高温胁迫对扶桑绵粉蚧成虫过氧化物酶和谷胱甘肽-S-转移酶活性的影响

袁盛勇，孔　琼，吴晶莹，秦文旭，刘小红，陈振毅，马廷霞，尹久婷

(红河学院生命科学与技术学院，云南蒙自 661100)



高温胁迫对扶桑绵粉蚧成虫过氧化物酶和谷胱甘肽-S-转移酶活性的影响

袁盛勇，孔琼*，吴晶莹，秦文旭，刘小红，陈振毅，马廷霞，尹久婷

(红河学院生命科学与技术学院，云南蒙自 661100)

为了研究高温胁迫对扶桑绵粉蚧的影响，将该虫分别置于35℃、38℃、41℃、44℃和47℃水浴处理2 h、3 h 和4 h，然后置于26℃下恢复2 h，测定成虫的过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)活力的变化。结果表明在处理2 h、3 h和4 h下，对照(26℃)的POD活力值分别为(0.0527±0.0015)mmol/min、(0.0508±0.0015)mmol/min和(0.0483±0.0072)mmol/min，均高于高温各处理的POD活力值；5个温度处理下的POD活力值变化为低(35℃)-高(38℃)-低(41、44、47℃)的变化趋势；当处理2 h时，不同温度下的POD活力值分别是(0.0183±0.0009)(35℃)、(0.0480±0.0012)(38℃)、(0.0227±0.0012)(41℃)、(0.0197±0.0003)(44℃)、(0.0173±0.0007)(47℃)mmol/min。且在不同温度和时间处理下，成虫的GSTs活性变化趋势与POD活性变化趋势一致。即不同时间处理下，对照的GSTs活性均高于高温各处理的GSTs，其对照的GSTs活力值分别为(0.5537±0.0044)(2 h)、(0.5358±0.0078)(3 h)和(0.5291±0.0264)(4 h)mmol/min；5个温度处理下的GSTs活力值变化为低(35℃)-高(38℃)-低(41℃、44℃、47℃)的变化趋势；当处理3 h时，不同温度下的GSTs活力值分别是(0.5114±0.0116)(35℃)、(0.5426±0.0009)(38℃)、(0.4861±0.0073)(41℃)、(0.3657±0.0029)(44℃)、(0.3404±0.0156)mmol/min(47℃)。因此高温对扶桑绵粉蚧体内的POD和GSTs活力存在影响。

扶桑绵粉蚧；高温胁迫；过氧化物酶；谷胱甘肽转移酶

扶桑绵粉蚧PhenacoccussolenopsisTinsley属半翅目Hemiptera粉蚧科Pseudococcidae (Tinsley，1898)，是一种危害园林和大田作物的害虫。其寄主植物包括葫芦科、豆科、茄科、唇形科、锦葵科、藜科等100多种植物，其中棉花、烟草、南瓜、番茄等是重要的经济作物(崔志富等，2015)。该虫对棉花危害严重(陆永跃等，2008；武三安和张润志，2009)。调查发现，云南省共8个州(市)10 个县(市)有扶桑绵粉蚧的分布,其寄主植物共14 科18属19种，包括园林观赏植物3 种、经济作物1 种、蔬菜作物2 种、粮食作物1 种、杂草11种，其中有12种植物在我国其他疫区未见报道(闫鹏飞等，2013)。全球温室效应引发气温升高，昆虫作为变温动物，温度升高对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。过氧化物酶(POD)是昆虫体内存在的酶促保护系统，已经被证实广泛存在于各种生物。研究报道西藏飞蝗在30℃-35℃高温胁迫下，成虫过氧化物酶活性随温度升高而升高，当温度超过35℃时，酶活性均下降(李庆等，2012)。谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione-S-transferases,简称GSTs)是昆虫解毒酶系统中的一类重要的多功能超基因家族酶(Rauch and Nauen,2004 )，其活性也受温度影响。15℃下松毛虫赤眼蜂Trichogrammadendrolimi，谷胱甘肽硫转移酶的比活力最低为6.80 mmol/min，35℃下最高为98.22 mmol/min (孙悦等,2014)。本文主要研究了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力的影响，为阐明该虫对热胁迫的响应机制提供依据。

