孙凯，钟乐荣，丁文兵，李有志

(湖南农业大学植物保护学院，湖南 长沙 410128)

水稻对白背飞虱取食胁迫的生理反应

孙凯，钟乐荣，丁文兵，李有志*

(湖南农业大学植物保护学院，湖南 长沙 410128)

为探明水稻应对白背飞虱取食胁迫的生理基础，分析了3个水稻品种(Rathu Heenati、R9810–T和丰源优272)在白背飞虱取食胁迫不同时间(0、3、6、12、18、24、30和36 h)的部分生理指标的变化。结果表明，在白背飞虱取食胁迫下，水稻Rathu Heenati丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)含量变化小，R9810–T和丰源优272丙二醛和过氧化氢含量随胁迫时间延长呈上升趋势；3个水稻品种超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性都随胁迫时间延长呈上升趋势，Rathu Heenati过氧化氢酶(CAT)活性变化小，R9810–T过氧化氢酶活性呈下降趋势，丰源优272过氧化氢酶活性先下降后稍回升；3个品种谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性变化小。白背飞虱取食胁迫下，水稻品种Rathu Heenati比R9810–T和丰源优272受到的氧化伤害少。

水稻；白背飞虱；取食胁迫；保护酶活性

白背飞虱(Sogatella furcifera)刺吸取食水稻，引起水稻生长缓慢，分蘖延迟，千粒重下降，严重时造成“虱烧”[1]。过度依赖杀虫剂防治该虫所产生的弊端越来越突出[2]，利用抗虫水稻品种防控白背飞虱的为害越来越受到重视。白背飞虱的生长发育和取食与水稻的总氮、可溶性糖、游离氨基酸含量等有关[3–5]。已有的研究结果表明，水稻被白背飞虱取食后，其体内超氧化物歧化酶(SOD)活性提高，过氧化氢酶(CAT)活性下降，过氧化物酶(POD)活性的变化在品种间有差异[6–7]。笔者测定和比较了 3个水稻品种(Rathu Heenati、R9810–T和丰源优272)在白背飞虱取食胁迫0、3、6、12、18、24、30和36 h后的SOD、POD、CAT和GPX(谷胱甘肽过氧化物酶)活性以及过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量的变化，以期进一步明确不同水稻品种体内保护酶对白背飞虱为害的应答模式，为抗虫育种和持续控制白背飞虱为害提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

杂交稻品种丰源优272由湖南亚华种子有限公司提供；R9810–T是将茶陵野生稻的基因组 DNA导入栽培稻R9810后得到的表型稳定的后代，由湖南农业大学生物科学技术学院洪亚辉教授提供；Rathu Heenati是来源于斯里兰卡的抗白背飞虱水稻品种，由中国水稻研究所提供。

白背飞虱成虫经室内用秧苗(品种威优644)连续多代饲养，养虫室温度(26±1) ℃，相对湿度(85±5) %，光周期为14 h光照，10 h黑暗。

总蛋白定量测试盒、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶、丙二醛和过氧化氢测试盒均购自南京建成生物工程研究所。

1.2 方 法

1.2.1 水稻培育与人工接虫

将已催芽的水稻种子播至盛营养土的2 000 mL玻璃烧杯中，置于(26±1) ℃、光周期为14 h光照、10 h黑暗的人工气候箱中培育至三叶期。淘汰弱苗后，每杯保留30株幼苗用于人工接虫。接虫前供试飞虱饥饿处理2 h，选择发育基本一致的白背飞虱短翅型成虫(进入成虫期约12～24 h)100头接入烧杯中(外罩有尼龙纱网)，分别取食 3、6、12、18、24、30和36 h，以不接虫的稻苗(即取食0 h)作为对照。每次取食结束后，剪断水稻茎基部收集稻苗，将叶片剪碎后混合均匀，液氮冷冻后置于–72 ℃保藏。

1.2.2 水稻生理指标测定

取保藏的水稻叶片约0.15 g，用液氮在研钵中充分研磨，按1∶9的比例加入磷酸缓冲液(pH=7.2)。所得匀浆液转移至1.5 mL离心管，4 ℃下12 000 r/min离心15 min。取上清液分别测定总蛋白含量、SOD、POD、CAT和GPX活性、H2O2和MDA含量。每mg组织蛋白在1 mL反应液中SOD抑制率达50%时所对应的SOD量为1个SOD活力单位。在37 ℃条件下，每mg组织蛋白每min催化1 μg底物的酶量为1个POD活力单位。每mg组织蛋白每s分解1 µmol的H2O2的量为1个CAT活力单位。

1.3 数据处理

利用DPS软件对测定数据进行统计分析。对同一品种不同处理进行方差分析(ANOVA)和多重比较(Duncan氏新复极差法，P=0.05)。

2 结果与分析

2.1 白背飞虱取食胁迫下水稻SOD活性的变化

从表1可知，3个水稻品种SOD活性均随白背飞虱取食胁迫时间的延长而呈现上升趋势。Rathu Heenati在接虫6 h内，SOD活性值变化小，接虫12 h后SOD值显著升高；R9810–T在接虫3 h时，SOD活性已显著高于胁迫前的活性；丰源优272在接虫6 h时，SOD活性已显著高于取食胁迫前的水平。不同水稻品种 SOD活性对白背飞虱的胁迫响应速度不同。

