不同寄主对小线角木蠹蛾幼虫消化解毒酶的影响

王秀吉，路 浩，冯宇倩，宗世祥*

(1.北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083；2.中国林业科学研究院林业新技术研究所森林病原整合生物学研究室，北京 100091)

小线角木蠹蛾Streltzoviellainsularis属鳞翅目Lepidoptera木蠹蛾科Cossidae，是一种重要的林木蛀干害虫，在中国北方地区广泛分布。除成虫期裸露生活，小线角木蠹蛾的其它各虫态均在树干的皮层、木质部和韧皮部内群居隐蔽生活，危害初期不易被发现，出现被害状后已难以防治，因此每年都需要消耗大量的人力财力移植新树(Bai,2012)。小线角木蠹蛾的寄主众多，包括国槐Sophorajaponica、银杏Ginkgobiloba、洋白蜡Fraxinuspennsylvanica、榆树Ulmuspumila、栾树Koelreuteriapaniculata、香椿Toonasinensis、毛桃Amygdaluspersica、旱柳Salixmatsudana、苹果Maluspumila等12目16个科的20余种植物(Yangetal.,2014)。目前对小线角木蠹蛾的研究多集中在生物学特性和防治方法(Qin &Gao,1989;Zhang &Meng,2001;Bai,2012)，而其对寄主适应机制方面的研究还未见报道。

昆虫抵御植物的化学防御主要依赖于解毒酶(Schuler,2011)，尤其多食性昆虫体内通常拥有多种解毒酶，如细胞色素P450酶(cytochrome P450,P450)、谷胱甘肽S转移酶(glutathione S-transferases,GST)、羧酸酯酶(carboxylesterase,CarE)等(Vogeletal.,2014)。P450酶是昆虫体内的一个超大解毒酶家族，它可以氧化代谢多种外源和内源物质，保护昆虫免受植物中次生代谢物、杀虫剂等化合物的侵害，它还参与昆虫体内激素和信息素的合成、脂肪酸代谢、角质层的形成等(Feyereisen,2005;Sztaletal.,2012)。GST酶可以催化谷胱甘肽与植物中的亲电子有毒分子结合，增加其溶解性并被昆虫代谢分解(Francisetal.,2001)。植物化感物质可诱导GST酶活性，例如，当麦长管蚜Sitobionavenae幼虫取食抗性小麦品种(具有高浓度的酚类化合物)时，其体内的GST活性会增加(Leszczynskietal.,1994)。CarE酶能够催化多种含有酯和酰胺的内源性或异生性化合物水解，同时它也是一种糖蛋白，这一特性可能在其催化过程中发挥了重要作用(Wheelocketal.,2005;Gopalapillaietal.,2005)。异源物质或杀虫剂都可以影响植食性昆虫体内的CarE酶活性，例如，在甜菜夜蛾Spodopteraexigua中，取食大白菜的幼虫CarE活性最高，但如果用玉米幼苗饲喂甜菜夜蛾，CarE酶活性则会降低近60%(Zhangetal.,2011)。与取食其他食物的种群相比，取食卷心菜的烟粉虱Bemisiatabaci具有更高的CarE活性(Avicoretal.,2013)。目前已证实芦丁(吲哚生物碱)等植物化感物质可以诱导昆虫体内的CarE酶(Ghumareetal.,1989;Gaoetal.,1998)。

