高温胁迫对新菠萝灰粉蚧不同地理种群保护酶活性的影响.pdf

环境昆虫学报 ():/李德伟 罗亚伟 黄杏 易婷婷 覃振强.高温胁迫对新菠萝灰粉蚧不同地理种群保护酶活性的影响.环境昆虫学报 ():.高温胁迫对新菠萝灰粉蚧不同地理种群保护酶活性的影响李德伟 罗亚伟 黄 杏 易婷婷 覃振强(广西甘蔗遗传改良重点实验室 农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所 南宁)摘要:为分析高温胁迫下新菠萝灰粉蚧 不同地理种群保护酶活性的差异 阐明该粉蚧对高温适应性的生理响应 本研究以室内 处理为对照测定了高温胁迫下(、)新菠萝灰粉蚧 个不同地理(广西、广东、海南和云南)种群雌成虫过氧化物酶()、酚氧化酶()及谷胱甘肽转移酶()的活性 结果表明 在 高温胁迫下 新菠萝灰粉蚧不同地理种群雌成虫 和 活性均高于常温对照的 活性均低于常温对照的(除云南种群处理外)在 高温胁迫下该粉蚧 种酶活性变化均具有随着处理温度的升高呈先升高后降低趋势 在常温 下 该粉蚧除了广西、广东种群 活性显著高于海南、云南种群外 个种群的、间的活性无显著差异 在、和高温处理下广西、广东、云南种群间的 活性无显著差异 在相同高温处理下 除广东种群 处理的 活性显著低于其它种群的外 其它相同温度处理的不同种群间的 活性无显著差异 说明新菠萝灰粉蚧广西、广东、云南种群的 对、高温适应性和该粉蚧 个种群的 对、高温适应性均无明显差异 而高温胁迫对不同地理种群粉蚧的酶活性影响不同 不同地理种群的、和 活性经不同的高温胁迫后出现了显著差异 本研究表明高温对新菠萝灰粉蚧不同地理种群雌成虫的、和 活性有重要影响 及 对该粉蚧抵抗高温胁迫起到积极作用 而 可能在应对高温胁迫中没起到积极的抵抗作用而是通过调节体内、活性变化来适应高温的胁迫关键词:新菠萝灰粉蚧 高温胁迫 过氧化物酶 酚氧化酶 谷胱甘肽转移酶中图分类号:文献标识码:文章编号:()基金项目:国家自然科学基金()广西农业科学院基本科研业务专项()作者简介:李德伟 男 广西北流人 硕士 正高级农艺师 研究方向为农业昆虫与害虫防治 :通讯作者 :覃振强 男 博士 研究员 研究方向为农业昆虫与害虫防治 :收稿日期:接受日期:(:)():()环境昆虫学报 卷()()()()().:新菠萝灰粉蚧 属半翅目 粉蚧科 主要为害剑麻、菠萝、柑橘、南瓜、番茄、可可和香蕉等 科 种寄主植物 是热带和亚热带农林经济作物的重要害虫(覃振强等 .林晓佳等 胡钟予等)新菠萝灰粉蚧是一种高度危险的检疫性有害生物 该粉蚧于 年在海南省昌江县青坎农场暴发危害剑麻 年开始在广东省湛江市剑麻种植区发生蔓延 年在广西壮族自治区钦州市剑麻种植区发生危害 严重胁迫剑麻产业的稳定发展 此外 在台湾省菠萝种植区、云南省景洪市剑麻和金边龙舌兰等花卉植物上也发现该虫危害(中华人民共和国农业部 覃振 强 等 .)随着全球气候的变暖 新菠萝灰粉蚧在我国有加剧危害的趋势 至 年该粉蚧的适生区将北移到上海、江苏和安徽的南部 潜在危害性十分巨大(傅辽等)因此应加强新菠萝灰粉蚧在不同生境的基础生物学及其防控方面的研究工作(林晓佳等)温度升高对害虫种群生态及扩散产生重大影响 从昆虫生理水平上研究温度胁迫可揭示其作用机制(袁盛勇等)研究表明 新菠萝灰粉蚧最适宜生长发育和繁殖的温度范围是 过高温度不利于其生长和繁殖(.)