全 文 ：2006年 9月
2006, 28(3):368— 374
中国油料作物学报
Chinesejournalofoilcropsciences
芸薹属植物抗鳞翅目昆虫的研究进展
胡慧芬 1, 2 , 方小平2＊ , 肖　春 1
(1.云南农业大学植物保护学院 ,云南 昆明 650201;2.中国农业科学院油料作物研究所 ,湖北 武汉 430062)
摘要:从抗虫种质资源抗虫鉴定 、抗虫机理及芸薹属作物抗虫基因工程等方面综述了近 20年来芸薹属植物抗
鳞翅目昆虫的研究成果 。
关键词:芸薹属植物;鳞翅目昆虫;化学防御;抗虫机制
中图分类号:S565.4, S433.4　文献标志码:A　 文章编号:1007— 9084(2006)03— 0368— 07
　　芸薹属植物(如油菜和白菜类等蔬菜作物)在
生长期间 ,常受到小菜蛾 、菜青虫 、蚜虫 、黄曲条跳甲
等害虫为害 ,造成减产 。化学农药防治芸薹属植物
害虫 ,使害虫的抗药性不断提高 ,尤其是小菜蛾的抗
药性不断增强 ,从而降低了化学农药的有效性;选育
和种植抗虫品种则是解决这一问题最有效的途
径 [ 1] 。大量实践表明 ,选育和利用抗虫品种是防治
虫害最为安全 、经济 、有效的措施之一 ,有利于农业
可持续发展 、保护人类自身生存环境和食物安全 。
研究植物抗虫机制对利用植物抗虫性有重要意义。
本文综述近 20年来油菜 、食用蔬菜等芸薹属植
物抗鳞翅目昆虫的研究成果 ,包括抗虫鉴定 、抗虫机
理及抗虫植物基因工程等方面的研究进展 。
1　种质资源抗虫鉴定
抗虫性鉴定是对植物种质资源材料抵御害虫能
力的测试与评价 ,作物种质资源的抗虫鉴定是研究
抗虫性的基础 ,是获得抗性材料的第一步 。目前在
十字花科蔬菜和油菜上已鉴定出一些抗小菜蛾的品
种 。林举儒等[ 2]通过人工接虫的方法 ,对 71个十字
花科蔬菜品种和品系对小菜蛾的产卵选择性 、抗生
性进行了实验室 、温室和田间测定 ,在温室试验中 ,
初步明确了小菜蛾成虫喜欢选择叶色深绿的品种产
卵 ,着卵量和被害程度成正相关。但在田间接虫试
验中 ,菜花 PI234599,圆白菜 G8329和中国大白菜
等叶色深绿的品种被害很轻 ,表现高度抗虫;通过实
验室接种不同龄期幼虫的抗生性试验 ,明确了在抗
虫品种中一龄幼虫大量死亡。
RuwandiAndrahennadi等 [ 3]研究了芸薹属作物
尤其是芥菜型油菜(B.junceaL.Czern)对小菜蛾的
抗性 ,在生长室研究了 33个不同基因型的芸薹属作
物 ,大部分芥菜型作物吸引小菜蛾产卵 ,但仍然有一
部分品种如 Cutlas、RahangalaSp-2、MISp-3和
KudaoyaSp-11(B.juncea)、Echo(B.rapaL.)、S-
67(B.carinata)、Vates(B.oleraceaL.)及 Nila(B.
napusL.)上产卵较少 ,田间对上述作物连续两个生
长季节进行喷农药和不喷农药两种处理 , Rahangala
Sp-2和 Vates上卵量和幼虫数最少 ,而 Cutlas有
中度抗性 。这三种作物受小菜蛾幼虫的为害程度最
低。 RahangalaSp-2和 Cutlass是首次发现对小菜
蛾有抗性的芥菜型油菜 。
SureshRamachandran1等 [ 4]用小菜蛾和美洲棉
铃虫 [ Helicoverpazea(Boddie)(Noctuidae)]对转基
因 [ Bacilusthuringiensis, BtcryIA(c)]甘蓝型油菜的
两个品种 Oscar和 Westar进行温室和田间抗性鉴
定。温室选择性实验中 ,在营养生长期和花期 ,转基
因植物比对照受害程度低 。抗生性实验中 ,转基因
植物上小菜蛾死亡率达到 100%,美洲棉铃虫死亡
率 90%左右 ,存活的美洲棉铃虫头壳宽度及体重下
降 ,田间试验中进行人工接初孵幼虫(小菜蛾和美
洲棉铃虫)和自然侵染两种处理 ,转基因油菜都表
