木薯（Manihot esculenta Crantz）,隶属于大戟科（Euphorbiaceae）、木薯属（Manihot）,原产于美洲热带地区的亚马逊流域,广泛种植于泰国、墨西哥等热带和亚热带地区[1],是世界近9亿以上人口的主粮和重要的工业原料、生物质能源、饲料和救荒作物,在世界粮食安全、生物质能源和加工等领域,发挥着非常重要的作用,并且在服务国家“一带一路”倡议中作为“先锋作物”的优势日益突出[2,3]。
朱砂叶螨（Tetranychus cinnabarinus）别名红蜘蛛,隶属蛛形纲（Arachnida）、真螨目(Acariformes)、叶螨科（Tetranychidae）,是世界木薯种植区普遍发生为害最严重的4大有害生物之一[4],主要寄居在木薯叶背及叶脉两侧刺吸汁液为害,可致使木薯减产20%~70%,为害严重时可导致绝收[5]。长期以来,防治朱砂叶螨主要依赖化学防治,但是化学防治导致产地生态环境安全问题、农产品安全问题和害螨抗药性问题等日益突出[6]。因此,寻求朱砂叶螨的高效绿色防控策略和途径已成为当前木薯产业发展中亟待解决的重要课题。
植物体内所含营养物质的成分及其比例直接影响植食性昆虫的生长发育[7]。即当某种营养物质缺乏或比例不当时,将严重影响昆虫（螨）的正常生长发育,因而提高植物的抗虫性与植物体内的营养物质有着密切的关系。Maluf等[8]研究发现含有丰富酰基糖的番茄对二斑叶螨（Tetranychus urticae）表现出良好的抗性。李田田等[9]研究发现脯氨酸和可溶性糖含量与黄瓜抗蚜性呈显著正相关关系。陈玉茶等[10]研究发现黄瓜较低的营养物质含量不利于蚜虫在黄瓜上生长繁殖,从而起到抗虫作用。陈青[11]研究发现,感蚜辣椒品种的叶组织中其可溶性氨基酸、脯氨酸、可溶性氮含量都显著高于抗蚜辣椒品种,而抗蚜辣椒品种的可溶性糖含量和糖氮比显著高于感蚜品种。而目前有关营养物质与木薯抗螨性的相关性研究鲜有报道。为此,本研究系统分析了朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中营养物质含量的差异,以期为深入探讨营养物质在木薯抗螨性中的重要作用,以及系统开展基于营养物质与木薯抗螨性相关的抗螨新种质的创制和分子设计育种奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料
供试木薯品种：选用遗传稳定的抗螨参照标准木薯品种C1115和感螨参照标准木薯品种BRA900为试验材料。C1115和BRA900均由中国热带农业科学院热带品种资源研究所国家木薯种质资源圃提供。
供试朱砂叶螨：朱砂叶螨来源于中国热带农业科学院环境与植物保护研究所特色热带作物害虫课题组以感螨参照标准木薯品种BRA900新鲜叶片继代饲养的室内种群。
供试试剂：茚三酮、蒽酮试剂、考马斯亮蓝G-250蛋白试剂、5-磺基水杨酸、磷酸、硫酸、乙醇等相关试剂均为国产分析纯试剂。
1.2 方法
1.2.1 朱砂叶螨接种和取样 选取温室大棚内种植3个月、长势一致的C1115和BRA900植株,以螨害前（接种朱砂叶螨为害前）的木薯植株相同部位叶片为对照,按50头/叶分别接种朱砂叶螨雌成螨于植株的上部、中部以及下部各3张叶片的叶背,用蒸馏水浸湿的棉花围住叶柄基部,并保持棉花湿润以确保叶螨不迁移,每天观察和记录木薯生长状况（若试验期间出现其他虫害则人工防除以消除干扰）。分别在叶螨接种为害前（0 d）、接种为害后1、4、8 d采集叶片用于各种营养物质的测定。每品种设3盆重复,每重复取上部、中部以及下部各1张叶片（1个重复共3张叶片）。
1.2.2 叶组织中营养物质测定[12] 采用茚三酮法测定木薯叶组织中的游离氨基酸（FAA）和游离脯氨酸（Pro）含量,采用蒽酮法测定可溶性糖（WSS）含量,采用考马斯亮蓝G250法测定可溶性氮（SN）含量;可溶性糖/氮比（S/N）为可溶性糖与可溶性氮的比值。