表1 白背飞虱取食胁迫下水稻SOD活性Table 1 The activities of SOD in rice with S. furcifera under feeding stress

2.2 白背飞虱取食胁迫下水稻POD活性的变化

3个水稻品种POD活性随白背飞虱取食胁迫时间的延长呈升高趋势(表2)。Rathu Heenati和丰源优272在接虫3 h时，POD活性已显著高于未接虫时的水平；R9810–T在接虫6 h时，POD活性显著高于未接虫的水平。至接虫36 h时，Rathu Heenati、丰源优272和R9810–T的POD活性值分别比未接虫前升高3.8、1.9和2.9倍。

表2 白背飞虱取食胁迫下水稻POD活性Table 2 The activities of POD in rice with S. furcifera under feeding stress

2.3 白背飞虱取食胁迫下水稻CAT活性的变化

不同水稻品种在白背飞虱取食胁迫下 CAT活性的变化趋势不同(表3)。Rathu Heenati在不同胁迫时间下 CAT活性波动；R9810–T的CAT活性随胁迫时间的延长显著下降；丰源优272的CAT活性表现在胁迫3 h时与胁迫前没有显著差异，胁迫6 h时，CAT活性已显著低于胁迫前的活性，随胁迫取食时间的延长(12～18 h)，CAT活性继续下降，在胁迫取食24 和36 h时CAT活性显著回升，但仍然显著低于胁迫前的活性。

表3 白背飞虱取食胁迫下水稻CAT活性Table 3 The activities of CAT in rice with S. furcifera under feeding stress

2.4 白背飞虱取食胁迫下水稻GPX活性的变化

在白背飞虱取食胁迫前后，水稻GPX活性值波动均不显著，抗虫品种 Rathu Heenati的GPX活性值稳定在145 U左右，R9810–T稳定在154 U左右，丰源优272稳定在123 U左右。表明3个水稻品种GPX对白背飞虱的取食胁迫没有响应。

2.5 白背飞虱取食胁迫下水稻H2O2含量的变化

表4结果表明，接虫前后Rathu Heenati的H2O2含量变化不显著；R9810–T的H2O2含量随接虫时间的延长而不断升高，不同处理间差异显著；和接虫前相比，接虫36 h 时H2O2升高65.5%；丰源优272的H2O2含量在接虫12 h时显著高于接虫前的水平，在接虫36 h达到最大值，升高20.3%。

表4 白背飞虱取食胁迫下水稻H2O2含量Table 4 The levels of H2O2in rice with S. furcifera under feeding stress

2.6 白背飞虱取食胁迫下水稻MDA含量的变化

白背飞虱取食胁迫后，不同水稻品种MDA含量的变化大小和趋势不同(表5)。Rathu Heenati的 MDA含量变化不显著；R9810–T的MDA含量在接虫3 h时和接虫前相比变化不显著，但在接虫6 h时已显著高于接虫前水平，以后逐渐升高，在接虫18 h已显著高于接虫12 h的；丰源优272的MDA含量先升后降，在接虫18 h达到最大值，且显著高 于其他处理。

表5 白背飞虱取食胁迫下水稻MDA含量Table 5 The levels of MDA in rice with S. furcifera under feeding stress

3 讨 论

GPX最初在动物体内被发现，可迅速清除生物体内多余的活性氧(ROS)。近年来发现GPX在植物中也有类似的功能，可能在植物氧化信号转导中起重要作用[8]。在白背飞虱胁迫不同时间后，3个水稻品种 GPX活性都没有出现显著的变化，说明 3个水稻品种的 GPX对白背飞虱的取食胁迫没有作出响应。

SOD是植物体内天然存在的ROS清除因子，它可以把有害的 O2–转化为 H2O2，而 H2O2将被POD和CAT分解，多种保护酶协调作用使植物体内ROS达到动态平衡，从而减少对膜系统的伤害。随胁迫时间的延长，3个品种的SOD和POD活性都增高，而 CAT活性在不同品种中的变化存在差异， Rathu Heenati的CAT活性在不同的处理时间下没有明显变化，R9810–T呈下降趋势，丰源优272则先下降后稍回升。这表明水稻迅速启动了SOD、POD和CAT等保护酶系，以抵御白背飞虱的取食胁迫。

本研究结果表明，Rathu Heenati的CAT活性和H2O2及 MDA含量在胁迫前后没有发生显著的变化。CAT的作用是将H2O2催化为水和氧气，而且CAT只对H2O2起作用[9]。据此推测，Rathu Heenati 的 CAT活性没有发生显著的波动，可能是由于其底物H2O2含量没有升高。MDA是植物膜脂过氧化的最终产物，是衡量膜结构损伤程度的指标[10]。Rathu Heenati的POD活性在白背飞虱取食胁迫后显著升高，而衡量膜结构损伤程度的指标MDA含量基本保持稳定，这表明在白背飞虱取食胁迫后，除H2O2以外的其他活性氧含量升高，导致POD活性升高，并将其降解成不损伤生物膜的无害物质，从而使MDA含量在胁迫前后基本保持稳定。在白背飞虱取食胁迫不同时间后，丰源优 272和R9810–T的H2O2和MDA含量都随胁迫时间的延长而升高，表明R9810–T和丰源优272易受害，且受害程度随取食胁迫时间的延长而增大。

