烟粉虱（Bemisia tabaci）又名甘薯粉虱，最初于1894年在美国发现。烟粉虱是国际上公认的农业害虫[9]，寄主非常广泛。据报道[10-11]，全球烟粉虱寄主植物已达600余种，主要分布于茄科（Solanaceae）、葫芦科（Cucurbitaceae）、十字花科（Brassicaceae）、大戟科（Euphorbiaceae）、菊科（Compositae）和锦葵科（Malvaceae）等植物。烟粉虱的隐形物种复合体种类很多，在我国本土约有18种，其中MEAM1隐种和MED隐种在我国分布广泛，危害最为严重[12]。烟粉虱通过直接吸取植物汁液，影响植物的正常生长和发育。此外，烟粉虱还可以传播400多种植物病毒[13]，对植物造成严重的危害，甚至可能导致植物死亡。例如，MEAM1隐种和MED隐种传播的番茄黄化曲叶病毒（tomato yellow leaf curl virus，TYLCV）可以使番茄植株矮化，叶片黄化，产量下降，甚至绝收[14⇓⇓⇓⇓-19]。
目前，亚精胺对植物防御系统影响的研究大多数都是关于非生物胁迫的，而关于亚精胺对植物响应生物胁迫的研究较少。刺吸式昆虫是农业一大类害虫，给植物健康带来很大影响，关于亚精胺对于植物与刺吸式昆虫互作的影响目前仍不清楚。因此，本研究选择发生严重、传毒能力强的刺吸式昆虫烟粉虱为研究材料，探析外源亚精胺对植物―烟粉虱互作的影响和机制，为烟粉虱绿色防控提供基础。
1 材料与方法
1.1 供试材料
健康Q型烟粉虱成虫采自河南农业大学科教园区，经实验室鉴定后，在人工温室内以棉花为寄主建立试验种群。黄瓜（博杰-107）种子购于天津德瑞特种业有限公司，在育苗盘中萌发后转移至营养钵，在温室中培养至四叶期用于试验。温室气候条件：温度28~29 ℃，相对湿度75%，光周期L:D=14 h:10 h。亚精胺购买于上海麦克林生化科技股份有限公司，分子式C7H19N3，分子量145.25，CAS号124-20-9。
1.2 试验设计
试验于2023年3-10月在河南农业大学龙子湖校区化学生态学实验室进行。在四叶期黄瓜幼苗中随机抽取长势相同的20份，设5个处理组，包括2个蒸馏水对照组和3个Spd处理组（表1），每个处理4次重复。设置3个取样时间点（5、10、15 d）。每次试验共60株黄瓜苗，每个时间点每个处理取样4株，共20株。试验前将亚精胺均匀喷洒在植株叶面上，以液体不滴落叶片为准，预处理3 d后接种烟粉虱，接虫24 h后移去虫体，进行后续试验。
表1 试验设计
Table 1
| 处理 Treatment | 亚精胺浓度 Spd concentration (mmol/L) | 烟粉虱数量 Number of B.tabaci |
|---|---|---|
| CK0 | 0 | 0 |
| CK1 | 0 | 25对 |
| Spd1 | 0.5 | 25对 |
| Spd2 | 1.0 | 25对 |
| Spd3 | 2.0 | 25对 |
1.3 测定指标与方法
1.3.1 黄瓜生长发育指标
黄瓜植株喷施不同浓度Spd溶液，3 d后接种烟粉虱，接虫后第5、10和15天用卷尺测量处理后的黄瓜株高（由黄瓜茎基部到生长点距离）；接虫后第5、10和15天用剪刀将每株苗的全部叶片从相同部位剪下，再使用电子天平称取整株叶片的鲜重。
1.3.2 黄瓜营养指标