1.3 数据处理
采用Excel 2010软件进行数据整理,利用SPSS软件Duncan’s新复极差法进行显著性分析,显著性水平P=0.05,以螨害前叶组织中各营养物质含量为对照（归一化处理为100%）,螨害后营养物质含量变化以对照的百分率表示。
2 结果与分析
2.1 抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中游离氨基酸含量差异分析
从图1可以看出,朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中的游离氨基酸含量存在显著性差异（P<0.05）。朱砂叶螨为害后1、4、8 d的抗螨木薯参照标准品种C1115叶组织中游离氨基酸含量显著降低,分别是为害前的69.69%、69.29%和63.42%;而感螨参照标准木薯品种BRA900的叶组织中游离氨基酸含量虽然有所增加,分别是为害前的121.01%、121.95%和122.22%,但为害前后无显著性差异。上述结果表明,朱砂叶螨为害木薯品种C1115后叶组织中的游离氨基酸含量显著降低,不利于其在木薯品种C1115上生长发育与繁殖,木薯品种C1115从而表现出抗螨性。
2.2 抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中可溶性糖含量差异分析
从图2可看出,朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中的可溶性糖含量存在显著性差异（P<0.05）。朱砂叶螨为害后1、4、8 d的抗螨木薯品种C1115叶组织中可溶性糖含量显著降低,分别是为害前的73.16%、73.71%和72.75%;而感螨参照标准木薯品种BRA900叶组织中可溶性糖含量虽有所降低,分别是为害前的91.84%、91.41%和92.06%,但为害前后并无显著性差异。上述结果表明,朱砂叶螨为害木薯品种C1115后叶组织中可溶性糖含量显著降低,不利于其在抗螨参照标准木薯品种C1115上生长发育与繁殖,木薯品种C1115从而表现出抗螨性。该结果与抗、感朱砂叶螨参照标准木薯品种叶组织中游离氨基酸含量差异分析一致。
2.3 抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中可溶性氮含量差异分析
从图3可看出,朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中的可溶性氮含量存在显著性差异（P<0.05）。朱砂叶螨为害后1、4、8 d的抗螨参照标准木薯品种C1115叶组织中可溶性氮含量显著降低,分别是为害前的45.97%、46.21%和46.13%;而感螨参照标准木薯品种BRA900叶组织中可溶性氮含量显著增加,分别是为害前的148.50%、148.73%和148.77%,但为害前后无显著性差异。上述结果表明,朱砂叶螨为害木薯品种C1115后叶组织中可溶性氮含量显著降低,不利于其在抗螨参照标准木薯品种C1115上生长发育与繁殖,木薯品种C1115从而表现出抗螨性。该结果与抗、感朱砂叶螨参照标准木薯品种叶组织中可溶性糖含量差异分析一致。
2.4 抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中糖氮比差异分析
由图4可看出,朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中的糖氮比存在显著性差异（P<0.05）。朱砂叶螨为害后1、4、8 d的抗螨参照标准木薯品种C1115叶组织中糖氮比显著增加,分别是为害前的159.15%、159.46%和157.83%;而感螨参照标准木薯品种BRA900叶组织中糖氮比显著降低,分别是为害前的62.61%、61.48%和61.92%。
