Name: 测试拟南芥耐咀嚼昆虫的选择和非选择性检测 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-05-14T16:15:00.000+00:00
Duration: 8 min 24 s
Description: 学习使用拟南芥进行选择和选择性实验，评估其对菜粉蝶幼虫的抗性。该方法通过测量幼虫体重增长和蝴蝶产卵偏好，研究茉莉酸和硫代葡萄糖苷在植物防御中的作用。

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无选择实验：
<ol>
<li>用塑料杯小心地将目标拟南芥植株罩住。本实验中使用的是：Col-0（野生型）以及茉莉酸（JA）合成缺陷的突变体。注意尽量减少对叶片的损伤，为此我使用这支画笔的背面操作。 </li>
<li>用细毛画笔从卷心菜上的种群中取出一只刚孵化的幼虫。 </li>
<li>小心地将幼虫放置在拟南芥植株上。 </li>
<li>在第4、7、10天称量幼虫体重。提示：将植物培养在短日照条件（8小时光照）下，以促进营养生长（1只幼虫可在1株植物上完成其完整生活史）。</li>
</ol>
选择实验：
<ol>
<li>选择两种不同基因型的植株，每种基因型各选一株。最好将植株种植于同一花盆中，以减少其他因素（如托盘效应等）的影响。 </li>
<li>将植株放入蝴蝶饲养笼中。 </li>
<li>选择一只具有生育能力的雌性个体。通常我会捕捉正在饲养种群中活跃产卵的雌性。 </li>
<li>将该雌性释放到饲养笼中，使其在两株植物之间自由选择，持续24小时。 </li>
</ol>
提示 1：为消除学习效应的影响，不要将雌性个体重复用于后续的选择测试。
提示 2： 只能比较具有相似生长表型的植株。或者，可以将每种基因型的叶片分别放在锥形瓶顶部，比较其对雌虫的吸引性。
有关本实验方案以及植物对昆虫食草动物的免疫反应的更多信息，请访问 <a href="http://arjournals.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.arplant.59.032607.092825">Annual Reviews of Plant Biology</a>。
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用于检测拟南芥对咀嚼式昆虫抗性的选择与非选择试验

Choice and No-Choice Assays for Testing the Resistance of A. thaliana to Chewing Insects

小菜蛾幼虫是农业环境中的一种害虫。这种毛虫以十字花科植物为食，该科植物包括多种农作物，如卷心菜、西兰花、 Brussels 芽菜等。昆虫的饲养在温室内的卷心菜植株上进行。饲养 Pieris rapae 至少需要两个笼子：一个用于饲养幼虫，另一个用于饲养成虫（即蝴蝶）。为了研究植物激素和有毒植物化学物质在抵抗该害虫中的作用，我们展示了两个实验。首先，测定茉莉酸（JA——一种常与抗虫性相关的植物激素）在抵抗咀嚼式口器昆虫 Pieris rapae 中的作用。可通过比较野生型植株与茉莉酸合成缺陷型突变体植株上毛虫的生长情况来评估其抗性。该实验被称为“无选择实验”，因为幼虫被迫仅取食一种合成或缺乏茉莉酸的植物。其次，我们展示了一项研究芥子油苷在产卵（产蛋）信号中作用的实验。在此“选择实验”中，使用野生型和芥子油苷合成缺陷型突变体拟南芥，允许雌性蝴蝶自由选择在两种基因型植株中的任意一种上产卵。本视频展示了这两个实验的设置过程以及代表性实验结果。

关键词：小菜蛾，Pieris rapae，十字花科，茉莉酸，JA，芥子油苷，拟南芥，抗虫性，无选择实验，选择实验，植食性昆虫，植物-昆虫互作

可通过多种方法检测植物对咀嚼式昆虫食草动物的抗性。本文中，我们展示了如何利用模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）建立选择性和非选择性实验，以鉴定其对害虫小菜蛾（Pieris rapae）的抗性。

小菜蛾幼虫是农业环境中的一种害虫。这种毛虫以十字花科植物为食，该科植物包括...

