棉蚜取食被棉长管蚜危害棉花后其相关酶的活性

吴 娜，张玉栋，蔡晓虎，史亚辉，韩 睿，王俊刚

(石河子大学农学院/新疆绿洲农业病虫害治理与植保资源利用重点实验室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意义】棉蚜(AphisgossypiiGlover)和棉长管蚜(AcyrthosiphomgossypiiGlover )属同翅目蚜科，是新疆棉区重要的刺吸类害虫[1]。其主要以若蚜、成蚜吸食植物汁液，造成植物叶片卷缩、幼苗萎蔫，甚至枯死，取食过程中分泌的蜜露则会诱发霉菌产生，影响植物正常光合作用，使得棉花产量和品质严重下降[2,3]。正常年份棉花苗期以棉长管蚜危害为主，而棉蚜在棉花生长中后期上升为优势种，但年内和年际间其优势地位呈现出不同变化[ 4-7]。研究棉长管蚜和棉蚜交互发生对后取食棉蚜的影响，对科学治理棉田蚜虫具有重要的理论和实践意义。【前人研究进展】前期为害昆虫对寄主植物产生的诱导，对后续植食性昆虫不仅有促进作用，也有抑制作用[8]。亢菊侠等[9]研究了蚜虫及大麦黄矮病毒诱导小麦对后期禾谷缢管蚜酶活性的影响，结果显示，取食前期经蚜虫危害的小麦后，禾谷缢管蚜体内保护酶和解毒酶活性均显著升高，说明小麦受蚜虫危害后，对后期禾谷缢管蚜产生不利的影响，后期蚜虫通过升高保护酶和解毒酶活性来适应这种影响。冯春富等[10]研究了兴安落叶松诱导抗性对舞毒蛾幼虫解毒酶活性的影响，结果显示，取食经舞毒蛾幼虫和松毛虫幼虫取食诱导的落叶松后，舞毒蛾幼虫羧酸酯酶活性受到不同程度抑制。牟峰[11]研究了不同处理菜豆植株对西花蓟马生长发育和酶活性的影响，结果表明，蓟马危害菜豆后对西花蓟马解毒酶、保护酶、和消化酶均起到抑制作用。蓟马危害菜豆后能够干扰西花蓟马体内解毒机制，削弱其对有毒次生物质的解毒代谢功能[12]。【本研究切入点】昆虫取食被危害的植物后，可通过调节消化酶、解毒酶活性进行反防御。目前，关于棉蚜对经棉长管蚜和棉蚜交互危害棉花的适应性尚未见报道。研究棉长管蚜危害棉花和棉长管蚜、棉蚜交互危害棉花对后取食的棉蚜保护酶、解毒酶活性变化。【拟解决的关键问题】研究棉长管蚜和棉蚜前期取食危害棉花对后取食棉蚜酶活性的影响，分析棉蚜、棉长管蚜、棉花之间的互作关系，分析同寄主上不同时期危害昆虫之间的相互关系，为有效控制棉花蚜虫为害提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

新陆早 44 号，培养于恒温培养箱( 温度为( 26 ± 1)℃，湿度 70% ± 5% ，光照时间L∶D 为 16 h∶8 h) 。选取生长状况相近、带有2 片展开真叶的棉花备用。

棉长管蚜、棉蚜，采集于石河子大学试验场，在实验室继代饲养。

乙醇，天津市致远化学试剂有限公司；CAT、POD、SOD、AChE、GST检测试剂盒，均为南京建成生物工程研究所产品。UV-1800日本岛津紫外可见分光光度计，日本岛津公司；电热恒温水浴锅，北京长安科学仪器厂；玻璃匀浆器，上海垒固仪器有限公司；高速冷冻离心机，上海安亭科学仪器厂；LQP-B-4型制冰机，上海安亭科学仪器厂。

1.2 方 法

1.2.1 棉长管蚜取食棉花对后取食棉蚜酶活性的影响

饥饿对照(H12)：选取体型大小一致的棉蚜30头饥饿处理12 h，待测。

常规对照(F24)：选取体型大小一致、正常取食的棉蚜30头，待测。

棉长管蚜危害组(Ac24、Ac48、Ac72)：选取体型大小一致的棉长管蚜30头于健康棉花上，分别取食危害24、48和72 h后去除，并分别接体型大小一致的饥饿处理棉蚜30头取食24 h，待测。

