兩個致害性不同的褐飛螨種群n1,mudgo上的取食行為比較

兩個致害性不同的褐飛螨種群n1,mudgo上的取食行為比較

黃褐色門虱（stal）是一種遠離采樣的水稻害蟲。這是中國長江流域、華南和西南部水稻中的一種重要害蟲。利用抗蟲水稻品種是該類害蟲最為經濟、安全、有效的防治途徑。然而,抗蟲水稻品種大面積推廣種植后,品種抗性脅迫褐飛虱致害特性迅速發生改變(即產生新的“生物型”),抗蟲性隨之喪失,有些抗蟲品種的使用壽命甚至不超過1年。研究褐飛虱致害性的變異規律及其機制是延緩水稻抗蟲性喪失,實現抗性水稻品種可持續利用的重要保障。檢測和判斷褐飛虱的致害性是研究該蟲致害性的關鍵。不同致害性褐飛虱種群沒有明顯的形態特征差異,目前一般通過褐飛虱在系列不同抗、感水稻品種的生物學參數(如生長、發育、繁殖、取食等方面的指標)及水稻品種的受害級別來進行判斷。多數是評價褐飛虱種群的群體致害性,僅蜜露排泄量可用于個體致害性檢測,但每頭試蟲需連續檢測3d,耗時長,且受到試蟲日齡的影響。研究開發一種更為快速的褐飛虱個體致害性檢測新技術較為迫切。褐飛虱是一種典型的刺吸式昆蟲,通過口針鞘取食水稻韌皮部汁液。自McLean等發明刺吸電位圖(electricalpenetrationgraph,EPG)技術以來,該技術已被廣泛應用到刺吸式昆蟲與寄主植物相互關系的研究。就稻飛虱而言,已有多例利用刺吸電位圖技術研究的報道[12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24],主要涉及稻飛虱取食或產卵過程的刺吸電位圖特征及寄主植物抗性等方面的研究。Khan等對不同致害性褐飛虱種群的研究發現,3種褐飛虱生物型在不同抗感品種上的刺吸電位圖特征與致害性一致。然而,關于能否利用刺吸電位圖技術檢測褐飛虱個體的致害性尚未見報道。為此,本研究以分別在水稻品種TN1(感蟲品種)、Mudgo(含抗性基因Bph1的抗蟲品種)上連續脅迫飼養140代以上的兩個褐飛虱種群(分別稱為TN1種群、Mudgo種群)為研究對象(其中TN1種群能致害TN1,不能致害Mudgo;Mudgo種群則能同時致害TN1和Mudgo),通過刺吸電位圖技術記錄不同致害性褐飛虱的刺吸電位圖,闡明不同致害性褐飛虱的刺吸電位圖特征參數差異,以期探討進一步研究基于刺吸電位圖技術的褐飛虱致害性檢測新技術的可行性。1材料和方法1.1對水稻品種的致害性比較供試水稻:感蟲對照品種TN1(臺中本地1號)及含抗褐飛虱基因Bph1的抗蟲品種Mudgo。兩品種分期、分批播種,于25d左右秧齡時移栽于無蟲網室種植槽中。試驗前選約45d秧齡的健壯稻苗,小心去除分蘗,僅留帶根的主莖,洗凈備用。供試蟲源:本實驗室分別在水稻品種TN1、Mudgo上連續脅迫飼養140代以上的兩個褐飛虱種群(飼養用稻苗一般處于分蘗期至孕穗期),分別稱為TN1種群和Mudgo種群。兩者對水稻品種的致害性明顯不同,前者僅能致害TN1苗,不能致害Mudgo苗;后者對TN1和Mudgo均能致害(未發表數據)。吸取羽化24h內的雌、雄成蟲供試。1.2飛推動單頭試蟲的相關實驗設置4個不同的處理,包括TN1種群分別在TN1、Mudgo兩種稻苗上的刺吸電位圖(EPG)記錄,Mudgo種群分別在這兩種稻苗上的刺吸電位圖記錄。其中,僅TN1種群在Mudgo上的處理代表不能致害的情況,TN1種群在TN1上及Mudgo種群在TN1、Mudgo兩種稻苗上的3個處理均代表能致害的情況。采用AC型(TsukubaRikaSeikiCo.Ltd.)電子記錄儀記錄單頭試蟲的取食波,并參照Hattori的方法進行波形的識別和分析,其中S波代表飛虱取食前口針的刺探及口針鞘分泌與形成的過程,波形上表現為連續大幅波動的高頻脈沖;I波代表飛虱口針刺入稻株篩管后的吸食過程,此時口針處于相對穩定狀態,波形上表現出較連續的低頻脈沖;A波出現于I波之前,期間飛虱的口針頂端已刺入水稻篩管,但目前關于該波與取食行為的關系還不明確。A波與Seo等報道的N3波相似,出現于飛虱口針頂端刺入篩管尚未開始吸食篩管液的階段。Velusamy等推測A波可能與口針刺入篩管后的味覺判別過程相關。實驗時,將初羽化成蟲饑餓飼水2h后,用CO2氣流短時間麻醉,快速用導電銀膠將一根細金線(長約3～5cm,直徑20μm)的一端與褐飛虱中胸背板黏合,金線的另一端與一段較粗的銅絲相連至昆蟲電極。同時取一洗凈的稻苗主莖,將其根部置于一個加有水的三角瓶中,用海綿塞將稻莖固定在瓶口中央,在海綿塞邊緣插入一段粗銅絲與植物電極相連。將植株以500Hz、0.5V電流通電,并將黏好金線且已完全蘇醒的試蟲輕輕放于上述稻株上,同時開始記錄取食波,每一試蟲連續記錄3h,分析S、A、I等3種波的持續時間及試蟲首次開始刺探的時間等參數。每個處理的雌、雄試蟲各觀察9頭以上。實驗在室內進行,溫度為(27±2)℃,相對濕度為(65±5)%。1.3數據處理方法采用唐啟義等的DPS數據處理系統進行數據的統計分析。