当昆虫克服植物的防御屏障后，还需要进一步进行组织的分解和营养的吸收(Vogeletal.,2014)。昆虫消化酶是消化食物的重要蛋白，一般来说，昆虫的消化酶活性在一定程度上体现出昆虫所需营养的种类和寄主中各类营养物质被昆虫利用的状况(Wangetal.,2007)。小线角木蠹蛾是林木蛀干害虫，主要以木头为食物，木头通常由3种物质聚合而成：纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素约占木头重量的45%，半纤维素约占25%(Geibetal.,2010)。纤维素完全降解需要3种酶的共同作用，即：内切-β-1,4-葡聚糖酶(endo-β-1,4-glucanase,EG;EC.3.2.1.4)，外切-β-1,4-纤维二糖水解酶(exo-β-1,4-cellobiohydrolase,CBH;EC.3.2.1.91)和β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,EC.3.2.1.21)(Clarke,1997)。木聚糖酶(xylanases)则是水解半纤维素的主要消化酶，其底物是复合物，包括木聚糖、木葡聚糖、阿拉伯半乳聚糖、半乳葡甘露聚糖和葡甘露聚糖等(Shallom &Shoham,2003)。木聚糖是植物细胞中的主要结构多糖，也是构成半纤维素的主要成分。目前已有一些对蛀干害虫消化酶研究的报道，Jiangetal.(1996)比较了3种不同亚科天牛的纤维素酶的活性。Huang and Wang(2008)研究了黄粉虫Tenebriomolitor的纤维素酶并探究了纤维素酶的最适反应条件。Duanetal.(2009)分别比较研究了中国圆田螺Cipangopaludinachinensis和松墨天牛Monochamusalternatus体内纤维素酶系。Geibetal.(2009)发现光肩星天牛Anoplophoraglabripennis幼虫取食最喜食寄主糖槭Acersaccharum、第二喜食寄主针栎Quercuspalustris后，消化道内纤维素酶系的3种酶显著高于取食不喜食寄主豆梨Pyruscalleryana和人工饲料的幼虫。Shietal.(2011)对植食性昆虫蝗虫Acrididaesp.、食叶昆虫桑蚕Bombyxmori和蛀干昆虫天牛的消化酶进行比较，发现蝗虫和天牛的纤维素酶和木聚糖酶活性整体都显著高于桑蚕。当分别用以麦麸和橡树木屑为底物的饲料饲喂Morimusfunereus,取食前者的幼虫纤维素酶高于后者(Dojnovetal.,2013)。Oppertetal.(2010)比较研究了昆虫纲8个目68个种的昆虫纤维素酶活性，其中涉及到7个科10种鞘翅目昆虫，是目前为止涵盖类群最广和种类最多的纤维素酶的比较研究。

目前，对昆虫适应寄主的解毒和消化机制的研究主要集中在食叶害虫上，对于蛀干害虫还知之甚少。本文以小线角木蠹蛾为研究对象，将幼虫从初始寄主银杏分别转移到3种喜食树种和4种普通寄主上，通过测定分析幼虫解毒消化酶活性的差异以及寄主的次生代谢物质和营养物质含量，探究其与寄主适应性的关联性，为阐明小线角木蠹蛾对寄主的适应机理提供生理学依据。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

小线角木蠹蛾幼虫采自北京市海淀区北清路(40°05′N，116°16′E)的银杏行道树体内，将伐砍的受害银杏木段带回实验室中，剖出10龄幼虫，选择体长相同、体型一致的小线角木蠹蛾幼虫待接种。

1.2 接种方法

选用洋白蜡、国槐、银杏、旱柳、栾树、香椿、毛桃7种寄主树种，其中洋白蜡、国槐和银杏是小线角木蠹蛾的喜食树种，其余4种是据文献记载曾被危害过的普通寄主树种(Yangetal.,2014)。实验所用寄主树种的选取均基于之前的研究(Zhang &Meng,2001;Bai,2012;Yangetal.,2014)、野外调查和幼虫在实验室饲喂过程中的表现。喜食寄主受小线角木蠹蛾幼虫危害严重，受害地区更加广泛，在实验室内饲喂时幼虫的取食量和排粪量大；而普通寄主仅在个别地区发现受到危害，在实验室饲喂幼虫时，取食量和排粪量明显较少。所有树种的树枝均采自北京林业大学校园内(116°35′N，40°02′E)，取粗细一致约4 cm(20～30年树龄)的枝干，用自来水冲洗干净，室温下晾干。将枝段锯成长6 cm的小段，每个树种准备10段作为接种木段，木段两端用石蜡封住，防止水分散失。随后在木段上挖多个小洞穴(直径6 mm/深30 mm)，每个树种用毛笔接种70头幼虫到洞穴中。最后把木段分别放入塑料盒中(直径10 cm/高9 cm)，盒盖上扎孔透气。每天检查木段，如发现幼虫跑出洞穴则再次放入，共喂养15 d。

1.3 寄主植物次生代谢物质和营养物质的测定

将寄主木段用去离子水清洗干净后，放置于60℃的烘箱(DHG-9140A，一恒，上海)中72 h直至干燥。将彻底干燥的木段去除树皮并劈成小块，用YF-150B研磨机(永利，瑞安)研磨成细粉，并过40目筛。将研磨后的木头粉末储存在-20℃的冰箱中备用。

1.3.1次生代谢物质含量的测定

用Folin-Ciocalteu法(Singleton&Rossi,1965)测定木头粉末样品中总酚的含量。将粉末样品(0.25 g)在20 mL 80%乙醇中萃取16～18 h。萃取完成后，将100 μL萃取液和2.5 mL 1 ∶10稀释的Folin-Ciocalteu试剂加入到50 mL容量瓶中，静置4 min，然后加入2 mL 7.5%碳酸钠溶液，轻轻混合摇匀。将反应体系溶液在室温下放置2 h，然后使用TU-1810紫外分光光度计(普析，北京)在760 nm处测定溶液的吸光度值。在反应体系中加入溶剂作为空白对照。以没食子酸在反应体系中的浓度作为横坐标，吸光度值作为纵坐标，制作标准曲线。

