyme showed significant difference while P. marginatus feeding on different cassava cultivars. The activity of SOD in P. marginatus was the lowest after feeding on ‘C1115， the activity of CAT was the lowest after feeding on ‘SC8002， and the activity of POD and PPO was the lowest after feeding on ‘SC8. Furthermore， the activity of SOD， CAT， POD and PPO decreased significantly compared to those of the control after feeding on the ‘J1301 ‘SC11 ‘SC8002 ‘Dongguan Hongwei ‘SC8 ‘Myanmar and ‘C1115 at any analysis time. The above cassava cultivars could inhibit the activity of antioxidant enzymes of P. marginatus， which could interfere their normal reactive oxygen species metabolism and probably possessed the resistance potential to P. marginatus .

Keywords： Paracoccus marginatus; cassava cultivars; antioxidant enzyme; activity change

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.11.018

木瓜秀粉蚧（Paracoccus marginatus Williams and Granara de Willink）是重要的農林害蟲和世界危險性檢疫有害生物[1-2]，主要以若蟲和雌成蟲刺吸汁液為害植物的莖、葉和果實，造成葉片失綠、黃化、脫落，枝條枯萎，果實品質降低，嚴重時導致整株死亡[3]。木瓜秀粉蚧也是我國木薯產區的主要害蟲之一[4-5]，目前該蟲已在中國云南、海南、廣西、廣東木薯種植區呈嚴重發生為害趨勢，嚴重威脅當地木薯產業發展和產地生態環境安全[6]。如何安全有效防控木瓜秀粉蚧的發生與為害，已成為木薯產業和林下經濟作物產業發展等亟待解決的重要課題[7-8]。

研究表明，害蟲為害寄主植物時，其攝入的植物次生代謝物質會造成活性氧（reactive oxygen species， ROS）的積累[9]，而害蟲體內的抗氧化酶能夠有效清除活性氧造成的氧化損傷[10]，是形成取食適應性的主要因素之一[11-12]。害蟲（螨）取食不同作物后體內抗氧化酶活性與寄主選擇性的相關性已在木薯單爪螨-橡膠、煙粉虱-茄子、二斑葉螨-木薯等作物的互作研究中有較多報道[13-15]。然而迄今為止，國內外較少有關木瓜秀粉蚧寄主選擇性研究的報道，這嚴重制約了抗木瓜秀粉蚧木薯的選育相關工作。由于木薯耐旱耐瘠，適應性廣，不僅能提高土地利用效率，而且能實現高產高收[16]，適宜在山地林區綜合開發種植[17]。然而木瓜秀粉蚧在山地林區木薯上發生為害也較為嚴重[18]，并且由于產地環境受限，藥劑防治困難，因此培育和利用抗蟲木薯品種是山地林區防治木瓜秀粉蚧最經濟、有效的方法[19]。本研究系統測定分析了取食不同木薯品種后木瓜秀粉蚧體內相關抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（su?peroxide dismutase， SOD）、過氧化氫酶（catalase， CAT）、過氧化物酶（peroxidase， POD）和多酚氧化酶（polyphenol oxidase， PPO）的活性差異，以期為深入探討木瓜秀粉蚧的寄主選擇性機理和深度挖掘抗木瓜秀粉蚧木薯種質奠定基礎。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試粉蚧：木瓜秀粉蚧（P. marginatus）是中國熱帶農業科學院環境與植物保護研究所特色熱帶作物害蟲研究室室內用木薯品種‘BRA900繼代飼養的實驗種群。

供試木薯品種：‘面包木薯‘糯米木薯‘ZM9066‘瑞士T7‘SC205‘GR5‘SC6068‘J1301‘SC11‘SC8002‘東莞紅尾‘SC8‘緬甸種‘C1115是從海南、云南、廣西、廣東、福建、江西、湖南各山地林區木薯種植區收集獲得，目前均保存于中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所國家木薯種質資源圃。

木瓜秀粉蚧飼養：在白瓷盤中放入完全潤濕的海綿，將木薯葉片置于海綿上，葉背朝上，然后用濕潤的吸水紙將整個葉片邊緣包圍以防止試蟲逃離。按30頭/葉將大小、發育一致的木瓜秀粉蚧雌成蟲分別接于不同木薯品種的葉背面，在（28±1）℃、相對濕度（75±5）%、光照周期14（L）∶10（D）的人工氣候箱中分別飼養1、2、4 d后收集雌成蟲用于酶液提取和活性測定。每個品種和每個處理時間均設置3個重復。