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1供试虫源

扶桑绵粉蚧采自文山州富宁县驳骨丹BuddlejaasiaticaLour上，在室内以扶桑枝条为食料饲养繁殖种群。

1.1.2仪器

人工气候箱(RXZ-300B型)、冰箱、电子天平、研钵、TGL16高速冷冻离心机、756MC分光光度计、恒温水浴锅、试管和试管夹等。

1.1.3试剂

磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、愈创木酚、过氧化氢、1-氯-2，4-二硝基苯(CDNB)和还原性谷胱甘肽(GSH)。

1.2方法

1.2.1扶桑绵粉蚧酶液的提取

参照刘彦飞(2013)的方法略作修改，将健康的扶桑绵粉蚧成虫10头为一组进行分组，先分别称重，记录成虫的重量，再依次放入编号的试管内，分别采用35℃、38℃、41℃、44℃和47℃水浴处理2 h、3 h和4 h，每处理重复3次。处理后成虫按照体重8 mL/g加入0.04 mol/mL磷酸缓冲液(pH7.0)冰浴研磨，置于高速冷冻冻离心机于4℃，15000 r/min在离心机上离心15 min，取上清液备用。

1.2.2过氧化物酶(POD)活力测定

采用愈创木酚比色法，参照刘彦飞(2013)等的方法进行测定。

1.2.3谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活力测定

参照刘群(2008)等的方法测定GST活力。

1.3数据统计与分析

1.3.1谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活力测定公式

GST 活力单位(mmol/min)=(ΔOD340×V)/(ε×L×VE)，式中ΔOD340为每分钟吸光度的变化值；V为酶液反应总体积(mL)；ε为产物消光系数(9.6 L/mmol.cm)；L为比色杯的光程(1 cm)；VE为加入酶液的体积(mL)。

1.3.2数据分析

数据采用SPSS 17.0软件、EXCEL软件进行统计与分析。

2　结果与分析

2.1高温胁迫对成虫过氧化物酶POD酶活性的影响

由表1可知，在时长2 h，处理温度在35℃至47℃的POD活力值依次是(0.0183±0.0009)mmol/min、(0.0480±0.0012)mmol/min、(0.0227±0.0012)mmol/min、(0.0197±0.0003)mmol/min和(0.0173±0.0007)mmol/min，但以上处理温度的POD活力值均低于对照(26℃)的POD活力值(0.0527±0.0015)mmol/min。处理时间为3 h时35℃至47℃的POD活力值依次是(0.0213±0.0020)mmol/min、(0.0450±0.0017)mmol/min、(0.0253±0.0009)mmol/min、(0.0228±0.0009)mmol/min和(0.0190±0.0006)mmol/min，均低于对照(26℃)的POD活力值(0.0508±0.0015)mmol/min。处理时间增加到4 h时35℃至47℃的POD活力值依次是(0.0167±0.0007)mmol/min、(0.0350±0.0021)mmol/min、(0.0223±0.0009)mmol/min、(0.0187±0.0015)mmol/min和(0.0143±0.0012)mmol/min，均低于对照(26℃)的POD活力值(0.0483±0.0072)mmol/min。在处理时间为2 h、3 h和4 h时，温度在35℃至47℃的POD活力值，35℃的POD活力值小于38℃时POD活力值(38℃时POD活力值达到最大)，然后随着温度的增加，41℃、44℃和47℃的POD活力值逐渐下降。扶桑绵粉蚧成虫受高温胁迫后POD活力均小于对照组(26℃)的POD活力值。

表1　相同时间不同温度处理下扶桑绵粉蚧成虫POD酶活性(mmol/min)

注：同列同一因素具有相同字母者差异不显著(P>0.05)。Note: For each factor within columns,the same letter indicated not significant difference (P>0.05).