用氯化铝比色法测定寄主粉末中的类黄酮含量(Zivcaketal.,2017)。将0.25 g粉末样品用20 mL 80%乙醇萃取16～18 h，然后向0.5 mL萃取液中依次加入1.5 mL 95%乙醇、0.1 mL 1 M乙酸钾、0.1 mL 10% 氯化铝和2.8 mL蒸馏水，将混合溶液在室温下静置30 min，然后使用紫外分光光度计在415 nm处测定溶液的吸光度值。用等体积的蒸馏水代替10%氯化铝作为空白对照。以槲皮素在反应体系中的浓度作为横坐标，吸光度值作为纵坐标，绘制标准曲线。

用美国分析化学家协会(AOAC)的方法测定寄主样品中的单宁含量。将1 g的木头粉末样品加入到100 mL容量瓶中，随后加入20 mL 70%乙醇并混合均匀，将混合溶液在90℃水浴状态下回流15 min。溶液冷却至室温并过滤，把残余物用70%乙醇萃取3次，并合并滤液。将滤液转移至100 mL的容量瓶中。然后把2 mL的滤液与10 mL 10%碳酸钠在50 mL的容量瓶中混合，加入25 mL水和2.5 mL Folin-Denis试剂，混合摇匀，在室温下静置1.5 h。最后，使用紫外分光光度计在680 nm处测定溶液的吸光度值。以单宁酸在反应体系中的浓度作为横坐标，吸光度值作为纵坐标，绘制标准曲线。

1.3.2营养物质含量的测定

使用硝酸-乙醇法测定寄主木头粉末中的纤维素含量(Siddhantaetal.,2009)。将1 g木头粉末和25 mL硝酸-乙醇(硝酸:乙醇=1 ∶4)加入250 mL锥形瓶中混合，并在沸水浴中加热60 min。随后倒出硝酸-乙醇溶液，再加入25 mL新鲜的硝酸-乙醇溶液，再次将样品在沸水浴中加热60 min，该过程重复3次。上述步骤完成后，用10 mL硝酸-乙醇溶液洗涤锥形瓶中的样品，然后用100℃的蒸馏水洗涤。最后，将样品用10 mL乙醇溶液洗涤锥形瓶并在105℃下干燥。锥形瓶中的剩余残留物即为纤维素。

使用DNS比色法定量测定寄主样品中的半纤维素含量(Huetal.,2008)。将1.5 g的木头粉末和50 mL的2 M盐酸加入烧杯中混合，随后把烧杯100℃水浴1 h。过滤上清液，用去离子水洗涤残余物，将洗涤液体与第一次过滤的上清液合并。把滤液定容至1000 mL，加入1 mL 0.5 M氢氧化钠中和，然后与1.5 mL DNS试剂混合均匀。将混合溶液煮沸5 min，然后在冰水浴中冷却。最后，将5 mL去离子水加入煮沸的溶液中并静置24 h。使用TU-1810紫外分光光度计在540 nm处测定溶液的吸光度值。使用葡萄糖作为还原糖绘制标准曲线。

1.4 幼虫消化酶和解毒酶活性测定

1.4.1粗酶液的制备

冰浴下解剖小线角木蠹蛾幼虫，取出肠道，用冰冷的pH7.2,0.1 M PBS缓冲液冲洗肠道后，立即放入灭菌离心管中，加入适量的PBS缓冲液稀释，冰水浴中匀浆2 min破碎消化道组织，匀浆液于8 000 g，4℃离心10 min，上清液即为粗酶液，分装后置于-20℃冰箱中保存备用。

1.4.2解毒酶活性测定

昆虫细胞色素P450酶的主要成分为血红素，因此酶液提取物中的P450酶活性将通过测定血红素过氧化物酶的活性来定量(Penillaetal.,2007)。将20 μL粗酶提取物转移到含有200 μL 6.3 mM 3,4,5-四甲氧基苯乙烯(TMBZ)溶液的微量培养板的孔中[10 mg TMBZ溶于5 mL无水甲醇中，与15 mL pH5.0 0.25 M乙酸钠缓冲液混合]。然后，向每个孔中加入80 μL pH7.2 0.0625 M磷酸钾缓冲液和25 μL 3%过氧化氢溶液。为每一块板制备两个对照孔，孔内含有相同的溶液，仅用20 μL磷酸钾缓冲液代替酶液，将微量板在25℃条件下温育30 min。最后使用SpectraMax 190酶标仪在630 nm处测定吸光度值。用不同浓度的马心脏VI型细胞色素C(0.0025-0.02 nM,Sigma Aldrich)绘制血红素过氧化物酶的标准曲线。

