茶尺的危害與防治

茶尺的危害與防治

茶樹(shù)是多年生多年生植物，主要種植在潮濕地區(qū)。茶葉生產(chǎn)中,昆蟲(chóng)為害是茶葉高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)的重要制約因素之一。自上世紀(jì)六七十年代以來(lái)廣被采用的化學(xué)防治便捷高效,但也導(dǎo)致嚴(yán)重的“3R(Resistance,Resurgence,Residue)問(wèn)題”。我國(guó)茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上3次茶樹(shù)害蟲(chóng)猖獗性演替皆由化學(xué)農(nóng)藥不合理使用導(dǎo)致。隨著有害生物綜合治理(IPM)技術(shù)的推廣,減少化學(xué)農(nóng)藥使用,進(jìn)行茶樹(shù)蟲(chóng)害抗性研究及抗蟲(chóng)良種培育倍受各產(chǎn)茶國(guó)的重視。茶尺蠖[Ectropisoblique(Prout)]屬鱗翅目尺蛾科,咀食芽葉,是我國(guó)三大主要茶樹(shù)害蟲(chóng)之一,為我國(guó)南方茶區(qū)為害嚴(yán)重地域優(yōu)勢(shì)種。我國(guó)每年因茶樹(shù)芽葉害蟲(chóng)危害,造成茶葉減產(chǎn)15%~20%,而局部茶區(qū)茶尺蠖暴發(fā)致茶葉減產(chǎn)60%以上,還嚴(yán)重影響成茶品質(zhì)。國(guó)內(nèi)外對(duì)茶尺蠖危害與防治以及茶樹(shù)抗蟲(chóng)機(jī)制研究取得的重要進(jìn)展,是培育抗蟲(chóng)良種的基礎(chǔ),對(duì)于鑒定茶樹(shù)抗蟲(chóng)等級(jí)、挖掘抗蟲(chóng)基因資源以及最終育成抗蟲(chóng)品種具有重要意義。1茶尺的危害及防治建議茶尺蠖國(guó)內(nèi)各茶區(qū)多有分布,尤以江南、西南茶區(qū)為甚,國(guó)外主要分布于日本。我國(guó)江南、西南等地多低山丘陵、山塢,茶園郁閉避風(fēng),溫濕適宜,21~26℃最適于茶尺蠖生長(zhǎng),繁殖力最強(qiáng),陰雨多濕利于卵的孵化發(fā)育,加上茶樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)好、留葉多,茶尺蠖常暴發(fā)而造成茶園損失慘重。2007年夏,茶尺蠖在浙江麗水市麗新鄉(xiāng)茶園大面積發(fā)生,嚴(yán)重影響當(dāng)季茶葉產(chǎn)量,并且致樹(shù)勢(shì)衰退,耐寒力差,易受凍害,兩三年后才能恢復(fù)樹(shù)勢(shì)。2009年四川樂(lè)山茶園遭遇30年最嚴(yán)重茶尺蠖蟲(chóng)災(zāi),夾江縣近萬(wàn)畝春茶減收超過(guò)三分之一。2010年貴州銅仁地區(qū)老山口茶場(chǎng)暴發(fā)茶尺蠖,10多年生33.3hm2茶園毀于一旦,次年玉屏縣亞魚(yú)鄉(xiāng)暴發(fā)茶尺蠖,55.3hm2優(yōu)質(zhì)茶園被茶尺蠖啃食,形如火燒,無(wú)茶可采,損失嚴(yán)重。茶尺蠖隨一些不同中國(guó)茶樹(shù)品種被引進(jìn)到西孟加拉邦大吉嶺山脈和尼泊爾部分地區(qū),推測(cè)造成了近年當(dāng)?shù)夭璩唧洞蟊┌l(fā)。20世紀(jì)70~80年代對(duì)茶尺蠖多以化學(xué)防治為主,90年代側(cè)重綜合防治,目前大多提倡有害生物綜合治理。生產(chǎn)上多采用深耕滅蛹、及時(shí)采摘降低幼蟲(chóng)基數(shù)、加強(qiáng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等措施;化學(xué)防治上篩選了一批防治茶尺蠖的高效新型低毒農(nóng)藥,如凱恩、艾法迪、苦參堿、印楝素等。近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)茶尺蠖生物防治進(jìn)行大量研究,重點(diǎn)利用了部分天敵資源及茶尺蠖核型多角體病毒(NPV),而茶樹(shù)害蟲(chóng)化學(xué)生態(tài)學(xué)的發(fā)展也為生物防治提供可利用信息,提出了綠色防治茶樹(shù)害蟲(chóng)新思路。