茶樹葉片理化性質對茶蚜取食選擇性的影響

歐陽玉婷 田森 胡蕾 趙德剛 陳正武 何應琴 徐富林

關鍵詞：茶蚜；取食選擇性；物理性狀；營養成分；相關性分析

茶蚜Toxroptera aurantii Boyer de Fonsco-lombe又稱橘二叉蚜，隸屬半翅目Hemiptera蚜科Aphididae，因其具有繁殖力強、傳播蔓延快、易暴發成災等特點，已成為茶園的重要害蟲。茶蚜在國內各茶區均有發生，國外主要分布于印度、日本、斯里蘭卡、東非和肯尼亞等國家。研究表明，茶蚜成蟲、若蟲常聚集于茶樹嫩葉背部和嫩莖上刺吸寄主汁液，導致受害芽葉萎縮、生長停滯，同時茶蚜腹管分泌的蜜露可誘發煤煙病，嚴重制約了茶葉的產量及品質。除茶樹外，茶蚜的寄主還包括油茶、咖啡、柑橘、可可和芒果等80科190余屬植物。由于茶蚜對農業危害嚴重，茶蚜研究一直是基礎理論和實際應用并重的熱點問題。

適合的寄主植物是昆蟲完成定居和種群繁衍的基本保障，植食性昆蟲與寄主在協同進化過程中對不同寄主植物的取食選擇是其重要的行為適應策略。研究表明，寄主植物的物理結構、揮發性成分、營養物質等因素都會影響植食性昆蟲的取食選擇性，其中起決定作用的是植物的理化性質。植物固有的物理特性是昆蟲取食的首要屏障，植物葉片顏色、氣孔密度、茸毛長短及密度等均可直接影響昆蟲寄主選擇行為。如譚濟才等研究發現，茸毛密度大的茶樹品種不利于螨類發生，其原因是螨類個體小，取食活動極易受寄主葉片表面附屬物的影響，茸毛密度大可導致該類害蟲口針難以順利到達葉肉內的取食部位。植物間營養成分差異是決定昆蟲寄主選擇的另一重要因素。研究發現，昆蟲種類與寄主植物之間具有專化性，不同昆蟲對植物營養成分指標要求不同。如楊麗麗的研究顯示，茶尺蠖Ectropis obliqua Warren發育歷期與茶樹氨基酸和多酚類含量呈正相關，與茶樹可溶性糖含量呈負相關，即茶樹中氨基酸、多酚含量越高對茶尺蠖抗性越強，可溶性糖含量越高，對茶尺蠖抗性越弱；而葛超美等研究表明灰茶尺蠖Ectropis gri.sescens Warren取食選擇性與茶樹葉片游離氨基酸和茶多酚含量呈負相關，與可溶性糖含量呈正相關。

當前，關于茶樹葉片物理性狀及營養成分對茶蚜取食選擇性方面的研究鮮有報道。基于此，本文選取7個貴州主栽及地方優良茶樹品種為供試材料，研究茶蚜對不同茶樹品種的取食選擇性，并系統分析其取食選擇性與茶樹葉片物理性狀和主要生化成分的相關性，以期為深入研究茶蚜寄主選擇行為機理奠定基礎，并為抗蚜茶樹種質資源篩選提供科學依據。

1材料與方法

1.1供試材料

供試植物：試驗所用茶樹品種為‘福鼎大白茶’‘黃金芽’‘龍井43’‘黔湄601’‘黔茶1號’‘黔茶8號’和‘黔茶10號’，均為2年生無性系茶苗，由貴州省農業科學院茶葉研究所提供。將供試茶苗分別單株種植于營養缽（口徑25cm，底徑20cm，高度30cm）中，統一置于溫室大棚內，在光周期L∥D=16h∥8h、溫度（25±1）℃、相對濕度（70±5）%條件下培育備用。

供試蟲源：茶蚜來源于貴州大學茶學院溫室內長期飼養的蚜蟲種群。飼養條件：光周期L∥D=16h∥8h、溫度（25±1）℃、相對濕度（70±5）%。選取大小一致的有翅成蚜進行試驗。

1.2茶蚜取食選擇性測定

試驗在貴州大學教學農場溫室內進行。在防蟲網罩（長×寬×高=6m×6m×2m）內，將7種茶樹品種編號，盆缽間等距隨機排列呈圓環狀，圓心處放置一個培養皿。將有翅成蚜饑餓處理1h后用接蟲筆按每株5頭的蟲量接于培養皿中，讓其自由選擇寄主，觀察并記錄茶蚜在各供試茶苗上的種群動態，每隔3d記錄1次，連續觀察15d。本試驗每個茶樹品種設3次重復，每重復10株。