采用Habigetal.(1974)的方法测定酶液中GST酶的活性。将150 μL 50 mM还原型谷胱甘肽(GSH)和50 μL 50 mM 1-氯-2,4-二硝基苯(CDNB)加入到2.78 mL 100 mM pH6.5磷酸钠缓冲液中。然后，在混合液中加入20 μL粗酶提取液，轻轻混匀液体，然后在20℃温育3 min。将不含酶提取物的3 mL反应混合溶液作为对照组。使用动力学(时间扫描)算法，用紫外分光光度计在340 nm处，每隔10 s读取1次，反应时间10～12 min，测定样品的吸光度值。根据CDNB-谷胱甘肽的消光系数9.6 mmol/cm计算酶活性。

根据Van Asperen(1962)的方法测定粗酶提取物中的CarE酶活性。将0.1 mL粗酶提取液(对照组用PBS溶液)和2 mL 3×10-4mM α-NA—毒扁豆碱(1 ∶1)丙酮溶液混合均匀，并在35℃水浴10 min。随后加入1 mL显色试剂(1%固蓝B盐+5%SDS；体积比为2 ∶5)终止反应，并使用紫外分光光度计在600 nm下测定吸光度值。使用不同浓度的α-萘酚溶液绘制标准曲线。基于标准曲线计算粗酶液反应体系中产生的α-萘酚量。

1.4.3消化酶活性测定

粗酶液中各纤维素酶组分活性采用Geibetal.(2009)的方法测定。CBH以1%微晶纤维素(MC)为底物，EG酶以1%羧甲基纤维素(CMC)为底物，β-葡萄糖苷酶以1%水杨苷(salicin)为底物进行测定。用稀释后的100 μL粗酶液与200 μL 1%底物充分混合，37℃条件下水浴30 min，随后加入300 μL DNS溶液，对照组此时加入底物，混匀后立即沸水浴5 min，室温冷却后进行离心，混合液5倍稀释后用紫外分光光度计于540 nm测定吸光值。用不同浓度梯度的葡萄糖溶液绘制标准曲线，计算各纤维素酶组分的活性。

木聚糖酶活性采用DNS比色法进行测定，取2.00 mL经过适当稀释的酶液，在37℃下水浴10 min，再加入2.0 mL 100 mg/mL的木聚糖溶液37℃水浴30 min，随后加入5 mL DNS试剂混合均匀以终止酶反应，对照组此时加入木聚糖溶液，沸水浴加热5 min后冷却至室温，加水定容至25 mL，在540 nm处测定吸光值。用不同浓度梯度的木糖溶液绘制标准曲线，计算木聚糖酶的活性。

1.5 数据分析

实验数据均用平均值±标准误表示，原始数据用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析，若存在显著差异，则用Turkey法进行多重比较，显著水平为P<0.05。喜食寄主和普通寄主的次生代谢物和营养物质之间的群组差异，以及分别取食这两组寄主的幼虫酶活性之间的群组差异均使用t检验进行比较。

2 结果与分析

2.1 不同寄主植物次生代谢物质含量

普通寄主树种中的总酚含量显著高于喜食寄主(t-test=11.221，P<0.0001)。在喜食寄主中，国槐的总酚含量最高，其次是银杏和洋白蜡。在普通的寄主树种中，毛桃的总酚含量显著高于其他树种，并且其他3种树的总酚含量没有显著差异。由图1A可知，7个寄主树种中的总酚含量存在显著差异[df=6，56，F=353.620，P<0.0001]。

普通寄主树种的类黄酮平均含量是喜食寄主平均类黄酮含量的约7倍(t=5.126，P<0.0001)。3种喜食寄主树中类黄酮的含量之间无显著差异，在普通寄主树种中，毛桃的类黄酮含量显著高于香椿，其次是栾树和旱柳，由图1B可知，在7种寄主中，类黄酮的含量存在显著差异(df=6，56，F=447.110，P<0.0001)。

普通寄主树种的单宁含量显著高于喜食寄主树种(t=2.403，P=0.027)。在普通寄主中，毛桃的单宁含量最高，其次是香椿、栾树和旱柳。在喜食寄主中，国槐的单宁含量低于银杏和洋白蜡，银杏和洋白蜡的单宁含量高于旱柳，7种寄主树种的单宁含量之间存在显著差异(df=6，56，F=402.103，P<0.0001)(图1 C)。

