蟲害誘導煙草抗性對斜紋夜蛾生長和產卵選擇的影響

李曉紅，楊賢均，黃志友，伍紹龍

1 邵陽學院城鄉建設學院園林系，湖南邵陽 422000；2 湖南省煙草公司，湖南長沙 410011

植物和昆蟲間的協同進化是進化生物學中非常重要的一部分，在漫長的協同進化過程中，植物為了抵抗植食性昆蟲的侵害，進化產生了多種可遺傳的防御機制和防御策略[1-4]。植物的抗性主要包括組成抗性和誘導抗性[5-6]。組成抗性是植物體本身所固有的，比如植物的角質層、毛狀體、刺、特異性抗蟲物質等[7]。組成抗性以植物特殊的外部形態結構和內部組成化合物來防止植食性昆蟲取食為害，如植物角質層上覆蓋的光滑蠟質、表皮上的刺和毛狀體，不利于植食性昆蟲附著取食，也可以影響成蟲的產卵選擇[5,8]。一些植物內部組成化合物具有抗蟲性，如十字花科植物中所蘊含的芥子油苷，菊科植物所含有的除蟲菊素對多種植食性昆蟲具有致死作用[9-10]。同種植物的不同品種，其組成抗性差異較大[5]。誘導抗性是植物受到損傷后才產生的抗性，研究表明，植物為抵抗植食性昆蟲取食為害，所進化產生的蟲害誘導抗性可明顯提高植物在生物群落中的適應性[11-12]。蟲害誘導抗性的直接防御表現為：植物防御蛋白、有毒次生代謝物等蟲害誘導化合物的形成，以及由此導致的植物營養含量的下降，從而不利于植食性昆蟲的生長發育甚至導致死亡；蟲害誘導抗性的間接防御表現為植物蟲害誘導揮發物的產生，可吸引天敵昆蟲，趨避成蟲的產卵行為[13-17]。

煙草傳入我國后，通過長期的人工馴化和自然傳播，形成了多種煙草種質資源，包括選育品種、地方品種和野生種[18-20]。為了提高選育品種煙草的產量，在馴化過程中其部分抗性機制減弱，甚至消失[21-22]。野生煙草為了抵抗植食性昆蟲的侵害，其抗性機制不斷的進化完善[23]。地方品種煙草同時受到自然和人為選擇的影響[24]。選育品種、地方品種和野生種的煙草，其組成抗性和誘導抗性差異較大，但目前，國內外對于這三種煙草的組成和誘導抗性對植食性昆蟲的影響，鮮見報道。

斜紋夜蛾（Spodoptera litura），屬鱗翅目夜蛾科，一年可發生多代，世代重疊現象嚴重，是危害我國煙草的主要害蟲之一[25-27]。斜紋夜蛾幼蟲喜歡取食煙草的葉片，大大降低了煙草的產量和質量。目前大田中主要用化學農藥滅殺斜紋夜蛾，但是化學防治對生態環境產生了污染，農藥殘留降低了煙草的質量。因此探究不同煙草品種組成和誘導抗性的差異，篩選優質抗蟲的煙草種質資源，是有效防治斜紋夜蛾的新途徑之一。

本研究選取了3 個煙草品種，八旦野生煙和梁橋曬煙是經過了漫長自然選擇的煙草種質資源，采于湖南貧困偏遠地區[18]；湘煙5 號是選育品種。研究不同品種煙草的對照組和蟲害誘導組對斜紋夜蛾生活史和產卵選擇偏好性的影響，可反映煙草組成抗性和誘導抗性對斜紋夜蛾的抗性水平，為煙草抗性品種的篩選和斜紋夜蛾在煙田中的綜合防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試昆蟲斜紋夜蛾，于2018 年采集自湖南省邵陽市（26.9 °N，111.3 °E）煙田，隨后在（26±1）℃，相對濕度為（60±10）%和光暗時間14 h/10 h 的養蟲室內飼養。

供試煙草為野生種八旦野生煙、地方品種梁橋曬煙和選育品種湘煙5 號，煙草種子由湖南省煙草科學研究所提供。各品種煙草在戶外大紗網罩內種植，煙草單株種植于直徑32 cm，高20 cm 的花盆中。由于不同煙草品種的生長速度有較大差異，故而分批次栽培煙草，待3 種煙草同時生長至6 葉期時用于試驗。

1.2 試驗方法

選取長勢良好的6 葉期盆栽煙草，在煙草的第2～5 片上，每片葉接種6 頭2 齡初期的斜紋夜蛾幼蟲，接蟲的葉片用透明薄紗罩上防止幼蟲逃逸。斜紋夜蛾幼蟲3 齡后，更換為2 齡幼蟲，防止造成過大的損傷。煙草被取食的葉面積達到30%左右時，將幼蟲取下，完成煙草的抗性誘導操作。