1.2 ?方法

1.2.1 ?酶液提取 ?分別以取食木薯品種‘BRA9001、2、4 d的木瓜秀粉蚧為對照，用20%的滅菌蔗糖溶液將各處理的木瓜秀粉蚧在冰浴狀態下按30頭/1.5 mL提取（先加0.5 mL研磨，再用0.5 mL洗2次），然后將提取液吸出置于2 mL離心管中，在4 ℃、7000 r/min條件下離心15 min，取上清液置于另一個2 mL離心管中并用20%的滅菌蔗糖溶液定容至2 mL，置于-20 ℃冰箱中保存，用于SOD、CAT、POD、PPO活性測定。

1.2.2 ?酶活性測定 ?（1）SOD活性測定 ?參考Lu等[11]的方法，并略加修改。

鄰苯三酚自氧化速率的測定：在1 cm比色皿中加入1.5 mL Tris緩沖溶液（pH 8.2）作為對照管，另一個1 cm比色皿中加入1.45 mL Tris緩沖溶液作為測定管。將2個比色皿放入水浴鍋中25 ℃恒溫水浴，10 min后取出，在測定管中加入0.05 mL的鄰苯三酚溶液（45 mmol/L），混勻后立即在波長325 nm下每隔30 s測一次OD值，測試4 min（對照管調零）。

樣品測定：在1 cm比色皿中加入1 mL Tris 緩沖溶液（pH 8.2）作為對照管，另一個1 cm比色皿中加入0.933 mL Tris緩沖溶液作為測定管。將2個比色皿放入水浴鍋中25 ℃恒溫水浴，10 min后取出，在測定管中加入0.10 mL酶液，混勻后再加入0.033 mL鄰苯三酚溶液（45 mmol/L），混勻后立即在波長325 nm下每隔30 s測一次OD值，測試4 min（對照管調零）。

（2）CAT活性測定 ?參考王亞茹等[5]的方法，并略加修改。反應體系0.64 mL，在小離心管中分別加入0.14 mL磷酸緩沖液（0.2 mol/L，pH 7.2），0.1333 mL過氧化氫溶液（0.08 mol/L），0.1 mL酶液作測定管，以0.1 mL無菌水作為對照管。于30 ℃水浴鍋中水浴15 min后，用0.2667 mL的10%硫酸終止反應，混勻，在波長240 nm下測OD值。

（3）POD活性測定 ?參考陳青[20]的方法，并略加修改。反應體系0.5 mL，在小離心管中分別加入0.2 mL醋酸緩沖液（0.2 mol/L，pH 5.0），0.1 mL鄰甲氧基苯酚（1 g/L），0.1 mL過氧化氫溶液（0.08%）以及0.1 mL酶液，以0.1 mL無菌水作為對照管，30 ℃下反應5 min后，在波長470 nm下測OD值。

（4）PPO活性測定 ?參考Liang等[15]的方法，并略加修改。反應體系0.45 mL，在小離心管中分別加入0.2 mL鄰苯二酚溶液（0.02 mol/L），0.15 mL磷酸緩沖液（0.05mol/L，pH 6.8），0.1 mL酶液，以0.1 mL無菌水作為對照管。30 ℃下反應2 min后，在波長398 nm下測OD值。

1.3 ?數據處理

試驗采用完全隨機化設計（completely randomized design），并采用SPSS軟件對木瓜秀粉蚧取食不同木薯品種后抗氧化酶活性和酶活性變化倍數進行方差分析和多重比較，首先對原始數據的方差齊性進行檢驗，若方差齊性則采用Duncans新復極差法方法進行多重比較;若方差不齊則對數據進行反正弦平方根轉換，并采用Dunnetts T3方法進行數據間的多重比較。