白背飞虱在3个水稻品种上取食行为的EPG分析结果[11]表明，白背飞虱在R9810–T和丰源优272上的刺吸取食行为基本一致，都表现为感虫，而在Rathu Heenati上非刺探时间更长，有效吸食韧皮部汁液的时间更短，表现为抗虫。本研究中，抗、感品种受白背飞虱取食胁迫后 POD活性增加这一结果，与段灿星等[12]利用灰飞虱3龄若虫测定的结果一致。但陈建明等[6]利用3～4龄白背飞虱若虫取食种植30～45 d的水稻后，抗虫品种POD活性增加，感虫品种POD活性下降；张金锋[7]研究了白背飞虱雌成虫和褐飞虱雌成虫取食水稻后的 POD活性，结果抗虫品种的POD活性增加，感虫品种的POD活性下降。造成这种差异的原因可能与测定时选用的水稻品种、水稻生育期和供试飞虱种类及其虫态等因素有关。另外，本研究中，R9810–T在白背飞虱取食胁迫下易受过氧化损伤这一结果，也支持了转茶陵野生稻基因品种 R9810–T并没有获得明显的抗白背飞虱的作用这一结论[11, 13]。

白背飞虱在抗性品种Rathu Heenati上有效取食的时间相对更短，这可能是导致该品种受到的氧化伤害较轻的间接原因[11]。胁迫前，Rathu Heenati 3种保护酶的活性都显著高于其余2个品种，在胁迫不同时间后也呈现出相同的情形，由此推测，Rathu Heenati可能存在更为强大和高效的保护酶防御系统，这可能是该品种受到氧化伤害较轻的直接原因。

参考文献：

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[6] 陈建明，俞晓平，葛秀春．水稻植株防御白背飞虱为害的某些生理反应[J]．中国水稻科学，2000，14(1)：42–47．

[7] 张金锋，薛庆中．稻飞虱为害胁迫对水稻植株内主要保护酶活性的影响[J]．中国农业科学，2004，37(10)： 1487–1491．

[8] 苗雨晨，白玲，苗琛，等．植物谷胱甘肽过氧化物酶研究进展[J]．植物学通报，2005，22(3)：350–356．

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[11] 孙凯，李冠华，丁文兵，等．白背飞虱在不同水稻品种上取食行为的EPG分析[J]．昆虫学报，2014，57(3)：335–342．

[12] 段灿星，彭高松，王晓鸣，等．抗感水稻品种受灰飞虱为害后的生理反应差异[J]．应用昆虫学报，2013，50(1)：145–153．

[13] 蒋斌元，张齐，康敏，等．茶陵野生稻及其导入后代间的遗传差异RAPD分析[J]．湖南农业科学，2012(13)：5–7．

责任编辑：罗慧敏

英文编辑：罗 维

Physiological response in different rice varieties against Sogatella furcifera undergone feeding stress

SUN Kai, ZHONG Le-rong, DING Wen-bing, LI You-zhi*
(College of Plant Protection, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

To elucidate the physiological basis of the response of rice plant against Sogatella furcifera undergone feeding stress, we analyzed some physiological indices therein 3 rice varieties (Rathu Heenati, R9810–T and Fengyuanyou 272) infested by S. furcifera undergone feeding stress for 0, 3, 6, 12, 18, 24, 30 and 36 h respectively. The results showed that the levels of malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H2O2) had no significant change in Rathu Heenati with S. furcifera undergone feeding stress while showed a increasing tendency with the time of feeding stress in R9810-T and Fengyuanyou 272. The activities of superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) in all the 3 varieties were increase with the time of feeding stress. The activities of catalase (CAT) had no significant change in Rathu Heenati and tend to decline in R9810–T, while in Fengyuanyou 272 first declined and then slightly increased. The activities of glutathione peroxidase (GPX) showed no significant change in 3 rice varieties. These results indicate that oxidative damage is less in Rathu Heenati than in R9810–T and Fengyuanyou 272 when infested with S. furcifera undergone feeding stress.

rice; Sogatella furcifera; feeding stress; activities of protective enzymes

S511.01

A

1007−1032(2014)05−0501−05

10.13331/j.cnki.jhau.2014.05.009

投稿网址：http://www.hunau.net/qks

2014–03–19

公益性行业(农业)科技专项(201303021)；湖南省科学技术厅重点项目(2011NK2009)；湖南省大学生创新性项目(SCX1306)

孙凯(1988—)，男，湖南宁乡人，硕士，主要从事害虫综合治理研究，sunkai424@foxmail.com；*通信作者，liyouzhi2008 @sina.com