采摘各品種新鮮的蟲害誘導葉片和無蟲害取食過的對照葉片，分別在養蟲盒中（直徑: 5 cm，高: 3 cm，鋪有保濕濾紙）飼養斜紋夜蛾的初孵幼蟲，每天及時更換新鮮的煙草葉片，直到幼蟲化蛹。記錄斜紋夜蛾的發育歷期、存活率（成功化蛹的數量/總數量）、蛹質量、蛹期和羽化率。斜紋夜蛾成蟲羽化后，放置到恒溫烘干箱（80℃）內烘干 48 h，稱量干質量。每個處理重復30 次（幼蟲化蛹成功為1 次重復）。

為探究煙草的組成抗性和誘導抗性對斜紋夜蛾成蟲產卵選擇偏好性的影響，將3 種煙草的蟲害誘導組和對照組隨機置于野外紗網罩中，在紗網中釋放一只交配完成且未產卵的斜紋夜蛾雌蛾，提供20%的蜂蜜水為雌蛾補充營養，每天多次觀察雌蛾在煙草上的產卵情況，一旦在煙草上產卵，試驗成功，為1 次重復。雌蛾若將卵產在紗網上，則試驗失敗。試驗重復進行120 次。

1.3 數據分析

用雙因子方差分析（Two-way ANOVA）蟲害誘導不同品種煙草抗性對斜紋夜蛾生長發育參數的影響，其中對成蟲干質量進行了log 轉換，以保證數據的方差齊次性和正態分布。使用 Tukey HSD 測驗的方法對發育歷期、蛹質量、蛹期和成蟲干質量進行了多重比較。斜紋夜蛾的存活率、羽化率和成蟲產卵選擇率為二元數據，所以選用邏輯斯蒂廣義線性模型（GLM）對數據進行分析，使用Post-hoc test 測驗進行多重比較。數據分析使用 R 軟件。

2 結果與分析

2.1 不同品種煙草的蟲害誘導抗性對斜紋夜蛾幼蟲存活率的影響

煙草的品種、蟲害誘導抗性以及兩者間的互作，均對斜紋夜蛾幼蟲的存活率有顯著的影響（煙草品種，x2=170.29，P＜0.001； 誘 導 抗 性，x2=22.56，P＜0.05；煙草品種×誘導抗性，x2=2.46，P=0.03）。存活率在兩種處理的野生、地方和選育品種煙草間均差異顯著（P＜0.05），每個品種的對照和蟲害處理組間差異也顯著（P＜0.05），且蟲害處理組的存活率均明顯降低。其中，取食八旦野生煙的斜紋夜蛾幼蟲存活率最低，對照組飼養了225 頭幼蟲，其中30 頭化蛹成功，存活率為13.33%，蟲害處理組飼養了586 頭幼蟲，才有30 頭化蛹成功，存活率為5.12%，相差2.60 倍。取食地方品種梁橋曬煙的斜紋夜蛾幼蟲存活率居中，對照組飼養了80 頭幼蟲，其中30 頭化蛹成功，存活率為37.5%，蟲害處理組飼養了139 頭幼蟲，才有30 頭化蛹成功，存活率為21.58%，相差1.74 倍。取食選育品種湘煙5 號的斜紋夜蛾幼蟲存活率最高，對照組飼養了41 頭幼蟲，其中30 頭化蛹成功，存活率為73.17%，蟲害處理組飼養了52 頭幼蟲，其中30 頭化蛹成功，存活率為57.69%，相差1.27 倍（圖1）。

圖1 斜紋夜蛾幼蟲取食不同品種煙草的對照組和蟲害處理組后的存活率Fig. 1 The survival rate of Spodoptera litura larvae fed on different tobacco varieties in control group and pest treatment group

