玉米蚜 [Rhopalosiphum maidis (Fitch)]是玉米(Zea mays L.)等粮食作物上的重大害虫之一，在世界各地玉米种植区均有分布。该害虫通过吸食植株汁液，造成产量和品质下降^[1-2]，同时可携带植物病毒，致使健康植株感染玉米病毒病^[3-4]。化学防治是玉米蚜田间防治的主要方法，但是农药3R问题日趋严重，目前利用玉米的抗蚜性解决蚜虫危害是有效途径之一^[5]。GERNERT^[6]首次报道了玉米对蚜虫的抗性；LONG 等^[7]和BECK等^[8]研究发现丁布含量与抗蚜相关；DICKE等^[9]分析认为低胡萝卜素含量与抗性有关；LOUIS等^[10]报道玉米抗虫性1-Cys蛋白酶对蚜虫有抑制作用。目前，中国进行玉米种质抗蚜鉴定的研究报道较少^[11-12]。本课题组近年来进行了玉米抗蚜种质资源的收集和鉴定^[13]，评价了1463个普通玉米自交系的抗蚜级别，分析了玉米农艺性状和叶片部分理化指标的关系，其中叶片厚度、叶片硬度、单宁、可溶性糖和可溶性蛋白含量与玉米抗蚜性显著相关；研究了蚜虫为害后抗感玉米幼苗中5种保护酶(SOD、POD、CAT、PPO和PAL)、叶绿素、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白质含量和光合特性及生物量的变化^[14-16]，但研究内容并不全面，因此本课题组进一步研究了蚜虫为害后抗感玉米品种的抗坏血酸 (ascorbic acid，AsA)、谷胱甘肽 (glutathione，GSH)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbic acid peroxidase，APX)含量及活性氧代谢的变化，为全面了解玉米抗蚜的生化机制奠定基础。

作物的活性氧代谢功能及AsA、GSH含量和APX活性会受到干旱、温度、水分等非生物和害虫、病原菌等生物胁迫的影响^[17-18]，在不良环境中作物体内活性氧浓度增加，引发保护系统启动，保护酶活性升高，是植物在逆境中重要的生理防御机制^[19]。刘忠霞等^[20]报道伴随干旱时间的增加苹果叶片内O₂⁻和H₂O₂含量逐渐上升；刘艳等^[21]研究表明：干旱胁迫致使甘草幼苗中抗坏血酸氧化酶(APX)大量积累，最终导致膜脂过氧化加剧；李天来等^[22]探索了钙离子可调控植物活性氧代谢。然而关于蚜虫胁迫对抗感玉米品种叶片内AsA、GSH含量和APX活性及活性氧代谢的影响尚未报道，因此我们进行了这方面的研究。

1.   材料与方法

1.1   供试玉米品种及玉米蚜

蠡玉 16和郑单 958品种由玉米育种课题组提供，郑单 958为抗蚜品种，蠡玉 16 为感蚜品种。

供试蚜虫：本试验所用的玉米蚜(Rhopalosiphum maidis)采自凤阳县国家级农作物试验站玉米实验田，并在人工气候室内饲养于甜玉米植株上，温度为(25 ±5) ℃，相对湿度为60%，光周期为14 L∶10 D。

1.2   材料处理

种子处理方式参考武德功等^[14]的方法进行，每品种播种50盆(每盆留苗3株)，放置在人工气候室内，定期浇水，生长期内白日温度20~30 ℃，夜间15~20 ℃，光照时间为14 h，光照度为5000~10000 lx，黑暗10 h。待幼苗长至三叶期，将个体大小一致的成蚜或高龄若蚜用描眉笔接到叶片上，接种密度为80头/株，2 h后查看蚜虫是否丢失，然后补充。分别在0、24、48和96 h测定各项生理指标，每个处理重复3次。

1.3   生理指标测定方法

AsA和O₂⁻的测定参照高俊凤^[23]的方法；APX、GSH、H₂O₂和OH⁻的测定参照寇江涛^[24]的方法。

1.4   数据统计分析

数据利用Excel 2010进行预处理和作图，并用SPSS 17.0进行单因素方差分析和邓肯氏多重比较。

2.   结果与分析

2.1   玉米蚜取食对AsA含量的影响

从图1可见：随着玉米蚜吸食时间的延长，蠡玉 16幼苗叶片中AsA含量呈升高趋势，在被玉米蚜吸食24、48和96 h后，蠡玉 16幼苗叶片中AsA含量与对照相比分别增加11.78%、16.63%和21.67%，均显著增加；随着玉米蚜吸食时间的增加，郑单 958幼苗中AsA含量呈先降后升的变化，在24 h后郑单 958幼苗叶片中AsA含量下降5.21%，低于不接蚜虫的对照(P<0.05)，而在蚜虫吸食48和96 h后郑单 958幼苗叶片中AsA含量分别增加6.86%和18.48%，显著高于对照(P<0.05)；玉米蚜刺吸及无蚜刺吸的蠡玉 16幼苗叶片中AsA的含量均高于郑单 958叶片内含量。与郑单 958相比，蠡玉 16幼苗叶片中AsA含量增加幅度较大，玉米蚜取食造成郑单 958幼苗叶片中AsA含量波动较小。