目前對(duì)茶尺蠖防治取得了一些重要進(jìn)展,化學(xué)防治效果好,但副作用較大;生物防治對(duì)環(huán)境安全,但仍存在技術(shù)瓶頸,應(yīng)用范圍小;一些農(nóng)藝措施效果發(fā)揮慢,因此能否培育出抗蟲(chóng)良種一直是關(guān)注的熱點(diǎn)。對(duì)于茶樹(shù)對(duì)茶尺蠖抗性機(jī)制的研究將為化學(xué)防治、生物防治提供大量基礎(chǔ)信息,而如何利用這些信息是以后育種工作的重點(diǎn)。2茶樹(shù)抗蟲(chóng)機(jī)制植物抗蟲(chóng)性多由遺傳決定,產(chǎn)生物理、化學(xué)變化對(duì)昆蟲(chóng)行為和生物學(xué)產(chǎn)生負(fù)面影響,并且誘導(dǎo)利用昆蟲(chóng)天敵和微生物,是一定時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的多級(jí)營(yíng)養(yǎng)協(xié)同演化防御體系。按抗蟲(chóng)機(jī)制可分為組成型抗性和誘導(dǎo)型抗性。組成型抗性是茶樹(shù)一種固有特性,取決于基因型,穩(wěn)定存在植株中起作用;誘導(dǎo)型抗性是指被取食后茶樹(shù)影響植食者行為或降低其嗜好性反應(yīng),一種類(lèi)似于免疫反應(yīng)抗性現(xiàn)象。茶樹(shù)組成型抗性包括形態(tài)結(jié)構(gòu)抗性和生理生化抗性,誘導(dǎo)型抗性分為直接防御和間接防御。2.1茶樹(shù)品種對(duì)茶尺的抗性抗蟲(chóng)茶樹(shù)品種多具有芽葉茸毛多、葉片厚且硬、表皮蠟質(zhì)和角質(zhì)層厚、氣孔小且密、新梢色澤深、發(fā)芽早等特征。研究表明,茶樹(shù)部分形態(tài)結(jié)構(gòu)如茸毛密度、表皮蠟質(zhì)、角質(zhì)層及表皮厚度都有可能影響茶尺蠖取食。茶尺蠖消化過(guò)量茸毛會(huì)過(guò)早死亡,表面茸毛也使其難以粘上葉片。葉片表層較厚的角質(zhì)、蠟質(zhì)層具有酯結(jié)構(gòu),其烴基和羰基成分可限制茶尺蠖等食葉類(lèi)害蟲(chóng)為害,此多見(jiàn)于騎馬州等特異茶樹(shù)品種。但對(duì)龍井43等7個(gè)常見(jiàn)茶樹(shù)品種茸毛密度、上表皮厚度、角質(zhì)層厚度、柵欄組織和海綿組織厚度與茶尺蠖發(fā)育歷期進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析,雖不同品種葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)存在差異,但與對(duì)茶尺蠖的抗性相關(guān)性卻不顯著。分析猜測(cè),對(duì)于咀嚼式口器、取食量大、易進(jìn)入暴食期的茶尺蠖,常見(jiàn)茶樹(shù)品種形態(tài)結(jié)構(gòu)差異不大,對(duì)其抗性差異亦不會(huì)太明顯。茶樹(shù)一些生理生化特征對(duì)茶尺蠖的防御作用相關(guān)。楊麗麗對(duì)龍井43等10個(gè)茶樹(shù)品種葉片氨基酸總量、可溶性糖、多酚類(lèi)含量和含水量與茶尺蠖發(fā)育歷期進(jìn)行多元回歸分析,認(rèn)為多酚類(lèi)及氨基酸含量越高,茶樹(shù)對(duì)茶尺蠖抗性越強(qiáng),水分和可溶性糖含量越高,抗性越弱,與對(duì)其他害蟲(chóng)的抗性情況相契合;而鄭高云進(jìn)行了相似研究,結(jié)果卻與以上相悖,這些問(wèn)題有待進(jìn)一步研究確定。而關(guān)于咖啡堿、氨基酸、兒茶素種類(lèi)以及葉綠素等其他生化物質(zhì)與茶樹(shù)抗蟲(chóng)(茶尺蠖)性的關(guān)系值得進(jìn)一步試驗(yàn)。2.2毒原生化合物誘導(dǎo)型抗性產(chǎn)生直接防御是指植物被昆蟲(chóng)取食后誘導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生有毒次生代謝物質(zhì)或抗?fàn)I養(yǎng)、抗氧化酶類(lèi),以及防御蛋白質(zhì)含量的增加;間接防御是指被昆蟲(chóng)危害或外源誘導(dǎo)后植物釋放出和健康狀態(tài)下不同質(zhì)與量的揮發(fā)物吸引天敵寄生捕食,減少害蟲(chóng)數(shù)。