2.2 不同寄主营养物质含量

喜食寄主和普通寄主的纤维素含量没有显著差异(t=1.188，P=0.253)，但是7种寄主树种的纤维素含量仍然存在显著差异(df=6，56，F=13.922，P<0.0001)(图2 A)，其中香椿的纤维素含量最高，其次是旱柳，国槐、银杏、栾树、洋白蜡和毛桃的纤维素含量之间没有显著差异。

喜食寄主和普通寄主的半纤维素含量无显著差异(t=1.342，P=0.196)，7个寄主树种之间的纤维素含量也不存在显著差异(df=6，56，F=2.222，P=0.102)(图2 B)。

2.3 幼虫蛋白浓度

分别取食7种寄主树种的小线角木蠹蛾幼虫的蛋白浓度存在显著差异(df=6，56，F=19.946，P<0.001)(图3 A)。用洋白蜡饲喂的幼虫蛋白浓度最高，取食栾树、银杏、国槐和毛桃的幼虫蛋白浓度之间没有显著差异，饲喂香椿和旱柳的幼虫蛋白浓度显著低于饲喂洋白蜡、栾树和银杏的幼虫。

图1 小线角木蠹蛾幼虫7种寄主树种的次生代谢物含量Fig.1 Secondary metabolite contents in seven hosts of Streltzoviella insularis larvae

图2 小线角木蠹蛾幼虫7种寄主树种的营养含量Fig.2 Nutrients in seven hosts of Streltzoviella insularis larvae

2.4 取食不同寄主幼虫解毒酶活性比较

共解剖取食7种寄主的210头小线角木蠹蛾幼虫用于酶活性的测定，结果表明不同寄主对幼虫消化道内3种解毒酶P450、GST和CarE活性均存在显著影响。

饲喂普通寄主的小线角木蠹蛾幼虫P450酶活性显著高于饲喂喜食寄主的幼虫(t= 4.351，P<0.0001)。取食不同的寄主树种显著影响小线角木蠹蛾幼虫P450酶活性(df=6，56，F=88.771，P<0.0001)(图3 B)，饲喂香椿和旱柳的幼虫P450酶活性较高，其次是取食毛桃、国槐和栾树的幼虫，饲喂银杏和洋白蜡的幼虫P450酶活性最低，且活性相近。

取食普通寄主树种的幼虫GST酶活性约是取食喜食寄主幼虫的1.3倍(t=3.192，P=0.003)。饲喂不同树种的幼虫GST酶活性如图3C所示(df=6，56，F=28.283，P<0.0001)，取食香椿的幼虫GST酶活性显著高于取食其它寄主的幼虫(图3 C)，取食旱酶柳、栾树和国槐的幼虫GST酶活性之间没有显著差异，用银杏、洋白蜡和毛桃喂养的小线角木蠹蛾幼虫具有最低的GST酶活性(图3 C)。

用喜食寄主喂养的幼虫CarE酶活性显著低于取食普通寄主树种的幼虫(t=4.286，P<0.0001)。不同的寄主树种显著影响幼虫的CarE酶活性(df=6，56，F=21.074，P<0.001)(图3 D)，饲喂香椿和旱柳的幼虫CarE酶活性显著较高，其次是栾树和洋白蜡，用国槐、毛桃和银杏喂养的幼虫CarE酶活性低于用其他寄主树种饲喂的幼虫。

图3 取食7种不同寄主的小线角木蠹蛾幼虫蛋白浓度和3种解毒酶的活性Fig.3 Protein concentration and activities of three detoxification enzymes in Streltzoviella insularis larvae feeding on seven different host trees

图4 取食7种不同寄主的小线角木蠹蛾幼虫消化酶的活性Fig.4 Digestive enzyme activities in Streltzoviella insularis larvae feeding on seven different host trees

2.5 取食不同寄主幼虫消化酶活性比较

用不同寄主树种饲养的小线角木蠹蛾的β-葡萄糖苷酶活性如图4A所示(df=6，56，F=7.938，P<0.0001)。取食普通寄主的幼虫β-葡糖苷酶活性显著高于取食喜食寄主的幼虫(t=2.389，P=0.022)。用旱柳饲喂的幼虫β-葡萄糖苷酶活性最高，但与取食毛桃、栾树、银杏、国槐和香椿的幼虫β-葡萄糖苷酶活性之间没有显著差异，取食洋白蜡的幼虫β-葡萄糖苷酶活性最低，约是取食旱柳幼虫的一半。