不同地理种群的新菠萝灰粉蚧由于长期生长环境不一样 因此对环境温度的适应性可能存在差异 在生理上对高温胁迫的响应也可能会有一定的差异 过氧化物酶()、酚氧化酶()及谷胱甘肽转移酶()是昆虫抵抗不良因子的 种重要保护酶 研究表明 可以清除昆虫在高温环境下产生的大量活性氧()降低 对虫体造成氧化损伤 是昆虫体内重要的免疫蛋白 是黑色素 期李德伟等:高温胁迫对新菠萝灰粉蚧不同地理种群保护酶活性的影响生物合成的关键酶 在昆虫的变态发育、免疫和防御系统中都起着重要的作用 是昆虫解毒酶系统中的一类重要的多功能超基因家族酶 昆虫通过调节自身体内 活力变化来代谢或清除高温胁迫产生的有害物质 从而维持其机体的正常生理代谢(徐亚玲和李文楚 崔娟等 王常清等)高温对昆虫的、及 活性均会产生影响、及 活性的变化差异体现出其影响昆虫对高温的适应性(袁盛勇等 张志虎等 崔娟等)因此 研究高温胁迫下不同地理环境新菠萝灰粉蚧的、及 的酶活性差异有助于阐明其对温度的适应性目前尚未见有相关的研究报道 本研究拟从新菠萝灰粉蚧不同地理种群在高温胁迫下体内 种酶活力的变化中分析该粉蚧对高温胁迫的生理响应机理 进而了解其田间不同地理种群对极端高温环境的适应性 为研究该害虫的生态适应性评价及对其全球区域性分布扩张趋势分析提供科学依据 材料与方法 试验材料 供试昆虫所用的新菠萝灰粉蚧 广西种群采自于广西钦州市浦北县张黄镇的广西农垦东方农场有限公司的剑麻作物上 广东种群采自于广东省湛江市雷州市英利镇剑麻作物上 海南种群采自于海南省昌江县石碌镇青坎村剑麻作物上 云南种群采自于云南省西双版纳州景洪市西双版纳热带花卉园的剑麻作物上 将新菠萝灰粉蚧不同种群分别置于不同的实验室用南瓜进行继代繁殖 饲养温度为 继代繁殖 代以上作不同地理种群的供试虫源 试剂与仪器主要试剂:、试剂盒均购于苏州格锐思生物科技有限公司主要仪器:恒温培养箱(宁波江南仪器厂)、多功能酶标仪(帝肯上海贸 易 有 限 公 司)、冷 冻 台 式 离 心 机(德国 科学仪器公司)、可调式移液器(德国艾本德股份公司)、电子天平(梅特勒 托利多仪器上海有限公司)等 方法 试虫处理本试验选择、共 个高温梯度为胁迫温度 处理时间为 以室温为对照处理 用柔软的小毛笔挑取健康雌成虫移入放置有新鲜剑麻叶片的培养皿内 每个不同地理种群按以上各温度处理分别选取 头 挑够数量后用保鲜膜覆盖皿口 并用昆虫针在保鲜膜上插些小孔 放入相应温度梯度 相对湿度为 的恒温培养箱内处理 每个不同地理种群及温度处理均随机称取经处理后的成虫 为测定样本 次重复、和 的活力测定严格按照检测试剂盒(苏州格锐思生物科技有限公司)说明书进行 根据说明书中的公式计算活力值、和 的活力测定波长分别为 、和 活性单位定义为每克样品每分钟在反应体系中使 处吸光值增加 为 个酶活力单位 活性单位定义为每克样品每分钟在反应体系中使 处吸光值变化 为 个酶活力单位 活性单位定义为每克样品每分钟催化 的 与 结合为 个酶活力单位 数据分析所有数据经 整理后 计算活力值 采用 统 计 软 件 使 用 单 因 素 方 差 分 析()分析不同地理种群各高温胁迫下新菠萝灰粉蚧成虫 种保护酶活性的差异显著性()并采用 法检验进行多重比较 结果与分析 高温胁迫对新菠萝灰粉蚧不同地理种群 活性的影响 不同高温胁迫处理下新菠萝灰粉蚧不同地理种群 活性表明(表):在常温下广西、广东种群 活性远高于海南、云南种群 差异显著()海南种群在 高温胁迫下的 活性显著高于常温的()环境昆虫学报 卷云南种群在、高温胁迫下的 活性与常温的相比差异不显著()而在、高温胁迫下的 活性显著高于常温的()从不同温度处理下不同地理种群 活性及其变化来看 海南种群 活性最低 且各温度处理下其 均维持较低活性 而广西种群和广东种群各温度处理下 均维持较高活性其活性值是海南种群相应处理下 活性的 倍 云南种群在、温度处理下 活性较低 但、和 高温处理下其 活性迅速提升 除了广东种群在 高温处理下其 活性还在提升外 其它各种群在或 高温处理下其 活性达到高峰后均开始回落 在高温胁迫中云南种群变化幅度最大 活性从最低的常温 /经高温胁迫后达到最高 /表 高温胁迫下新菠萝灰粉蚧不同地理种群雌成虫 活性(/)温度()种群 广西 广东 海南 云南 ()注:表中同一列数据后不同小写字母表示同一地理种群在不同处理温度间的差异显著(法)表中同一行数据后不同大写字母表示同一温度处理下不同地理种群在间的差异显著(法)下同:().