因不同處理間重復數不完全一致,褐飛虱性別、種群來源及供試品種三因素方差分析及各平均數間的多重比較均采用一般線性模型(GLM)進行。2結果與分析2.1tn和pudgo的致害時間褐飛虱放置到稻株上后,需經過一段時間才開始取食刺探。這段時間TN1種群在TN1、Mudgo上分別為(6.1±5.5)min、(9.1±17.0)min;Mudgo種群在TN1、Mudgo上分別為(4.1±2.1)min、(4.5±2.3)min,不同處理間無顯著差異,但在能致害的3種情況下(TN1種群在TN1上及Mudgo種群在TN1、Mudgo上)這段時間介于1～18min,而不能致害的情況下(TN1種群在Mudgo上)介于1～67min。其中,10.3%的試蟲持續40～67min。表明褐飛虱TN1種群取食抗性品種Mudgo時,需經歷較長時間才開始刺探。從波形圖來看,在能致害的3種處理(圖1-a、圖1-b、圖1-d)中,取食波包括典型的S、A和I波,其中I波持續時間相對較長;而在不能致害的情況下(圖1-c),I波的持續時間相對較短,常表現為不斷重復的S、A和I波組合(一組刺探、唾液分泌與篩管液吸食行為)。2.2不同品種對水稻試蟲的交互作用對S、A、I這3種取食波持續時間的三因素(褐飛虱種群類型、性別及供試水稻品種)方差分析結果表明(表1),試蟲性別對這3個參數均無明顯影響,故后續各處理的比較中將雌雄試蟲合在一起進行分析;試蟲種群類型對I波、A波的影響均顯著,其中對I波的影響極顯著,對S波的影響未達顯著水平;供試水稻品種對I波的影響亦極顯著,但對A、S波的影響不顯著。不同因素的交互作用中,試蟲種群類型與供試水稻品種的交互作用對A、I波有極顯著影響,對S波的影響接近顯著(P=0.0565),其他兩因素交互作用及三因素交互作用均無顯著影響。表明3個因素中試蟲種群類型、供試水稻品種對各取食波參數的影響相對較大。在S、A、I這3個取食波參數中,I波較易受到這兩個因素的影響,A波次之,S波再次之。從不同處理試蟲各取食波的持續時間來看(圖2),TN1種群在TN1上及Mudgo種群在TN1、Mudgo上這3種代表能致害的處理的S波、A波分別相當于不能致害時(TN種群在Mudgo上)的45.3%～51.0%、44.0%～60.4%,其中A波在兩種不同致害狀況間的差異達顯著水平;而能致害的3種處理的I波持續時間相當于不能致害處理的2.23～2.35倍,且差異達顯著水平。表明能致害情況下刺探活動、分泌唾液等正式吸食汁液之前的時間相對較短,而持續吸食時間相對較長。2.3昆蟲i波持續時間如前所述,I波持續時間較易受到試蟲種群與飼養品種的影響。進一步分析其頻次分布情況可以看出(圖3),不能致害情況下,多數試蟲I波持續時間在75min以內,少數分布在75～125min;而能致害的3種處理試蟲中,僅1例試蟲的I波持續時間處于25～50min,其余均分布于75min以上。若以I波持續時間75min為標準,低于該指標的判為不能致害,高于該指標的判為能致害,則TN1試蟲的判別準確率為82.6%(38/46),Mudgo試蟲的判別準確率為100%(36/36)。3抗、感水稻品種的致害性差異本研究表明不同致害性褐飛虱種群的刺吸電位圖與該蟲對不同抗感水稻品種的致害性相關,在能致害的水稻品種上(Mudgo種群在Mudgo和TN1上,TN1種群在TN1上),褐飛虱的S波(與刺探與唾液分泌有關)及A波(口針刺入篩管,尚未吸食階段)持續時間相對較短,I波(吸食篩管液階段)持續時間相對較長;在不能致害的水稻品種上(TN1種群在Mudgo上)則反之,S波、A波持續時間較長,I波持續時間較短。這與Khan等對不同褐飛虱“生物型”的研究及其他有關褐飛虱及白背飛虱在抗、感蟲品種上的研究結果[12,13,15,16,18,19,20,21,22]一致。利用抗、感水稻品種上刺吸電位圖特征的差異評價水稻品種的抗蟲性已有多例報道,但用于稻飛虱致害性檢測的研究僅見于沈君輝等對白背飛虱的研究。他們以篩管液取食持續時間作為評價白背飛虱致害性的重要指標,但未給出致害性判別的具體標準。本研究提供了一個利用刺吸電位圖特征參數作為褐飛虱致害性判別標準的案例和嘗試。在本研究試驗條件下,以3h觀察時間內I波吸食累計持續75min作為標準,對TN1種群和Mudgo種群的致害性進行判別,結果與兩個褐飛虱種群的致害性基本一致,準確率分別達82.6%和100%。其中,TN1種群致害性的判別準確率相對較低,應與該種群中可能存在部分對抗性品種Mudgo表現為較強致害性(I波持續時間長于75min)的個體有關,主要原因是TN1種群在感蟲品種TN1上長期飼養,不存在足夠的選擇壓淘汰其中可以致害抗性水稻品種的部分個體;而Mudgo種群因長期在抗性品種Mudgo上脅迫飼養,不能致害Mudgo的個體得以淘汰,在對Mudgo的致害能力方面表現相對一致。利用刺吸電位圖對褐飛虱的致害性進行判別還需考慮多種影響因素。本研究基于I波持續時間的褐飛虱致害性判別