取食普通寄主与喜食寄主的幼虫EG酶活性之间没有显著差异(t=1.310，P=0.200)。但是取食不同的寄主显著影响幼虫的EG酶活性(df=6，56，F=21.025，P<0.0001)(图4 B)，取食香椿和旱柳的幼虫EG酶活性显著高于取食其他寄主的幼虫，用国槐、银杏、洋白蜡和毛桃饲喂的幼虫EG酶活性之间没有显著差异，用栾树饲喂的幼虫EG酶活性最低。

饲喂7种不同寄主树种的幼虫CBH酶活性如图4C所示(df=6，56，F=16.642，P<0.0001)。取食普通寄主与喜食寄主的幼虫CBH酶活性之间没有显著差异(t=1.769，P= 0.087)。用旱柳和香椿喂养的幼虫CBH酶活性显著高于取食其它寄主的幼虫，其次是取食洋白蜡、银杏、国槐和毛桃的幼虫，用栾树饲喂的幼虫CBH酶活性最低。

饲喂普通寄主的幼虫木聚糖酶活性略高于饲喂喜食寄主的幼虫(t=2.056，P=0.049)。取食7种不同寄主树种的幼虫木聚糖酶活性存在显著差异(df=6，56，F=18.652，P=0.003)(图4D)。用旱柳饲喂的幼虫中木聚糖酶活性最高，但与取食栾树、国槐、银杏、香椿和毛桃的幼虫之间没有显著差异，取食洋白蜡的幼虫木聚糖酶活性显著低于取食其他寄主的幼虫，仅仅约为取食旱柳幼虫酶活的1/3。

3 结论与讨论

大多数的植食性昆虫都受寄主植物生理状态和营养状况的影响(Guoetal.,2010)，同时，植物体内的次生代谢物质也会影响昆虫的取食(Vogeletal.,2014)。昆虫体内的酶系是昆虫适应寄主植物生化机制的重要组成部分，当一些昆虫取食的植物中含有大量具有杀虫活性的植物次生代谢物质时(如酚类、单宁、烟碱、除虫菊素类等)，会诱导昆虫体内的解毒代谢机制，提高昆虫对寄主植物的适应能力；而昆虫取食营养构成不同的寄主植物时，其体内的消化分解系统也会随之产生变化，影响昆虫对寄主植物的适应状况。本研究用7种不同的寄主树种饲喂小线角木蠹蛾幼虫，并测定了其解毒酶和消化酶活性。将银杏上的幼虫人为转接到其他寄主，目的在于研究其对不同寄主的适应机制，通过测定相关酶的活性来反应其适应的差异，而不涉及寄主选择。研究结果表明，取食不同寄主的小线角木蠹蛾幼虫的解毒酶和消化酶之间均存在显著差异，取食普通寄主幼虫中平均解毒酶活性(P450、GST和CarE)和平均消化酶活性(β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶)显著高于取食喜食寄主的幼虫，其中普通寄主的平均次生代谢物含量较高(总酚、类黄酮和单宁)。因此，相比于喜食寄主，普通寄主(香椿、毛桃和栾树)对幼虫特定解毒酶的诱导性更强，但是取食普通寄主和喜食寄主的幼虫消化酶差异并不明显，整体而言，喜食寄主更有利于小线角木蠹蛾的取食。在野外调查中，小线角木蠹蛾对喜食寄主的危害也更加严重，而仅在局部地区的普通寄主上发现了小线角木蠹蛾，因此本研究结果与野外的调查一致。

3.1 解毒酶

昆虫的解毒酶可以作用于一系列的植物次生代谢物质，其中P450、GST和CarE是害虫体内重要的解毒酶系，它们在对外源化合物的解毒代谢和杀虫剂的抗性机制中发挥了重要作用。P450是昆虫体内功能最为多样的一类解毒酶(Lietal.,2007 b)。在该研究中，取食普通寄主的幼虫P450酶活性是取食喜食寄主的约1.33倍，该结果与之前的研究结果一致，取食饲喂胡萝卜Daucuscarota(非喜食寄主)的南方灰翅夜蛾幼虫Spodopteraeridania的P450酶活性高于取食利马豆Phaseoluslunatus(喜食寄主)(Brattsten,1992)。饲喂两种普通宿主的茶黄蓟马Scirtothripsdorsalis的P450酶活性也高于饲喂喜食寄主野茶树Camelliaassamica(Dhiraj,2016)。本研究发现，从银杏上转移到旱柳和香椿的幼虫P450酶活性分别是转移到银杏上幼虫酶活性的1.712和1.606倍，该结果与其他报道一致，P450酶在适应不同寄主的过程中具有关键作用，P450酶可以代谢多种植物化感物质(Desprésetal.,2007;Alonetal.,2010;Schuler,2011;Lietal.,2007 b)。此外，P450酶的诱导还与昆虫对寄主植物的摄食频率有关(Zengetal.,2007)。

