棉蚜取食被棉長管蚜危害棉花后其相關酶的活性

吳 娜，張玉棟，蔡曉虎，史亞輝，韓 睿，王俊剛

(石河子大學農學院/新疆綠洲農業病蟲害治理與植保資源利用重點實驗室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】棉蚜(AphisgossypiiGlover)和棉長管蚜(AcyrthosiphomgossypiiGlover )屬同翅目蚜科，是新疆棉區重要的刺吸類害蟲[1]。其主要以若蚜、成蚜吸食植物汁液，造成植物葉片卷縮、幼苗萎蔫，甚至枯死，取食過程中分泌的蜜露則會誘發霉菌產生，影響植物正常光合作用，使得棉花產量和品質嚴重下降[2,3]。正常年份棉花苗期以棉長管蚜危害為主，而棉蚜在棉花生長中后期上升為優勢種，但年內和年際間其優勢地位呈現出不同變化[ 4-7]。研究棉長管蚜和棉蚜交互發生對后取食棉蚜的影響，對科學治理棉田蚜蟲具有重要的理論和實踐意義?！厩叭搜芯窟M展】前期為害昆蟲對寄主植物產生的誘導，對后續植食性昆蟲不僅有促進作用，也有抑制作用[8]?？壕諅b等[9]研究了蚜蟲及大麥黃矮病毒誘導小麥對后期禾谷縊管蚜酶活性的影響，結果顯示，取食前期經蚜蟲危害的小麥后，禾谷縊管蚜體內保護酶和解毒酶活性均顯著升高，說明小麥受蚜蟲危害后，對后期禾谷縊管蚜產生不利的影響，后期蚜蟲通過升高保護酶和解毒酶活性來適應這種影響。馮春富等[10]研究了興安落葉松誘導抗性對舞毒蛾幼蟲解毒酶活性的影響，結果顯示，取食經舞毒蛾幼蟲和松毛蟲幼蟲取食誘導的落葉松后，舞毒蛾幼蟲羧酸酯酶活性受到不同程度抑制。牟峰[11]研究了不同處理菜豆植株對西花薊馬生長發育和酶活性的影響，結果表明，薊馬危害菜豆后對西花薊馬解毒酶、保護酶、和消化酶均起到抑制作用。薊馬危害菜豆后能夠干擾西花薊馬體內解毒機制，削弱其對有毒次生物質的解毒代謝功能[12]?！颈狙芯壳腥朦c】昆蟲取食被危害的植物后，可通過調節消化酶、解毒酶活性進行反防御。目前，關于棉蚜對經棉長管蚜和棉蚜交互危害棉花的適應性尚未見報道。研究棉長管蚜危害棉花和棉長管蚜、棉蚜交互危害棉花對后取食的棉蚜保護酶、解毒酶活性變化?！緮M解決的關鍵問題】研究棉長管蚜和棉蚜前期取食危害棉花對后取食棉蚜酶活性的影響，分析棉蚜、棉長管蚜、棉花之間的互作關系，分析同寄主上不同時期危害昆蟲之間的相互關系，為有效控制棉花蚜蟲為害提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

新陸早 44 號，培養于恒溫培養箱( 溫度為( 26 ± 1)℃，濕度 70% ± 5% ，光照時間L∶D 為 16 h∶8 h) 。選取生長狀況相近、帶有2 片展開真葉的棉花備用。

棉長管蚜、棉蚜，采集于石河子大學試驗場，在實驗室繼代飼養。

乙醇，天津市致遠化學試劑有限公司；CAT、POD、SOD、AChE、GST檢測試劑盒，均為南京建成生物工程研究所產品。UV-1800日本島津紫外可見分光光度計，日本島津公司；電熱恒溫水浴鍋，北京長安科學儀器廠；玻璃勻漿器，上海壘固儀器有限公司；高速冷凍離心機，上海安亭科學儀器廠；LQP-B-4型制冰機，上海安亭科學儀器廠。

1.2 方 法

1.2.1 棉長管蚜取食棉花對后取食棉蚜酶活性的影響

饑餓對照(H12)：選取體型大小一致的棉蚜30頭饑餓處理12 h，待測。

常規對照(F24)：選取體型大小一致、正常取食的棉蚜30頭，待測。

棉長管蚜危害組(Ac24、Ac48、Ac72)：選取體型大小一致的棉長管蚜30頭于健康棉花上，分別取食危害24、48和72 h后去除，并分別接體型大小一致的饑餓處理棉蚜30頭取食24 h，待測。

