蟲害誘導的水稻胰蛋白酶抑制劑合成的相關機理研究.pdf

1、植物蛋白酶抑制劑是一類重要的防御化合物，能被害蟲取食所誘導，并且其合成與害蟲所激活的信號分子有關。在水稻上，已有研究表明，稻縱卷葉螟取食能誘導水稻胰蛋白酶抑制劑的合成，并且不同取食習性的水稻害蟲(二化螟、稻縱卷葉螟和褐飛虱)所激活的水稻信號分子存在明顯差異。但至今尚不清楚不同取食習性水稻害蟲在取食誘導水稻蛋白酶抑制劑合成中的異同，以及各類信號分子在其中的作用。 為此，本文以4種取食習性不同的水稻害蟲，即蛀食莖桿的二化螟、取食葉片

2、的稻縱卷葉螟和刺吸韌皮部汁液的稻飛虱(褐飛虱和白背飛虱)為研究對象，在過去研究工作的基礎上，主要對這4種害蟲取食為害誘導水稻胰蛋白酶抑制劑含量的時序變化進行了比較研究，同時分析了稻縱卷葉螟取食為害后，水稻不同部位胰蛋白酶抑制劑以及與防御相關的3種重要信號分子茉莉酸、水楊酸和乙烯含量的時序變化，并通過外用信號分子處理和反向遺傳學方法解析了水楊酸和乙烯信號轉導途徑在稻縱卷葉螟取食誘導水稻胰蛋白酶抑制劑合成中的作用。結果如下： 1)健

3、康水稻莖中的胰蛋白酶抑制劑含量高于健康葉片，并且受晝夜節(jié)律的影響較為明顯；在黑暗條件下，水稻莖中胰蛋白酶抑制劑的含量明顯增加。除黃熟期外，稻縱卷葉螟為害能顯著增加水稻分蘗期、孕穗期和揚花期葉片中胰蛋白酶抑制劑的含量，但在莖中，這4個生育期的胰蛋白酶抑制劑含量都不增加，相反在孕穗期、揚花期和黃熟期顯著低于健康水稻莖中的含量。 2)比較了水稻分蘗期在受4種害蟲取食為害后胰蛋白酶抑制劑含量的變化。結果表明，除了取食葉片的稻縱卷葉螟只能

4、誘導葉中胰蛋白酶抑制劑含量顯著上升外，其余3種為害葉鞘或莖稈的害蟲，均能誘導水稻葉及莖內胰蛋白酶抑制劑含量的顯著增加。說明害蟲取食誘導的水稻胰蛋白酶抑制劑含量的上升具有一定的系統(tǒng)性，并且這種系統(tǒng)信號更易由下往上傳遞。此外，也發(fā)現(xiàn)在同為為害葉鞘或莖稈的害蟲中，以咀嚼式口器的二化螟所誘導的胰蛋白酶抑制劑含量上升最為明顯，而刺吸式口器的稻飛虱則誘導效果較弱。 3)測定了稻縱卷葉螟取食為害后分蘗期水稻不同部位胰蛋白酶抑制劑及茉莉酸、水楊

5、酸和乙烯這3種與防御相關的重要信號分子含量的變化。結果表明，稻縱卷葉螟取食為害除了能導致為害葉胰蛋白酶抑制劑含量的明顯上升外，還能引起為害葉上位葉以及下位葉含量的上升，但下位葉含量的上升要遲于上位葉的；同時，也發(fā)現(xiàn)稻縱卷葉螟取食為害，不引起水稻莖稈和根中胰蛋白酶抑制劑含量的上升，進一步論證了損傷信號主要由下往上傳送的可能結果。稻縱卷葉螟取食為害不能激活水稻體內的茉莉酸信號轉導途徑，但是可以激活水楊酸和乙烯信號轉導途徑。以一定濃度的水楊酸

6、和乙烯利分別處理水稻，能誘導水稻體內胰蛋白酶抑制劑含量的增加，但是使用水楊酸和乙烯利聯(lián)合處理并沒有明顯的協(xié)同增效作用。 4)克隆了水稻ACS基因的全長序列，并利用其部分序列構建了反義表達載體，通過農桿菌介導法，獲得了反義抑制ACS基因的T1水稻品系。分析表明，反義抑制ACS水稻品系在受稻縱卷葉螟取食為害時，乙烯釋放量顯著低于相同處理的對照品種秀水11，但胰蛋白酶抑制劑含量在反義抑制ACS品系與對照品種間沒有明顯差異。說明ACS在