2.2 不同品種煙草的蟲害誘導抗性對斜紋夜蛾幼蟲發育歷期的影響

煙草的品種、蟲害誘導抗性以及兩者間的互作，均對斜紋夜蛾幼蟲的發育歷期有顯著影響（煙草品種：F2,174=287.62，P＜0.001；誘導抗性：F2,174=453.42，P＜0.001；煙草品種×誘導抗性：F2,174=62.75，P＜0.001）。每個處理均有30頭幼蟲成功化蛹，僅統計這些幼蟲的發育歷期。發育歷期在對照組的野生和地方品種煙草間差異不顯著（P＞0.05），但兩者與選育品種煙草差異顯著（P＜0.05）；在蟲害處理組的選育和地方品種煙草間差異不顯著（P＞0.05），但兩者與野生種煙草差異顯著（P＜0.05）。取食八旦野生煙的斜紋夜蛾幼蟲發育歷期最長，對照組為22.32±1.04 d，蟲害處理組為31.03±1.36 d，延長了8.71 d，兩者間差異顯著（P＜0.001）。取食地方品種梁橋曬煙的斜紋夜蛾發育歷期居中，對照組為20.63±0.58 d，蟲害處理組為22.68±0.7 d，延長了2.05 d，兩者間差異不顯著（P＞0.05）。取食選育品種湘煙5號的斜紋夜蛾幼蟲發育歷期最短，對照組為17.32±0.34d，蟲害處理組為22.15±0.56 d，延長了4.83 d，兩者間差異顯著（P＜0.05）（圖2）。

2.3 不同品種煙草的蟲害誘導抗性對斜紋夜蛾蛹質量的影響

煙草的品種、蟲害誘導抗性以及兩者間的互作，均對斜紋夜蛾的蛹質量有顯著影響（煙草品種：F2,174=5658.77，P＜0.001；誘導抗性：F2,174=2509.51，P＜0.001；煙 草 品 種× 誘 導 抗 性：F2,174=68.79，P＜0.001）。蛹質量在兩種處理的野生、地方和選育品種煙草間均差異顯著（P＜0.05），每個品種的對照和蟲害處理組間差異顯著（P＜0.05），且蟲害處理組的蛹質量均明顯降低。取食八旦野生煙的斜紋夜蛾幼蟲，其蛹質量最輕，對照組為（180.31±10.02）mg，蟲害處理組為（119.64±14.82）mg，相差1.51 倍。取食地方品種梁橋曬煙的斜紋夜蛾蛹質量居中，對照組為（310.52±11.64）mg，蟲害處理組為（201.65±15.51）mg，相差1.54 倍。取食選育品種湘煙5 號的斜紋夜蛾蛹質量最大，對照組為410.18±9.95 mg，蟲害處理組為（327.34±15.25）mg，相差1.25 倍（圖3）。

圖2 斜紋夜蛾幼蟲取食不同品種煙草的對照組和蟲害處理組后的發育歷期Fig. 2 The larval development duration of Spodoptera litura larvae fed on different tobacco varieties in control group and pest treatment group

圖3 斜紋夜蛾幼蟲取食不同品種煙草的對照組和蟲害處理組后的蛹質量Fig. 3 The pupa mass of Spodoptera litura larvae fed on different tobacco varieties in control group and pest treatment group

2.4 不同品種煙草的蟲害誘導抗性對斜紋夜蛾羽化率的影響

煙草的品種和蟲害誘導抗性對斜紋夜蛾的羽化率有顯著影響，但兩者間無互作（煙草品種，x2=18.18，P＜0.05；誘導抗性，x2=9.23，P=0.002；煙草品種×誘導抗性，x2=0.02，P＞0.05）。羽化率在兩種處理的野生、地方和選育品種煙草間均差異顯著（P＜0.05），每個品種的對照和蟲害處理組間差異顯著（P＜0.05），且蟲害處理組的羽化率均明顯降低。其中，取食八旦野生煙的斜紋夜蛾羽化率最低，對照組30 頭蛹僅10 頭羽化成功，羽化率為33.33%，蟲害處理組僅5 頭羽化成功，羽化率為16.67%，相差2倍。取食地方品種梁橋曬煙的斜紋夜蛾羽化率居中，對照組有15 頭蛹羽化成功，羽化率為50%，蟲害處理組僅8 頭蛹羽化成功，羽化率為26.67%，相差1.88 倍。取食選育品種湘煙5 號的斜紋夜蛾羽化率最高，對照組有22 頭蛹羽化成功，羽化率為73.33%，蟲害處理組僅14 頭蛹羽化成功，羽化率為46.67%，相差1.57 倍（圖4）。

圖4 斜紋夜蛾幼蟲取食不同品種煙草的對照組和蟲害處理組后的羽化率Fig. 4 The pupal eclosion rate of Spodoptera litura larvae fed on different tobacco varieties in control group and pest treatment group