接虫后第5、10和15天剪取每个处理的第4片叶片，液氮速冻后存放于-80 ℃冰箱里。称取0.2 g样品，采用苏州格锐思生物科技有限公司可溶性糖含量（SS）检测试剂盒测定黄瓜中可溶性糖含量；采用考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白的含量[20]。
1.3.3 黄瓜光合特性
接虫后第5、10和15天用手持式SPAD-502叶绿素测定仪检测每株黄瓜（第4片叶尖、叶基、叶缘）相对叶绿素含量（SPAD）；使用光合仪LI-6400检测每株黄瓜（第4片叶尖、叶基、叶缘）的胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）和净光合速率（Pn）。
1.3.4 黄瓜防御特性
接虫后第5、10和15天取样，剪取每个处理的第4片叶片，液氮速冻后存放于-80 ℃冰箱里。称取0.2 g样品，采用苏州格锐思生物科技有限公司苯丙氨酸解氨酶（PAL）试剂盒和总酚（Tp）试剂盒分别测定黄瓜中PAL活性及总酚含量。
1.3.5 烟粉虱发育历期和体型
设置CK、Spd1、Spd2、Spd3共4个处理，每个处理提前3 d喷施0、0.5、1.0、2.0 mmol/L亚精胺溶液，每个处理4个重复。选取5对烟粉虱成虫放入微虫笼中，夹在各处理黄瓜植株的第4片叶片上，待其产卵24 h后将成虫移除。每个接虫叶片用超景深显微镜标出30头卵，将多余的卵剔除掉，拍照记录其各自分布，以后每日观察并记录直至孵化出1龄若虫，计算各处理的卵孵化率；1龄若虫固定好地点之后再照相记录分布，每天测定并用超景深显微镜自带的测量工具“Measure”记录体长和体宽；观察若虫发育情况，计算每个龄期所需的发育时间，直至羽化为成虫。
1.3.6 烟粉虱产卵量
设置CK、Spd1、Spd2、Spd3共4个处理，提前3 d分别喷施0、0.5、1.0、2.0 mmol/L亚精胺溶液，每个处理4个重复。取刚羽化的1雌1雄烟粉虱于微虫笼中，夹在各处理黄瓜第四片叶片上产卵，待烟粉虱成虫死亡后，在超景深显微镜下观察烟粉虱产卵个数。
1.3.7 烟粉虱存活率
设置CK、Spd1、Spd2、Spd3共4个处理，提前3 d分别喷施0、0.5、1.0、2.0 mmol/L亚精胺溶液，每个处理4个重复。取5对烟粉虱成虫放于微虫笼中，夹在每个处理黄瓜第4片叶片上产卵，待其产卵24 h后将成虫移走，在超景深深显微镜下标记30头卵，之后每天观察孵化率以及各龄期若虫孵化率。
1.4 数据处理
采用WPS Office、Graphpad 8.0整理数据和绘图，使用SPSS 22进行单因素多重比较及差异分析。
2 结果与分析
2.1 外源亚精胺对寄主植物的影响
2.1.1 对寄主生长发育的影响
图1
图1
不同浓度外源亚精胺处理不同天数后黄瓜株高
(a) 接虫后第5天；(b) 接虫后第10天；(c) 接虫后第15天；不同小写字母表示不同处理间差异显著（P < 0.05），下同。
Fig.1
Plant height of cucumber treated with different concentrations of exogenous spermidine for different days
(a) 5th day after inoculation; (b) 10th day after inoculation; (c) 15th day after inoculation; Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level, the same below.