各處理均重復3次。

1.2.2 棉長管蚜和棉蚜交互危害棉花對棉蚜酶活性的影響

棉長管蚜和棉蚜交互取食棉花對棉蚜酶活性的影響，利用正交表安排3因素3水平試驗。列出試驗因素和水平和棉長管蚜和棉蚜交互取食棉花正交處理。每處理重復3次。表1，表2

表 1 棉長管蚜和棉蚜交互取食棉花試驗因素和水平Table 1 Experimental factors and levels of A. gossypii and Ac. Gossypii feeding on cotton

表 2 棉長管蚜和棉蚜交互取食棉花正交試驗方案Table 2 Orthogonal test scheme for cotton feeding by A. gossypii and Ac. gossypii

1.2.3 指標測定

待各處理蚜蟲取食結束，用零號毛筆挑取30頭蚜蟲，按測定盒要求依次測定過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、乙酰膽堿酯酶(AChE)、谷胱甘肽-S-轉移酶(GST)活性。

1.3 數據處理

試驗數據在Excel 2007中整理，采用SPSS 20.0統計軟件進行方差分析和多重比較(LSD法)，P<0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 棉長管蚜取食棉花對后取食棉蚜酶活性的影響

2.1.1 棉花對棉蚜CAT活性的影響

研究表明，隨著棉長管蚜取食棉花時間的延長，不同受害程度的棉花對后期取食的棉蚜CAT活性均有影響。當棉長管蚜取食危害棉花24、48和72 h時，后期取食的棉蚜CAT活性逐漸升高。與取食健康棉花組相比，取食經棉長管蚜危害的棉花的棉蚜CAT活性分別上升29%、64%、83%。與取食健康棉花組相比，饑餓組棉蚜CAT活性上升53%。饑餓脅迫和棉長管蚜取食危害均可使棉蚜CAT活性增大，且棉長管蚜取食危害時間越長，后期取食的棉蚜CAT活性增長越大。表3

2.1.2 棉花對棉蚜POD活性的影響

研究表明，饑餓脅迫組和棉長管蚜取食危害組與取食健康棉花組相比POD活性有顯著差異。與取食健康棉花組相比，饑餓脅迫組和棉長管蚜取食危害組POD活性顯著提高。其中，饑餓脅迫組比取食健康棉花組棉蚜POD活性提高74%。而經棉長管蚜取食危害24、48、72 h的處理分別比取食健康棉花組POD活性高88%、104%、142%。饑餓脅迫和棉長管蚜取食危害均可使棉蚜POD活性增大，且棉長管蚜取食危害時間越長，后期取食的棉蚜POD活性增長越大。表3

2.1.3 棉花對棉蚜SOD活性的影響

研究表明，饑餓脅迫和棉長管蚜取食危害均可使后取食棉蚜SOD活性顯著提高。其中，饑餓脅迫組比取食健康棉花組棉蚜SOD活性高53%。而經棉長管蚜取食危害24 、48、72 h的處理分別比取食健康棉花組POD活性高55%、108%、107%。饑餓脅迫和棉長管蚜取食危害均可使棉蚜SOD活性增大，且棉長管蚜取食危害時間越長，后期取食的棉蚜SOD活性增長越大。表3

2.1.4 棉花對棉蚜乙酰膽堿酯酶活性的影響

研究表明，棉長管蚜取食危害可使后取食的棉蚜乙酰膽堿酯酶活性顯著提高。饑餓脅迫對棉蚜乙酰膽堿酯酶活性沒有顯著影響。與取食健康棉花組相比，經棉長管蚜取食危害24、48、72 h的處理分別比取食健康棉花組乙酰膽堿酯酶活性提高16%、43%、58%。而饑餓處理組與取食健康棉花組乙酰膽堿酯酶活性差異不顯著。饑餓處理組與取食健康棉花組相比，乙酰膽堿酯酶活性只提高了6%。而棉長管蚜取食危害可使棉蚜乙酰膽堿酯酶活性增大，且棉長管蚜取食危害時間越長，后期取食的棉蚜乙酰膽堿酯酶活性增長越大。表3

2.1.5 棉花對棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性的影響

研究表明，棉長管蚜取食危害可使后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性顯著提高。與取食健康棉花組相比，經棉長管蚜取食危害24、48、72 h的處理分別比取食健康棉花組谷胱甘肽-S-轉移酶活性提高57%、65%、70%。而饑餓處理組與取食健康棉花組谷胱甘肽-S-轉移酶活性差異不顯著。饑餓處理組與取食健康棉花組相比，谷胱甘肽-S-轉移酶活性只提高了3%。饑餓脅迫對棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性沒有顯著影響。而棉長管蚜取食危害可使棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性增大，且棉長管蚜取食危害時間越長，后期取食的棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性增長越大。表3

