高旭，郭文鋒，項(xiàng)瑤，申思，李曉瓊，

(1.廣西森林生態(tài)與保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西南寧 530004；2.廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530007；3.廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站，廣西憑祥 532600)

蟲癭是致癭生物誘導(dǎo)植物組織加速分裂產(chǎn)生的異常組織[1]，其中最主要的致癭生物為昆蟲。在蟲癭形成過程中，會(huì)導(dǎo)致一系列生理生化反應(yīng)，影響植物的正常生長與發(fā)育[2-4]。光合作用是植物物質(zhì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。蟲癭形成對(duì)植物光合有很大影響，但其趨勢(shì)及機(jī)制尚未定論。Florentine 等[5]認(rèn)為，蟲癭阻礙水分運(yùn)輸導(dǎo)致植物光合作用降低。Prade 等[6]也報(bào)道巴西胡椒木Schinus terebinthifolia被蟲癭侵染后，光合速率明顯降低。Jiang 等[7]發(fā)現(xiàn)蟲癭葉片光合速率的降低與氣孔導(dǎo)度有關(guān)。另有研究表明，蟲癭形成導(dǎo)致寄主植物的光合作用升高[4，8-10]或沒有顯著影響[11-12]，其原因是植物庫源關(guān)系改變、補(bǔ)償性光合作用及昆蟲食性差異。植物抗性強(qiáng)弱影響植物對(duì)蟲害的光合響應(yīng)[10，13-14]，不同蟲癭形成，生長階段對(duì)植物光合的影響也不同[4，15]。但已有研究鮮少比較植物抗性及蟲癭生長過程對(duì)植物光合生理的影響。

桉樹枝癭姬小蜂Leptocybe invasaFisher ＆ La-Salle 起源于澳大利亞，是一種嚴(yán)重影響全球桉樹種植的害蟲。該蟲能危害多種桉樹品系，在植物各部分形成蟲癭，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致苗木倒伏、停止生長，給桉樹產(chǎn)業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[16-17]。窿緣桉Eucalyptus exserta(EA)和巨圓桉Eucalyptus grandis×Eucalyptus tereticornis(DH201-2)是曾大面積推廣造林的2個(gè)桉樹品系，其中，EA 對(duì)桉樹枝癭姬小蜂的抗性較高，為低感品系，而DH201-2 易感染桉樹枝癭姬小蜂，為高感品系[18-19]。桉樹品系間對(duì)姬小蜂蟲癭脅迫的生理響應(yīng)不同[20-21]。但目前桉樹與姬小蜂關(guān)系的研究多集中于化學(xué)物質(zhì)、營養(yǎng)、植物激素及水力結(jié)構(gòu)等[19，21-23]，桉樹枝癭姬小蜂不同發(fā)育階段的蟲癭對(duì)桉樹光合生理的影響尚不清楚。因此，筆者以桉樹枝癭姬小蜂卵期(S1)、幼蟲期(S2)、蛹期(S3)3 個(gè)發(fā)育階段2 個(gè)桉樹品系(EA、DH201-2)的蟲癭葉片及對(duì)照(S0)葉片為研究對(duì)象，比較蟲癭形成前后及蟲癭發(fā)育過程中桉樹的光合生理變化，探討不同抗性寄主植物對(duì)蟲癭形成的生理響應(yīng)機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 供試苗木 EA、DH201-2 幼苗由廣西林科院提供，于廣西大學(xué)林學(xué)院苗圃進(jìn)行試驗(yàn)。將供試苗木移入20 cm×15 cm 塑料盆中，基質(zhì)為壤土與草炭土以1∶1 混合。苗木置于100 目尼龍罩內(nèi)以隔絕其他昆蟲，2 個(gè)月后，選取生長良好且長勢(shì)一致的桉樹幼苗供試。

1.2 桉樹枝癭姬小蜂蟲癭侵染處理 向蟲癭處理組尼龍罩內(nèi)放置4 根長1 m 被感染枝條，感染桉樹幼苗。其他未感染幼苗為對(duì)照組。3 個(gè)月后，篩選形成明顯蟲癭并包含蟲癭全部發(fā)育時(shí)期的桉樹幼苗進(jìn)行試驗(yàn)。