2.5 不同品種煙草的蟲害誘導抗性對斜紋夜蛾蛹期的影響

煙草的品種、蟲害誘導抗性以及兩者間的互作，均對斜紋夜蛾幼蟲的蛹期有顯著影響（煙草品種： F2,69=756.41，P＜0.001； 誘 導 抗 性：F1,69=302.22，P＜0.001； 煙 草 品 種× 誘 導 抗 性：F2,69=30.02，P＜0.001）。僅統計成功羽化蛹的蛹期，蛹期在兩種處理的地方和選育品種煙草間均差異不顯著（P＞0.05），但兩者與野生種煙草差異顯著（P＜0.05）。取食八旦野生煙的斜紋夜蛾蛹期最長，對照組為（11.14±0.55）d，蟲害處理組為（13.42±0.81）d，延長了2.28 d，兩者間差異顯著（P＜0.05）。取食地方品種梁橋曬煙的斜紋夜蛾蛹期居中，對照組為（9.06±0.35）d，蟲害處理組為（10.15±0.55）d，延長了1.09 d，兩者間差異不顯著（P＞0.05）。取食選育品種湘煙5 號的斜紋夜蛾幼蟲蛹期最短，對照組為（8.12±0.25）d，蟲害處理組為（8.97±0.26）d，延長了0.85 d，兩者間差異不顯著（P＞0.05）（圖5）。

圖5 斜紋夜蛾幼蟲取食不同品種煙草的對照和蟲害處理組后的蛹期Fig. 5 The pupa stage of Spodoptera litura larvae fed on different tobacco varieties in control group and pest treatment group

2.6 不同品種煙草的蟲害誘導抗性對斜紋夜蛾成蟲干質量的影響

煙草的品種、蟲害誘導抗性以及兩者間的互作，均對斜紋夜蛾的成蟲干質量有顯著影響（煙草品種：F2,69=3326.61，P＜0.001；誘導抗性：F1,69=3390.93，P＜0.001； 煙 草 品 種× 誘 導 抗 性：F2,69=46.8，P＜0.001）。成蟲干質量在兩種處理的野生、地方和選育品種煙草間均差異顯著（P＜0.05），每個品種的對照和蟲害處理組間差異顯著（P＜0.05），且蟲害處理組的成蟲干質量均明顯降低。取食八旦野生煙的斜紋夜蛾幼蟲，其成蟲干質量最輕，對照組為（39.74±3.15）mg，蟲害 處理組 為（20.18±4.87）mg，相 差1.97 倍。取食地方品種梁橋曬煙的斜紋夜蛾成蟲干質量居中，對照組為（59.85±2.88）mg，蟲害處理組為（32.25±4.47）mg，相差1.86 倍。取食選育品種湘煙5 號的斜紋夜蛾成蟲干質量最大，對照組為（75.51±1.97）mg，蟲害處理組為（55.14±3.65）mg，相差1.37 倍（圖6）。

圖6 斜紋夜蛾幼蟲取食不同品種煙草的對照組和蟲害處理組后的成蟲干質量Fig. 6 The adult body mass of Spodoptera litura larvae fed on different tobacco varieties in control group and pest treatment group

2.7 不同品種煙草的蟲害誘導抗性對斜紋夜蛾產卵選擇率的影響

煙草的品種、蟲害誘導抗性以及兩者間的互作，均對斜紋夜蛾的產卵選擇率有顯著影響（煙草品種，x2=106.55，P＜0.05；誘導抗性，x2=71.76，P＜0.05；煙草品種×誘導抗性，x2=6.69，P=0.035）。共有120 頭雌蛾在煙草上產卵，產卵選擇率在對照組野生、地方和選育品種煙草間差異顯著（P＜0.05），在蟲害處理組野生和地方品種煙草間差異不顯著（P＞0.05），但兩者與選育品種煙草差異顯著（P＜0.05）。其中，八旦野生煙的斜紋夜蛾產卵選擇率最低，對照組為5%，蟲害處理組為3.33%，相差1.5 倍，兩者間差異不顯著（P＞0.05）。地方品種梁橋曬煙的斜紋夜蛾產卵選擇率居中，對照組為16.67%，蟲害處理組為3.33%，相差5.01 倍，兩者間差異顯著（P＜0.001）。選育品種湘煙5 號的斜紋夜蛾產卵選擇率最高，對照組為60%，蟲害處理組為11.67%，相差5.14 倍，兩者間差異顯著（P＜0.001）（圖7）。

圖7 斜紋夜蛾成蟲對不同品種煙草的對照組和蟲害處理組的產卵選擇率Fig. 7 The adult celection rate of Spodoptera litura larvae on different tobacco varieties in control group and pest treatment group