2.2.1茶尺幼茶后對(duì)茶尺的誘導(dǎo)毒性作用經(jīng)昆蟲(chóng)取食刺激后茶樹(shù)利用形態(tài)或生理生化上的改變直接作用于植食性昆蟲(chóng)。蟲(chóng)害脅迫茶樹(shù)葉片多酚氧化酶(PPO)、過(guò)氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)等含量升高,活性增強(qiáng),對(duì)昆蟲(chóng)及其誘發(fā)的一系列病害有防御作用。其中,PPO一方面與食物蛋白氧化結(jié)合成醌類(lèi)物質(zhì)并進(jìn)一步形成酚類(lèi)絡(luò)合物,形成降低昆蟲(chóng)攝入植物蛋白價(jià)值的抗?fàn)I養(yǎng)機(jī)制,另一方面醌類(lèi)物質(zhì)本身的毒性對(duì)害蟲(chóng)會(huì)產(chǎn)生某種程度的毒害;POD通過(guò)消除植物細(xì)胞活性氧,解除氧化毒害來(lái)防御逆境;PAL催化反應(yīng)一般是酚類(lèi)化合物合成的關(guān)鍵步驟,對(duì)抗性次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生起調(diào)控作用。段曉娜利用外源茉莉酸處理茶樹(shù)葉片,PPO活性增強(qiáng),處理后葉片飼喂茶尺蠖幼蟲(chóng),體重、存活數(shù)均下降,表現(xiàn)出較強(qiáng)抗蟲(chóng)性。龍井43等7個(gè)不同茶樹(shù)品種正常葉中PPO、POD酶活無(wú)顯著差異,而茶尺蠖幼蟲(chóng)為害后所有品種中PPO、POD酶活皆上升,說(shuō)明茶尺蠖取食誘導(dǎo)兩種酶基因表達(dá),產(chǎn)生了抗性直接防御。進(jìn)行茶尺蠖咬食后葉片PPO、POD、PAL活性測(cè)定,PAL活性增長(zhǎng)明顯小于PPO和POD,對(duì)茶尺蠖抗性PAL貢獻(xiàn)遠(yuǎn)小于PPO和POD。桂連友等認(rèn)為,茶尺蠖取食茶樹(shù)葉片后體內(nèi)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生蛋白酶抑制劑,降低了中腸消化酶類(lèi)活性,對(duì)茶尺蠖產(chǎn)生毒害作用。此外,對(duì)茶尺蠖取食后茶樹(shù)光合生理研究有新發(fā)現(xiàn)。在受茶尺蠖危害21d內(nèi),受害葉片和同株未受害葉片光系統(tǒng)Ⅱ的光化學(xué)效率(Fv/Fm)、光合電子傳遞速率(ETR)和凈光合速率(Pn)值均高于對(duì)照,茶尺蠖危害誘導(dǎo)茶樹(shù)產(chǎn)生了補(bǔ)償光合作用。2.2.2茶尺誘導(dǎo)產(chǎn)生高血壓的作用機(jī)制茶尺蠖危害茶樹(shù)可以釋放出與健康植株不同質(zhì)和量的揮發(fā)物以吸引天敵寄生或捕食,降低害蟲(chóng)數(shù),此種揮發(fā)物稱(chēng)之為植食性昆蟲(chóng)誘導(dǎo)植物揮發(fā)物(HIPVs)。蟲(chóng)害或外源誘導(dǎo)產(chǎn)生的間接防御由各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑參與,物質(zhì)代謝也較為復(fù)雜。HIPVs絕大部分物質(zhì)經(jīng)植物體內(nèi)脂氧合酶途徑、萜類(lèi)化合物合成途徑、莽草酸途徑合成。每株茶樹(shù)被40頭1齡茶尺蠖幼蟲(chóng)危害,產(chǎn)生的揮發(fā)物中有10種脂氧脂肪酸衍生物、16種萜類(lèi)化合物以及7種莽草酸合成途徑產(chǎn)物,分別占總釋放量23%、24%和53%。3種合成途徑產(chǎn)物按誘導(dǎo)因子又可分為組成型、誘發(fā)型、新形成型。茶尺蠖取食可立即釋放順-3-己烯醛等4種綠葉性氣味物質(zhì),直接由機(jī)械損傷引發(fā),定義為組成型化合物。誘發(fā)型化合物是指正常植株釋放,蟲(chóng)害后釋放量加大的物質(zhì),茶尺蠖誘導(dǎo)測(cè)定HIPVs中不含此類(lèi)物質(zhì)。