现高度抗性和较低的受害程度。转基因植物结荚数
和结籽数均多于非转基因植物。可见转基因油菜能
有效地抵抗小菜蛾和美洲棉铃虫的为害 。
2　抗虫机理
植物次生代谢物质在植物对植食性昆虫抗性的
作用研究 , 不仅包括寄主植物对植食性昆虫的引诱
收稿日期:2006— 01— 11
基金项目:国家自然科学基金重点项目资助(39830270)
作者简介:胡慧芬(1982—),女 ,云南曲靖人 ,硕士研究生 ,从事农业昆虫与害虫防治学研究。
＊通讯作者:027-86600020, E-mail:xpfang@public.wh.hb.cn。
作用 ,也应包括抗性品种或非寄主植物对植食性昆
虫的拒避作用[ 5] 。
2.1　植物次生代谢物质用于昆虫的寄主定位作用
2.1.1　植物次生代谢物质的引诱作用　昆虫利用
植物挥发性物质进行寄主的远程定位 ,表现为植物
挥发物对昆虫的引诱作用 。一些特异性次生物质成
为寡食性昆虫取食的寄主定位信号 ,是昆虫在长期
的进化中对环境适应的结果。
硫代葡萄糖甙(简称:硫甙)是十字花科植物中
普遍存在的植物次生代谢物质 。长期的协同进化使
小菜蛾对十字花科植物含有的硫甙产生了特殊的化
学敏感性 ,因此小菜蛾成虫喜欢选择硫甙含量高的
蔬菜产卵。喻国泉等 [ 6] 研究了芸薹属蔬菜中硫甙
对小菜蛾产卵的影响 ,在供试的 6种芸薹属蔬菜中 ,
小菜蛾产卵量与其中硫甙含量的趋势基本相符 ,即
小菜蛾趋向选择硫甙含量较高的蔬菜上产卵。从菜
心种子中提取硫甙进行小菜蛾产卵选择性试验结果
表明 ,卵全部产于喷有该提取物的非寄主植物通菜
(空心菜 ,学名 IpomoeaaquaticaForsk)上 ,在一定的
浓度范围内 ,浓度越高 ,着卵量越多 ,两者相关极显
著 。
Mewis[ 7]研究硫甙及其水解产物对菜螟产卵和
寄主定位的影响时测定了白芥(Sinapisalba)、芥菜
(Brassicajuncea)和白菜(Brasicacampestris)中的硫
甙 。白芥中检测到两种芳香簇硫甙即 4-羟苄基硫
甙(4 -hydroxybenzyl-GS)和苄基硫甙 (benzyl-
GS);芥菜中烯丙基硫甙(alyl-GS)含量最高;而在
白菜中吲哚硫甙(indolyl-GS)和烯烃基硫甙(alke-
nyl-GS)占优势。将这 3种硫甙提取物喷在非寄主
植物豆科植物(Vignaunguiculatasp.)上 ,菜螟的产
卵行为受到刺激 ,白芥的硫甙提取物引诱性最强 ,其
次是芥菜和白菜 。还发现白菜的硫甙的提取物水解
以后 ,产卵刺激作用便消失 。苄基硫甙和烯丙基硫
甙也刺激菜螟的产卵 ,其中苄基硫甙比烯丙基硫甙
刺激作用大 。
可见 ,植食性昆虫受芸薹属植物吸引的主要组
分是完整的硫甙 ,水解以后其引诱作用消失。
2.1.2　寄主定位嗅觉线索的鉴定　化学感觉器官
对植物化学物质的感受是昆虫寄主选择的基础 。对
寄主选择的化学线索需要昆虫对挥发性化学物质和
叶表组分进行鉴定 ,挥发性的化学物质一般由昆虫
触角或其它体表上的感受器感知。目前已在白菜 、
油菜等芸薹属作物上研究了对鳞翅目昆虫有活性的
组分 ,研究发现植物中的化学成分有的是单一组分
有活性 ,有的则是几个成分协同起来对化学感觉器
官起作用 。
韩宝瑜等 [ 8] 研究了小菜蛾对白菜挥发性次生
物质的触角电生理和行为反馈 ,鉴定了完整白菜挥
发物的主要组分为烯丙基异硫氰酸酯(AlylIC)、乙
酸顺 -3 -己烯酯 、罗勒烯 、 2, 5 -己二醇 、青叶醇
等 ,并发现完整白菜挥发物组分对小菜蛾活性最强 ,
其次为烯丙基异硫氰酸酯。
KennethA.Pivnick等 [ 9]利用行为学和电生理
学方法研究了小菜蛾雌虫对完整油菜挥发物和离体
叶片气味及特异性化合物的反应 。在 Y-型嗅觉仪
测定中小菜蛾受苗期完整的芥菜型油菜和甘蓝型油
菜植株所吸引 ,也受溶剂浸提芥菜型油菜叶片抽提
物的吸引 ,而不管异硫氰酸酯类物质 (isothiocya-
