表征食草动物抗性机制：沫蝉在 Brachiaria 以 spp. 为例

大家好，我叫Ush Bara，是国际热带农业中心的一名昆虫学家。本视频的总体目标是演示一种用于鉴定寄主植物对刺吸式害虫抗性机制的方法，以支持合作育种计划，提高对飞虱类害虫的抗性。本片将以草地早熟禾作为示例进行说明。

沫蝉是多种重要经济作物草类植物的主要害虫，包括热带牧草、甘蔗和玉米。在美洲热带地区，属于禾本科的牧草是沫蝉最重要的寄主。植物可通过三种广泛的作用机制来抵御植食性害虫的损害。

抗生性、抗生素、耐受性、抗性，有时被称为非偏好性，是指当植食性生物能够选择植物时，植物被避开的程度。抗生性通常在选择试验中检测，即让植食性生物接触多种基因型的植物。抗生素是指植物对其取食者适合度影响的程度。

最后，耐受性是指植物在不抑制有害生物生长和繁殖的前提下，能够承受或修复由有害生物（HBO）造成损害的程度。抗生素作用和耐受性均最适合在无选择试验中进行检测，因为在无选择试验中，有害生物被限制活动，只能取食单一植物。本视频将演示一种用于评估植物抗生性不耐受性的无选择试验，以沫蝉（spit bug）和黑麦草（IV. in aria grasses）为研究对象。在黑麦草中，寄主植物抗性是控制沫蝉的关键管理策略。

然而，基于强效抗生素的抗性可能会产生选择压力，从而促使害虫生物型向更强的毒力发展。另一方面，基于耐受性的抗性将允许蚜虫种群持续增长，直至其数量达到压倒植物的程度。因此，持久抗性可能需要抗生素作用和耐受性在一定程度上同时存在。

本实验方案将演示如何评估各因素对沫蝉抗性的相对贡献。Aria Aria 基因型来源于国际热带农业中心种质库的植株。实验所用植株通过成熟植株的单茎扦插进行无性繁殖，并以之作为实验单位。

将插条修剪至10厘米，以确保种植材料的一致性，并防止植物病原体污染。插条用3%次氯酸钠溶液清洗两分钟，然后用自来水彻底冲洗。每根插条种植于约36克无菌土壤中，土壤置于聚氯乙烯（PVC）管内，管底用泡沫塑料杯的下部密封，并用PVC接头帽封口。

插条由置于衬套中心开口内的泡沫环固定。需要施肥并浇水以保持土壤有足够的湿度。植物生长一个月后，再使其接触昆虫，以使其发育出浅层根系，这些根系可作为根部取食昆虫的取食位点。

在侵染前将植物倒置于泥炭藓培养基中八天，可进一步促进表层根系的生长，部分弥补根系结构的固有差异。该步骤需要人工光源，我们提供每天24小时的光照。对于表层根系较少或没有表层根系的植株。

经过此倒置处理后，将这些植株从实验中剔除。种植后30天，在每株植物的土壤表面接种6粒来自沫蝉种群的成熟卵。为建立这些种群，需从田间采集成虫沫蝉，鉴定至物种，并将其引入饲养笼中，提供感病性禾草叶片供其取食。雌虫将卵产于笼底浅层移除沟内所含的土壤中。

数天后，将土壤悬浮于水中，并通过一系列筛子以收集虫卵。将含有虫卵的材料悬浮于30%的盐溶液中，可使成熟虫卵上浮，而未成熟虫卵则随残留的有机物沉降。为防止昆虫病原体污染，虫卵需在0.5%次氯酸钠溶液中消毒五分钟，然后用蒸馏水冲洗，仅选择即将孵化的成熟虫卵用于感染实验。

可通过其前部对应昆虫眼睛位置的两个红点进行识别，后部对应昆虫腹部的粉红色标记，以及完全展开的精子。孵化成功在四天后确认，此时任何未孵化的卵都将被新生的唾液块替代。

根据我们的群体试验，植株采用随机完全区组设计，共六个重复。接种后约30天进行试验评估。

植物损伤评分可用来评估其耐受性，而昆虫存活率的评分则可用来评估抗生素效应。损伤程度采用1至5级的目测评分标准：1分表示无可见损伤，5分表示植株死亡。

随后，通过统计达到末龄幼虫阶段或成虫阶段的昆虫数量来评估其存活率。为了对抗性机制进行分类，可使用散点图对结果进行可视化展示，其中昆虫存活率位于横轴，植物受害程度位于纵轴。从右向左移动时，抗性水平逐渐增加。

另一方面，随着从上到下移动，耐受性逐渐增强。若植物对食草动物的响应位于该图下半部分，则认为其具有抗性。若该响应位于左侧象限，则其主要的抗性机制为抗生素作用。

如果响应落在右象限，则主导的耐药机制为耐受性。以下是我们筛选数据的一个代表性样本。上方的点代表敏感植株。

左下象限中的点代表由抗生素引起的抗性植株。右下象限中的点代表由耐受性引起的抗性植株。我们刚刚观看了一项无选择实验的演示，用于评估抗生素和耐受性对植株抗性相对贡献的程度，无论其作用机制如何。

我们以山楂属植物对沫蝉的抗性为例，但所介绍的原理应适用于其他系统。希望我们的视频对您自己的研究工作有所帮助。祝您好运。