玫瑰叶片的物理化学性质对其抵抗Macrosiphum rosirvorum Zhang（半翅目：蚜科）能力的影响

《The Crop Journal》：Effect of physicochemical properties of rose leaves on resistance to Macrosiphum rosirvorum Zhang (Hemiptera: Aphididae)

玫瑰蚜虫抗性机制及理化特性关联研究通过EPG技术结合种群监测，评估了8个玫瑰品种的抗性差异。结果表明品种'Fen Shan'蚜虫 probing波形最长且E2波形最短，而'Pluto King Terrazza'相反。蚜虫种群与叶片总厚度、海绵组织厚度及疏密度显著负相关，与可溶性糖含量正相关。该研究为玫瑰抗源种质筛选提供了理论依据。

　　

董文梅|卢长豪|吴梦阳|李志丽|冯庆豪|陈文龙|杨志|赵勋|何英琴

贵州大学茶科学学院，贵阳 550025，中国

摘要

Macrosiphum rosirvorum 是 Rosa chinensis 的主要害虫。阐明抗蚜品种所具有的抗性机制对于制定针对这种食草昆虫的可持续管理策略至关重要。在本研究中，我们结合电穿透图（EPG）技术和蚜虫种群监测方法，全面评估了八个玫瑰品种对 M. rosirvorum 的抗性。此外，还研究了玫瑰叶片的理化性质与蚜虫抗性之间的相关性。结果表明，在 Rosa chinensis ‘Fen Shan’（CFS）品种上，M. rosirvorum 的 C 波形持续时间最长，而 E2 波形持续时间最短；相反，在 Rosa chinensis ‘Pluto King Terrazza’（CPKT）品种上则呈现出相反的模式。此外，CPKT 上的蚜虫种群数量最多，显著高于 CFS。在所测试的品种中，CFS 对 M. rosirvorum 显示出显著的抗性，而 CPKT 则表现出较高的易感性。皮尔逊相关性分析显示，蚜虫种群数量与叶片总厚度、海绵组织厚度和组织稀疏度之间存在显著的负相关，与可溶性糖含量存在显著的正相关。然而，蚜虫种群数量与叶片游离氨基酸、可溶性蛋白含量、上表皮厚度、下表皮厚度或栅栏组织厚度之间没有显著的相关性。本研究为抗蚜玫瑰种质的鉴定和利用奠定了理论基础。

引言

Rosa chinensis 是一种多年生花卉，被誉为“花中之王”，因其丰富的花色多样性和形态变化而备受青睐，具有重要的观赏和经济价值（Zhang 等，2021）。Macrosiphum rosirvorum（半翅目：蚜科）是玫瑰的主要害虫，它不仅通过吸取玫瑰枝条的汁液造成直接损害，还会传播病毒病原体，从而间接危害玫瑰的生长。因此，它严重影响了玫瑰的产量和观赏品质，导致巨大的经济损失（Wu 等，2015）。经过漫长的进化过程，植物发展出了多种复杂的防御机制来减轻害虫的侵害。利用植物的先天抗性来减少害虫侵扰已成为“绿色植物保护”的核心策略。这一策略不仅减少了农药的使用，还为开发环保和可持续的害虫管理技术提供了广阔的应用前景。目前关于抗蚜植物筛选和鉴定的研究主要集中在主要粮食和经济作物上，如小麦（Triticum aestivum L.）（Hu 等，2022）、玉米（Zea mays L.）（Chen 等，2020）、高粱（Sorghum bicolor L.）（Yang 等，2020）、大豆（Glycine max (L.) Merr.）（Chirumamilla 等，2014）和茶（Camellia sinensis (L.) Kuntze）（He 等，2023）。然而，由于抗性种质资源有限以及对抗性机制缺乏全面了解，抗蚜玫瑰的育种工作受到了显著阻碍。

食草昆虫必须选择合适的宿主进行生长、发育和繁殖。因此，研究昆虫在不同宿主植物上的取食行为和种群动态有助于了解它们的适应性，并评估宿主植物对害虫的抗性。蚜虫是一种典型的小型昆虫，具有刺吸式口器，利用口器从韧皮部和木质部吸取养分和水分。然而，它们的取食行为肉眼难以观察。电穿透图（EPG）技术建立了一个闭环电路系统，将昆虫口器接触植物组织时产生的电位差转换为特征波形，从而能够精确记录昆虫的探针行为、唾液分泌模式和持续取食时间（Zhao 等，2021）。作为一种有效的方法，EPG 已被广泛应用于水稻（Oryza sativa L）（Sun 等，2014）、棉花（Gossypium hirsutum L）（Li 等，2020）和小麦（Liu 等，2024）等作物的抗虫研究。

植物的理化性质在决定食草昆虫的宿主选择中起着关键作用。研究表明，宿主叶片的解剖结构构成了第一道物理防御线，主要通过表皮厚度和叶肉结构（栅栏组织和海绵组织）提供机械阻抗（Ouyang 等，2023）。当昆虫用口器穿透物理屏障后，会开始探针行为以评估宿主植物的营养适宜性（Wang 等，2021）。此时，植物会激活其次级防御机制——化学防御（包括营养成分和挥发性次生代谢物）来抵御昆虫的攻击（Zhang 等，2023）。长期以来，玫瑰育种主要集中在花色（Li 等，2024）、开花期（Xiong 等，2023）和香气（Sun 等，2020）方面，这些领域取得了显著进展。然而，对病虫害抗性的研究相对较少（Gao 等，2021）。