图  1  玉米蚜虫刺吸胁迫对不同玉米品种AsA、GSH、H₂O₂、OH⁻和O₂⁻ 含量以及APX活性的影响

注：LY16-T和LY16-CK表示蠡玉 16处理组和对照组；ZD958-T和ZD958-CK表示郑单 958处理组和对照组；不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Figure  1.  Effect of R. maidis feeding stress on the contents of AsA, GSH, H₂O₂, OH⁻ and O₂⁻ and the activity of APX in two maize varieties

Note: LY16-T and LY16-CK mean the treatment group and control group of Liyu16; ZD958-T and ZD958-CK mean the treatment group and control group of zhengdan958; different small letters mean significat difference (P<0.05).

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2.2   玉米蚜取食对GSH含量的影响

由图1所示：随着玉米蚜吸食时间的延长，蠡玉 16幼苗叶片中GSH含量逐渐上升，在玉米蚜吸食24 h后，蠡玉 16幼苗叶片中GSH含量增加1.72%，与对照相比无显著差异(P>0.05)，而玉米蚜吸食48和96 h后，蠡玉 16幼苗叶片中GSH含量分别增加30.27%和29.57%，显著高于对照(P<0.05)。随着玉米蚜吸食时间的延长，郑单 958幼苗叶片中GSH含量呈先降后升趋势，被吸食24 h后，郑单 958叶片中的GSH含量降低20.23%，显著低于对照(P<0.05)，被吸食48和96 h后郑单 958玉米品种幼苗叶片中的GSH含量分别增加19.61%和26.54%，显著高于对照(P<0.05)。因此，玉米蚜胁迫对郑单 958和蠡玉 16的GSH含量影响均较大。

2.3   玉米蚜取食对APX活性的影响

在玉米蚜吸食过程中，蠡玉 16和郑单 958幼苗中APX活性呈现先升后降趋势(图1)。被吸食24 h后蠡玉 16幼苗叶片内APX活性增加23.93%，高于对照(P<0.05)；被吸食48和96 h后，玉米品种幼苗叶片内APX活性分别下降2.42%和11.67%，均略低于对照(P>0.05)。被吸食24 h后，郑单 958幼苗叶片内APX含量增加10.87%，高于对照，但无显著差异(P>0.05)；被吸食48 h后，郑单 958幼苗叶片中APX活性下降4.51%，低于对照，但差异不显著(P>0.05)；被吸食96 h后，郑单 958玉幼苗叶片内APX活性下降20.61%，低于对照(P<0.05)。被吸食24 h，后对蠡玉 16幼苗叶片APX活性的影响高于郑单 958。

2.4   玉米蚜取食对H₂O₂含量的影响

由图1可知：被玉米蚜吸食24、48和96 h后，蠡玉 16叶片内H₂O₂含量之间无差异(P>0.05)，但是与对照相比增加了15.57%、21.73%和19.93%，均显著高于对照(P<0.05)；被吸食24、48和96 h后，郑单 958幼苗叶片内H₂O₂含量无显著变化(P>0.05)，与对照相相比，分别增加了2.79%、6.72%和5%；其中，48和96 h显著高于对照(P<0.05)。与对照相比，玉米蚜刺吸蠡玉 16品种叶片内H₂O₂含量变化幅度均大于郑单 958。

2.5   玉米蚜取食对OH⁻含量的影响

由图1所示：随着取食时间的增加，蠡玉 16叶片中OH⁻含量逐渐上升，被吸食24 h后，蠡玉 16幼苗叶片中OH⁻含量与对照相比无显著差异(P>0.05)，被吸食48 和96 h后，蠡玉 16叶片中OH⁻含量显著高于对照植株(P<0.05)，分别增加了8.94%和15.91%。被吸食24、48和96 h后，郑单 958叶片内OH⁻含量显著高于对照(P<0.05)，与对照相比分别增加了6.51%、6.22%和4.47%；被取食48和96 h后，蠡玉 16幼苗叶片中OH⁻含量变化幅度大于郑单 958玉米品种。

2.6   玉米蚜取食对O₂⁻含量的影响

从图1可见：玉米蚜吸食蠡玉 16和郑单 958品种后，随着时间的延长O₂⁻含量均呈上升趋势。被吸食24 h后，郑单 958幼苗叶片中O₂⁻含量与对照相比无差异(P>0.05)，被刺吸48和96 h后，郑单 958品种幼苗叶片内O₂⁻含量显著高于无蚜刺吸对照(P<0.05)，分别增加了6.15%和9.71%；被吸食24、48和96 h后，蠡玉 16叶片内O₂⁻含量均高于无蚜虫为害的对照植株(P<0.05)，与对照相比增加了15.63%、18.46%和24.26%；被刺吸48和96 h后，蠡玉 16幼苗叶片中O₂⁻含量变化幅度显著大于郑单 958玉米品种(P<0.05)。