()在、高温处理下广西、广东、海南 个种群间的 活性差异不显著()但均显著低于云南种群的 活性()在高温处理下广西种群 活性显著低于广东、海南种群的()从不同温度处理下不同地理种群 活性及其变化来看 在高温胁迫处理 后 除了 处理的云南种群外 其它各高温胁迫处理下不同地理种群的 活性相比常温均出现不同程度的下降 处理下各种群的 活性急剧下降 均显著低于常温的()处理下各种群的 活性相比于 的又急剧上升 均显著高于 处理的()从不同温度处理下各地理种群 活性及其变化来看 通过、和 高温胁迫处理后不同地理种群 活性均比常温处理高 广西、海南和云南种群在 高温胁迫处理的 活性达到最 期李德伟等:高温胁迫对新菠萝灰粉蚧不同地理种群保护酶活性的影响高 相比其它温度处理的活性差异显著()活性值是相应种群常温的 倍广东种群在 胁迫处理下 活性达到最高不同地理种群随着胁迫温度的升高其 活性呈先升高后下降的趋势 其中海南种群 活性变化幅度最大 广东种群 活性变化幅度最小表 高温胁迫下新菠萝灰粉蚧不同地理种群雌成虫 活性(/)温度()种群 广西 广东 海南 云南 ()表 高温胁迫下新菠萝灰粉蚧不同地理种群雌成虫 活性(/)温度()种群 广西 广东 海南 云南 ()结论与讨论昆虫是变温动物 保持和调节体内温度的能力不强 环境温度影响昆虫生命活动中全部化学反应的速率 从而通过影响昆虫的酶及酶促反应速率来影响昆虫的生长、发育、生殖及存活等生命活动(杜尧等)与其它抗氧化酶一起形成一整套高效清除 的保护机制()清除昆虫在高温环境下产生的大量 降低 对虫体造成氧化损伤(李毅平等 崔娟等)本研究发现 新菠萝灰粉蚧不同地理种群在 高温胁迫处理 后其 活性均比 常温对照处理下的活性有所提高 且除广东种群外 其它 个种群均随处理温度的升高 活性表现为先升高后降低的变化 这与高温胁迫对双斑长跗萤叶甲、双齿多刺蚁 和梨小食心虫 的影响结果相似(刘缠民等 刘彦飞 张志虎等)但与高温胁迫对扶桑绵粉蚧 成虫 活性均低于常温对照的结果不同(袁盛勇等)新菠萝灰粉蚧成虫在 高温处理下 活性随温度先升高后降 这是因为该虫在高温胁迫下 在体内大量产生 抗氧化机制通过提高 活性清除体内在高温环境下产生的大量 对自身起到保护作用 然而随着处理温度继续升高 活性开始降低 说明在较高温度条件下新菠萝灰粉蚧体内 酶活性开始下降甚至抑制 本研究中新菠萝灰粉蚧广西种群雌成虫在、高温胁迫处理下的 活性开始下降 说明这温度下对该种群产生了不利影响这与前期高温胁迫对新菠萝灰粉蚧广西种群成虫死亡率影响试验中、高温胁迫死亡率为环境昆虫学报 卷 而、高温胁迫下开始出现较低的死亡率的结果相附 但在高温胁迫 下该粉蚧死亡率为 (李德伟等)新菠萝灰粉蚧云南种群 活性变化幅度最激烈 说明 在云南种群应对高温胁迫中发挥较大的作用 而海南种群在高温胁迫下 一直在低活性下变动可能 在海南种群应对高温胁迫中发挥的作用相对于其它种群小 这也可能是该种群适应了海南热带地区高温 不会因高温胁迫而产生大量的 从而导致 活性不高 是海南种群对高温适应性的一种表现 是生物体内一类含铜氧化酶 在昆虫的变态发育、免疫和防御系统中都起着重要的作用本研究的 个新菠萝灰粉蚧不同地理种群成虫在高温胁迫处理下除了云南种群在 高温胁迫处理外其它处理的 活性均比 对照处理低处理下各种群的 活性急激下降 均显著低于常温 处理下各种群的 活性相比于 又急激上升 均显著高于 处理 之后随着胁迫的温度升高又开始缓慢下降 这与东亚飞蝗酚氧化酶在 时有最高活性 超过 后酶活性降低的结果相似(赵卓等)新菠萝灰粉蚧雌成虫在高温胁迫下相比于最适温度 活性是显著下降 这说明高温对 