根據(jù)蟲癭外部形態(tài)特征，判斷其中姬小蜂的發(fā)育階段[卵期(S1)、幼蟲期(S2)、蛹期(S3)]，以劃分蟲癭發(fā)育時(shí)期[21]。同批未感染的桉樹葉片為對(duì)照(S0)。品系 EA 和 DH201-2 各 4 個(gè)處理。

1.3 數(shù)據(jù)測(cè)定及方法 每個(gè)品系桉樹選擇3 株，取植株頂端正常生長的第3～5 片葉，使用Li-6400 便攜式光合儀測(cè)定光合參數(shù)和光響應(yīng)指標(biāo)。每株桉樹選取20 枚葉片測(cè)定，取平均值。

光合指標(biāo)測(cè)定:設(shè)定葉面溫度為(26±3)℃，光強(qiáng)為1 500 μmol·m-2·s-1，測(cè)定時(shí)間為08:30—11:30，測(cè)定指標(biāo)包括葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)。并計(jì)算水分利用效率(WUE=Pn/Tr)。

光響應(yīng)指標(biāo)測(cè)定:光強(qiáng)梯度為 0，50，100，200，400，600，800，1 000，1 200，1 500 μmol·m-2·s-1。采用非直角雙曲線模型[24]，對(duì)光響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，得到最大凈光合速率(Amax)、表觀量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、光飽和點(diǎn)(LSP)。

葉綠素含量測(cè)定:每個(gè)品系桉樹選擇4 株，使用SPAD-502plus 測(cè)定葉片葉綠素含量(SPAD 值)，每株選取20 枚葉片測(cè)定，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析 采用雙因素方差分析比較桉樹品系及姬小蜂不同發(fā)育階段對(duì)桉樹葉片光合指標(biāo)、光響應(yīng)指標(biāo)、葉綠素含量的影響。將桉樹品系和姬小蜂發(fā)育階段作為固定因素，并考慮二者交互效應(yīng)。差異顯著水平設(shè)定為P＜0.05。數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用Sigmaplot 12.5 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 姬小蜂發(fā)育過程中桉樹光合參數(shù)差異 桉樹品系與姬小蜂發(fā)育階段對(duì)Pn產(chǎn)生顯著的交互影響(F3，15=3.558，P=0.040)。兩品系的 Pn在 S0及蟲癭發(fā)育3 個(gè)階段均無顯著差異。EA 的Pn隨蟲癭中姬小蜂發(fā)育略有下降，而DH201-2 的Pn則呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，但差異不顯著(圖1A)。

Tr受桉樹品系(F1，15=16.004，P=0.001)及桉樹品系與姬小蜂發(fā)育階段互作(F3，15=4.690，P=0.017)的顯著影響。EA 的Tr在不同發(fā)育階段間均無顯著差異，而DH201-2 的Tr隨蟲癭中姬小蜂發(fā)育呈現(xiàn)出先上升后略微下降的趨勢(shì)，在S2階段達(dá)到最大值，顯著高于S0、S1階段及同一階段下EA 的Tr(圖1B)。

桉樹品系(F1，15=25.725，P＜ 0.001)、發(fā)育階段(F3，15=4.255，P=0.023)及桉樹品系與發(fā)育階段互作(F3，15=5.134，P=0.012)顯著影響 WUE。EA的WUE 在姬小蜂3 個(gè)發(fā)育階段均顯著高于DH201-2。EA 各發(fā)育階段 WUE 均高于 S0，在 S1階段達(dá)到最大值，而DH201-2 各發(fā)育階段WUE 均低于 S0，且 S2、S3階段 WUE 顯著低于 S0(圖1C)。

Amax受桉樹品系與發(fā)育階段互作的顯著影響(F3，15=3.556，P=0.042)。EA 各階段 Amax無顯著差異，而 DH201-2 的 Amax在 S1、S2階段顯著高于S0(圖1D)。

桉樹品系(F1，15=6.228，P=0.026)、姬小蜂發(fā)育階段(F3，15=9.164，P=0.001)及桉樹品系與發(fā)育階段互作(F3，15=5.527，P=0.010)均顯著影響AQY。DH201-2 各階段 AQY 無顯著差異，而 EA在S1階段的 AQY 顯著高于 S0，且高于同階段下DH201-2 的 AQY(圖1E)。