取食后誘導(dǎo)植物新合成的,非正常植株釋放的物質(zhì)稱(chēng)為新形成型化合物,占茶尺蠖誘導(dǎo)HIPVs絕大部分,對(duì)天敵捕食起主要定位作用,主要包括反-β-羅勒烯、2,4-二甲基-6-硝基苯酚(DMNT)、(反,反)-α-法尼烯、苯乙腈、吲哚和苯乙醇等,其中β-紅沒(méi)藥烯是特異性新形成化合物。組成型化合物由機(jī)械損傷引發(fā),而新形成型化合物的產(chǎn)生則可能由茶尺蠖口腔刺激茶樹(shù)體內(nèi)水楊酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控,或可能激活了茉莉酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的不同支路。目前確切的轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控分子機(jī)制仍沒(méi)有證實(shí),是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。茶尺蠖誘導(dǎo)產(chǎn)生HIPVs的間接防御作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面:(1)HIPVs對(duì)天敵的吸引。陳宗懋等研究表明茶梢經(jīng)茶尺蠖幼蟲(chóng)危害后可吸引天敵單白綿絨繭蜂的寄生。用“Y”形嗅覺(jué)儀測(cè)試了單白綿絨繭蜂對(duì)不同茶樹(shù)揮發(fā)物的行為反應(yīng),與健康茶樹(shù)相比,寄生蜂更偏好選擇機(jī)械損傷茶苗和茶尺蠖為害后的茶苗;而與機(jī)械損傷相比,寄生蜂更趨向選擇受茶尺蠖為害后的茶苗,并用觸角電位技術(shù)(GC-EAD)確認(rèn)了茶尺蠖危害后茶樹(shù)茶樹(shù)的16種揮發(fā)物對(duì)寄生蜂觸角有生理活性。(2)HIPVs對(duì)茶尺蠖本身行為的影響。取食誘導(dǎo)茶樹(shù)釋放的HIPVs對(duì)茶尺蠖產(chǎn)卵具有引誘作用。例如茶尺蠖趨向在同種幼蟲(chóng)為害茶樹(shù)上產(chǎn)卵,通過(guò)“相遇稀釋作用”減少子代的被寄生率,并經(jīng)過(guò)篩選,確認(rèn)了苯甲醇和(E)-2-己烯醛兩種揮發(fā)物能吸引成蟲(chóng)產(chǎn)卵。這里HIPVs釋放反而引起了茶尺蠖自身的一種保護(hù),茶樹(shù)被茶尺蠖危害后化學(xué)生態(tài)方面的防御趨向復(fù)雜,值得進(jìn)一步研究。由于HIPVs吸引茶尺蠖天敵防御具有重要意義,對(duì)調(diào)控HIPVs釋放的某些關(guān)鍵基因研究也陸續(xù)得以開(kāi)展。鑒于植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)日益成熟,未來(lái)可在茶樹(shù)中轉(zhuǎn)入目標(biāo)抗性基因,使得釋放更多揮發(fā)物以吸引天敵,從而提高茶樹(shù)的抗蟲(chóng)性。3茶尺一般基因的誘導(dǎo)表達(dá)在茶尺蠖取食誘導(dǎo)下抗性分子機(jī)制研究方面,利用mRNA差異顯示(DifferentialdisplayofmRNA,DDRT)、cDNA擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)(cDNA-amplifiedfragmentlengthpolymorphism,cDNA-AFLP)、抑制性消減雜交(Suppressionsubtractivehybridization,SSH)等技術(shù),研究茶樹(shù)取食前后的基因表達(dá)差異,分離、測(cè)序差異片段,比對(duì),初步預(yù)測(cè)、分析這些基因片段的類(lèi)型和功能。韋朝領(lǐng)等利用DDRT-PCR獲得222條差異表達(dá)片段。曹士先基于cDNA-AFLP獲得134條差異表達(dá)片段并對(duì)CsSAMT基因克隆表達(dá)分析。童鑫、喬金蓮等利用SSH分別獲得了茶樹(shù)茶尺蠖取食前后280、19個(gè)差異表達(dá)片段。這些差異片段預(yù)測(cè)功能類(lèi)型大體可分為代謝、光合作用與能量、蛋白合成與儲(chǔ)藏、信號(hào)傳導(dǎo)、抗病與防御、轉(zhuǎn)錄因子、運(yùn)輸、細(xì)胞生長(zhǎng)與結(jié)構(gòu)相關(guān)以及一些未知蛋白功能。