3.   讨论

生物经漫长的演化，具备了多种精良的防御体系，包括清除活性氧体系，生物受到胁迫时，会生成大量的活性氧，清除活性氧系统会及时快速的清理这些活性氧，减轻对植物的伤害。清除活性氧体系由保护酶体系和非酶体系组成，保护酶体系主要有SOD、POD、CAT、PPO、PAL和APX等；非酶体系主要有AsA和GSH等；其中，保护酶SOD、POD和CAT在蚜虫为害24 h时对玉米幼苗的保护作用较强，PPO和PAL在蚜虫为害48~96 h时保护作用较强^[14]。本研究中随蚜虫胁迫时间的延长，AsA和GSH含量呈逐渐上升的变化，APX含量呈先上升后下降的变化，表明非酶保护物质AsA和GSH及保护酶APX都对蚜虫的胁迫有快速的响应，以清理因蚜虫胁迫产生的活性氧。但玉米蚜取食后，蠡玉 16 (感蚜)的AsA、GSH含量及保护酶APX上升幅度均高于郑单 958 (抗蚜)，这一结果与文献报道^[24]不一致，原因可能是本试验中抗蚜品种郑单 958对蚜虫的抵抗能力较强，在蚜虫胁迫后受到的破坏较小，产生的活性氧较少，而AsA、GSH和APX是植物受到逆境胁迫的响应防御物质，郑单 958受到的伤害较小，因此郑单 958体内的AsA、GSH和APX产生量也较少；而感蚜品种蠡玉 16对玉米蚜的抵抗力较弱，在蚜虫取食后受到的损害较大，产生的活性氧较多，所以蠡玉 16幼苗体内的AsA、GSH和APX产生量也较多。尽管蠡玉 16体内的保护酶和非酶保护物质产生量较多，能快速清理活性氧，但是活性氧已经对植株造成了伤害，所以蠡玉 16对蚜虫的抗性低于郑单 958。

生物体内的活性氧(reactive oxygen species, ROS)主要包括O₂⁻、OH⁻和H₂O₂等，在适宜的环境中活性氧产生后迅速就被清除，一般不造成伤害，当处于不良的环境条件即逆境时，活性氧产生速率加大，如果不能迅速清理，会侵害细胞膜并氧化细胞，使细胞快速死亡，进而损害器官和有机体。因此，生物体内O₂⁻、OH⁻和H₂O₂的含量常作为不良环境对生物伤害强弱的生理指标。

本试验中，在蚜虫为害后，蠡玉 16和郑单 958叶片内的H₂O₂含量在24 h时迅速升高，48和96 h时保持稳定；蠡玉16叶片内的OH⁻含量在玉米蚜取食24、48和96 h时呈现逐渐上升的变化，郑单 958叶片内的OH⁻含量在玉米蚜取食24 h时迅速升高，48 和96 h时保持稳定；随玉米蚜取食时间的延长，蠡玉 16和郑单 958的O₂⁻含量呈现逐渐上升的变化。以上O₂⁻、OH⁻和H₂O₂的变化情况说明玉米蚜为害对玉米幼苗活性氧的产生有影响。蚜虫取食后，郑单 958幼苗体内O₂⁻、OH⁻和H₂O₂的含量变化强度均低于蠡玉 16，表明在蚜虫为害后郑单 958的活性氧产生量较少，活性氧的累积量相应较少，对幼苗的伤害较轻，从而表现为抗蚜。而蠡玉 16幼苗体内活性氧产生量较多，活性氧在幼苗体内迅速积累，并对细胞、组织和器官造成较大伤害，因此表现为感蚜。寇江涛等^[25]研究发现：在Odentothrips loti为害后，紫花苜蓿(Medicago sativa L.)抗性品系R-1体内活性氧产生速率较慢，产生量较少，而感虫品系I-1体内的活性氧含量迅速升高，呈上升趋势；段灿星等^[26]报道：在Laodelphax striatellus胁迫后，水稻抗虫品种的H₂O₂积累较少，而感蚜品种体内H₂O₂含量逐渐增加，与本试验结果一致。因此，蚜虫胁迫后活性氧(O₂⁻、OH⁻和H₂O₂)产生量可以作为玉米是否具有抗蚜性的指标之一，对玉米品种选育早期鉴定抗蚜性具有重要的参考价值。另外，应结合抗虫性研究进一步开展害虫综合防治的工作，如生物防治^[27]及害虫为害不同抗性品种后对其自身生殖发育的影响^[28]。