1.3不同茶樹品種抗蚜性鑒定

根據1.2供試茶苗上的茶蚜種群數量，采用蚜量比值法對7個茶樹品種的抗蚜性進行鑒定。抗性分級標準：蚜量比值≤0.40，高抗（HR）；0.40<蚜量比值≤0.80，抗（R）；0.80<蚜量比值≤1.20，中抗（MR）；1.20<蚜量比值≤1.50，感蟲（S）；蚜量比值>1.50，高感（HS）。

蚜量比值一某茶樹品種的平均蚜量／全部茶樹品種的平均蚜量。

1.4不同茶樹品種葉片物理性狀測定

1.4.1茶樹葉片氣孔密度測定

每個茶樹品種采集10個一芽二葉新梢，分別剪取芽下第2葉置于FAA固定液中，24h后參照楊克彤等氣孔印跡法制作玻片。在Leica Mmil-MC170顯微系統下對氣孔進行觀測。氣孔密度（SD）＝氣孔總數／視野面積（1198um×899um=1.08mm2）。

1.4.2茶樹葉片內部解剖結構測定

按1.4.1方法取樣。參考陳延惠等]的方法制作石蠟切片。利用Case Viewer軟件對茶樹葉片的柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度和總厚度指標進行測量。每品種設3次生物學重復。

1.5不同茶樹品種葉片生化成分含量測定

按1.4.1方法取樣，去梗后參照國家標準將樣品烘干備用。本試驗中，每個生化成分含量的測定均設3次重復。

1.5.1咖啡堿含量測定

咖啡堿含量按照國家標準測定。稱取3．0g樣品，加入450mL蒸餾水沸水浴浸提45min，抽濾后定容至500mL容量瓶中。準確吸取10mL提取液，4mL 0.01mol/L鹽酸溶液和1mL堿式乙酸鉛溶液至100mL容量瓶中，定容混勻過濾后將25mL濾液，0.1mL 4.5mol/L硫酸溶液加入50mL容量瓶，定容至刻度。以空白溶液作參比，記錄274nm波長處吸光度。

1.5.2茶多酚含量測定

茶多酚含量按照國家標準測定。稱取0.2g樣品，加入5mL預熱的70%甲醇水后沸水浴提取10min。在4．0℃、3500r/min下離心10min，將上清液加入10mL容量瓶，濾渣重復上述操作提取，用0.45um膜過濾，將1．0mL母液定容至100mL。準確量取1.0mL測試液和5．0mL福林酚試劑于10mL容量瓶中，反應5min后加入4．0mL 7.5%碳酸鈉溶液，混勻靜置60min。以空白溶液作參比，記錄765nm處吸光度。

1.5.3游離氨基酸含量測定

游離氨基酸含量按照國家標準測定，提取液制備同1.5.1。準確吸取1mL提取液，0.5mL pH8.0磷酸緩沖液和0.5mL 2%茚三酮溶液至25mL容量瓶，用浮板固定，沸水浴浸提15min，冷卻定容后反應10min。以空白溶液作參比，記錄570nm處吸光度。

1.5.4可溶性糖含量測定

參照蒽酮比色法測定。稱取1．0g茶葉樣品，加入50mL沸蒸餾水，沸水浴中提取30min，抽濾后定容至500mL容量瓶中。吸取8mL現配的蒽酮試劑于25ml。容量瓶，準確滴加1ml。提取液，沸水浴中加熱3min后立即冷卻，以空白溶液作參比，記錄620nm處吸光度。

1.6數據分析

利用SPSS Statistics 20軟件進行數據統計與分析，方差分析采用單因素方差分析（One-wayANOVA）（a=0.05），不同茶樹品種間的顯著性分析采用最小極差法（LSD） （a=0.05），R語言中cor-rplot軟件包進行Pearson相關性熱圖繪制。