图2
图2
不同浓度外源亚精胺处理不同天数后黄瓜叶片鲜重
Fig.2
Fresh weight of cucumber leaves treated with different concentrations of exogenous spermidine for different days
2.1.2 对黄瓜光合特性的影响
图3
图3
不同浓度外源亚精胺处理后不同天数黄瓜SPAD值
Fig.3
SPAD values of cucumber treated with different concentrations of exogenous spermidine for different days
图4
图4
不同浓度外源亚精胺处理后不同天数黄瓜Ci
Fig.4
Ci of cucumber treated with different concentrations of exogenous spermidine for different days
图5
图5
不同浓度外源亚精胺处理后不同天数黄瓜Tr
Fig.5
Tr of cucumber treated with different concentrations of exogenous spermidine for different days
图6
图6
不同浓度外源亚精胺处理不同天数后黄瓜Pn
Fig.6
Pn of cucumber treated with different concentrations of exogenous spermidine for different days
2.1.3 对黄瓜营养特性的影响
图7
图7
不同浓度外源亚精胺处理后不同天数黄瓜可溶性糖含量
Fig.7
Contents of soluble sugar in cucumber treated with different concentrations of exogenous spermidine for different days
由图8可以看出，烟粉虱取食导致黄瓜植株内可溶性蛋白含量显著降低；亚精胺处理前期（5 d、10 d）可溶性蛋白含量没有降低，后期（15 d）虽然下降，但仍高于CK1，表明植株受到烟粉虱取食后植株可溶性蛋白含量下降，而喷施不同浓度外源亚精胺后可以提高可溶性蛋白含量的积累，减轻烟粉虱在黄瓜上的取食作用。
图8
图8
不同浓度外源亚精胺处理后不同天数黄瓜可溶性蛋白含量
Fig.8
Contents of soluble protein of cucumber treated with different concentrations of exogenous spermidine for different days
2.1.4 对黄瓜防御特性的影响
分析了不同浓度亚精胺对烟粉虱取食黄瓜中PAL活性和总酚含量的影响。从图9可以看出，烟粉虱取食引起黄瓜体内PAL活性显著降低；喷施外源亚精胺以后烟粉虱取食植株体内的PAL活性上升，其中Spd2处理（1.0 mmol/L）在第5、10、15 d的PAL活性不仅高于CK1，而且显著高于CK0。
图9
图9
不同浓度外源亚精胺处理后不同天数黄瓜PAL活性
Fig.9
PAL activities of cucumber treated with different concentrations of exogenous spermidine for different days
图10
图10
不同浓度外源亚精胺处理后不同天数黄瓜总酚含量
Fig.10
Total phenol contents in cucumber treated with different concentrations of exogenous spermidine for different days
2.2 外源亚精胺对烟粉虱生长发育的影响
2.2.1 对烟粉虱发育历期的影响
从图11看出，与CK相比，Spd3处理显著延长了烟粉虱的卵期，在3龄期，Spd2处理显著缩短了烟粉虱3龄的发育历期。在4龄的时候，Spd1处理与其他组相比显著缩短了烟粉虱的4龄发育历期，而从总的天数来看，低浓度的亚精胺（0.5 mmol/L）显著缩短了烟粉虱的发育历期，而高浓度的亚精胺（2.0 mmol/L）则显著延长了烟粉虱的发育历期。
图11
图11
不同浓度外源亚精胺处理对烟粉虱各龄期发育历期影响
Fig.11
Effects of different concentrations of exogenous spermidine on development period of B.tabaci at different stages
2.2.2 对烟粉虱体长和体宽的影响
从图12可以看出，Spd2处理与CK相比可以显著提高烟粉虱2龄和3龄烟粉虱的体长，Spd1处理与CK相比可以显著降低烟粉虱1龄的体宽。
图12
图12
不同浓度外源亚精胺处理对烟粉虱各龄期体长体宽的影响
Fig.12
Effects of different concentrations of exogenous spermidine on the body length and width of B.tabaci at different stages
2.2.3 对烟粉虱产卵量的影响
由图13中可以看出，外源亚精胺处理的产卵量都低于CK，其中Spd1处理显著低于CK，说明外源亚精胺处理植株使得烟粉虱产卵量降低，其中Spd1处理最为显著。
图13
图13
不同浓度外源亚精胺处理对烟粉虱产卵量的影响
Fig.13
Effects of different concentrations of exogenous spermidine on laying eggs of B.tabaci
2.2.4 对烟粉虱存活率的影响
从表2中可以看出，外源亚精胺对烟粉虱存活率的影响主要表现在卵到1龄时期，Spd1处理烟粉虱的存活率显著低于CK，3龄到4龄时期，Spd3处理烟粉虱的存活率显著低于CK。
表2 不同浓度外源亚精胺对各龄期烟粉虱存活率的影响
Table 2
| 发育阶段 Developmental stage | 烟粉虱存活率B.tabaci survival rate (%) | 差异显著性 Significance of difference | |||
|---|---|---|---|---|---|
| CK | Spd1 | Spd2 | Spd3 | ||
| 卵-1龄Eggs-first-instar | 0.99±0.01a | 0.82±0.05b | 0.86±0.06ab | 0.88±0.05ab | 0.096 |
| 1龄-2龄First-second-instar | 0.91±0.08a | 0.88±0.12a | 0.98±0.02a | 0.87±0.05a | 0.776 |
| 2龄-3龄Second-third-instar | 0.99±0.01a | 0.98±0.04a | 0.94±0.02a | 0.97±0.03a | 0.228 |
| 3龄-4龄Third-fourth-instar | 0.97±0.03ab | 0.89±0.07ab | 0.98±0.01a | 0.80±0.11b | 0.153 |
不同小写字母表示不同处理间差异显著（P < 0.05）。
Different lowercase letters indicate significant differences at P < 0.05 level.