本研究结果表明，取食普通寄主的小线角木蠹蛾幼虫GST酶活性高于取食喜食寄主的幼虫。有研究发现日本金龟子Popilliajaponica仅少量取食普通寄主，其诱导GST酶活性高于取食喜食寄主的幼虫(Adesanyaetal.,2016)。目前，已有很多关于在鳞翅目昆虫和以落叶树为食的昆虫中，GST酶对植物内抗虫化合物作用的研究。在鳞翅目昆虫中，当取食非喜食寄主植物时GST酶活性会增加，而十字花科和伞形科植物对于鳞翅目昆虫的GST酶诱导性最强(Yu,1996)。在桃蚜Myzuspersicae中，十字花科植物中含有硫代葡萄糖苷和异硫氰酸酯，可能是诱导昆虫体内大量GST酶的原因(Francisetal.,2010)。本研究还发现，取食不同的寄主会显著影响小线角木蠹蛾幼虫的GST酶活性，这与光肩星天牛的研究结果一致，当用4种寄主分别饲喂光肩星天牛后，成虫体内的GST酶活性差异达到了显著水平(Yanetal.,2016)，光肩星天牛幼虫取食糖槭树后，GST酶基因也发生了上调(Masonetal.,2016)。已有研究证实，杨树体内的苯酚、香豆酸、丁香酸、水杨酸等次生物质会对光肩星天牛幼虫的GST活性产生不同程度的影响，取食栾树、柳树、银杏、洋白蜡、国槐的幼虫GST酶活性之间均不存在显著差异(Zhangetal.,2011)。Rigsbyetal.(2015)研究发现取食不同寄主的白蜡窄吉丁AgrilusplanipennisGST酶活性之间也没有显著差异，这可能与上述情况类似，该研究选用的3种寄主虽然分别是抗性物种和易感性物种，但所含的诱导GST酶的化合物种类或含量可能很相近，导致酶活性差异不显著。目前GST酶被证实在抵御植物次生代谢物的过程中发挥了解毒作用(Lietal.,2007b)，在昆虫摄入次生代谢物后，GST酶可以保护细胞抵御有毒物质的侵害，同时它还在保护细胞被氧化和运输内生性亲脂化合物上具有不可替代的作用(Weinholdetal.,1990)。

CarE酶也是昆虫体内的一种重要解毒酶，但目前关于其在寄主适应方面的研究还较为有限。本研究结果表明，取食喜食寄主的小线角木蠹蛾幼虫CarE活性显著低于取食普通寄主的幼虫。用6种不同抗性的杨树品种接种光肩星天牛幼虫，发现其体内的CarE酶活性差异也非常大，且酶活性变化趋势与杨树品种的抗虫性呈负相关(Lietal.,2007 a)。本研究还发现取食栾树的幼虫CarE酶活性显著高于其他树种，栾树中含有丰富的没食子酸盐衍生物和氰脂类化合物(Yangetal.,1999)。目前已确定植物次生代谢物质糖苷芦丁和吲哚生物碱可以分别诱导斜纹夜蛾Spodopteralitura和麦长管蚜的CarE酶进行代谢解毒(Ghumareetal.,1989;Caietal.,2009)，杨树中的苯甲酸、邻苯二酚和儿茶酸能够影响光肩星天牛幼虫的CarE酶活性(Zhangetal.,2011)。CarE酶还能够参与酶其他有毒物质如植物源杀虫剂(拟除虫菊酯)的代谢，也间接支持了CarE酶参与降解植物次生代谢物的假定(Usmani &Knowles,2001;Yangetal.,2005)。

3.2 消化酶

纤维素和半纤维素降解后释放的碳水化合物是蛀干昆虫的主要营养来源。在该研究中，取食不同寄主的小线角木蠹蛾幼虫β-葡萄糖苷酶活性之间虽然差异较小，但仍存在显著差异(P=0.022)，并且取食喜食寄主和普通寄主的小线角木蠹蛾幼虫EG酶和CBH酶活性之间没有显著差异。这一结果与Geibetal.(2009)的结果一致，该研究报道了光肩星天牛取食最喜食寄主(糖槭)和第二喜食寄主(针栎)的EG和CBH酶活性之间没有显著差异，而取食第二喜食寄主(针栎)的幼虫β-葡萄糖苷酶活性显著高于取食最喜食寄主(糖槭)的幼虫。取食4种不同寄主的雄性和雌性光肩星天牛的酶活性之间也不存在显著差异(Lietal.,2008)。在本研究中，喜食寄主和普通寄主中的纤维素和半纤维素含量没有显著差异，因此，无法确定纤维素含量是否影响幼虫纤维素酶活性。