表3 棉長管蚜取食棉花下后取食棉蚜保護酶與解毒酶變化Table 3 Effects of Ac. gossypii feeding on the protective enzymes and detoxification enzymes of A. gossypii

2.2 棉長管蚜和棉蚜交互危害棉花對棉蚜酶活性的影響

2.2.1 棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花后對棉蚜CAT活性的影響

研究表明，棉長管蚜首次取食危害對后取食的棉蚜CAT活性影響最大，其次為棉長管蚜危害+棉蚜危害。棉長管蚜首次取食危害和棉長管蚜危害+棉蚜危害對后期取食的棉蚜CAT活性影響顯著(P<0.05)，棉長管蚜再次取食危害對后期取食的棉蚜CAT活性影響不顯著(P>0.05)；棉長管蚜首次危害72 h對后取食的棉蚜CAT活性影響最大；棉長管蚜+棉蚜危害72 h對后取食的棉蚜CAT活性影響最大；棉長管蚜再次取食24 h對后取食的棉蚜CAT活性影響最大。即棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花對后取食的棉蚜CAT活性影響最大的組合為：棉長管蚜首次危害72 h+棉蚜危害72 h+棉長管蚜再次取食24 h。表4～8

2.2.2 棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花后對棉蚜POD活性的影響

研究表明，棉長管蚜取食危害2次對后取食的棉蚜POD活性影響最大，其次為棉長管蚜危害+棉蚜危害。棉長管蚜取食危害2次和棉長管蚜危害+棉蚜危害對后期取食的棉蚜POD活性影響顯著(P<0.05)，棉長管蚜首次取食危害對后期取食的棉蚜POD活性影響不顯著(P>0.05)；棉長管蚜+棉蚜危害72 h對后取食的棉蚜POD活性影響最大；棉長管蚜再次取食危害48 h對后取食的棉蚜POD活性影響最大；棉長管蚜首次取食72 h對后取食的棉蚜POD活性影響最大。即，棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花對后取食的棉蚜POD活性影響最大的組合為：棉長管蚜首次危害72 h+棉蚜危害72 h+棉長管蚜再次取食48 h。表4～8

2.2.3 棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花后對棉蚜SOD活性的影響

研究表明，棉長管蚜首次取食危害對后取食的棉蚜SOD活性影響最大，其余處理對后取食的棉蚜SOD活性影響較小。棉長管蚜首次取食危害對后期取食的棉蚜SOD活性影響顯著(P<0.05)，棉長管蚜危害+棉蚜取食危害和棉長管蚜再次取食危害對后期取食的棉蚜SOD活性影響不顯著(P>0.05)；棉長管蚜首次危害48 h對后取食的棉蚜SOD活性影響最大；棉長管蚜+棉蚜危害24 h對后取食的棉蚜SOD活性影響最大，棉長管蚜再次取食72 h對后取食的棉蚜SOD活性影響最大。棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花對后取食的棉蚜SOD活性影響最大的組合為：棉長管蚜首次危害48 h+棉蚜危害24 h+棉長管蚜再次取食72 h。表4～6

2.2.4 棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花后對棉蚜AChE活性的影響

研究表明，棉長管蚜首次取食危害和棉長管蚜再次取食危害對后取食的棉蚜乙酰膽堿酯酶活性影響最大。棉長管蚜首次取食危害和棉長管蚜再次取食危害對后期取食的棉蚜乙酰膽堿酯酶活性影響顯著(P<0.05)，棉長管蚜+棉蚜取食危害對后期取食的棉蚜乙酰膽堿酯酶活性影響不顯著(P>0.05)；棉長管蚜首次取食危害24 h對后取食的棉蚜乙酰膽堿酯酶活性影響最大；棉長管蚜再次取食危害48 h對后取食的棉蚜乙酰膽堿酯酶活性影響最大；棉長管蚜+棉蚜取食危害72 h對后取食的棉蚜乙酰膽堿酯酶活性影響最大。棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花對后取食的棉蚜乙酰膽堿酯酶活性影響最大的組合為：棉長管蚜首次危害24 h+棉蚜危害72 h+棉長管蚜再次取食48 h。表4～8

2.2.5 棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花后對棉蚜GST活性的影響

研究表明，棉長管蚜首次取食危害對后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性影響最大；棉長管蚜首次取食危害對后期取食的棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性影響顯著(P<0.05)；棉長管蚜+棉蚜取食危害和棉長管蚜再次取食危害對后期取食的棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性影響不顯著(P>0.05)；棉長管蚜首次取食危害72 h對后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性影響最大；棉長管蚜+棉蚜取食危害48 h對后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性影響最大。棉長管蚜再次取食危害48 h對后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性影響最大。棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花對后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-轉移酶活性影響最大的組合為：棉長管蚜首次危害72 h+棉蚜危害48 h+棉長管蚜再次取食48 h。表4～6

