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。

抗褐飞虱水稻IR36活性成分及其对褐飞虱的拒食和忌避产卵作用

通过对抗性水稻品种IR36地上部分次生化合物的提取分离得到四种不同溶剂的萃取物。结果显示乙酸乙酯萃取物处理对褐飞虱若虫的活性最强。乙酸乙酯萃取物经柱层析分离得到白色针状晶体组分F4-1,分别测试了组分F4-1对褐飞虱若虫取食和褐飞虱成虫产卵的抑制作用。结果表明,组分F4-1对褐飞虱3龄若虫的取食有明显的抑制作用。在20μg/mL浓度时,褐飞虱3龄若虫蜜露分泌量明显减少,随着处理浓度的增加褐飞虱3龄、4龄若虫的蜜露分泌量均明显减少。在500μg/mL时,对褐飞虱3、4龄若虫的拒食率分别为68.95%和60.28%。在100和500μg/mL浓度时,褐飞虱3龄若虫的死亡率显著高于对照。组分F4-1在500μg/mL浓度时,对褐飞虱成虫的产卵有显著的抑制作用,产卵忌避率达91.03%。组分F4-1经气相色谱-质谱(GC-MS)分析,其成分分别是(3α,24S)-5-烯-3-豆甾醇、反式-5,22-二烯-3α-豆甾醇、菜油甾醇和(3β,22Z)5,22-二烯-3-豆甾醇乙酯。