为了研究玫瑰叶片的理化性质对 M. rosirvorum 的影响，本研究结合电穿透图技术和蚜虫种群监测方法，系统评估了八个测试玫瑰品种的抗蚜性，并对玫瑰叶片的理化性质与蚜虫抗性之间的相关性进行了全面分析，旨在为抗蚜玫瑰种质的选育和利用提供理论基础。

实验部分

Rosa chinensis 是一种多年生花卉，以其显著的花色多样性和形态变化而闻名，具有重要的观赏和经济价值（Zhang 等，2021）。Macrosiphum rosirvorum（半翅目：蚜科）不仅是玫瑰的主要害虫，还会通过传播病毒病原体造成间接危害。因此，它严重影响了玫瑰的产量和观赏品质，导致重大经济损失（Wu 等，2015）。为了减轻害虫造成的损害，植物在漫长的进化过程中演化出了多种复杂的防御机制。利用植物的先天抗性来减少害虫侵扰已成为“绿色植物保护”的核心策略。这一策略不仅减少了农药的使用，还为开发环保和可持续的害虫管理技术提供了可能。目前对抗蚜植物的研究主要集中在主要粮食和经济作物上，如小麦（Triticum aestivum L.）（Hu 等，2022）、玉米（Zea mays L.）（Chen 等，2020）、高粱（Sorghum bicolor L.）（Yang 等，2020）、大豆（Glycine max (L.) Merr.）（Chirumamilla 等，2014）和茶（Camellia sinensis (L.) Kuntze）（He 等，2023）。然而，由于抗性种质资源有限以及对抗性机制缺乏全面了解，抗蚜玫瑰的育种工作受到了显著阻碍。

食草昆虫必须选择合适的宿主进行生长、发育和繁殖。因此，研究昆虫在不同宿主植物上的取食行为和种群动态有助于了解它们的适应性，并评估宿主植物对害虫的抗性。蚜虫具有刺吸式口器，利用口器从韧皮部和木质部吸取养分和水分。然而，它们的取食行为肉眼难以观察。电穿透图（EPG）技术建立了一个闭环电路系统，将昆虫口器接触植物组织时产生的电位差转换为特征波形，从而能够精确记录昆虫的探针行为、唾液分泌模式和持续取食时间（Zhao 等，2021）。作为一种有效的方法，EPG 已被广泛应用于水稻（Oryza sativa L）（Sun 等，2014）、棉花（Gossypium hirsutum L）（Li 等，2020）和小麦（Liu 等，2024）等作物的抗虫研究。

植物的理化性质在决定食草昆虫的宿主选择中起着关键作用。研究表明，宿主叶片的解剖特征构成了第一道物理防御线，主要通过表皮厚度和叶肉结构（栅栏组织和海绵组织）提供机械阻抗（Ouyang 等，2023）。当昆虫用口器穿透物理屏障后，会开始探针行为以评估宿主植物的营养适宜性（Wang 等，2021）。此时，植物会激活其次级防御机制——化学防御（包括营养成分和挥发性次生代谢物）来抵御昆虫的攻击（Zhang 等，2023）。长期以来，玫瑰育种主要集中在花色（Li 等，2024）、开花期（Xiong 等，2023）和香气（Sun 等，2020）方面，这些领域取得了显著进展。然而，对病虫害抗性的研究相对较少（Gao 等，2021）。

为了研究玫瑰叶片的理化性质对 M. rosirvorum 的影响，本研究结合电穿透图技术和蚜虫种群监测方法，系统评估了八个测试玫瑰品种的抗蚜性，并对玫瑰叶片的理化性质与蚜虫抗性之间的相关性进行了全面分析，旨在为抗蚜玫瑰种质的选育和利用提供理论基础。

实验细节

昆虫

本实验中使用的 M. rosirvorum 来自中国铜仁的一个玫瑰田（纬度 27°61′ N，经度 108°59′ E）。通过二歧键进行鉴定（Zhang 等，1983）后，这些蚜虫被保存在贵州大学昆虫学研究所。为了建立稳定的蚜虫种群，这些蚜虫被转移到易感的玫瑰幼苗上，并被关在气候箱内，环境条件为 25 ± 1 °C、70 ± 2% 相对湿度以及 14L:10D 光周期。

M. rosirvorum 的探针和取食行为

在六小时的记录期间，M. rosirvorum 在八个玫瑰品种上表现出七种不同的 EPG 波形：pd（细胞内口器穿刺）、C（细胞间口器路径）、np（非探针行为）、F（口器运动异常）、E1（韧皮部唾液分泌）、E2（被动韧皮部摄取）和 G（木质部汁液摄取）（图 1）。通过分析这些波形的数量和持续时间，我们发现 M. rosirvorum 的取食行为存在差异。

讨论

共同进化塑造了植物与昆虫之间的动态互动，促使双方发展出专门的防御和反防御机制，以确保物种的持续存在（Fürstenberg-H?gg 等，2013；Bruce，2015）。植物针对食草昆虫采用了两种不同的防御策略：先天防御和诱导防御（Qin 等，2005）。先天防御包括植物体内遗传调控的理化机制，贯穿其整个生命周期

CRediT 作者贡献声明

杨志：资金获取。赵勋：资金获取。何英琴：验证、监督、资源管理、项目协调、方法学。吴梦阳：研究。李志丽：研究。冯庆豪：研究。陈文龙：软件支持、资源提供。董文梅：初稿撰写、项目协调、研究、数据分析、数据管理。卢长豪：研究、数据管理

未引用的参考文献

资助

本研究得到了贵州省林业局（资助编号（2022YJ018）；贵州大学（资助编号（GDJC[2024]03）；贵州大学（资助编号（2024SRT046））的财政支持。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。