小菜蛾的幼虫是农业环境中的一种害虫。这种毛虫以十字花科植物为食，包括卷心菜、西兰花、 Brussels sprouts 等多种农作物及其他植物。有趣的是，植物可以进化出对食草动物的抗性，例如对小菜蛾的抗性。在本视频中，我们将采用两种方法来检测模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）对这种取食组织的昆虫的抗性。大家好，我是马丁·纳沃斯（Martin Navos），在博伊斯·汤普森植物研究所（Bo Thompson Institute for Plant Research）乔治·詹德（George Jander）实验室从事博士后研究。今天我将向大家演示如何建立“选择”与“非选择”实验，以拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为模式植物，研究其对植食性害虫的抗性机制。菜青虫的饲养在温室内的卷心菜植株上进行。饲养彼得虫至少需要两个饲养笼：一个用于幼虫，另一个用于成虫（蝴蝶），以展示植物激素和有毒植物化学物质的作用。在抗虫性测试中，我想演示两个实验。第一个实验将涉及确定茉莉酸的作用，茉莉酸是一种常参与植物抗虫反应的植物激素。在无选择实验中，可以比较幼虫在野生型植物和仅单宁酸合成受阻的突变体植物上的生长情况。假设是幼虫在突变体植物上体重增加更多。接下来，我们开始第一个实验。我们将利用植物进行一项无选择实验，使用倒挂金钟（Revit opsis elliana）来测量芜菁夜蛾（purest rapha）幼虫的体重增加情况。首先，我们需要小心地将这些植物封闭起来。在其中一个杯子中，我们剪掉这个塑料杯的底部。因此，为了进行包裹，我使用这种细画笔的末端。这样可以在不损伤叶片的情况下将这些植物包裹起来。因此，我们在此设置了一个选择实验，对象包括兔耳芥的野生型和突变型植物。该突变体为茉莉酸合成缺陷型突变体，可能对取食更为敏感。本实验为无选择实验，因为每只幼虫只能取食一种基因型的植物。因此，我们将每杯接入一只幼虫。开始实验时，必须使用刚刚孵化的幼虫，这些幼虫称为L1幼虫。这里展示的便是一只刚刚孵化的幼虫。好的，现在我要小心地将这条幼虫放置到测试带上。下一步是将每株植物连同其中的一条幼虫一起封闭起来，我使用细网和油酸带将它们封好，以防止幼虫爬出。之后我们等待几天，通常是七天，然后测量幼虫的体重增长情况。经过七天的喂养后，我们取出幼虫，用这个天平称重，并使用柔软的镊子小心地夹起幼虫，记录其重量。这只幼虫的重量接近250毫克。我将比较在突变植株上生长的幼虫与在野生型植株上生长的幼虫的体重。正如您立即可以看出的，野生型植株上残留的植物组织要多得多。因此我们推测，幼虫体重增加较少。在野生型植株上的幼虫体重仅约为一百毫克。因此，在被取食的组织量和幼虫体重增加方面均存在巨大差异。以上即为无选择实验的结果。接下来，我们继续进行选择实验，好吗？专性害虫能够识别并被对广食性害虫有毒的寄主信号所吸引。以芸苔属植物为例，其快速释放的芥子油苷被用作一种防御性挥发信号。在此，我将使用野生型及芥子油苷合成缺陷的突变体拟南芥。为了演示一个选择实验，在开始此实验之前，需要能够区分雄性和雌性蝴蝶。以下是一个示例：雌性碧凤蝶每只翅膀上有两个斑点，而雄性每只翅膀上只有一个斑点；有时雄性可能因具有第二个（通常较模糊）的标记而被误认为雌性。下面我们来设置这个选择实验。本实验中，我们同时拥有野生型和一种突变型植物。该突变型植物在芥子油苷的合成方面存在缺陷。需要再次强调的是，芥子油苷对广食性昆虫具有毒性，但对我们正在研究的这种专食性昆虫——小菜蛾而言，却能吸引其取食。因此，这是阴茎猿（penis ape）的五个幼虫阶段，从最小的L1幼虫阶段开始，逐渐增重直至第五龄幼虫。随后，它们将化蛹，并完成完全变态，这些幼虫最终将发育为成虫蝴蝶。在本次选择实验中，我使用了这个笼子，其中同时放置了野生型植株和突变型植株，现在我将向其中加入一只雌性蝴蝶。为了评估巴西莓果的效果，我通常会捕捉具有生育能力的雌性蝴蝶。为了确保其具有生育能力，我会捕捉正在积极产卵的雌性个体，小心地用手将其围住，并转移到测试笼中。我们将蝴蝶留在笼内24小时，然后统计每种基因型上产下的卵的数量。进行此类实验时，有一些实用的建议：首先，当你选择一只雌性蝴蝶后，不要将其用于后续实验，因为可能存在学习效应的影响。其次，只能比较具有相似生长表型的植物。因此，如果你所使用的植物不具备相似的生长表型，可以选取大小相近的叶片，并将其固定在LMI培养瓶的上方。因此，在24小时后，我们可以先取出植株。如您所见，野生型植株上附着有大量的卵，而突变体植株（缺乏芥子油苷的突变体）则缺乏对产卵的吸引刺激。如您所见，突变体上的卵极少，甚至几乎没有；而野生型拟南芥植株上的卵则非常多。至此，我已向您演示了如何设计实验来测定植物对昆虫的抗性。第一个实验为非选择性实验，即比较幼虫在突变型植株与野生型植株上的体重增长情况。第二个实验为选择性实验。我们比较了雌性蝴蝶在突变型植株与野生型植株上的产卵行为。非常感谢。就到这里。希望对您的实验有所帮助。

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