nates, 简称 IC)的存在与否 。在 Y-型嗅觉仪测定
和田间诱捕试验中 ,小菜蛾受异硫氰酸酯成分所吸
引。芥菜型油菜和甘蓝型油菜的植株挥发物引起触
角电位反应和 Y-型嗅觉仪的行为反应 ,烯丙基异
硫氰酸酯在同源植株叶片挥发物中吸引力最强 ,但
是在完整植株中不存在该组分。气相色谱分析完整
植株挥发物组分发现萜烯类馏分对小菜蛾的引诱性
最强 ,但是该馏分不能分离出有引诱活性的单个化
合物 。表明此馏分中的某些化合物是联合起来发挥
作用 ,尤其是当植株受危害时与硫甙协同起来作为
小菜蛾寄主定位嗅觉线索。
JosephL.Spencer等 [ 10]研究了黑芥子硫苷酸钾
(sinigrin)与叶表蜡质(WaxCompound)对小菜蛾产
卵行为的协同作用 ,单一的黑芥子硫苷酸钾对小菜
蛾产卵行为无显著差异 , 蜡质饱和烷烃 (n-al-
kanes)作用于小菜蛾 ,其移动速率减慢但与对照无
显著差异;黑芥子硫苷酸钾与饱和烃同时处理小菜
蛾 ,其移动速率显著降低 ,而黑芥子硫苷酸钾与烷烃
同时处理小菜蛾 ,比单一黑芥子硫苷酸钾处理 ,增加
了产卵量 。
目前 ,随着双低(低硫甙 、低芥酸)油菜品种的
推广 ,油菜中硫甙含量越来越低 ,只产生微量的异硫
氰酸酯类物质 。在研究象鼻虫对油菜挥发物的触角
反应时 ,鉴定出 25种对象鼻虫有活性的化学成分 ,
其中 3-丁烯基 、4-戊烯基和 2-苯乙基异硫氰酸
酯引起单细胞嗅觉电位反应 ,但并未引起明显的触
角电位反应。在双低油菜叶片挥发物中可能存在其
它电生理活性物质 ,以后可能会发现比硫甙裂解产
物更重要的用于寄主定位的信号物质 [ 11] 。
探明植物中对昆虫有活性的次生物质 ,是研究
369胡慧芬等:芸薹属植物抗鳞翅目昆虫的研究进展
植物抗虫性机理的基础 。这些有活性的次生物质 ,
往往是几种物质协同起来对昆虫发挥作用 。通过研
究芸薹属植物对昆虫的引诱作用 ,一方面可以作为
诱捕植物来防治害虫 ,进一步提取植物中有引诱作
用的次生物质作为昆虫产卵的引诱剂;另一方面 ,通
过降低植物中的引诱性物质如硫甙等 ,从而选育出
低硫甙的抗虫品种。
2.2　植物次生代谢物质对昆虫的驱避和致死作用
2.2.1　植物次生代谢物质对昆虫的驱避作用　植
物体通过次生代谢产生驱避性物质 ,在抗拒植食性
昆虫为害方面是很成功的 ,因为它们能够引起昆虫
的负趋性运动或无定向移动 ,从而可以避免或抵御
昆虫取食。
在高等植物的叶表角质膜外覆盖着一层蜡质薄
层 。近年来发现 ,叶表蜡层中的化学物质作为信息
物质与植食性昆虫的取食 、产卵等行为有着十分微
妙的关系。已经发现一些蜡质组分是昆虫的诱食剂
或抑食剂 ,一些蜡质组分则能诱使或阻遏昆虫在其
潜在的寄主叶表面产卵[ 12] 。
一个饶有兴趣的发现表明 ,植物叶表面的蜡层
可以同时对一种昆虫的取食有刺激作用 ,却对产卵
行为有抑制作用 。例如菜蛾经常不把卵产在它喜好
取食的植物上。将白菜的叶子放在试管内 ,引进雌
虫 ,只有 10% ～ 20%的卵产在叶子上 ,其余的产在
管壁上 ,如果除去叶子上的蜡质 , 75%的卵产在叶子
上 。这表明白菜叶的蜡层对于雌虫的取食有刺激作
用 ,而对产卵行为有抑制作用[ 12] 。
Ulmer等 [ 13]研究了小菜蛾在光叶型和蜡质型
两种油菜品系上的产卵选择性和幼虫抗生性 ,发现
在光叶品系上产卵较蜡质叶片多但差异不显著 ,一
龄幼虫在蜡质叶上存活率较在光叶品系上的高 ,且
差异显著。在叶片饲养试验中 ,光叶品系上四龄幼
虫重量较蜡质叶上的轻 ,其蛹重也比其他四个品系
轻但差异不显著 。可以推断出光叶品系对小菜蛾生
长有负面作用 ,也可以说叶片光滑的油菜品系对小
菜蛾幼虫生长有一定抗性 。 SanfordD.Eigenbro-
de[ 14]研究不同甘蓝叶表提取物对初孵小菜蛾行为
的影响时 ,发现初孵小菜蛾在抗虫光叶甘蓝 NY8329