3 讨论
可溶性糖与可溶性蛋白是植物中的重要营养物质，不仅影响植物的生长发育，还间接对植食性昆虫产生影响[29]。本实验室前期研究[30]发现，烟粉虱取食后，黄瓜体内可溶性糖含量升高；李田田等[31]研究表明，蚜虫取食黄瓜后引起可溶性糖含量增加，为蚜虫生长提供更多的营养。本试验也发现，烟粉虱取食后黄瓜叶片可溶性糖含量显著增加，其含量是CK0的3.8倍。但是喷施不同浓度的外源亚精胺后，黄瓜叶片可溶性糖含量与CK1相比都下降，说明亚精胺通过减少黄瓜中可溶性糖含量减少烟粉虱的营养来源。前人[31⇓-33]的研究结果显示，昆虫取食会导致可溶性蛋白含量的降低。本研究结果也显示，烟粉虱取食降低了黄瓜体内可溶性蛋白含量，而喷施不同浓度外源亚精胺增加了可溶性蛋白含量积累，说明亚精胺可以缓解了烟粉虱取食对寄主生理生化特性的影响。
本研究发现外源亚精胺还会影响烟粉虱的生长发育。例如，高浓度亚精胺（2.0 mmol/L）显著延长烟粉虱的发育历期，降低3~4龄期的存活率；低浓度亚精胺（0.5 mmol/L）降低烟粉虱的产卵量、卵到1龄时期存活率。烟粉虱作为世界常见的超级农业害虫之一，给农业生产造成众多不利影响，本研究为烟粉虱绿色防控提供了理论依据。
4 结论
综上所述，亚精胺可以提高黄瓜的光合能力，促进黄瓜生长发育状况，改变营养特性，增强寄主防御酶和防御物质，进而影响烟粉虱―寄主的互作，提高黄瓜对烟粉虱的抗性。
参考文献
Polyamines in plant physiology
The speEspdD operon of Escherichia coil.
Polyamlnes inhibit lipid peroxidation in senescing oat leaves
Effects of exogenous spermidine on poplar resistance to leaf and root herbivory as affected by soil cadmium stress
Bemisia tabaci on vegetables in the Southern United States: incidence, impact, and management
History, current status, and collaborative research projects for Bemisia tabaci
The sweet potato or silverleaf whiteflies: biotypes of Bemisia tabaci of a species complex?
Regional distribution, insecticide resistance, and reciprocal crosses between the A and B biotypes of Bemisia tabaci
The presence of Rickettsia is associated with increased susceptibility of Bemisia tabaci (Homoptera: Aleyrodidae) to insecticides
Performance and competitive displacement of Bemisia tabaci MEAM1 and MED cryptic species on different host plants
Global relationships of Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae) revealed using Bayesian analysis of mitochondrial COI DNA sequences
New putative cryptic species detection and genetic network analysis of Bemisia tabaci (Hempitera: Aleyrodidae) in China based on mitochondrial COI sequences
Changes in polyamine levels during shoot formation,root formation and callus induction in cultured Passi flora leaf discs
Ornithine and arginine decarboxylases and polyamine involvement during in vivo differentiation and in vitro dedifferentiation of Datura innoxia leaf explants
Polyamines and ethylene in relation to adventitious root formation of Prunus avium shoot cultures