表4 棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花下棉蚜保護酶與解毒酶變化Table 4 A visual analysis of the effect of A. gossypii and Ac. gossypii on the protective enzymes and detoxification enzymes of A. gossypii

表5 棉蚜和棉長管蚜交互取食棉花下棉蚜保護酶與解毒酶方差Table 5 Analysis of variance on the effect of A. gossypii and Ac. gossypii on the protective enzyme and detoxification enzyme of A. gossypii

表6 棉長管蚜取食危害下棉蚜CAT、SOD、AChE、GST活性變化Table 6 Effects of induction of cotton by Ac.gossypii on CAT、SOD、AChE and GST activities of A.gossypii

表7 棉蚜取食危害下棉蚜CAT、POD活性變化Table 7 Effects of A.gossypii feeding induction on CAT and POD activities of A.gossypii

表8 棉長管蚜+棉蚜+棉長管蚜取食危害下棉蚜POD、AChE活性變化Table 8 Effects of feeding induction of Ac. gossypii - A. gossypii - Ac. gossypii on POD and AChE activities of A. gossypii

3 討 論

同種或異種植食性昆蟲到達寄主植物具有時序性或共存性，前期為害的昆蟲對寄主植物產生誘導[13]，對后續植食性昆蟲不僅有促進作用，而且也有抑制作用。這種前期為害是一種誘導植物產生抗性的反應，且與害蟲為害時間有著直接關系[14]。試驗選取田間出現較早、持續危害的棉長管蚜和中后期危害較重的棉蚜為試蟲，探究棉長管蚜危害和棉長管蚜、棉蚜交互危害對后取食棉蚜酶活性的影響。

棉蚜體內保護酶(如SOD、POD、CAT 等)能維持體內活性氧產生和清除的動態平衡，從而防止自由基的毒害[15]。而逆境條件則往往使細胞中活性氧產生增多或清除能力減弱，在這種情況下活性氧清除能力的高低成為昆蟲抗逆境能力大小和能否在逆境中生存的關鍵[16]。研究中發現，棉蚜取食了經棉長管蚜危害的棉花和棉蚜、棉長管蚜交互危害的棉花后，其體內保護酶(SOD、POD、CAT)活性與取食健康棉花的棉蚜相比均顯著上升。棉蚜取食了受蟲害脅迫的棉花后，體內源源不斷地產生SOD、POD、CAT來分解對其有毒害作用的活性氧物質。研究顯示， 經昆蟲取食誘導后，亞洲玉米螟保護酶活性顯著升高[16]。而取食蟲害植株的西花薊馬保護酶活性一直受到抑制[17]，取食二斑葉螨危害的番茄植株后西花薊馬體內保護酶活性也受到抑制[18]。這可能與昆蟲種類以及誘導時間不同有關。

乙酰膽堿酯酶(AChE)可以通過水解酯鍵來降解有毒物質，而且可以通過結合作用降低體內有毒物質的有效濃度[19]。谷胱甘肽 S- 轉移酶 (GST) 在毒理學上有一定的重要性，它可以催化親核性的谷胱甘肽與各種親電子外源化學物的結合反應。許多外源化學物在生物轉化第1相反應中極易形成某些生物活性中間產物，它們可與細胞生物大分子重要成分發生共價結合，對機體造成損害[20]。谷胱甘肽與其結合后，可防止發生此種共價結合，起到解毒作用。研究顯示，經昆蟲取食誘導后，亞洲玉米螟解毒酶活性顯著升高[15]。西花薊馬取食二斑葉螨危害的番茄植株后體內解毒酶活性上升[17]。研究中發現，棉蚜取食了經棉長管蚜危害的棉花和棉蚜、棉長管蚜交互危害的棉花后，其體內AChE、GST活性與取食健康棉花的棉蚜相比均顯著上升。棉蚜取食了受蟲害脅迫的棉花后，會提高自身解毒酶活性，以適應外界毒害的影響。

4 結 論

棉長管蚜的取食會影響后取食棉蚜的生理變化，后取食棉蚜體內ROS系統中清除自由基的關鍵酶CAT、SOD、POD和解毒代謝相關的AChE、GST活性變化，棉長管蚜和棉蚜在棉花上的危害存在互作關系。棉長管蚜危害72 h，對后取食棉蚜體內酶活性影響最大；棉長管蚜和棉蚜交互危害中，第1次棉長管蚜危害對后取食棉蚜酶活性影響最大，第2次棉蚜危害和第3次棉長管蚜危害對后取食棉蚜酶活性影響均較小。