各处理均重复3次。

1.2.2 棉长管蚜和棉蚜交互危害棉花对棉蚜酶活性的影响

棉长管蚜和棉蚜交互取食棉花对棉蚜酶活性的影响，利用正交表安排3因素3水平试验。列出试验因素和水平和棉长管蚜和棉蚜交互取食棉花正交处理。每处理重复3次。表1，表2

表 1 棉长管蚜和棉蚜交互取食棉花试验因素和水平Table 1 Experimental factors and levels of A. gossypii and Ac. Gossypii feeding on cotton

表 2 棉长管蚜和棉蚜交互取食棉花正交试验方案Table 2 Orthogonal test scheme for cotton feeding by A. gossypii and Ac. gossypii

1.2.3 指标测定

待各处理蚜虫取食结束，用零号毛笔挑取30头蚜虫，按测定盒要求依次测定过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、乙酰胆碱酯酶(AChE)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活性。

1.3 数据处理

试验数据在Excel 2007中整理，采用SPSS 20.0统计软件进行方差分析和多重比较(LSD法)，P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 棉长管蚜取食棉花对后取食棉蚜酶活性的影响

2.1.1 棉花对棉蚜CAT活性的影响

研究表明，随着棉长管蚜取食棉花时间的延长，不同受害程度的棉花对后期取食的棉蚜CAT活性均有影响。当棉长管蚜取食危害棉花24、48和72 h时，后期取食的棉蚜CAT活性逐渐升高。与取食健康棉花组相比，取食经棉长管蚜危害的棉花的棉蚜CAT活性分别上升29%、64%、83%。与取食健康棉花组相比，饥饿组棉蚜CAT活性上升53%。饥饿胁迫和棉长管蚜取食危害均可使棉蚜CAT活性增大，且棉长管蚜取食危害时间越长，后期取食的棉蚜CAT活性增长越大。表3

2.1.2 棉花对棉蚜POD活性的影响

研究表明，饥饿胁迫组和棉长管蚜取食危害组与取食健康棉花组相比POD活性有显著差异。与取食健康棉花组相比，饥饿胁迫组和棉长管蚜取食危害组POD活性显著提高。其中，饥饿胁迫组比取食健康棉花组棉蚜POD活性提高74%。而经棉长管蚜取食危害24、48、72 h的处理分别比取食健康棉花组POD活性高88%、104%、142%。饥饿胁迫和棉长管蚜取食危害均可使棉蚜POD活性增大，且棉长管蚜取食危害时间越长，后期取食的棉蚜POD活性增长越大。表3

2.1.3 棉花对棉蚜SOD活性的影响

研究表明，饥饿胁迫和棉长管蚜取食危害均可使后取食棉蚜SOD活性显著提高。其中，饥饿胁迫组比取食健康棉花组棉蚜SOD活性高53%。而经棉长管蚜取食危害24 、48、72 h的处理分别比取食健康棉花组POD活性高55%、108%、107%。饥饿胁迫和棉长管蚜取食危害均可使棉蚜SOD活性增大，且棉长管蚜取食危害时间越长，后期取食的棉蚜SOD活性增长越大。表3

2.1.4 棉花对棉蚜乙酰胆碱酯酶活性的影响

研究表明，棉长管蚜取食危害可使后取食的棉蚜乙酰胆碱酯酶活性显著提高。饥饿胁迫对棉蚜乙酰胆碱酯酶活性没有显著影响。与取食健康棉花组相比，经棉长管蚜取食危害24、48、72 h的处理分别比取食健康棉花组乙酰胆碱酯酶活性提高16%、43%、58%。而饥饿处理组与取食健康棉花组乙酰胆碱酯酶活性差异不显著。饥饿处理组与取食健康棉花组相比，乙酰胆碱酯酶活性只提高了6%。而棉长管蚜取食危害可使棉蚜乙酰胆碱酯酶活性增大，且棉长管蚜取食危害时间越长，后期取食的棉蚜乙酰胆碱酯酶活性增长越大。表3

2.1.5 棉花对棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性的影响

研究表明，棉长管蚜取食危害可使后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性显著提高。与取食健康棉花组相比，经棉长管蚜取食危害24、48、72 h的处理分别比取食健康棉花组谷胱甘肽-S-转移酶活性提高57%、65%、70%。而饥饿处理组与取食健康棉花组谷胱甘肽-S-转移酶活性差异不显著。饥饿处理组与取食健康棉花组相比，谷胱甘肽-S-转移酶活性只提高了3%。饥饿胁迫对棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性没有显著影响。而棉长管蚜取食危害可使棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性增大，且棉长管蚜取食危害时间越长，后期取食的棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性增长越大。表3

