二氧化碳浓度升高背景下韭菜对迟眼蕈蚊侵染的生理生长响应机制研究

本研究针对大气CO2浓度升高(eCO2)背景下韭菜作物受迟眼蕈蚊(Bradysia impatiens)侵害的生理响应机制展开研究。通过设置400/800 μL/L CO2浓度梯度与0/10/30头幼虫侵染强度的双因子实验，发现eCO2显著提升韭菜叶片宽度、可溶性糖和叶绿素b含量，但降低可溶性蛋白与叶绿素a水平。研究揭示了气候变化背景下植物-昆虫互作的新规律，为制定可持续农业害虫防控策略提供理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，大气二氧化碳浓度持续升高已成为影响农业生产的重要环境因子。研究表明，二氧化碳浓度升高(eCO₂)会通过改变植物气孔导度、光合作用和碳氮代谢等生理过程，进而影响植物与昆虫的互作关系。韭菜(Allium tuberosum)作为我国重要的特色蔬菜，其生产过程中常遭受迟眼蕈蚊(Bradysia impatiens)幼虫的严重危害，但关于eCO

为探究这一科学问题，甘肃农业大学植物保护学院的研究团队在《Scientific Reports》发表了最新研究成果。研究人员通过设计精巧的控制实验，系统分析了eCO₂与迟眼蕈蚊侵染对韭菜生长指标、营养组分和光合色素的复合影响，揭示了气候变化背景下植物-昆虫互作的新规律。

研究采用双因子实验设计，设置环境CO₂(aCO₂=400 μL/L)和升高CO₂(eCO₂=800 μL/L)两个浓度水平，以及0、10、30头/株三个迟眼蕈蚊幼虫侵染强度。实验在人工气候室内进行，严格控制温湿度(25±1℃, 50±10% RH)和光周期(16:8 h L:D)。供试韭菜品种"平韭2号"种植于装有壤土的盆钵中，培养三个月后接入来自甘肃天水稻作区的迟眼蕈蚊二代幼虫。研究人员使用游标卡尺测定叶片形态指标，采用分光光度法分析可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)、游离氨基酸(FAA)和游离脂肪酸(FFA)含量，通过便携式叶绿素仪(CCM-200)测量光合色素参数。

生长参数变化：研究发现eCO₂显著促进韭菜叶片宽度和茎粗增加，但在30头/株高侵染强度下株高显著降低。叶片厚度在CO₂处理间无显著差异，但在同一CO₂浓度下，10头/株侵染处理的LW、LT和SD值最高，30头/株处理最低。

营养成分响应：

eCO₂使可溶性糖含量增加，而可溶性蛋白含量随迟眼蕈蚊密度增加而降低。游离氨基酸在eCO₂下呈上升趋势，游离脂肪酸受CO₂影响较小但随侵染强度增加而下降。同一CO₂浓度下，30头/株处理的SS含量最高，而SP和FAA含量在10头/株处理最高。

光合色素特性：

迟眼蕈蚊侵染显著降低叶绿素a、总叶绿素和类胡萝卜素含量。在aCO₂条件下，10头和30头/株处理的总叶绿素分别降低20.89%和41.60%；eCO₂下相应降低20.06%和38.58%。类胡萝卜素在aCO₂下降低12.36-14.29%，在eCO₂下降低5.09-28.92%。

相关性分析：

叶片宽度与株高、可溶性糖呈正相关；叶片厚度与可溶性糖、游离氨基酸和叶绿素a正相关；茎粗与可溶性蛋白正相关；可溶性蛋白与游离氨基酸、游离脂肪酸正相关；总叶绿素与叶绿素a、叶绿素b正相关。

研究结论表明，eCO₂通过增强光合作用促进韭菜营养生长，但降低了氮素营养质量，表现为碳氮比增加。迟眼蕈蚊侵染破坏光合机构，诱导防御反应，导致叶绿素降解和次生代谢物积累。这种生理响应模式反映了植物在气候变化背景下对生物胁迫的适应策略。

该研究首次系统揭示了eCO₂与迟眼蕈蚊复合胁迫下韭菜的生理生态响应机制，为预测气候变化对蔬菜害虫发生规律的影响提供了科学依据。研究成果对制定未来气候条件下的韭菜害虫综合治理策略具有重要指导价值，同时为其他作物害虫的气候变化适应性研究提供了方法学参考。研究者建议后续工作应重点关注韭菜防御性次生代谢物的鉴定及其对迟眼蕈蚊取食行为的抑制机制，为开发基于植物抗性的害虫生态调控技术奠定基础。