虫害是制约农业生产和粮食安全的重要因素,目前农业生产正遭受因气候变化带来的害虫分布范围扩大和农药抗性增强的双重打击。亟需寻找利用植物自身特有的防御特性控制农作物虫害从而实现农药减施与农业的可持续发展。食草昆虫攻击植物会诱导植物产生虫害诱导挥发物(herbivore-induced plant volatiles,HIPVs),HIPVs通常是源自多个生物合成途径的化合物的混合物,主要包括萜烯、绿叶挥发物和芳香族化合物,并可能作为生理调节剂参与调节植物的生长发育和逆境响应。前期研究表明,萜烯能够通过诱发(prime)来增强健康植物对食草昆虫的抗性。然而,萜烯诱发植物抗虫性的机制在重要农作物如番茄中尚不明确。本研究以重要经济作物番茄(Solanum lycopersicum)为主要研究对象,以鳞翅目泛食性害虫斜纹夜蛾(Spodoptera litura)为主要为害昆虫,研究番茄受虫害诱导萜烯挥发物及诱发番茄抗虫性的有效组分鉴定;关键萜烯挥发物β-罗勒烯诱发番茄抗虫性的机制及与不同植物激素之间的关系。本研究主要结论如下:(1)斜纹夜蛾取食显著改变番茄HIPVs代谢谱。为了鉴定可以触发邻近健康番茄抗虫的系统防御的番茄HIPVs,顶空收集健康的番茄和受斜纹夜蛾取食24和48 h番茄释放的挥发物。与对照组相比,气相色谱-质谱(GC-MS)分析共检测到多种受斜纹夜蛾取食特异诱导的单萜及倍半萜。通过OPLS-LY-188011 molecular weightDA分析,最终选定5种受斜纹夜蛾取食显著诱导释放的挥发性萜烯,包括β-罗勒烯(β-ocimene,βoci)、月桂烯(myrcene)、水芹烯(phellandrene)、柠檬烯(limonene)和芳樟醇(linalool)。此外,q PCR结果表明,参与相关萜烯合成的TPS7、TPS25和TPS5等关键酶基因均受斜纹夜蛾取食显著诱导。(2)βoci暴露可以显著诱发番茄对斜纹夜蛾的抗性。利用分配器模拟番茄受虫害诱导萜烯释放速率,通过生物测定分析不同挥发物化学纯品对番茄抗虫性的诱发作用发现,βoci的诱发效果最为显著,并且在βoci预暴露24 h后至少10 d之内可维持番茄的诱发抗虫性;此外,βoci预暴露处理能够在不同程度上诱导大多数番茄品种的抗虫性,如‘cv.Castlemart’(CM)、‘cv.Moneymaker’(MM)和‘cv.NN2211配制MicroTom’(MT),但却不能诱发‘cv.Ailsa Craig’(AC)产生抗性,这表明βoci诱发抗虫性与番茄的遗传背景有关。(3)βoci诱发番茄依赖于茉莉酸(JA)信号途径的抗虫性。植物激素定量显示,与暴露于相应溶剂对照的植株相比,βoci暴露显著促进了番茄叶片中在斜纹夜蛾取食6和12 h时的JA及茉莉酸-异亮氨酸(JA-Ile)含量积累,而水杨酸(SA)和脱落酸(ABA)的含量并不受显著促进或抑制;同样,q RT-PCR结果表明,βoci暴露预处理后参与茉莉酸生物合成的关键基因LOXD和AOS在斜纹夜蛾取食的1和3 h时被显著诱导;利用βoci预暴露参与JA、乙烯(ET)、SA和ABA等激素信号途径缺陷突变体发现,与相应背景的野生型番茄相比,在JA合成缺陷突变体spr8中,βoci预暴露诱导的番茄抗虫性基本上消失;而在ET信号缺陷突变体slein2-1和SA含量缺陷的35S::Nah G中,βoci预暴露诱发的番茄抗虫性均在一定程度上被抑制。上述结果表明JA在βoci诱发的番茄抗虫性起核心调节作用,而ET和SA可能参与微调βoci诱发的番茄抗虫性。综Biomass exploitation上所述,本研究发现在番茄中,斜纹夜蛾取食显著改变番茄挥发物代谢谱,其中受虫害特异诱导的βoci可以有效诱发健康番茄对斜纹夜蛾的抗性,并且这种诱发抗性主要依赖于JA信号途径,并可能涉及ET和SA信号的协同调节,阐明萜烯挥发物βoci诱发番茄抗虫性的重要作用不仅有助于加深对HIPVs在调节植物昆虫互作中作用的认识,也为利用HIPVs对农作物害虫绿色防控及提高作物生产力方面提供参考。