2結果與分析

2.1有翅成蚜對不同茶樹品種的取食選擇性

由表1可知，有翅成蚜對7個茶樹品種的取食選擇性存在差異。整體而言，隨著時間的延續，不同供試茶樹品種上茶蚜的種群數量均呈上升趨勢。接種第3天，每個品種都有茶蚜選擇，但‘黃金芽’上種群數量顯著高于其他茶樹品種。接種第6天，‘黃金芽’上茶蚜種群數量最高，顯著高于‘龍井43’‘黔茶10號’和‘黔茶1號’。接種第9天，7個茶樹品種上茶蚜種群數量增長迅速，‘黃金芽’上茶蚜數量仍居最高水平，而‘黔茶1號’和‘黔茶10號’最低，均顯著低于其他5個品種。接種第12天，所有品種的種群數量達到最高峰，‘黃金芽’上茶蚜數量高達367.00頭，‘黔茶1號’僅為141.67頭。接種第15天，所有品種上蟲口數量均略降低，但品種間仍存在顯著差異。本試驗結果表明，7個茶樹品種中，茶蚜對‘黃金芽’的取食選擇性最強，對‘黔茶1號’和‘黔茶10號’選擇性最弱。

2.2不同茶樹品種抗蚜性鑒定

根據蚜量比值法將7個茶樹品種劃分為4種抗性等級（表2），其中‘黔茶1號’‘黔茶10號’為抗蟲品種，蚜量比值分別為0.63、0.64；‘龍井43’‘黔茶8號’和‘福鼎大白茶’為中抗品種，蚜量比值分別為0.93、0.94和0.97；‘黔湄601'為感蟲品種，蚜量比值為1.25；‘黃金芽’為高感品種，蚜量比值為1.64。

2.3不同茶樹品種葉片物理性狀

由圖1可知，不同茶樹品種葉片物理性狀存在顯著差異。‘黃金芽’‘黔湄601’的氣孔密度最大，顯著高于其他5個茶樹品種（圖1a）。葉片總厚度以‘黔茶1號’‘黔茶10號’和‘黔湄601’較厚，而‘黃金芽’最薄（圖1b）。7個供試茶樹品種的下表皮厚度無顯著性差異（圖1c）。葉片柵欄組織厚度以‘黔茶10號’‘黔茶1號’最厚，2個品種葉片柵欄組織厚度顯著大于‘福鼎大白茶’和‘黃金芽’，但與其他3個品種無明顯差異（圖ld）。葉片海綿組織厚度數據分析顯示，‘黔湄601'黔茶8號’‘龍井43’和‘福鼎大白茶’海綿組織較厚，4個品種與‘黔茶10號’‘黔茶1號’和‘黃金芽’差異顯著（圖1e）。

2.4不同茶樹品種葉片生化成分含量

7個茶樹品種的主要生化成分含量也存在顯著性差異。‘黔茶8號’咖啡堿含量最高，其次為‘黔茶1號’，二者顯著高于‘黔湄601'和‘黃金芽’，但與其他3個品種無顯著差異（圖2a）。茶多酚含量以‘黃金芽’最低，與‘黔茶1號’‘黔茶10號’‘黔茶8號’‘福鼎大白茶’差異顯著（圖2b）。供試茶樹品種中，‘黃金芽’的游離氨基酸含量最高，顯著高于其他茶樹品種，而‘龍井43’‘黔茶8號’‘福鼎大白茶’和‘黔湄601’之間差異不顯著（圖2c）。此外，‘黃金芽’的可溶性糖含量也顯著高于‘黔茶1號’‘黔茶10號’和‘龍井43’，但與‘黔茶8號’‘福鼎大白茶’和‘黔湄601，之間差異未達到顯著水平（圖2d）。

2.5茶樹葉片物理性狀及營養成分與蚜量比值的相關性分析

Pearson相關性分析表明（圖3），蚜量比值與茶樹葉片總厚度（r=-0.84）、下表皮厚度（r=-0.78）、柵欄組織厚度（r=-0.94）、咖啡堿含量（r=-0.91）和茶多酚含量（r=-0.94）呈顯著負相關，與氣孔密度（r=0.93）、游離氨基酸含量（r=0.94）呈顯著正相關，而與海綿組織厚度（r=-0.27）、可溶性糖含量（r=0.75）無顯著相關性。綜上可知，茶蚜偏好選擇氣孔密度大和游離氨基酸含量高的茶樹葉片取食，不喜食葉片厚、咖啡堿及茶多酚含量高的茶樹葉片。