2.5 抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中游离脯氨酸差异分析
从图5可看出,朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中的游离脯氨酸含量存在显著性差异（P<0.05）。朱砂叶螨为害后1、4、8 d的感螨参照标准木薯品种BRA900叶组织中游离脯氨酸含量显著增加,分别是为害前的373.82%、367.33%和362.61%;而抗螨参照标准木薯品种C1115叶组织中游离脯氨酸含量虽有所增加,分别是为害前的114.43%、118.99%和112.29%,但为害前后并无显著性差异。上述结果表明,朱砂叶螨为害后木薯叶组织中游离脯氨酸含量无显著性差异。
3 讨论
遗传稳定的抗、感螨参照标准木薯品种是开展营养物质与木薯抗螨性分析,使结果更具科学性和稳定性的最根本的材料保障。韦婉羚等[13]通过测定不同木薯品种的叶片营养成分及叶片形态特征,分析不同指标与朱砂叶螨危害程度的关系,发现木薯的螨害指数与叶片可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量和游离氨基酸总量呈显著正相关关系。陆柳英等[14]发现木薯的螨害指数与可溶性糖含量间无显著相关性。本研究结果表明,木薯对朱砂叶螨的抗性与叶组织中游离氨基酸、可溶性糖、可溶性氮、游离脯氨酸含量呈显著负相关关系,而与糖氮比呈显著正相关关系。本研究结果与韦婉羚等[13]、陆柳英等[14]的研究结果存在差异的根本原因可能在于,本研究选用的实验材料是按照《木薯种质资源抗虫性鉴定技术规程》（NY/T 2445—2013）对国家木薯种植资源圃核心种质进行长期抗螨性鉴定获得的遗传稳定的抗螨参照标准木薯品种C1115和感螨参照标准木薯品种BRA900[15],而韦婉羚等[13]以6个木薯品种（新选048、华南205、华南8号、桂热4号、D346和F50）为试验材料,陆柳英等[14]未严格采用按照《木薯种质资源抗虫性鉴定技术规程》（NY/T 2445—2013）鉴定获得的抗、感螨种质为试验材料。
植物在长期生长进化过程中自身形成了一套复杂的抵制害虫（螨）的化学防御机制,通过改变自身所包含的营养物质来抵御害虫（螨）的侵害,在研究植物抗虫（螨）性中起着重要的作用。然而不同的木薯品种所含的营养物质含量有差异,因此营养物质也常被作为研究品种抗虫（螨）性的一个重要参考指标[16]。本研究结果表明,与为害前相比,朱砂叶螨为害1、4、8 d的抗螨参照标准木薯品种C1115叶组织中的游离氨基酸（FAA）、可溶性糖（WSS）、可溶性氮（SN）含量显著降低,糖氮比（S/N）显著升高,游离脯氨酸（Pro）无显著性差异;与为害前相比,而螨害1、4、8 d的感螨木薯品种BRA900叶组织中的游离氨基酸和可溶性糖含量无显著差异,可溶性氮含量显著升高,糖氮比显著降低,游离脯氨酸含量显著升高,抗、感螨参照标准木薯品种间存在显著性差异。进一步相关性分析表明,木薯对朱砂叶螨的抗性与叶组织中的游离氨基酸、可溶性糖、可溶性氮、游离脯氨酸含量呈显著负相关关系,而与糖氮比呈显著正相关关系,从而说明叶组织中的游离氨基酸、可溶性糖、可溶性氮、游离脯氨酸含量和糖氮比可以作为木薯抗螨性鉴定的重要参考指标。
植株体内所包含的营养物质是形成木薯品种抗螨性的主要元素,初步探究各种营养物质在木薯抗螨性中的作用,为深入开展木薯品种抗螨性的生理生化与分子机理研究奠定基础。本研究仅从游离氨基酸、可溶性糖、可溶性氮、游离脯氨酸含量和糖/氮比与木薯抗螨性方面进行了初步探讨,其他营养物质和次生代谢物质在木薯抗螨性中的作用,还有待进一步的研究。