Rd也受桉樹品系(F1，15=76.541，P＜ 0.001)、姬小蜂發(fā)育階段(F3，15=9.908，P=0.001)及桉樹品系與姬小蜂發(fā)育階段互作(F3，15=14.636，P＜0.001)的顯著影響。EA 的Rd隨姬小蜂發(fā)育呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)，S1、S3階段Rd顯著高于S2階段。DH201-2 各發(fā)育階段 Rd無顯著差異，而EA 各姬小蜂發(fā)育階段Rd均顯著高于S0及同一發(fā)育階段下DH201-2 的Rd(圖1F)。

圖1 不同發(fā)育階段桉樹光合參數(shù)的差異Fig.1 Differences of photosynthetic parameters of eucalypts at different developmental stages

桉樹品系間 Gs顯著不同(F1，15=7.140，P=0.017)。DH201-2 的Gs(0.061 ±0.009)mol·m-2·s-1顯著高于EA(0.029 ±0.008)mol·m-2·s-1。不同發(fā)育階段 Gs也顯著不同(F3，15=4.147，P=0.025)。S2階段的 Gs顯著高于 S0、S1和 S3階段(圖2A)。而桉樹品系與姬小蜂發(fā)育階段互作未對(duì)Gs形成顯著影響(F3，15=2.425，P=0.106)。

桉樹品系間的 LCP 顯著不同(F1，15= 5.953，P=0.028)，EA(9.757±0.861)μmol·m-2·s-1顯著高于DH201-2(6.695 ±0.913)μmol·m-2·s-1。不同姬小蜂發(fā)育階段的LCP 也顯著不同(F3，15=5.127，P=0.012)，S2階段的 LCP 顯著低于 S1、S3階段，但姬小蜂各發(fā)育階段蟲癭葉片的LCP 與S0相比，無顯著差異(圖2B)。

Ci在桉樹品系間顯著不同(F1，15=5.311，P=0.036)。DH201-2 的 Ci(5.720 ±50.563)μmol/mol顯著高于 EA(-154.421 ±47.671)μmol/mol。姬小蜂發(fā)育階段(F3，15=1.308，P=0.309)及桉樹品系與姬小蜂發(fā)育階段互作(F3，15=2.880，P=0.071)未對(duì)Ci形成顯著影響。

圖2 不同發(fā)育階段桉樹氣孔導(dǎo)度及光補(bǔ)償點(diǎn)差異Fig.2 Differences of stomatal conductance and light compensation points of eucalypts among developmental stages

2.2 姬小蜂發(fā)育對(duì)桉樹葉綠素含量的影響 桉樹品系(F1，24=30.222，P＜ 0.001)、姬小蜂發(fā)育階段(F3，24=282.143，P＜ 0.001)及桉樹品系與發(fā)育階段互作(F3，24=57.345，P＜ 0.001)均對(duì) SPAD 值形成極顯著影響(圖3)。兩品系各發(fā)育階段SPAD 值均顯著低于S0，隨姬小蜂發(fā)育呈現(xiàn)出先上升后略微下降的趨勢(shì)，在S1階段達(dá)到最小值。EA 在S0階段的SPAD 值顯著高于DH201-2，但在同一發(fā)育階段下，EA 和 DH201- 2 間 SPAD 值無顯著差異(圖3)。

圖3 姬小蜂不同發(fā)育階段桉樹葉綠素含量的差異Fig.3 Differences of chlorophyll content of eucalypts among larva developmental stages

3 結(jié)論與討論

植物對(duì)蟲癭感染的光合響應(yīng)機(jī)制尚不明確[4-12]。本文通過比較不同抗性桉樹品系在桉樹枝癭姬小蜂不同發(fā)育階段光合參數(shù)、光響應(yīng)指標(biāo)及葉綠素含量的動(dòng)態(tài)變化，揭示桉樹對(duì)姬小蜂蟲癭發(fā)育的光合響應(yīng)差異。本研究結(jié)果表明:姬小蜂不同發(fā)育階段的蟲癭在不同程度上影響蟲癭葉片的光合作用，且這種影響與植物抗性密切相關(guān)。此外，兩個(gè)品系蟲癭葉片間的光合指標(biāo)也有差異:DH201-2的WUE、Rd在感染蟲癭后顯著低于EA，Tr在S2階段顯著高于EA，AQY 在S1階段顯著低于EA。