3 討論

本研究發現斜紋夜蛾的存活率、發育歷期、蛹質量、蛹期、羽化率和成蟲干質量均受到煙草蟲害誘導抗性的不利影響，這一不利影響的程度隨著煙草品種的不同而不同，也就是隨著煙草組成抗性的變化而變化。相比于選育和地方品種的煙草，野生種煙草八旦野生煙對斜紋夜蛾各項生活史參數的不利影響更為明顯。斜紋夜蛾幼蟲期是積累營養的階段，這一階段的食物對其生活史有著重要的影響。若昆蟲幼期的食物抗性較高，則表現為存活率低、生育期延長、蟲體較小等特征；若昆蟲幼期的食物對其有利，則表現為存活率高、生育期短、蟲體較大等特征[28-30]。因此推測，煙草被斜紋夜蛾取食為害后，會提高其抗蟲性，其中野生種對斜紋夜蛾的誘導抗性最高，地方品種次之，選育品種的誘導抗性較低。

植物的組成抗性和誘導抗性是近年來研究的熱點問題之一[15-17]，主要的研究焦點在于植物的組成和誘導抗性間的區別與聯系[1]，但對于植物的選育、地方和野生種的組成和誘導抗性的研究，鮮有研究報道。本研究發現煙草的組成抗性和蟲害誘導抗性呈正相關，野生種煙草的組成抗性比地方和選育品種煙草高，其蟲害誘導抗性也比地方和選育品種煙草高。植物在組成抗性和蟲害誘導抗性間存在取舍效應，若誘導抗性較高，會合成大量的蟲害誘導化合物，必然導致植物營養含量降低，產量也會降低[15-17]。植物的選育品種與地方和野生種相比更易遭受昆蟲侵害[22]，相對而言，經過長期人工馴化的植物，其防御蟲害的能力降低[24,31]，抗蟲基因減少[32]，但是生存條件受人為因素影響大，因此組成抗性和蟲害誘導抗性間的取舍效應表現不明顯[1-3,33]。而野生植物為了抵抗外界不良的環境條件，需要面對進化的壓力[17]。野生植物為了個體的生長發育和種群的延續，在應對植食性昆蟲取食為害時，需要在組成抗性和蟲害誘導抗性間進行取舍，從而進化出更加完善的抗性機制[1-3,33]。例如，Kempel 測試了40 種選育植物和18 種野生植物對于組成抗性和誘導抗性的取舍效應，研究表明，這一取舍效應在選育品種的植物上表現的不明顯，而在野生植物上表現的很明顯，且產生了誘導抗性的野生種植物不利于寄主昆蟲的生長發育[3]。Xiaohong li 研究發現，野生種番茄的蟲害誘導抗性比地方和選育品種番茄的誘導抗性強，且野生種番茄的抗性取舍效應更為明顯[17]。植物的組成和誘導抗性間的相互作用關系非常復雜，即受到寄主昆蟲種類的影響，又受到外界環境的影響[34]，若要全面了解，需做進一步的研究。

植物被昆蟲侵害后會產生蟲害誘導的揮發性有機化合物，是植物誘導抗性的間接防御表現。蟲害誘導揮發物主要是醇醛類、萜類等揮發性有機物，擴散傳播到周圍的環境中后，可調節植物-植食性昆蟲間的相互作用關系，對成蟲具有一定的趨避作用，影響植食性昆蟲的產卵選擇行為[16,35-36]。例如，煙草被煙芽夜蛾幼蟲侵害后，對后續為害的煙芽夜蛾成蟲的產卵選擇行為有顯著的驅避作用[37]。不同種類的植物所釋放的蟲害誘導揮發物不同，選育和地方品種的植物抗性機制較弱，野生植物需要應對嚴酷的生存挑戰，抗性機制較強，三者的揮發性有機化合物有所不同[17,21]。選育和地方品種植物抗性機制的減弱，表現最為明顯的就是蟲害誘導揮發物含量的降低，甚至消失，因此對昆蟲的趨避性較差[16-17,31,38]。例如，相比于野生水稻，褐飛虱更偏好于將卵產在選育品種的水稻上[39]；相比于野生番茄，煙草天蛾更偏好于將卵產在選育和地方品種的番茄上[17]。本研究發現斜紋夜蛾的成蟲更偏好于將卵產在對照組的煙草上，產卵選擇率依次為選育品種＞地方品種＞野生種煙草，表明蟲害誘導揮發物對斜紋夜蛾的成蟲具有趨避作用，且選育品種煙草的趨避性最差，地方品種次之，野生種的趨避性最強。

4 結論

本研究測定了野生種、地方品種和選育品種對斜紋夜蛾的誘導抗性，發現對斜紋夜蛾的生活史和產卵選擇行為有顯著影響。野生種煙草對斜紋夜蛾的組成和誘導抗性相對最強，地方品種次之，選育品種的抗性最差。綜上，本研究可為培育廣譜持久抗性的煙草新品種提供參考，為煙田害蟲綜合治理提供依據。