2011
甘蔗作为我国重要的经济作物，不仅是维系 5000 万农民脱贫致富的重要经济支柱，而且还是 食糖生产最重要的原料；食糖不仅是食品和重要的 工业原料，更是人们日常生活中必不可少的生活元 素。而如今，随着世界能源危机日益加剧，甘蔗作 为 C4 作物，成为重要的绿色生物蓄能材料已受到 人们广泛的重视。我国在能源战略中，已将甘蔗作 为新的重要清洁能源材料进行开发利用，将糖与 粮、棉、油相提并论。因此发展甘蔗糖业生产，确 保原料甘蔗产业的稳定、可持续发展不但关乎国计 民生，而且也直接关系到我国生物能源事业的命运 和前途。
但是，近年来由于甘蔗病虫害为害，特别是甘 蔗螟虫为害猖狂，严重阻碍了甘蔗产业的发展。据 不完全统计，每年因螟虫为害造成的产量损失平均 在 15％以上。按此估计，全国蔗区每年因螟虫为 害造成的原料蔗损失约 1900 t，这相当于广东、海 南 2 省原料甘蔗生产量的总和。螟虫为害造成的糖 分损失在 1％以上，这也是一个相当可观的数字， 其损失不可小觊。
甘蔗属于高杆、密植、生长期长的作物，螟虫 防治工作很难开展。目前，以农药为主的化学防治 方法只能针对苗期螟害开展，而对于中后期甘蔗螟 害，目前几乎仍处于不设防状态，这是造成甘蔗螟 虫暴发为害的重要原因之一。因此，当务之急就是 要在化学防治以外寻找一条既能兼顾环境与生态， 又能在甘蔗整个生长季节对螟虫实施有效控制的防治新途径。
植物自身对害虫的免疫性是植物在长期的进化 过程中形成的一整套完善的防御体系。植物体的这 一体系可由机械损伤或昆虫的取食为激发子而被启 动，也可由外源的特异性物质如茉莉酸(JA)及其衍 生物茉莉酸甲酯(MeJA)等化合物为激发子而激活。 本研究通过气相色谱分析法，初步探讨了甘蔗苗期 喷施茉莉酸甲酯(MeJA)或机械损伤处理后，植株体 化感物质的组成分，解读甘蔗植株对 MeJA 的应答 反应情况，并对 MeJA 与机械损伤 2 者之间对诱导 甘蔗化感物质合成的相关性进行了分析。
甘蔗蔗苗：供试甘蔗材料为海南甘蔗育种场保 育的种质材料 ROC1 和粤糖 95-168。取甘蔗中、上 部蔗茎为种苗，将其斩切成双芽苗。播种于塑料育 苗盘中。待甘蔗苗长至 5～6 叶期，选取生长健壮、 均匀的蔗苗进行试验处理。
主要试剂：苿莉酸甲酯(MeJA)(分析纯)、甲醇 (分析纯)。
主要仪器：Agilent6890-5975 型气相色谱(检测 器 FID)-质谱一体机、旋转蒸发仪、组织捣碎机、 高速离心机等。
茉莉酸甲酯(MeJA)处理：将 MeJA 溶解于无水 乙醇中，再用蒸馏水稀释成 2.28 mg/L 的水溶液(含 乙醇 1％)中。用小型喷雾器对蔗叶及蔗茎进行均匀 喷雾，喷至叶面有挂水珠为度。
机械损伤处理：分叶部和茎部处理。叶部处理， 模拟螟虫取食叶片形成花叶，以蔗苗心叶下第 1 片 叶作为处理叶片，用消毒的打孔器沿叶脉两侧对称 地各打 2 个孔；茎部处理则模拟螟虫取蛀食蔗茎， 用消毒的昆虫针在蔗苗基部扎 6 个针孔。
对照(空白对照)处理：用含 1％乙醇的蒸馏水 对蔗茎、叶进行喷雾，喷至叶面挂水珠为度。
每处理重复 3 次，每重复 3 株蔗苗。处理前先 将不同处理分开放置，以免处理间相互干扰。
处理后 72 h，对 3 组处理分别取样，取样时将 蔗苗的叶和茎分别用剪刀剪下，叶片齐叶耳处剪 下，茎剪取弯头处至生长点。将 3 次重复所取蔗茎 或蔗叶切碎，称重。每组处理所取蔗茎或蔗叶重量 保持一致。