比在紧凑型普通蜡叶甘蓝(Round-Up)叶片上移动
更快速 、爬行时间更长 、参与搜寻行为较频繁;初孵
幼虫在敏感甘蓝上取食选择时间较长 ,且比光叶甘
蓝差异显著 ,而咬食和吐丝时间也较长但差异不显
著 。用己烷和二氯甲烷提取两种甘蓝的叶表蜡层物
质 ,初孵幼虫对两种物质的趋性亦呈现相同差异趋
势 ,因而叶表蜡层物质与小菜蛾选择性有相关性。
两种甘蓝的叶表提取物的化学组分差异显著 ,光叶
甘蓝中含有三萜类物质 α-香树素 、β -香树素等 ,
普通蜡叶甘蓝没有这类物质 。蜡质组分的差异可能
制约着光叶甘蓝的抗虫性。 SanfordD.Eigenbro-
de[ 15]将 α-香树素和 β -香树素加入感虫品种
(Round-Up)蜡质组分中 ,发现减少了取食幼虫数
量 、减少了取食时间和增加了爬行时间 ,进一步验证
了光叶中的特殊蜡质成分影响昆虫的寄主选择。
Mewis[ 7]用 Y-型嗅觉仪对菜螟进行行为生测 ,
发现十字花科植物的气味吸引雌虫而不吸引雄虫 ,
低浓度的硫甙水解产物烯丙基异硫氰酸酯招致雌虫
的趋性 ,而高浓度则表现驱避作用 ,其产卵并不被寄
主气味所刺激。 AnuragA[ 16]研究异硫氰酸酯的抗
虫作用 ,用微胶囊包裹含有异硫氰酸酯的人工合成
饲料饲喂菜青虫 ,发现异硫氰酸酯降低了菜青虫的
存活率和生长速率 ,延长了发育时间 ,说明异硫氰酸
酯在植物抗菜青虫中发挥重要作用。
从以上研究成果来看 ,植物在防御昆虫取食过
程中 ,有两个方面的机制:一是通过叶表蜡质组分质
量上的差异;另一个是通过特异性次生物质含量的
数量上的差异 。对昆虫有抗性作用的次生物质有香
树素类物质及异硫氰酸酯等 。
2.2.2　植物次生代谢物质对昆虫的致死作用　植
物中含有一些次生代谢产物对某些昆虫或所有的昆
虫具有一定的直接毒性 ,在一定浓度下能引起急性
致死 。
十字花科蔬菜中含有内源芥子酶 (myrosinase,
EC3.2.3.1),它和硫甙存在于不同的部位。蔬菜
在被食用或机械破碎时 ,硫甙在这种酶的作用下可
水解产生异硫氰酸酯 、异硫氰酸盐(thiocyanates)和
腈类(nitriles)等化合物 [ 17] 。已经发现硫甙阻抑广
食性昆虫而吸引寡食性昆虫 ,并作为寡食性昆虫的
寄主定位信号。用芥菜品系 (Brassicajuncea)饲喂
寡食性害虫小菜蛾和广食性害虫南部灰翅蛾 (Spo-
dopteraeridania),在芥子酶活性较高的品系上 ,小菜
蛾取食时间较少 ,危害面积较小 ,而南部灰翅蛾的取
食时间 、危害面积与芥子酶活性无相关性。毒性试
验中 , AlylIC对小菜蛾有较强致毒作用 (LC50 =
1.54μmol/g),而烯丙基硫甙则表现很弱的致毒作
用(LC50 >100μmol/g);对于南部灰翅蛾 ,二者均有
较强致毒作用(前者 LC50 =3.42μmol/g,后者 LC50
=6.73μmol/g)。硫甙是十字花科植物防御广食性
昆虫的次生物质 ,但在长期进化中寡食性害虫已经
370 中国油料作物学报　2006, 28(3)
适应这一物质 ,从而推测 ,芥子酶活性是十字花科植
物防御适应完整硫甙的植食性害虫的又一武器 [ 18] 。
由此 ,植物对昆虫的防御反应与昆虫对植物防
御物质的适应是协同进化的 ,植物的防御不是一成
不变的 ,会随着昆虫的适应而调整相应的防御策略 。
因此 ,研究植物抗虫机制同时需要了解昆虫的解毒
机制。
2.3　植物诱导抗虫性
植物在受到虫害危害时 ,会产生一种自我保护
作用 ,即诱导抗虫性。许多实验证明植物挥发性次
生物质同样也能吸引天敌 ,是天敌远距离定向的主
要线索物质 。植物在遭到昆虫侵袭后 ,植物的挥发
性气味化合物成分的含量的各组分浓度比例改变 ,
可以起到间接防御的作用 [ 19] 。
抱子甘蓝受菜粉蝶取食危害后释放出来的挥发
性气味 ,能够引诱天敌 。一种是广食性的纹白蝶绒
茧蜂 , 另一种是寡食性的微红绒茧蜂 。 HansM.