依據(jù)這些預(yù)測(cè)及以往研究進(jìn)行分子調(diào)控機(jī)制的初步闡釋,茶尺蠖侵害后主要有以下表現(xiàn):(1)首先可能會(huì)誘導(dǎo)絲氨酸/蘇氨酸激酶、鈣離子結(jié)合蛋白、亮氨酸重復(fù)序列(LRRs)等信號(hào)傳導(dǎo)蛋白基因表達(dá),一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)激發(fā)后續(xù)脅迫反應(yīng);(2)信號(hào)激活的蛋白表達(dá)開(kāi)始從轉(zhuǎn)錄水平增加,RNA聚合酶、延伸因子、MYB轉(zhuǎn)錄因子等轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白的基因被相應(yīng)地誘導(dǎo)上升;(3)轉(zhuǎn)運(yùn)類(lèi)基因表達(dá)上升維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)及運(yùn)輸,如電壓門(mén)陰離子通道和水通道蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞離子滲透穩(wěn)態(tài),核苷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、糖脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等運(yùn)輸各類(lèi)應(yīng)激代謝原料;(4)一系列脅迫信號(hào)響應(yīng)和傳導(dǎo)后,某些調(diào)節(jié)茶樹(shù)自身代謝基因得到誘導(dǎo)表達(dá),碳酸酐酶、光系統(tǒng)ⅡCP43葉綠體載體蛋白、σ因子sigb調(diào)節(jié)蛋白等促成光合代謝補(bǔ)償效應(yīng)發(fā)生,銅離子穩(wěn)態(tài)因子、熱激蛋白、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶等通過(guò)平衡細(xì)胞離子濃度、恢復(fù)正確蛋白構(gòu)象、解除過(guò)氧毒害作用調(diào)節(jié)其他代謝穩(wěn)態(tài);(5)茶尺蠖取食誘導(dǎo)防御基因表達(dá)是區(qū)別于其他昆蟲(chóng)刺激的最重要方面,其中黃酮醇合成酶、細(xì)胞壁蛋白和半胱氨酸蛋白酶抑制劑等基因表達(dá)從合成趨避或毒害茶尺蠖次生代謝物、增加細(xì)胞壁組成剛性以及降低昆蟲(chóng)對(duì)蛋白質(zhì)利用率三方面對(duì)茶尺蠖進(jìn)行直接防御,而脂肪氧化酶(LOX)、苯丙烯鹽基乙醇脫氫酶、水楊酸羧甲基轉(zhuǎn)移酶(CsSAMT)等基因被誘導(dǎo)表達(dá),上調(diào)HIPVs各合成途徑關(guān)鍵酶含量產(chǎn)生間接防御作用。此外,在茶樹(shù)對(duì)茶尺蠖抗性功能基因研究方面,辛肇軍等從龍井43茶樹(shù)品種中克隆分離出茶樹(shù)脂氫過(guò)氧化物裂解酶基因(CsiHPL1)和醇脫氫酶基因(CsiADH1),并且應(yīng)用qRT-PCR技術(shù)揭示二者皆會(huì)在茶尺蠖取食誘導(dǎo)葉片中過(guò)表達(dá);Deng等在茶尺蠖取食葉片中克隆分離出肉桂醇脫氫酶3種基因CsCAD1、CsCAD2和CsCAD3,證明3種基因與抵御茶樹(shù)病蟲(chóng)害協(xié)同相關(guān)。4茶樹(shù)抗蟲(chóng)系統(tǒng)的研究茶樹(shù)品種選育主要關(guān)注產(chǎn)量和品質(zhì)等經(jīng)濟(jì)性狀,抗蟲(chóng)育種研究還很少。主要通過(guò)結(jié)合形態(tài)、生理生化性狀以及利用昆蟲(chóng)刺探電位圖譜(EPG)技術(shù)篩選了少量抗茶樹(shù)主要害蟲(chóng)的品種,得到如碧云、平利茶、農(nóng)抗早等對(duì)茶尺蠖較強(qiáng)抗性材料。Tanaka首次將標(biāo)記輔助育種(Marker-assistedselection,MAS)引入了茶樹(shù)抗蟲(chóng)性鑒定,但仍然欠缺高效分子標(biāo)記作為抗性鑒定依據(jù)。在克隆鑒定茶樹(shù)抗