将样品切碎并分别置于捣碎机中，加入甲醇 100 mL，启动捣碎机，将叶片组织或茎组织捣碎并 萃取 1 h。倒出上清液，并用甲醇 10 mL 分 3 次冲 洗，将上清液合并进行过滤。后置于 250 mL 圆底 烧瓶中，用旋转蒸发仪将萃取液中的甲醇蒸去。经 浓缩后的油状液再用甲醇 10 mL 进行溶解稀释，取 溶液 1 mL 置于离心管中离心 5 min，取上清液 1.5 mL 置于比色瓶中备用。
气相色谱条件：色谱柱：毛细管柱 Agilent 19091S-433，固定相 HP-5MS 5％ Phenyl Methyl Siloxane，涂层厚度 0.25 μm，柱长 30 m，内径 250 μm；进样器温度：250℃；柱温：初始温度 60℃， 最高温度：300℃，初始时间 1 min，平衡时间 0.50 min，升温速度 20℃/min，最终温度 250℃，最终 时间 10 min；氢气流速：40.0 mL/min；空气流速： 450.0 mL/min；载气：氮气；进样品：0.5 μL。
甘蔗蔗苗经喷施茉莉酸甲酯(MeJA)和机械损 伤处理后，茎、叶组织中化感物质的气相分析结果 见图 1～4。为方便对分析结果进行比较，根据化 感物质在谱图中反映的峰值变化情况，将谱图中有 关的化感物质谱峰用数字进行标记。
从甘蔗茎、叶中化感物质的分析谱图中可以看 到，当甘蔗经喷施 2.28 mg/L 浓度的 MeJA 和机械 损伤处理后 72 h，2 个受试甘蔗品种叶片和茎组织 中的一些化感物质含量明显增加，不过也一些物质 含量呈现下降趋势。如图 1 中 3 号和 4 号、图 2 中 的 1、4、5、7、8 和 11 号、图 3 中的 2、5 号、图 4 中的 6、10、12 号等化感物质，在受 MeJA 和机 械损伤诱导后，均表现含量的增加；而图 1 中的 1、 2 和 5 号、图 2 中的 12 号、图 3 中的 4 号以及图 4 中 3a 和 3b 等化感物质，经诱导后，含量降低。另 外，经诱导后，还可导致甘蔗植株合成一些新的物 质，如图 1 中的 8 号，图 3 中的 1a、1b、3 和 3a 等化感物质。
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图 1 品种 ROC1 在 3 种不同处理后叶片中化感物质的气相色谱分析 |
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图 2 品种 ROC1 在 3 种不同处理间茎组织中化感物质的气相色谱分析图谱 |
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图 3 品种粤糖 95-168 在 3 种不同处理后叶片中化感物质的气相色谱分析图谱 |
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图 4 品种粤糖 95-168 在 3 种不同处理后茎组织中化感物质的气相色谱分析图谱 |
从上述的分析结果表明，甘蔗植株经 MeJA 和 机械损伤诱导后可产生明显的应答反应，具体表现为，处理组的化感物质含量及种类与对照组有明显 的变化。