Smid等[ 20]收集了菜粉蝶和大菜粉蝶危害抱子甘蓝
后的挥发物并鉴定了对两种寄生蜂有活性的成分 。
顶空收集受两种菜粉蝶危害抱子甘蓝后的挥发物 ,
用气相色谱 -触角电生理联用仪(GC-EAG)技术
检测 , 20种挥发物引起了持续的 EAG反应 ,用气谱
-质谱联用仪 (GC-MS)鉴定出了 19种成分 ,另外
一种成份未确定 ,可能因为浓度较低 ,并且只有微红
绒茧蜂对此有反应。
研究植物—昆虫 —天敌三级营养关系 ,可以利
用植物自身诱导抗虫作用 ,也可以在田间释放对天
敌有吸引作用的化学物质 ,发挥天敌对害虫的自然
控制作用。
3　芸薹属植物转基因抗虫性研究
现代分子生物学特别是植物基因工程的迅速发
展 ,使人们可以将各类外源的抗虫基因导入植物体
内 ,并顺利表达 ,从而获得抵抗各种虫害的转基因植
物 ,为害虫的防治提供了一条全新的有效的途径 ,丰
富了植物抗虫性物质及作用的多样性 。应用于芸薹
属作物抗虫基因工程基因有苏云金杆菌杀虫蛋白基
因(Bt基因 , Bacilusthuringiensis)包括 CryIA(c)、
cryIA(a)等 ,豇豆胰蛋白酶抑制剂基因 (CpTI基
因)、慈姑蛋白酶抑制剂基因(API)、马铃薯胰蛋白
酶抑制剂基因(PTI基因)等 。
目前已在油菜 、甘蓝 、不结球白菜 、结球白菜等
芸薹属植物品种上获得抗虫性稳定的后代 。
董五辈等[ 21]利用小菜蛾对转基因油菜植株进
行抗虫实验 ,转 Bt基因芥菜型油菜和转基因甘蓝型
油菜都有显著的抗虫能力 。李学宝等[ 22]将 Bt基因
[ CryIA(c)]转入甘蓝型油菜和芥菜型油菜并获得
了抗甜菜夜蛾和菜青虫转基因植株。林良斌等将
Bt毒蛋白基因导入甘蓝型油菜获得转基因植株 ,并
进行 Bt杀虫蛋白基因在转基因油菜中的动态表达
与其抗虫性研究 ,采用 ELISA方法检测 Bt杀虫基因
在转基因油菜植株中的表达 。试验结果表明 ,在第
3至第 9叶期 Bt杀虫蛋白基因在转基因油菜植株
中稳定 、高效地表达 ,但从第 11叶期后 Bt杀虫蛋白
表达量显著地降低 [ 23, 24] 。侯丙凯 [ 25]将野生型 Bt基
因 [ cry1A(a)10] 以基因枪法进行了油菜叶绿体基
因组的定点转化 ,经壮观霉素筛选 、SouthernBloting
分析 、抗虫实验等 ,在国际上首次实现了抗虫基因对
油菜叶绿体基因组的定点整合 ,并获得了具有抗虫
性的油菜叶绿体基因组转基因植株 。杨朝辉[ 26]用
CpTI基因转化芥菜 ,并获得阳性转基因芥菜 ,在室
内对菜青虫进行喂虫试验 ,结果表明转基因芥菜抗
虫性明显高于对照 ,转基因植株之间存在抗虫性差
异。
方宏筠等 [ 27]将豇豆胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI
基因)转入甘蓝栽培品种 “京丰”“迎春”中获得抗虫
植株 ,实验室内叶片离体饲养和盆栽接虫实验表明 ,
转基因甘蓝对菜青虫有一定抗性。佘建明 、蔡小宁
等[ 28]应用农杆菌介导法将含有豇豆胰蛋白酶抑制
剂 (CpTI)基因和新霉素磷酸转移酶(NPTⅡ )基因
的重组质粒导入结球甘蓝栽培品种春甘蓝 “鸡心
23”和秋甘蓝 “黑叶头 ”。对转基因当代植株(T0)及
其自交后代(T1、T2、T3)群体进行卡那霉素抗性 、抗
虫性鉴定和分子检测 。经 PCR、DNA分子杂交检
测 ,确认抗虫基因 CpTI已整合到受体植株的基因组
中 ,并在有性生殖过程中传递给后代 。卡那霉素抗
性和抗虫性状在 T0代植株上得到表达;T1代植株
中发生分离;T2代中呈现出 3种不同类型的株系:
抗性纯合 、杂合型和敏感性纯合株系;从 T3代中获
得卡那霉素抗性和抗虫性纯合的株系。试验结果显
示 ,卡那霉素抗性和抗虫性状在转基因植株自交后
代中的表现基本符合显性单基因的分离规律 。在
T2 、T3代抗虫性纯合的株系中 ,鳞翅目小菜蛾 、甜菜
夜蛾和斜纹夜蛾的 1 ～ 2龄幼虫校正死亡率为 6%
～ 100%,从中选出一批校正死亡率达 80%左右的
单株 。
张智奇等 [ 29]用慈姑蛋白酶抑制剂基因(API)
转化不结球白菜获抗虫转基因植株 ,转基因小白菜
371胡慧芬等:芸薹属植物抗鳞翅目昆虫的研究进展
的叶片离体饲虫初步试验结果表明对鳞翅目害虫菜
青虫的生长发育有一定的抑制作用。佘建明等 [ 30]
