甘蓝叶片表皮蜡质中n-二十九烷抑制小菜蛾产卵及幼虫取食的机制研究

《Journal of Chemical Ecology》:Cabbage Leaf Epicuticular Wax Deters Female Oviposition and Larval Feeding of Pieris rapae

【字体: 时间:2025年03月26日 来源:Journal of Chemical Ecology 2.2

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  为解决十字花科作物害虫防治过度依赖化学农药的问题,日本广岛大学研究人员通过气相色谱-质谱联用(GC-EIMS)和扫描电镜(SEM)技术,发现甘蓝品种'Kinkei 201'叶片表皮蜡质主要成分n-二十九烷(nC29)能显著抑制小菜蛾(Pieris rapae)雌虫产卵偏好和中龄幼虫(2-4龄)取食,但高龄幼虫(5龄)表现出相反偏好。该研究为开发基于植物表型抗性的绿色防控策略提供了新靶点,论文发表于《Journal of Chemical Ecology》。

  

十字花科作物长期面临小菜蛾(Pieris rapae)的严重危害,这种专食性害虫通过识别寄主植物中的硫代葡萄糖苷(glucosinolates)进行定位,但叶片表皮蜡质(epicuticular wax)在其寄主选择中的作用始终成谜。传统化学防治导致害虫抗药性加剧,而具有"光泽型"(glossy)叶片的甘蓝品种虽表现出抗虫性,但抗性机制存在物种特异性。日本广岛大学Itsuki Ueno团队以甘蓝栽培种'Kinkei 201'为材料,首次揭示了叶片蜡质主要成分n-二十九烷(n-nonacosane, nC29)对小菜蛾行为调控的双重作用,为作物抗虫育种提供了精准靶点。

研究团队采用气相色谱-电子轰击质谱(GC-EIMS)定量分析了7周龄甘蓝叶片蜡质成分,发现nC29占比最高(8.82 μg/cm2),伴生15-二十九烷酮、15-二十九烷醇等组分。通过机械摩擦去除蜡质后,结合扫描电镜(SEM)观察到叶片表面晶体结构消失;而喷涂nC29后则形成含管状晶体的蜡质结壳。在双选择实验中,雌虫在去蜡叶片上的产卵量显著高于天然蜡质叶片(P<0.001),喷涂1-10 mg nC29可逆转该效应。中龄幼虫(2-4龄)表现出相似偏好,而5龄幼虫却显著选择天然蜡质叶片,暗示发育阶段依赖性行为转变。

"蜡质去除vs天然蜡质"实验显示,去蜡处理使雌虫产卵量增加9.75倍,中龄幼虫取食面积扩大3.2倍。当用nC29标准品(1 mg)回补去蜡叶片后,产卵量降低至对照组的31%,取食面积减少58%。电镜证据表明,nC29形成的管状晶体结构可能物理阻碍昆虫附着。值得注意的是,5龄幼虫对天然蜡质叶片的偏好率高达73%,且nC29喷涂处理无显著影响,提示高龄幼虫可能通过解毒能力提升或学习行为适应蜡质。

该研究首次证实甘蓝表皮蜡质通过nC29介导的物理-化学双重防御机制调控小菜蛾行为。相较于传统认知,发现"蜡质型"(waxy)表型对特定发育阶段害虫具有抗性,这为解释田间抗性变异提供了新视角。研究建立的蜡质成分定量回补技术,为精准解析植物表面特性与昆虫互作提供了方法学范式。未来通过分子设计增强nC29生物合成,或结合特定硫代葡萄糖苷组合,可发展出新型生态防控策略。论文创新性地提出"发育阶段依赖性抗性"概念,对理解植食性昆虫的行为可塑性具有重要理论价值。

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