基于代谢组学解析抗感水稻差异代谢物β-谷甾醇对褐飞虱的杀虫活性

本研究利用代谢组学筛选抗性水稻中有活性的代谢物质,为开发控制褐飞虱Nilaparvata lugens的绿色植物源农药开拓思路。基于水稻品种对褐飞虱有抗性的差异,采用生长发育和存活率比较方法,验证了水稻品种Mudgo和TN1对褐飞虱的抗性差异;通过代谢组学分析抗褐飞虱水稻Mudgo和感褐飞虱水稻TN1代谢物的不同,筛选了品种间有显著差异的物质β-谷甾醇和无显著差异的物质豆甾醇作为褐飞虱生测物质,进行存活率和适合度功能验证,明确其对褐飞虱的功能效应。褐飞虱在Mugdo和TN1两种水稻品种上的生命参数间存在显著差异,在Mudgo水稻上发育历期延长,体重、体长和存活率降低。代谢组学分析共检测到69种差异代谢物,主要为脂质(36%)、碳水化合物(23%)、氨基酸(19%)、次生代谢物质(14%)、核酸(6%)及其他物质(1%)等6大类物质。褐飞虱人工饲料添加剂生测数据显示,褐飞虱取食20.0μg/mL和500.0μg/mL浓度β-谷甾醇,雌虫体重显著降低;取食500.0μg/mL浓度β-谷甾醇,雄虫体重显著降低。此外,取食不同浓度豆甾醇对褐飞虱体重均无显著性影响。β-谷甾醇对褐飞虱的存活率有显著降低作用,而豆甾醇只有在4.0μg/mL、100.0μg/mL和500.0μg/mL浓度下有降低作用。确认了水稻品种Mudgo对褐飞虱有显著的抗性,可显著降低存活率,抑制生长。代谢组学筛选到的69种差异代谢物可作为抗褐飞虱绿色植物源农药的备选库;其中,差异显著的代谢物质β-谷甾醇对褐飞虱体重和存活率有显著降低作用,可作为防治褐飞虱的植物源农药。

褐飞虱对抗性水稻品种Mudgo个体致害性指标

在 2 8± 1℃下 ,观测了褐飞虱Nilaparvatalugens羽化 2 4h内短翅型雌成虫在敏感水稻品种TN1及抗性品种Mudgo上的寿命及体重增量。结果表明 ,取食抗性品种时 ,试虫的平均增重与寿命之间表现出明显的正相关。寿命在 7天内的个体 ,存活期间平均体重增量为负值 ,而存活 7天以上的个体则平均增重明显。进一步研究了初羽化的褐飞虱长翅型雌成虫在TN1及Mudgo上取食第 1～ 4天的体重增量、寿命及产卵量 ,结果发现试虫在Mudgo上的这 3个生物学参数之间存在明显正相关。其中 ,寿命及体重增量较好地反映出害虫个体对抗性品种的致害能力 ,可作为个体致害性指标。根据研究结果 ,提出将羽化后在Mudgo上存活 7天以上或最初 4天内体重增量大于 0 1mg的雌成虫定为能够致害该抗性品种的个体。