研究了转 CpTI基因不结球白菜后代的抗虫性表现 ,
发现其不结球白菜转基因植株的自交后代 T4 、T5 、
T6和 T7代的群体植株进行卡那霉素筛选 、室内人工
饲喂幼虫和分子检测 ,验证了抗虫性遗传的稳定性 。
试验中以甜菜夜蛾幼虫为靶害虫 ,发现转基因植株
同样具有抗虫性 。转基因不结球白菜植株对小菜
蛾 、斜纹夜蛾和甜菜夜蛾都表达出抗性 ,表明 CpTI
基因对鳞翅目害虫的抗性具有广谱性 。为了提高杀
虫效果 ,克服害虫对植物的耐受性 ,可以使用两种或
两种以上不同抗性机制的基因构建双价或多价抗虫
基因。徐淑平等 [ 31]利用农杆菌介导法成功地将 BT
基因和 CpTI基因导入不结球白菜(青菜)基因组中
获得转基因植株 ,并从转基因植株的 T3代筛选到 7
个转 BT基因纯合的抗虫株系和 5个转 CpTI基因纯
合的抗虫株系。
杨广东等[ 32]将修饰豇豆胰蛋白酶抑制剂基因
(Signal-CpTI-KEDL,即 sck)导入结球白菜 ,获得
抗虫植株 ,并且转化植株的 CpTI相对表达量达到较
高水平 ,离体叶片饲虫和田间自然抗虫性鉴定进一
步证明 , 转基因结球白菜对菜青虫具有一定抗性 。
H.S.Cho等 [ 33]将 Btcry1C基因转入大白菜(结球
白菜)获得转基因植株 ,检测其后代得到稳定的抗
小菜蛾 、粉纹夜蛾和菜青虫的转基因株系 。张军杰
等 [ 34]通过农杆菌介导的叶盘法成功地将马铃薯蛋
白酶抑制剂基因 pinlI导入结球白菜 “北京 80号 ”
中 ,以菜青虫为供试对象 ,用转基因结球白菜进行连
续离体喂养 ,结果发现受试的转基因植株对菜青虫
的生长发育有明显的抑制作用 。
比较不同来源的各种蛋白酶抑制剂 ,发现 CpTI
抗虫效果较为理想 ,其抗虫范围广 ,对鳞翅目 、鞘翅
目 、直翅目等几乎所有昆虫都有杀伤作用 ,而且其作
用位点在酶的活性中心 ,突变的可能性小 ,昆虫产生
抗性突变的可能性几乎没有。对于昆虫针对转基因
抗虫植物可能产生的耐受性 ,最有效的方法是联合
使用两种或两种以上不同杀虫机制的抗虫基因 ,使
转基因植物表达数个具有不同毒性机制的毒素 [ 35] 。
4　展望
芸薹属植物对人类有重要的经济价值 ,从化学
生态学角度揭示鳞翅目害虫对油菜等作物的寄主选
择 、取食行为机理及植物—害虫—天敌之间营养关
系 ,不仅为害虫的综合防治提供新的理论基础 ,而且
提供新的方法和途径 [ 36, 37] 。植物化学防御机理的
研究有助于通过植物遗传育种或基因工程进行抗性
育种 ,若能在作物改良中降低引诱性次生物质的含
量或者增加驱避性物质 ,可能会在一定程度上减免
害虫危害 。充分了解这些次生物质生物合成途径的
相关催化酶以及合成 、转运与贮藏位点的基础上 ,可
运用基因工程手段将其用于转基因抗虫作物的培育
中是大有潜力的[ 38] 。
目前存在的问题是抗虫机理还很模糊 ,尚未探
明对昆虫有生理活性的植物次生物质。其次是关于
协同进化 ,一些明确了的生理活性物质 ,随着植食性
昆虫的生存压力选择 ,逐渐能够适应 ,植物慢慢又会
产生新的防御性物质;另外 ,人们进行有目的选育品
种 ,也会产生新的协同进化 ,硫甙是十字花科寡食性
害虫的生理活性物质 ,随着低硫甙品种的推广 ,将会
产生其它防御性次生物质 。再者 ,植物抗虫性在生
产上的应用。单独依靠植物抗虫性防治害虫尚存在
一些问题 ,高水平的抗虫性作物中高浓度的次生物
质同样会诱导昆虫解毒酶系如多功能氧化酶
(MFO)、谷胱甘肽转移酶(GST)和羧酸酯酶等的产
生 ,从而提高害虫抗药性 ,降低作物的抗虫能力[ 39] 。
所以 ,在作物抗虫性的应用中 ,常与栽培防治 、化学
防治 、生物防治等协调运用。
芸薹属植物抗虫育种研究起步较晚 ,目前还存
在许多困难 ,例如许多抗虫材料品质较差 , 利用这
样的材料做亲本进行抗虫育种难以保证后代品质优
良;一些抗生性材料由于其有效成分同时对人类也
有毒性 , 很难在蔬菜育种中直接使用 。抗虫基因工
程中导入的外源基因也常出现基因沉默等现象 ,单
一基因的抗性植株容易引起新的害虫生物型的出
现 ,因而将多个抗性基因转入植物成为今后转基因
抗虫植物发展的方向。
参考文献:
[ 1] 　张文珠 ,李加旺.蔬菜抗虫育种研究现状与前景 [ J] .
河南农业大学学报 , 1999, 33(4):360— 363.