活性影响显著 但 活性的下降说明新菠萝灰粉蚧雌成虫在高温胁迫下的免疫能力下降 影响其对高温的适应能力也说明其在应对高温胁迫中没有起到积极的抵抗作用 是昆虫解毒酶系统中的一类重要的多功能超基因家族酶 可以催 化 还 原 型 谷 胱 甘 肽()和疏水、亲电底物的共价结合 形成共轭物 隔离在液泡或转移到质外体从而对内源和外来有害物质进行降解 以达到降低细胞损害的作用(袁盛勇等 宋文等)在本研究中 不同温度处理下各地理种群 活性及其变化来看 通过 高温胁迫处理后不同地理种群 活性均比 常温处理高 广西、海南和云南种群在 高温及广东种群在 高温胁迫处理下的 活性达到最高与其它温度处理下的 活性差异显著 这说明高温对 活性的有显著影响 在高温胁迫适应性中起到积极作用 活性升高可能是由于高温胁迫导致昆虫体内脂质过氧化物的积累诱导了 的活力提升来加快代谢脂质过氧化物减少活性氧的伤害 然而随着温度的继续升高其活力发生显著性的下降 可能较高的温度损伤了体内某些机能而影响 发挥作用综上所述 高温胁迫对新菠萝灰粉蚧不同地理种群成虫的、及 活性均会产生影响 在一定范围的高温胁迫下 及 活性均比常温高 对抵抗高温胁迫起到积极作用 而 活性却通常比常温低 可能在应对高温胁迫中没有起到积极的抵抗作用 然而 在、和 高温处理下广西、广东、云南种群间的 活性无显著差异 在相同高温处理下除了广东种群 处理的 活性显著低于其它种群的外 其它相同温度处理的不同种群间的 活性无显著差异 这说明 在广西、广东、云南种群应对、高温适应性和 在广西、广东、海 南、云 南 种 群 应 对、高温的适应性均无明显差异 新菠萝灰粉蚧不同地理种群成虫间在某一温度处理下的、及 活性差异可能不同 这可能是新菠萝灰粉蚧不同地理种群对环境温度适应性差异的反映参考文献().(:).():崔娟 乔方 胡英露 等 高温胁迫对筛豆龟蝽成虫抗氧化能力的影响.环境昆虫学报 ():.:.:杜尧 马春森 赵清华 等 高温对昆虫影响的生理生化作用机理研究进展.生态学报 :.:.():傅辽 黄冠胜 李志红 等 新菠萝灰粉蚧在中国目前及未来的潜在地理分布研究.植物检疫 ():.(:).():胡钟予 邵炜冬 何雨健等 温度对新菠萝灰粉蚧生长发育和繁殖的影响.应用生态学报 ():(:)期李德伟等:高温胁迫对新菠萝灰粉蚧不同地理种群保护酶活性的影响 .():李德伟 吴建辉覃振强 短时高温胁迫对新菠萝灰粉蚧的耐热性及存活影响研究.热带农业科学 ():.():李毅平 龚和 昆虫体内抗氧化系统研究进展.生命科学 ():.().:林晓佳 吴蓉 陈吴健 等新菠萝灰粉蚧研究进展.浙江农业科学 :.():刘缠民 马捷琼 不同温度对双齿多刺蚁养殖及其保护酶系的影响.徐州师范大学学报(自然科学版)():.:刘彦飞 高温胁迫下梨小食心虫 成虫生理响应的研究.杨凌:西北农林科技大学 ().中华人民共和国农业部 中华人民共和国农业部公告第 号 中华人民共和国进境植物检疫性有害生物名录 .(:):.:.(:)(:).():.().():覃振强 吴建辉 任顺祥 等 外来入侵害虫新菠萝灰粉蚧在中国的风险性分析.中国农业科学 ():.():宋文 单春会 宁明 等谷胱甘肽转移酶在植物响应冷胁迫方面的研究进展.食品工业 ():.():王常清 韩永金 曹进刚 等 二斑叶螨雌成螨对高温胁迫的生理响应.环境昆虫学报 ():.():徐亚玲 李文楚 昆虫酚氧化酶作用机制的研究进展.安徽农业科学 ():.():袁盛勇 孔琼 吴晶莹 等 高温胁迫对扶桑绵粉蚧成虫过氧化物酶和谷胱甘肽转移酶活性的影响.环境昆虫学报 ():.().():张志虎 王中 陈静等 高温胁迫对双斑长跗萤叶甲成虫总蛋白和两种保护酶的影响.环境昆虫学报 ():.():赵卓 李校堃 金立波 等 温度对不同发育阶段东亚飞蝗酚氧化酶活性的影响.吉林农业大学学报 ():