3結論與討論

自然界中，植物為抵御昆蟲侵襲，在長期進化過程中形成了復雜有效的防御體系，并可通過這些防御體系影響或控制昆蟲的行為、種群數量以及分布。深入解析植食性昆蟲的寄主選擇機理后，可通過調控昆蟲行為或者培育抗蟲品種降低農作物的經濟損失。本研究中，茶蚜對7個茶樹品種的取食選擇性存在差異，其中茶蚜對‘黃金芽’的取食選擇性最強，對‘黔茶1號’和‘黔茶10號’選擇性最弱。進一步利用蚜量比值法分析表明：‘黔茶1號’‘黔茶10號’為抗蟲品種；‘福鼎大白茶’‘龍井43’‘黔茶8號’為中抗品種；‘黔湄601’為感蟲品種；‘黃金芽’為高感品種。茶樹抗蟲性是茶樹在長期適應蟲害脅迫過程中，通過自然或人工選擇而逐步形成的一種形態及生理生化特性。研究發現，在植物理化性質中，植物代謝所產生的次生化合物差異決定著植物的抗蟲水平，而植物間物理性狀、營養成分差異是影響昆蟲寄主選擇和種群繁殖的重要因素。

茶樹與其他種類植物相似，對于害蟲的為害具有極其復雜的防御體系，葉片組織屬于物理防御體系，可影響昆蟲對其進行取食選擇。本研究中，茶蚜取食選擇性與茶樹葉片氣孔密度呈顯著正相關，與葉片、下表皮、柵欄組織厚度呈顯著負相關，而與海綿組織厚度無顯著相關性，表明茶蚜偏好選擇氣孔密度大的茶樹葉片取食，但是葉片總厚度、下表皮厚度、柵欄組織厚度越厚，茶蚜的選擇性越弱，反之則越強。王慶森等的研究也表明，氣孔密度大利于黑刺粉虱Aleurocanthus spiniferus （Quaintance）取食為害，且黑刺粉虱產卵量與茶樹葉片氣孔密度顯著正相關，該結論與本研究結果一致。劉奕清等的研究發現，下表皮增厚以及角質化程度的加深均對側多食跗線螨Polyphagotarsonernus latu.s Banks刺吸寄主汁液有阻礙作用。鄒武等認為假眼小綠葉蟬Ernpoasca vitis（Gothe）種群數量與茶樹葉片總厚度、下表皮厚度之間無顯著相關性，而與葉片柵欄組織厚度之間存在顯著負相關。葉片的顏色也是影響昆蟲抗性的另一重要農藝性狀。徐立人等研究發現，無性系刺槐的蟲害程度與葉色呈顯著負相關，表明害蟲更趨向于光澤度低的葉片。茶樹葉片顏色對茶蚜的取食選擇性可能也會帶來影響，但其作用有待進一步研究。綜上可知，盡管關于茶樹葉片內部解剖結構的抗蟲效應研究已有部分報道，但不同學者的研究結論存在差異，其原因可能與昆蟲種類不同有關。

蚜蟲在進行寄主植物選擇時有試探取食的行為習性，在此過程中，植物組織內的營養成分是其評判是否定殖的重要標準。Pearson相關性分析顯示，茶蚜取食選擇性與茶樹葉片游離氨基酸含量呈顯著正相關，與咖啡堿含量和茶多酚含量呈顯著負相關，而與可溶性糖含量無顯著相關性。表明茶蚜偏好取食游離氨基酸含量高的茶樹葉片，不喜食咖啡堿和茶多酚含量高的葉片，即葉片咖啡堿和茶多酚含量越高，茶樹抗蟲性越強，游離氨基酸含量越高，抗蟲性越弱。截至目前，大部分研究均表明咖啡堿和多酚類物質可引起昆蟲的拒食反應，并抑制其生長發育．本文研究結論與前人類似。但是茶樹營養成分中，游離氨基酸含量和糖類含量這兩個指標與昆蟲取食選擇性之間的關系研究結論差異較大。部分研究表明，昆蟲取食選擇性與茶樹葉片游離氨基酸含量和糖類含量呈顯著正相關，而部分研究則相反，推測是由于不同昆蟲種類對植物營養成分指標要求不同或者昆蟲對寄主植物的取食反應受植物營養成分、各種次生代謝物質等多種因素的綜合影響，導致研究結論存在差異，具體情況尚需進一步驗證。

植物應對蟲害脅迫的調控機理一直是抗逆研究的熱點領域。本研究表明，茶樹葉片的物理性狀及營養成分均會顯著影響茶蚜的取食偏好性，研究結論將為茶樹生產上抗蚜種質資源鑒選，以及茶蚜的綠色防控提供理論依據。茶樹屬于多年生經濟作物，其抗蟲性是一個復雜的調控網絡，涉及物理結構、揮發性物質、營養成分以及防御酶等因素，本文僅初步探討了茶蚜取食選擇性與茶樹葉片物理性狀及營養成分之間的關系，而其他因素的作用還有待進一步研究。