[ 2] 　林举儒 , M.H.迪克逊 , C.J.艾琼努.十字花科蔬菜对
小菜蛾的抗性研究 [ J] .美国经济昆虫学杂志(J.
Econ.Enfomol), 1983, 76:1423— 1427.
[ 3] 　 RuwandiAndrahennadi, CedricGillott.Resistanceof
Brassica, especiallyB.juncea(L.)Czern, genotypes
tothediamondbackmoth, Plutellaxylostela(L.)[ J] .
CropProtection, 1998, 17(1):85— 94.
[ 4] 　SureshRamachandranl, G.DavidBuntin, JohnNAl, et
al.Greenhouseandfieldevaluationsoftransgeniccanola
372 中国油料作物学报　2006, 28(3)
againstdiamondbackmoth, Plutellaxylostella, andcorn
earworm, Helicoverpazea[ J] .EntomologiaExperimental-
isetApplicata, 1998, 88:17— 24.
[ 5] 　戴小枫 , 丁红建.寄主植物挥发性它感信息物质与害
虫行为的关系 [ J] .世界农业 , 1996(12):27— 28.
[ 6] 　喻国泉 , 吴伟坚 ,等.植物中硫代葡萄糖苷对小菜蛾产
卵的影响 [ J] .华南农业大学学报 , 1998, 19(2):13—
19.
[ 7] 　MewisI, UlrichCh, SchnitzlerWH.Theroleofglucosi-
nolatesandtheirhydrolysisproductsinovipositionand
host-plantfindingbycabbagewebworm, Helulaundalis
[ J] .EntomologiaExperimentalisetApplicata, 2002,
105:129— 139.
[ 8] 　韩宝瑜 , 张钟宁 ,方宇凌.小菜蛾对白菜挥发性次生物
质的触角电生理和行为反馈 [ J] .科学通报 , 2001, 46
(16):1384— 1387.
[ 9] 　KennethAPivnick, BlairJJarvis, GeorgePSlater.
Identifacationofolfactorycuesusedinhost-plantfind-
ingbydiamondbackmoth, Plutelaxylostella(Lepidop-
era:Plutelidae)[ J] .JournalofChemicalEcology,
1994, 20(7).
[ 10] 　JosephLSpencer, SatishPilai, ElizabethABernays.
SynergismintheovipositionbehaviorofPlutellaxylostel-
la:sinigrinandwaxcompounds[ J] .JournalofInsect
Behavior, 1999, 12(4).
[ 11] 　BlightMM, PicketJA, WadhamsLJ, etal.Wood-
cock.AntennalperceptionofoilseedRape, Brassicana-
pus(Brassicaceae), volatilesbythecabbageseedwee-
vilCeutorhynchusassimilis(Coleoptera, Curculionidae)
[ J] .JournalofChemicalEcology, 1995, 21(11).
[ 12] 　马文儒.植物的叶表蜡层与昆虫的行为 [ J] .生物学
通报 , 1993, 28(10):12— 13.
[ 13] 　 UlmerB, GilotC, WoodsD, etal.Diamondback
moth, Plutelaxylostella(L.), feedingandprefer-
encesonglossyandwaxyBrassicarapa(L.)lines
[ J] .CropProtection, 2002(21):327— 331.
[ 14] 　SanfordDEigenbrode, KarlEEspelie, AnthonyM.
Shelton.Behaviorofneonatediamongbackmothlarvae
[ Plutelaxylostela(L.)] onleavesandonextracted
leafwaxesofresistantandsusceptiblecabbages[ J] .
JournalofChemicalEcology, 1991, 17(8):1691—
1704.
[ 15] 　SanfordDEigenbrode, SatishKPilai.NeonatePlutela
Responsestosurfacewaxcomponentsofaresistantcab-
bage(Brassicaoleracea)[ J] .JournalofChemicalE-
cology, 1998, 24(10):1611— 1627.
[ 16] 　AnuragAAgrawal, NilesKurashige.Aroleforisothio-
cyantesinplantresistanceagainstthespecialistherbi-
vorePierisrapae[ J] .JournalofChemicalEcology,
2003, 29(6):1403— 1415.
[ 17] 　何洪巨 , 陈　杭.芸薹属蔬菜中硫代葡萄糖苷鉴定与
含量分析 [ J] .中国农业科学 , 2002, 35(2):192—
197.
[ 18] 　QunLi, SanfordDEigenbrode, StringramGR, etal.
FeedingandgrowthofPlutelaxylostellaandSpodoptera
eridaniaonBrassicaJunceawithvaringglucosinolate
concentrationsandmyrosinaseactivities[ J] .Journalof
ChemicalEcology, 2000, 26(10):2401— 2419.
[ 19] 　康　乐.环境胁迫下的昆虫 -植物相互关系 [ J] .生
态学杂志 , 1995, 14(5):51— 57.
[ 20] 　JacquelineBFGeervliet, MaartenAPosthumus, Louise
EM Vet, etal.ComparativeAnalysisofHeadspace
VolatilesFromDiferentCaterpillar-InfestedorUnin-
festedFoodPlantsofPierisSpecies[ J] .Journalof
ChemicalEcology, 1997, 23(12):2935— 2954.