2 ?結果與分析

2.1 ?取食不同木薯品種后木瓜秀粉蚧體內SOD活性差異分析

表1結果表明，除了取食‘面包木薯1、4 d后，木瓜秀粉蚧SOD活性與對照相比無顯著差異外，取食其他木薯品種1、2、4 d后SOD活性與對照相比均顯著降低（P<0.01），其中以取食‘SC80021 d后酶活性最低，取食‘緬甸種2 d后酶活性最低，分別為74.92 U/mL和77.13 U/mL，取食‘C11154 d后酶活性最低，為76.39 U/mL，取食上述3個品種后酶活性與對照相比降低幅度最大（P<0.01），分別為對照的65.75%（‘SC8002，1 d）、63.01%（‘緬甸種，2 d）和69.31%（‘C1115，4 d）。總體而言，木瓜秀粉蚧取食‘J1301‘SC11‘SC8002‘東莞紅尾‘SC8‘緬甸種‘C1115這7個木薯品種1、2、4 d后SOD酶活性和酶活性降低幅度均與取食其余7個品種及對照存在顯著差異（P<0.01）。

2.2 ?取食不同木薯品種前后木瓜秀粉蚧體內CAT活性差異分析

表2結果表明，除了取食‘面包木薯（4 d）、‘ZM9066（2 d）和‘瑞士T7（4 d）木瓜秀粉蚧CAT活性與對照相比無顯著差異外，取食其他木薯品種1、2和4 d后CAT活性與對照相比均顯著降低（P<0.01），其中以取食‘SC8002后酶活性最低，分別為33.52 L/（mol?cm）（1 d）、31.08 L/（mol?cm）（2 d）和31.81 L/（mol?cm）（4 d），并且與對照相比酶活性降低幅度最大（P<0.01），分別為對照的67.11%（1 d）、63.85%（2 d）和66.01%（4 d）。總體而言，木瓜秀粉蚧取食‘J1301‘SC11‘SC8002‘東莞紅尾‘SC8‘緬甸種‘C1115這7個木薯品種1、2、4 d后CAT酶活性和酶活性降低幅度均與取食其余7個品種及對照存在顯著差異（P<0.01），取食上述7個木薯品種后CAT酶活性變化規律與SOD的分析結果具有一致性。

2.3 ?取食不同木薯品種后木瓜秀粉蚧體內POD活性差異分析

表3結果表明，除了取食‘面包木薯（2 d）、‘瑞士T7（4 d）和‘GR5（1 d）木瓜秀粉蚧POD活性與對照相比無顯著差異外，取食其他木薯品種1、2、4 d后POD活性與對照相比均顯著降低（P<0.01），其中以取食‘SC8品種后酶活性最低，分別為62.80 U/（g?min）（1 d）、64.80 U/（g?min）（2 d）和65.20 U/（g?min）（4 d），并且與對照相比酶活性降低幅度最大（P<0.01），分別為對照的37.92%（1 d）、39.35%（2 d）和42.33%（4 d）。總體而言，木瓜秀粉蚧取食‘J1301‘SC11‘SC8002‘東莞紅尾‘SC8‘緬甸種‘C1115這7個木薯品種1、2、4 d后POD酶活性和酶活性降低幅度均與取食其余7個品種及對照存在顯著差異（P<0.01），取食上述7個木薯品種后POD酶活性變化規律與SOD、CAT的分析結果具有一致性。

2.4 ?取食不同木薯品種后木瓜秀粉蚧體內PPO活性差異分析

表4結果表明，除了取食‘面包木薯（1、4 d）和‘SC205（2、4 d）木瓜秀粉蚧PPO活性與對照相比無顯著差異外，取食其他木薯品種1、2、4 d后PPO活性與對照相比均顯著降低（P<0.01），其中以取食‘SC8品種后酶活性最低，分別為3.68 L/（mol?cm）（1 d）、5.29 L/（mol?cm）（2 d）和4.56 L/（mol?cm）（4 d），并且與對照相比酶活性降低幅度最大（P<0.01），分別為對照的30.96%（1 d）、43.70%（2 d）和38.85%（4 d）。總體而言，木瓜秀粉蚧取食‘J1301‘SC11‘SC8002‘東莞紅尾‘SC8‘緬甸種‘C1115這7個木薯品種1、2、4 d后PPO酶活性和酶活性降低幅度均與取食其余7個品種及對照存在顯著差異（P<0.01），取食上述7個木薯品種后PPO酶活性變化規律與SOD、CAT和POD的分析結果具有一致性。