2.2高温胁迫对成虫谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)活性影响

由表2可知，在相同处理时间下35℃、38℃、41℃、44℃和47℃的GSTs活性均低于对照组(26℃)的GSTs活性。在处理时间为2 h时对照组(26℃)、35℃、38℃、41℃、44℃和47℃的GSTs活性值依次是(0.553±0.0044)mmol/min、(0.4903±0.0050)mmol/min、(0.5196±0.0179)mmol/min、(0.4375±0.0153)mmol/min、(0.3397±0.0023)mmol/min和(0.2618±0.0080)mmol/min。处理时间为3 h时对照组(26℃)、35℃、38℃、41℃、44℃和47℃的GSTs活性值依次是(0.5358±0.0052)mmol/min、(0.5114±0.0116 )mmol/min、(0.5426±0.0009)mmol/min、(0.4861±0.0073)mmol/min、(0.3657±0.0029)mmol/min和(0.3404±0.0156)mmol/min。处理时间为4 h时对照组(26℃)、35℃、38℃、41℃、44℃和47℃的GSTs活性值依次是(0.5291±0.0264)mmol/min、(0.4417±0.0083)mmol/min、(0.5283±0.0068)mmol/min、(0.4219±0.0367)mmol/min、(0.3385±0.0018)mmol/min和(0.1418±0.0110)mmol/min。在处理时间为2 h、3 h和4 h在35℃的GSTs活性值<38℃的GSTs活性值>41℃>的GSTs活性值44℃>的GSTs活性值>47℃的GSTs活性值。

表2　相同时间不同温度处理下扶桑绵粉蚧成虫GSTs酶活性(mmol/min)

注：同列同一因素具有相同字母者差异不显著(P>0.05)。Note: For each factor within columns,the same letter indicated not significant difference (P>0.05).

3　结论与讨论

目前，尚未发现高温胁迫对扶桑绵粉蚧酶活力影响的研究，但对其他昆虫相关方面的研究已有报道。刘彦飞(2013)得出相同的温度下，随着处理时间的延长，POD活力先高于对照组，然后又显著低于对照组；在相同处理时间，随着处理温度的升高，POD活力也表现出或增或减的变化趋势。刘群(2009)的研究中也表明，抗性小菜蛾短时高温处理下酶活力变化不显著，随着处理时间的延长酶活力抑制显著。本文在此研究基础上，结合扶桑绵粉蚧的一些生理特性，通过高温胁迫后，测定出的POD和GST活力也呈现出一些变化。研究发现二化螟Chilosuppressalis(Cuietal．,2011)、印度天蚕Antheraeamylitta(Jenaetal.,2013)和龟纹瓢虫Propylaeajaponica(Zhangetal.,2015)在高温胁迫下POD 活性升高的结果与本文的研究结果不完全一致。不同杀虫剂对异色瓢虫3 龄幼虫及成虫保护酶活性均有明显影响，且处理时间长短对幼虫和成虫体内酶活性影响不同，随着药剂浓度的增加和处理时间的增长，均出现不同程度的应激反应(杨琼等，2015)，该现象与高温胁迫下扶桑绵粉蚧的过氧化物酶POD酶活性变化趋势相类似。谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)是昆虫体内参与内源及外源性物质代谢的重要解毒酶, 在昆虫的寄主适应性及抗药性的形成中起着重要作用(唐振华等，1993)。GSTs活性的升高可作为动物组织受损的敏感指标之一，研究表明辣椒碱能够抑制昆虫体内的GSTs活性, 降低其催化解毒能力, 从而降低害虫对药剂的抵抗力(刘少武等，2008)。该结论类似于处理温度增加或高温胁迫处理时间延长均会使扶桑绵粉蚧的谷胱甘肽-S-转移酶的活力下降相一致。本实验说明高温胁迫下对扶桑绵粉蚧的过氧化物酶POD酶活性和谷胱甘肽-S-转移酶的活力均出现影响。

References)

Cui YD，Du YZ，Lu MX，etal. Antioxidant responses ofChilosuppressalis(Lepidoptera: Pyralidae)larvae exposed to thermal stress[J].JournalofThermalBiology，2011,36(5): 292 -297.