氣孔是氣體交換的主要通道，調(diào)控著植物的氣體交換率和水分蒸騰率[25-26]。Gs為氣孔張開的程度，是影響植物光合、呼吸及蒸騰的主要因素。Tr可調(diào)節(jié)水分損失以保證體內(nèi)水分的有效利用[27]。WUE 則反映植物對(duì)水分的利用水平，由光合速率與蒸騰速率共同決定[14]。試驗(yàn)中，兩桉樹品系受害后，在水分利用、光能利用能力以及暗呼吸強(qiáng)弱方面存在差異:感染蟲癭后，DH201-2 各階段Gs均高于EA，S2階段Tr也顯著高于EA，但WUE 均低于EA，說明DH201-2 調(diào)節(jié)水分損失及水分利用的能力低于EA?？芙瓭萚14]也發(fā)現(xiàn)苜?？剐詿o性系受薊馬危害后，對(duì)水分損失的調(diào)節(jié)能力和水分利用效率均高于高感無性系。此外，本文中兩品系的Gs均在S2階段顯著升高，說明S2階段是蟲癭生長的旺盛時(shí)期，其氣體交換及呼吸、蒸騰速率均高于其它階段。

AQY 為弱光階段光響應(yīng)曲線的斜率，AQY 越高，植物對(duì)弱光的利用能力越強(qiáng)[28]。本文中，EA 的AQY 在S1階段顯著升高，且顯著高于DH201-2，說明EA 在S1階段對(duì)弱光的利用能力增強(qiáng)。光合產(chǎn)物的合成與運(yùn)輸需要呼吸提供能量[29]，Rd升高不利于有機(jī)物的積累[30]。但呼吸速率越大，植物的生理活性越強(qiáng)[4]，因而有利于植物在強(qiáng)光下的光合作用。試驗(yàn)中EA 的Rd在各發(fā)育階段均顯著升高，且高于同一階段下的DH201-2；而DH201-2 受害前后無顯著變化。表明 EA 的有機(jī)物積累低于DH201-2，但對(duì)強(qiáng)光的適應(yīng)性要強(qiáng)于DH201-2。

補(bǔ)償效應(yīng)普遍存在于生命系統(tǒng)中[31-33]，植物受害后可在生長、生理上形成補(bǔ)償[34]。其主要有3 種表現(xiàn)形式:超補(bǔ)償、等量補(bǔ)償及不足補(bǔ)償[35]。兩品系的Pn在各階段均無顯著差異，DH201-2 的Amax在S1、S2階段反而顯著升高，表明兩品系均具有一定的光合補(bǔ)償能力，短期內(nèi)凈光合速率不受影響，且DH201-2 的補(bǔ)償效應(yīng)更強(qiáng)，形成超補(bǔ)償。這可能是由于 Gs和 Tr的提高增加了葉片 CO2供應(yīng)(DH201-2 的 Ci顯著高于 EA)。但隨著蟲癭發(fā)育，Pn、Amax下降，表明隨植物受害時(shí)間延長，凈光合速率降低。葉綠素在植物吸收和傳遞光能中極其重要，其含量將直接影響植物的光合作用速率[36]。EA 和DH201-2 受害后，葉片葉綠素含量均顯著降低。其它研究也報(bào)道，被蟲癭侵染后，植物葉綠素含量呈降低趨勢(shì)[6，15，23，37]。相反地，吳耀軍 等發(fā)現(xiàn)，被桉樹枝癭姬小蜂侵染后，巨圓桉DH201-2和巨尾桉GL-UG9 葉綠素含量顯著升高[20]。此外，蟲癭數(shù)量[8]、葉片和蟲癭的相對(duì)位置[4，10]、昆蟲食性[11-12]及植株?duì)I養(yǎng)狀況[38]等均可能影響植物光合作用。