表3 棉长管蚜取食棉花下后取食棉蚜保护酶与解毒酶变化Table 3 Effects of Ac. gossypii feeding on the protective enzymes and detoxification enzymes of A. gossypii

2.2 棉长管蚜和棉蚜交互危害棉花对棉蚜酶活性的影响

2.2.1 棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花后对棉蚜CAT活性的影响

研究表明，棉长管蚜首次取食危害对后取食的棉蚜CAT活性影响最大，其次为棉长管蚜危害+棉蚜危害。棉长管蚜首次取食危害和棉长管蚜危害+棉蚜危害对后期取食的棉蚜CAT活性影响显著(P<0.05)，棉长管蚜再次取食危害对后期取食的棉蚜CAT活性影响不显著(P>0.05)；棉长管蚜首次危害72 h对后取食的棉蚜CAT活性影响最大；棉长管蚜+棉蚜危害72 h对后取食的棉蚜CAT活性影响最大；棉长管蚜再次取食24 h对后取食的棉蚜CAT活性影响最大。即棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花对后取食的棉蚜CAT活性影响最大的组合为：棉长管蚜首次危害72 h+棉蚜危害72 h+棉长管蚜再次取食24 h。表4～8

2.2.2 棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花后对棉蚜POD活性的影响

研究表明，棉长管蚜取食危害2次对后取食的棉蚜POD活性影响最大，其次为棉长管蚜危害+棉蚜危害。棉长管蚜取食危害2次和棉长管蚜危害+棉蚜危害对后期取食的棉蚜POD活性影响显著(P<0.05)，棉长管蚜首次取食危害对后期取食的棉蚜POD活性影响不显著(P>0.05)；棉长管蚜+棉蚜危害72 h对后取食的棉蚜POD活性影响最大；棉长管蚜再次取食危害48 h对后取食的棉蚜POD活性影响最大；棉长管蚜首次取食72 h对后取食的棉蚜POD活性影响最大。即，棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花对后取食的棉蚜POD活性影响最大的组合为：棉长管蚜首次危害72 h+棉蚜危害72 h+棉长管蚜再次取食48 h。表4～8

2.2.3 棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花后对棉蚜SOD活性的影响

研究表明，棉长管蚜首次取食危害对后取食的棉蚜SOD活性影响最大，其余处理对后取食的棉蚜SOD活性影响较小。棉长管蚜首次取食危害对后期取食的棉蚜SOD活性影响显著(P<0.05)，棉长管蚜危害+棉蚜取食危害和棉长管蚜再次取食危害对后期取食的棉蚜SOD活性影响不显著(P>0.05)；棉长管蚜首次危害48 h对后取食的棉蚜SOD活性影响最大；棉长管蚜+棉蚜危害24 h对后取食的棉蚜SOD活性影响最大，棉长管蚜再次取食72 h对后取食的棉蚜SOD活性影响最大。棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花对后取食的棉蚜SOD活性影响最大的组合为：棉长管蚜首次危害48 h+棉蚜危害24 h+棉长管蚜再次取食72 h。表4～6

2.2.4 棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花后对棉蚜AChE活性的影响

研究表明，棉长管蚜首次取食危害和棉长管蚜再次取食危害对后取食的棉蚜乙酰胆碱酯酶活性影响最大。棉长管蚜首次取食危害和棉长管蚜再次取食危害对后期取食的棉蚜乙酰胆碱酯酶活性影响显著(P<0.05)，棉长管蚜+棉蚜取食危害对后期取食的棉蚜乙酰胆碱酯酶活性影响不显著(P>0.05)；棉长管蚜首次取食危害24 h对后取食的棉蚜乙酰胆碱酯酶活性影响最大；棉长管蚜再次取食危害48 h对后取食的棉蚜乙酰胆碱酯酶活性影响最大；棉长管蚜+棉蚜取食危害72 h对后取食的棉蚜乙酰胆碱酯酶活性影响最大。棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花对后取食的棉蚜乙酰胆碱酯酶活性影响最大的组合为：棉长管蚜首次危害24 h+棉蚜危害72 h+棉长管蚜再次取食48 h。表4～8