Cui ZF, Cao FQ，Lin JT，etal. Predation ofPropylaeajaponicaThunberg toPhenacoccussolenopsisTinsley[J].JournalofEnvironmentalEntomology, 2015,37 (4): 834-842.[崔志富,曹凤勤,林进添,等.龟纹瓢虫对扶桑绵粉蚧的捕食功能反应[J].环境昆虫学报, 2015,37 (4): 834-842]

Jena K，Kar PK，Kausar Z，etal. Effects of temperature on modulation of oxidative stress and antioxidant defenses in testes of tropical tasar silkwormAntheraeamylitta[J]．JournalofThermalBiology,2013,38(4): 199 -204.

Li Q，Wu L，Yang G，etal. Effects of temperature stress and ultraviolet radiation stress on antioxidant systems ofLocustamigratoriatibetensisChen[J]．ActaEcologicaSinica，2012，32(10) : 3189-3197．[李庆,吴蕾,杨刚,等. 温度和紫外辐射胁迫对西藏飞蝗抗氧化系统的影响[J]. 生态学报,2012,32(10):3189-3197]

Liu Q. Effect of High Temperature on Acetylcholine Strase and Detoxification Enzymes in Insecticide-susceptible and Resistant Strains ofPlutellaxylostella[D]. Fuzhou: Fujian Agriculture and Forestry University,2009,9-13.[刘群.高温对抗性和敏感小菜蛾AchE及解毒酶系活性的影响[D].福州：福建农林大学,2009,9-13]

Liu SW, Ji MS, Gu ZM,etal. Effects of capsaicinonthe enzyme activities of Glutathione-S-transferase and Na+-K+-ATPase inPlutellaxylostell[J].ChineseJournalofPesticideScience, 2008, 10(2):240-242.[刘少武,纪明山,谷祖敏,等. 辣椒碱对小菜蛾体内谷胱甘肽-S-转移酶和Na+-K+-ATP酶活性的影响[J].农药学学报，2008, 10(2):240-242]

Liu YF. Physiological Responses of AdultGrapholitamolestaBusck to High Temperature Stress[D].Yanglin: Northwest A&F University,2013,15-18.[刘彦飞.高温胁迫下梨小食心虫GrapholitamolestaBusck成虫生理响应的研究[D].杨凌：西北农林科技大学,2013,15-18]

Lu YY，Zeng L，Wang L，etal. Precaution of solenopsis mealybugPhenacoccussolenopsisTinsley[J]．JournalofEnvironmentalEntomology,2008,30 (4 ): 386-387.[陆永跃,曾玲,王琳,等.警惕一种危险性绵粉蚧入侵中国[J].环境昆虫学报,2008,30(30): 386-387]

Sun Y,Gou TB, Han J,etal. Effect of short term temperature stress on activity of glutathione S-transferase ofTrichogrammadendrolimi[J].JournalofJilinForestryScienceandTechnology,2014,43(5):36-38.[孙悦,勾天兵,韩姣,等.胁迫温度短期冲击对松毛虫赤眼蜂谷胱甘肽硫转移酶活性的影响[J].吉林林业科技，2014,43(5):36-38]

Rauch N，Nauen R. Characterization and molecular cloning of a glutathione S-transferase from the whiteflyBemisiatabaci(Hemiptera: Aleyrodidae)[J].InsectBiochem.Mol.Biol.,2004,34: 321-329.