[ 21] 　董五辈 , 李学宝 , 金　波 , 等.转基因 Bt油菜抗虫性
试验 [ J] .河南科学 , 1996, 6(14):46— 49.
[ 22] 　李学宝 , 郑世学 ,董五辈 , 等.甘蓝型油菜抗虫转基因
植株及其抗性分析 [ J] .遗传学报 , 1999, 26(3):
262— 268.
[ 23] 　林良斌 , 官春云 ,李　栒 , 等.Bt毒蛋白基因导入甘蓝
型油菜获得转基因植株 [ J] .湖南农业大学学报 ,
1999, 25 (5):357— 360.
[ 24] 　林良斌 , 官春云.Bt杀虫蛋白基因在转基因油菜中的
动态表达与其抗虫性研究 [ J] .西南农业大学学报 ,
2001, 23(2):100— 107.
[ 25] 　侯丙凯.苏云金芽胞杆菌杀虫蛋白基因克隆 , 油菜叶
绿体表达载体构建及遗传转化研究 [ D] .中国科学
院遗传研究所 , 2000, 7.
[ 26] 　杨朝辉 , 宋洪元 , 何凤田.豇豆胰蛋白酶抑制剂基因
转化芥菜及抗虫鉴定 [ J] .中国生物化学与分子生物
学报 , 2003, 19(6):731— 735.
[ 27] 　方宏筠 , 李大力 ,王关林 , 等.转豇豆胰蛋白酶抑制基
因抗虫甘蓝的获得 [ J] .植物学报 , 1997, 29(10):
940— 945.
[ 28] 　佘建明 , 蔡小宁 , 朱卫民 , 等.结球甘蓝抗虫转基因
植株及其后代的抗性表现 [ J] .江苏农业学报 , 2001,
17(2):73— 76.
[ 29] 　张智奇 , 周　音 ,钟维瑾 , 等.慈姑蛋白酶抑制剂基因
转化小白菜获抗虫转基因植株 [ J] .上海农业学报 ,
1999, 15(4):4— 9.
[ 30] 　佘建明 , 何晓兰.转 CpTI基因不结球白菜的抗虫性
表现 [ J] .江苏农业学报 , 2004, 20(4):230— 232.
[ 31] 　徐淑平 , 卫志明 , 黄健秋.青菜的离效再生和农杆菌
介导 BT及 CpTI基因的转化 [ J] .植物生理与分子生
物学学报 , 2002, 28(4):253— 260.
373胡慧芬等:芸薹属植物抗鳞翅目昆虫的研究进展
[ 32] 　杨广东 , 朱　祯.大白菜转修饰豇豆胰蛋白酶抑制
剂基因获得抗虫植株 [ J] .园艺学报 , 2002, 29 (3):
224— 228.
[ 33] 　ChoHS, CaoJ, RenJP, etal.ControlofLepidopter-
aninsectpestsintransgenicChinesecabbage(Brassica
rapassp.pekinensis)transformedwithasyntheticBa-
cillusthuringiensiscry1Cgene[ J] .PlantCelReports,
2001(20):1— 7.
[ 34] 　张军杰 ,刘　凡 , 罗　晨 , 等.大白菜的马铃薯蛋白酶
抑制剂基因转化及抗菜青虫性的鉴定 [ J] .园艺学
报 , 2004, 31(2):193— 198.
[ 35] 　马　纲 , 张　敏.植物抗虫性物质与作用的多样性
[ J] .生物学通报 , 2002, 37(12):8— 9.
[ 36] 　侯照远 , 陈　雄 ,张　瑛 , 等.植物挥发性次生物质在
害虫防治中的作用与应用前景 [ J] .植保技术与推
广 , 1996, 16(5):37.
[ 37] 　杨振德 , 朱　麟 ,赵博光 , 等.昆虫化学生态学与植物
保护 [ J] .南京林业大学学报(自然科学版), 2003,
27(5):93— 98.
[ 38] 　刘　勇 , 倪汉祥 , 孙京瑞.抗虫活性物质的研究与应
用前景 [ J] .植物保护 , 2000, 26(5 ):29— 31.[ 39]
[ 39] 　高希武 , 马　军.害虫化学防治与作物抗虫性 [ J] .中
国农业大学学报 , 1998, 3(1):75— 82.
AdvancesonchemicaldefenseofBrassicacropsagainstLepidopterainsects
HUHui-fen1, 2 , FANGXiao-ping2 , XIAOChun1
(1.PlantProtectionColege, YunnanAgriculturalUniversity, Kunming650201, China;
2.InstituteofOilCropsResearch, ChineseAcademyofAgriculturalSciences, Wuhan430062, China)
Abstract:Thispaperreviewsadvancesonevaluationofresistance, resistancemechanismandtransgeniccrops
approachfortheenhancementofresistanceinBrasicacropsagainstLepidopterainsects.Problemsonchemicalde-
fensesofBrasicacropsagainseinsectsarediscussed.
Keywords:Brassicacrops;Lepidopterainsects;Chemicaldefenses;Resistancemechanism
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