从 2 个甘蔗品种材料在分别经喷施 2.28 mg/L 茉莉酸甲酯溶液和机械损伤处理后 72 h，植株中化 感物质的色谱分析可以看出，甘蔗植株对 MeJA 和 机械损伤的诱导，应答反应有相似之处，亦有不同 之处。差异之处在于：图 1 中的 6、7、9 和 10 号、 图 2 中的 5、7、11 号、图 3 中 1 号和图 4 中的 4 号等化感物质的含量可经由 MeJA 诱导而增加，机 械损伤作用对这些物质的诱导作用不明显；而图 2 中的 4 号、图 3 中的 1a、1b、3a、5、7、11、13 和 14 号等、图 4 中的 5、7 号等化感物质的含量可 经由机械损伤诱导作用而增加，MeJA 对这些物质的诱导作用不明显。
从 ROC1 和粤糖 95-168 2 个甘蔗品种对 MeJA 和机械损伤处理 72 h 后组织中化感物质的色谱分 析结果可以发现，不同品种对诱导作用的应答反应 亦有明显差异。其中，粤糖 95-168 对诱导作用的 应答反应似强于 ROC1，且前者的叶片对机械损伤 处理的应答反应更强，而蔗茎对茉莉酯甲酯和机械 损伤诱导的应答反应，2 者强度相当。
茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate, MeJA)是茉莉素 (Jasmonate)的衍生物之一[1]，是一类具有环戊烷酮 结构的、具有挥发性的天然植物激素化合物，已被 证明是植物种间和种内化学通讯物质之一。这些化 合物能在空气媒介中传播，具有诱导和激活植物体 自身的免疫系统，抵御外来病、虫侵害的功能[2]， 即所谓的诱导抗虫性。植物抗性诱导受到多种信号 的调控，其归纳起来可分为 2 类，即外源信号和内 源信号。外源信号包括：机械损伤、昆虫取食伤害 等；内源信号包括细胞壁的寡糖片断、水杨酸(SA)， 脱落酸，茉莉酸(JA)，茉莉酸甲酯(MeJA)，乙烯和 电信号等[3]。从诱导信号的类型看，机械损伤或昆 虫取食或称外界刺激只是外因条件，在外因的作用 下，通过内因诸如茉莉酸、茉莉酸甲酯等内源信号 而开启植物的防御体系(或称一系列的抗虫基因表 达)。由此可见，外源茉莉酸甲酯的作用类似于机 械损伤或昆虫的取食作用。初步的研究表明，甘蔗 苗期植株在施加外源茉莉酸甲酯后，可诱导甘蔗组织中化感物质的合成，同时也有抑制某些化感物质 合成的现象存在。这一诱导效应与试验中的机械损 伤作用有许多类似之处，同时亦有不同之处。而本 试验中机械损伤作用主要模拟螟虫伤害引起的花叶 和螟虫蛀茎形为，因此，研究结果初步说明，茉莉 酸甲酯诱导化感物质的合成与抗螟虫性有一定的相 关性。
茉莉素及其衍生物诱导植物抗虫性在番茄[4,5]、 烟草[6,7,8,9]、马铃薯[10,11]、水稻[12,13,14]、小麦[15]、杨树[16] 等多种作物中得到证实。目前，外用化合物诱导抗 虫性机理的研究有 2 个方面的发现：一是诱导植物 体某些化感物质的合成，对害虫产生直接的抗虫作 用，包括生物碱水平提高[17]、激发多酚氧化酶活性 从而增加酚类化合物的合成[18]、产生大量的蛋白质 抑制素[19]等，这些物质具有抗生性，主要影响害虫 取食营养以及害虫各虫态的正常生长、发育直至死 亡；另外，外源化合物诱导作用可引起植物产生大 量的挥发性物质，引起害虫产卵驱避[20]或幼虫拒食 即驱避和拒避作用；二是茉莉酸甲酯可通过植物- 害虫-天敌的三级营养关系互作，即植物通过改变 自身化学等特性，来改变天敌对害虫的捕食[21,22,23]或 寄生[24]，从而到起间接抗虫作用。至于本研究中甘 蔗对茉莉酸甲酯的诱导应答反应机理如何，诱导合 成的化感物质的种类、结构以及这些化感物质对甘 蔗螟虫生理及生化作用如何等，将有待进一步深入 的探讨。
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