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黄瓜花叶病毒(CucumberMosaicVirus,CMV)是寄主植物最多、分布最广、对经济作物危害最严重的植物病毒之一。黄瓜花叶病毒能够被60多种蚜虫传播,其中最有效的介体是棉蚜(AphisgossypiiGlover)。棉蚜以非持久性的传毒方式传播黄瓜花叶病毒,能够在5—10s内获毒并且在1分钟内接种病毒,生产实践中直接使用杀虫剂消灭介体往往难以控制田间棉蚜传播CMV。我们希望通过研究棉蚜传播CMV的行为机理,来寻找控制蚜虫介体传播非持久性病毒的有效方法和措施。
在研究蚜虫传播植物病毒行为的众多技术方法中,目前最有效的是(蚜虫)刺吸电位技术——EPG,它可以通过直接观察蚜虫在传毒时的取食行为细节来研究蚜虫传毒。但是深入研究蚜虫传播非持久性病毒的行为机理需要更详细的传毒波形细节以及全新的实验设计,传统的EPG技术已不能适应。为此,本研究自行开发了可即时显示昆虫取食行为的技术,并在此基础上设计发明了昆虫取食行为即时中断的装置,可实现对蚜虫在细胞内的穿刺行为进行实时监控和人为控制,极大的提高昆虫取食行为研究的精度。应用该装置研究蚜虫传播非持久性病毒行为机理,直接比较某一特定的波形细节出现和不出现时是否会获得或者接种病毒,寻找与蚜虫传播植物病毒相关的关键性行为指标。主要研究结果如下:
(1)pd波是最早发现的与蚜虫传毒相关的EPG波形,本研究通过更加严格的实验设计也同样证实了这点。此外,本研究表明蚜虫传毒效率会随获毒过程中出现pd波数目的增多而显著提高(P=0.002)。这一现象在其他研究者中的工作中已有报道,据认为这是由于pd数目增多增加了蚜虫获得的病毒的量或者提高了蚜虫接触到染病细胞概率的缘故。本研究还发现了以前很少被报道的接种过程中pd波数目增多也可提高传毒效率的现象,对此上述两种假说均无法合理解释。为此,我们提出了“有效传毒行为因子”假说,即:只有带有某些特殊行为特征的pd才能使蚜虫有效的传毒。随着蚜虫获毒和接种过程中pd波出现次数越多,这种特殊类型的pd出现的概率也越大,蚜虫的传毒效率也越高。
(2)pd波的Ⅱ3在很多研究中被认为与蚜虫获得病毒相关,本研究通过比较蚜虫获毒过程中出现Ⅱ3和不出现Ⅱ3的传毒结果直接证实了上述观点。同时还发现,蚜虫获毒过程中不出现Ⅱ3典型脉冲也有很高的传毒效率,这推翻了一直认为的蚜虫获毒需要出现Ⅱ3典型脉冲的看法。本研究根据pd-L波形的Ⅱ3阶段波形特点,将其分为两个部分,无Ⅱ3典型脉冲的Ⅱ3阶段波形记为Ⅱ3a,包括Ⅱ3典型脉冲的Ⅱ3阶段波形记为Ⅱ3b。研究结果直接揭示了与蚜虫获毒相关的是pd波的Ⅱ3a阶段,而且由Ⅱ3a阶段的脉冲频率决定,同时获毒过程中是否出现Ⅱ3典型脉冲也与Ⅱ3a阶段的脉冲的频率显著相关。研究还使用了Logistic逐步回归分析寻找与蚜虫获毒相关的重要EPG行为指标。
(3)过去的研究曾认为蚜虫在pd波的Ⅱ1阶段接种病毒,我们的研究结果直接推翻了这一结论,并对得出这一错误结论的原因进行了详细的讨论。我们的结果显示:蚜虫在Ⅱ2阶段接种病毒,而且需要一定持续时间长度(>0.4秒)或者一定脉冲数目(>2)的pd亚波形Ⅱ2。同时当接种过程延续到Ⅱ3阶段后,接种效率会发生显著的下降(P=0.038),关于出现这一现象的原因也进行了详细的讨论。研究还使用了Logistic逐步回归分析寻找与蚜虫接种CMV相关的重要EPG行为指标。