Tang ZH, Zhou CL. The role of detoxication esterases in insecticide resistance of diamondback mothPlutellaxylostellalarvae[J].ActaEntomologicaSinica, 1993, 36(1):8-13.[唐振华，周成理.解毒酯酶在小菜蛾抗性中的作用[J].昆虫学报,1993, 36(1):8-13]

Yang Q, Wang S H, Zhang WH,etal. Toxicity of commonly used insecticides and their influences on protective enzyme activity of multicolored Asian lady beetleHarmoniaaxyridis(Pallas)[J].JournalofPlantProtection，2015,42(2):258 -263.[杨琼,王淑会，张文慧,等.常用杀虫剂对异色瓢虫的毒力及其保护酶的影响[J]. 植物保护学报, 2015,42(2):258 -263]

Wu SA,Zhang RZ. A new invasive pest,Phenacoccussolenopsisthreatening seriously to cotton production[J].ChineseBulletinofEntomology,2009,46 (1): 159-162. [武三安，张润志. 威胁棉花生产的外来入侵新害虫-扶桑绵粉蚧[J].昆虫知识,2009,46 (1): 159-162]

Yan PF，Sun YX，Li ZY,etal. Distribution and damage ofPhenacoccussolenopsisTinsley in Yunnan Province[J].JournalofBiosafety,2013，22(4): 237-241. [闫鹏飞,孙跃先,李正跃,等.云南省扶桑绵粉蚧的分布和危害[J].生物安全学报, 2013,11(2): 163-167]

Zhang SZ，Fu WY，Li N，etal. Antioxidant responses ofPropylaeajaponica(Coleoptera: Coccinellidae)exposed to high temperature stress[J].JournalofInsectPhysiology，2015,73: 47-52.

Effect of high temperature stress on enzyme activity of peroxidase and glutathione-S-transferases in adult ofPhenacoccussolenopsisTinsley

YUAN Sheng-Yong, KONG Qiong*, WU Jing-Ying, QIN Wen-Xu, LIU Xiao-Hong, CHEN Zhen-Yi, MA Ting-Xia, YING Jiu-Ting

(College of Life Science and Technology, Honghe University, Mengzi 661100, Yunnan Province,China)

In order to study effect of heat stress onPhenacoccussolenopsisTinsley, the adults were placed in water bath for 2, 3 and 4 hour (h)at 35℃, 38℃, 41℃、44℃ and 47℃, and these treatments were restored for 2 h at 26℃, the enzyme activity of peroxidase (POD)and glutathione-s-transferases (GSTs)were measured. The results showed that activities of POD in control were higher than that of heat stress, the activity value of POD was respectively (0.0527±0.0015)in 2 h, (0.0508±0.0015)in 3 h, (0.0483±0.0072)mmol/min in 4 h; the trend of POD activity under five treatments of different temperatures was low (35℃)-high (38℃)-low (41℃, 44℃, 47℃), the activity value of POD in 2h by five temperatures was respectively(0.0183±0.0009)(35℃), (0.0480±0.0012)(38℃), (0.0227±0.0012)(41℃), (0.0197±0.0003)(44℃), (0.0173±0.0007)(47℃)mmol/min. And the trend of GSTs activity was consistent with the trend of POD activity under different temperatures and times; for example that activities of GSTs in control were higher than that of heat stress, the activity value of GSTs was respectively (0.5537±0.0044)in 2 h, (0.5358±0.0078)in 3 h, (0.5291±0.0264)mmol/min in 4 h; the activity trend of GSTs under five temperatures was low (35℃)-high (38℃)-low (41, 44, 47℃), the activity value of GSTs in 3 h by different temperatures was respectively (0.5114±0.0116)(35℃), (0.5426±0.0009)(38℃), (0.4861±0.0073)(41℃), (0.3657±0.0029)(44℃), (0.3404±0.0156)mmol/min (47℃). So heat stress had a certain effect on activities of POD and GSTs in adults ofPhenacoccussolenopsisTinsley.

PhenacoccussolenopsisTinsley；heat stress；peroxidase；glutathione-S-transferases

云南省高等学校卓越青年教师特殊培养项目;红河学院植物保护硕士授权点建设项目

袁盛勇，男，1975年生，云南宣威人，硕士，副教授，主要从事昆虫生态学及害虫综合防治研究,E-mail:ysy9069@163.com

Author for correspondence，E-mail：kq_biology2@126.com

2016-06-02; 接受日期Accepted：2016-07-16

Q968.1;S433

A

1674-0858(2016)04-0723-05