2.2.5 棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花后对棉蚜GST活性的影响

研究表明，棉长管蚜首次取食危害对后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性影响最大；棉长管蚜首次取食危害对后期取食的棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性影响显著(P<0.05)；棉长管蚜+棉蚜取食危害和棉长管蚜再次取食危害对后期取食的棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性影响不显著(P>0.05)；棉长管蚜首次取食危害72 h对后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性影响最大；棉长管蚜+棉蚜取食危害48 h对后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性影响最大。棉长管蚜再次取食危害48 h对后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性影响最大。棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花对后取食的棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶活性影响最大的组合为：棉长管蚜首次危害72 h+棉蚜危害48 h+棉长管蚜再次取食48 h。表4～6

表4 棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花下棉蚜保护酶与解毒酶变化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 棉蚜和棉长管蚜交互取食棉花下棉蚜保护酶与解毒酶方差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 棉长管蚜取食危害下棉蚜CAT、SOD、AChE、GST活性变化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活性变化Table 7 Effects of A.gossypii feeding induction on CAT and POD activities of A.gossypii

表8 棉长管蚜+棉蚜+棉长管蚜取食危害下棉蚜POD、AChE活性变化Table 8 Effects of feeding induction of Ac. gossypii - A. gossypii - Ac. gossypii on POD and AChE activities of A. gossypii

3 讨 论

同种或异种植食性昆虫到达寄主植物具有时序性或共存性，前期为害的昆虫对寄主植物产生诱导[13]，对后续植食性昆虫不仅有促进作用，而且也有抑制作用。这种前期为害是一种诱导植物产生抗性的反应，且与害虫为害时间有着直接关系[14]。试验选取田间出现较早、持续危害的棉长管蚜和中后期危害较重的棉蚜为试虫，探究棉长管蚜危害和棉长管蚜、棉蚜交互危害对后取食棉蚜酶活性的影响。

棉蚜体内保护酶(如SOD、POD、CAT 等)能维持体内活性氧产生和清除的动态平衡，从而防止自由基的毒害[15]。而逆境条件则往往使细胞中活性氧产生增多或清除能力减弱，在这种情况下活性氧清除能力的高低成为昆虫抗逆境能力大小和能否在逆境中生存的关键[16]。研究中发现，棉蚜取食了经棉长管蚜危害的棉花和棉蚜、棉长管蚜交互危害的棉花后，其体内保护酶(SOD、POD、CAT)活性与取食健康棉花的棉蚜相比均显著上升。棉蚜取食了受虫害胁迫的棉花后，体内源源不断地产生SOD、POD、CAT来分解对其有毒害作用的活性氧物质。研究显示， 经昆虫取食诱导后，亚洲玉米螟保护酶活性显著升高[16]。而取食虫害植株的西花蓟马保护酶活性一直受到抑制[17]，取食二斑叶螨危害的番茄植株后西花蓟马体内保护酶活性也受到抑制[18]。这可能与昆虫种类以及诱导时间不同有关。

乙酰胆碱酯酶(AChE)可以通过水解酯键来降解有毒物质，而且可以通过结合作用降低体内有毒物质的有效浓度[19]。谷胱甘肽 S- 转移酶 (GST) 在毒理学上有一定的重要性，它可以催化亲核性的谷胱甘肽与各种亲电子外源化学物的结合反应。许多外源化学物在生物转化第1相反应中极易形成某些生物活性中间产物，它们可与细胞生物大分子重要成分发生共价结合，对机体造成损害[20]。谷胱甘肽与其结合后，可防止发生此种共价结合，起到解毒作用。研究显示，经昆虫取食诱导后，亚洲玉米螟解毒酶活性显著升高[15]。西花蓟马取食二斑叶螨危害的番茄植株后体内解毒酶活性上升[17]。研究中发现，棉蚜取食了经棉长管蚜危害的棉花和棉蚜、棉长管蚜交互危害的棉花后，其体内AChE、GST活性与取食健康棉花的棉蚜相比均显著上升。棉蚜取食了受虫害胁迫的棉花后，会提高自身解毒酶活性，以适应外界毒害的影响。

4 结 论

棉长管蚜的取食会影响后取食棉蚜的生理变化，后取食棉蚜体内ROS系统中清除自由基的关键酶CAT、SOD、POD和解毒代谢相关的AChE、GST活性变化，棉长管蚜和棉蚜在棉花上的危害存在互作关系。棉长管蚜危害72 h，对后取食棉蚜体内酶活性影响最大；棉长管蚜和棉蚜交互危害中，第1次棉长管蚜危害对后取食棉蚜酶活性影响最大，第2次棉蚜危害和第3次棉长管蚜危害对后取食棉蚜酶活性影响均较小。