3 ?討論

研究表明，一些寄主植物被害蟲取食后能夠通過抑制害蟲體內抗氧化酶活性，削弱其對活性

氧的代謝能力從而阻礙其繼續取食為害，因此表現出抗蟲性[5， 16， 21]。例如，王亞茹等[5]研究發現，木瓜秀粉蚧取食木薯品種‘C1115‘瑞士F21和‘緬甸種葉片后其體內SOD、CAT、POD、PPO活性顯著低于取食對照品種的，不易被取食為害。Liang等[15]研究發現，抗螨木薯品種通過抑制二斑葉螨體內的抗氧化酶POD和PPO活性，阻礙其取食為害，從而表現出抗螨性。茍玉萍[21]研究發現，隨著異遲眼蕈蚊取食抗性程度增強的韭菜品種，其體內SOD、CAT和POD活性均表現為減弱，活性氧自由基大量產生而無法維持其生長發育。

與上述研究結果相似，本研究中木瓜秀粉蚧取食木薯品種‘J1301‘SC11‘SC8002‘東莞紅尾‘SC8‘緬甸種‘C1115后其體內SOD、CAT、POD、PPO活性和對照相比顯著降低，并將該低酶活性水平維持至4 d。表明上述木薯品種被木瓜秀粉蚧取食后能夠通過抑制木瓜秀粉蚧體內抗氧化酶活性，削弱其對活性氧的代謝能力，表明上述品種可能對木瓜秀粉蚧具有抗性潛力。

相應地，害蟲取食寄主植物時可以通過維持抗氧化酶的穩定活性[12， 14]或者誘導抗氧化酶的過量表達及時減輕活性氧脅迫，從而表現出取食適應性[22]。例如，Lu等[11]研究發現，六點始葉螨取食感螨橡膠樹品種前后其抗氧化酶活性均可保持穩定不變，利于其取食為害。經福林[13]研究發現，與取食木瓜、變葉木和杧果葉片相比，木薯單爪螨取食感螨木薯和橡膠葉片后其體內SOD、CAT和POD活性保持穩定，適宜其取食。陳建明等[22]研究發現，在取食抗蟲品種過程中白背飛虱體內自由基含量顯著提高，繼而誘導蟲體內SOD和CAT活性明顯增加，這在緩解白背飛虱氧化損傷中起著主要作用。本研究中木瓜秀粉蚧取食‘面包木薯‘糯米木薯‘ZM9066‘瑞士T7‘SC205‘GR5‘SC6068在不同時間后體內SOD、CAT、POD、PPO活性和對照相比并不能總是表現出穩定的顯著差異，這在一定程度上表明木瓜秀粉蚧對上述木薯品種的取食適應能力要強于‘J1301‘SC11‘SC8002‘東莞紅尾‘SC8‘緬甸種‘C1115等木薯品種。

然而必須指出的是，僅僅從抗氧化酶活性變化角度判斷寄主植物是否適宜害蟲取食或是否具有抗蟲性是不充分的，還應參考寄主植物蟲害指數[23-24]、蟲口密度[25]、對害蟲發育和繁殖指標的影響[14， 26]等相關信息。當前國內外尚未建立木薯品種對木瓜秀粉蚧抗性鑒定的技術規程，也缺乏穩定的抗、感蟲參照標準木薯品種，在前期研究中，發現‘緬甸種和‘C1115能夠顯著抑制木瓜秀粉蚧的發育繁殖和抗氧化酶活性，對木瓜秀粉蚧表現出良好的抗蟲性[27]。由于本研究中涉及的木薯品種較多，并且大部分尚未開展抗蟲性綜合評估，因此在前期工作基礎上，本研究依然選擇‘緬甸種和‘C1115作為參考依據，但后續研究中仍需要進一步證實其對木瓜秀粉蚧發育繁殖等相關指標的影響。本研究通過分析抗氧化酶在木瓜秀粉蚧寄主選擇性中的作用，可為深入開展木瓜秀粉蚧對木薯品種的寄主選擇性機理及入侵擴張成災機理研究提供理論依據和奠定良好的基礎。

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收稿日期 ?2019-10-12;修回日期 ?2020-01-19

基金項目 ?國家重點研發計劃項目（No. 2018YFD0201100）;農業農村部財政專項“南峰專項二期”（No. NFZX2018）;國家木薯產業技術體系蟲害防控崗位科學家專項（No. CARS-11-HNCQ）。

作者簡介 ?陳 ?謙（1993—），男，碩士，研究方向：森林有害生物防治。*通信作者（Corresponding author）：陳 ?青（CHEN Qing），E-mail：chqingztq@163.com。