在昆虫体内，纤维素水解成葡萄糖需要纤维素酶系EG酶、CBH酶和β-葡萄糖苷酶的协同作用下才能完成，其中EG酶水解纤维素链的内部β-1,4键，通常作用于非晶纤维素；CBH从纤维素的非还原端释放纤维二糖，主要作用于结晶纤维素；而β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖或更长的纤维素链以释放葡萄糖，因此只能作用于寡糖，这三种酶都不能单独分解纤维素(Ljungdahl &Eriksson,1985)。小线角木蠹蛾3种纤维素酶的平均活性的顺序是CBH>EG>β-葡萄糖苷酶。Suoetal.(2004)测定了松墨天牛幼虫的纤维素酶，结果表明CBH>EG>β-葡萄糖苷酶，这与本研究结果一致。然而，桑天牛Aprionagermari中3种纤维素酶的酶活性顺序为：EG>β-葡萄糖苷酶>CBH(Yinetal.,1996)。它们的差异可能与其寄主体内的结晶纤维素比例有关，松树(松墨天牛的主要寄主树种)和小线角木蠹蛾寄主的结晶纤维素比例高于桑树(桑天牛的主要寄主树种)，因此，这些昆虫需要相对较高的CBH酶活性才能降解。在整个反应体系中，通过特定的底物可以测定某一种纤维素酶的活性，但无法消除其他纤维素酶产生的影响，因此本结果只能反应特定发挥关键作用的酶的活性。

在自然界中，木聚糖是木头中含量最多的一类半纤维素。与纤维素相比，半纤维素具有更强的结构异质性，它以碳水化合物(主要为木糖)、糖酸和乙酰酯为线性聚合物的侧基，这些侧基阻止了半纤维素原纤维的填充，并使半纤维素为非结晶状(van Rensburgetal.,2000)。本研究发现小线角木蠹蛾幼虫木聚糖酶的活性与纤维素酶系非常接近，说明其对木聚糖的分解能力很强，也侧面反映出木聚糖也是其重要的营养来源之一。喜食寄主中的半纤维素含量与普通寄主之间无显著差异，但是，取食喜食寄主与取食普通寄主的幼虫之间木聚糖酶活性存在显著差异。其中虽然洋白蜡的半纤维素含量没有明显低于其他树木，但取食洋白蜡的幼虫木聚糖酶活性显著低于取食其他寄主的幼虫，因此洋白蜡中可能含有较多的其他半纤维素。半纤维素是一种成分混杂的底物(混合物)，其水解需要多种不同的酶攻击多糖或寡糖中的特定糖苷键来实现(Zverlovetal.,2003)，这些侧基可以防止半纤维素堆积或结晶(van Rensburgetal.,2000)。

目前，对于小线角木蠹蛾纤维素酶和木聚糖酶的来源还尚未明确。光肩星天牛和一些甲虫的体内具有强大的酶库，能够自行分解纤维素、木聚糖和其他细胞壁多糖(McKennaetal.,2016)，这些昆虫中一些编码消化酶(降解纤维素或半纤维素)的基因来源于细菌或真菌，从而丰富了体内的基因家族(Kirschetal.,2014)。虽然光肩星天牛肠道中的微生物并不直接分泌消化酶，但在昆虫营养循环和营养物质生物合成的过程中，仍然起着至关重要的作用，它们可以帮助天牛在营养不良的条件下生存(Ayayeeetal.,2014;Scullyetal.,2014)。相比之下，一些白蚁Macrotermesbellicosus(以木材为食的昆虫)缺少一些编码类似EG酶或CBH酶功能的基因家族，共生体的基因组包含许多相同的基因家族，在它们体内这些功能由共生体提供(Ohtokoetal.,2000;McKennaetal.,2016)。此外，光肩星天牛还具有降解木聚糖的能力，其糖苷水解酶第5家族的一些基因参与合成光肩星天牛体内降解植物中主要半纤维素(木聚糖)的酶(McKennaetal.,2016)。Matoub &Rouland(1995)从白蚁体内纯化出两种木聚糖酶。咖啡浆果蛀虫Hypothenemushampei的消化道也发现了木聚糖酶基因(Beatrizetal.,2012)。但是，纤维素酶和木聚糖酶在小线角木蠹蛾幼虫消化道内的分布及来源还有待于进一步探究。