不同翅型棉蚜体内游离氨基酸含量对比

安哲，马妍，高雪珂，雒珺瑜，崔金杰，王丽，朱香镇

（棉花生物学国家重点实验室/ 中国农业科学院棉花研究所，河南安阳 455000）

棉蚜Aphis gossypii，属半翅目蚜科，是棉田危害较为严重的害虫之一，其寄主植物广泛，目前已发现将近200 种植物能够被棉蚜寄生。棉蚜刺吸取食、传播病毒和分泌蜜露导致煤污病发生等危害，都会造成棉花产业的巨大经济损失[1]。在国内的棉花种植区，棉蚜已成为重要的监测害虫之一[2-3]。

氨基酸在昆虫的生命活动中必不可少，是合成蛋白质的重要物质。游离氨基酸是生物体内以游离态存在的氨基酸的统称，是蚜虫体内合成氮素的唯一来源，进而参与其他生命物质的合成[4]。昆虫血淋巴中游离氨基酸的分布通常与昆虫的生命活动相关，血淋巴中的游离氨基酸通常处于动态平衡状态，不同昆虫、甚至同一昆虫的不同组织或者不同发育阶段血淋巴中的氨基酸都会有差异，即使在饲养条件相同的情况下，不同昆虫体内游离氨基酸的种类与丰度也会有变化。研究表明，地理位置的不同会影响棉铃虫体内游离氨基酸的含量，且在蛹期，棉铃虫的游离氨基酸变化显著[5]。说明不同地理位置昆虫体内游离氨基酸的差异可以反映环境因子对昆虫生理变化的影响。

棉花组织中的氨基酸、糖分是棉蚜的主要营养物质来源，这些物质与棉株的抗蚜性紧密相关。已有研究表明，游离氨基酸的含量变化能反映寄主植物与昆虫的相互作用以及昆虫如何适应寄主植物的营养改变[6]。笔者团队在研究中发现不同翅型棉蚜的抗性、繁殖力等存在差异：相对于无翅蚜而言，有翅型的若蚜期更长，生殖率较低，但有翅蚜的生殖期与寿命更长，抗饥饿能力更强，且飞行感觉系统和寻找宿主的敏锐性更强[7-9]。因此，本研究拟分析不同翅型成蚜和若蚜的游离氨基酸种类和含量的差异，探讨游离氨基酸在棉蚜生长发育中的作用。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

棉蚜为实验室多代饲养的种群，室内饲养条件为光照时间14 h/黑暗时间10 h，温度（25±1）℃，相对湿度70%±5%。所用棉花品种为非转基因抗虫棉品种中棉所49，室内栽培条件为光照时间14h/ 黑暗时间10 h，温度（26±1）℃，相对湿度70%±10%。

1.2 供试化合物

供试化合物有磺基水杨酸、茚三酮缓冲液（三水乙酸钠、醋酸钾、苯酚、甲醇、异丙醇、茚三酮、乙酸、抗坏血酸）和4 种全自动氨基酸分析仪专用缓冲液A、B、C、D（货号：S000007CN、S000008CN、S000013CN、S000014CN，购买自塞卡姆（北京）科学仪器有限公司）。磺基水杨酸、三水乙酸钠、醋酸钾购买自西格玛奥德里奇贸易有限公司，苯酚购买自天津市大茂化学试剂公司，甲醇、异丙醇、乙酸购买自上海生工生物工程股份有限公司，茚三酮晶体购买自上海三爱思试剂有限公司，抗坏血酸购买自索莱宝科技有限公司。所有试剂均为分析纯等级。

1.3 样品收集

取播种后10 d 左右的棉花幼苗，此时的棉花幼苗仅有2 片幼嫩的子叶，选择叶片较大较厚的棉株，每株挑放生长状况较好的无翅棉蚜成虫10 头左右，待其产仔24 h 后，移除棉蚜成虫，待仔蚜生长至4 龄和成虫1 d 时分别进行取样，每200 头为1 个样品，有翅蚜与无翅蚜各100 头，共收集10 个重复。

1.4 游离氨基酸提取与分析

在样品中加入0.5 mL 2%（体积分数）的磺基水杨酸，在4 ℃下研磨至匀浆状，静置提取0.5 h 以上，使用孔径0.22 μm 的离心式滤膜在10 000 r·min－1下离心10 min，得到过滤后的上清液，将其上样至Sykam S7130 氨基酸分析仪（德国，赛卡姆公司）。在茚三酮缓冲液作用下，按照表1 的氨基酸洗脱程序，将样品中的游离氨基酸依次从分离柱上洗脱，最终将样品游离氨基酸色谱图与标准样品色谱图进行对比，得到样品游离氨基酸含量数据。

表1 氨基酸分析仪缓冲液洗脱程序

1.5 数据分析

不同发育时期不同翅型的棉蚜游离氨基酸含量，其差异显著性使用SPSS 23 中的非参数比较方法（Kruskal-Wallis 法）进行检验（0.05 水平），使用软件Graphpad Prism 8.0.2 进行作图。

2 结果与分析

2.1 游离氨基酸的组成

通过测定棉蚜游离氨基酸种类及其含量，发现不同翅型棉蚜的游离氨基酸种类一致，均检测到21 种游离氨基酸（表2）。其中，必需氨基酸10 种，包括：苏氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸；其余11 种（包括氨基酸衍生物）为非必需氨基酸，包括：磷酸丝氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、γ- 氨基丁酸、鸟氨酸、脯氨酸。

表2 不同翅型棉蚜游离氨基酸种类及其含量

无翅蚜中，成蚜的游离氨基酸含量除天冬酰胺外均高于若蚜，其中缬氨酸、甲硫氨酸、磷酸丝氨酸、丝氨酸、天冬酰胺、γ- 氨基丁酸、脯氨酸的含量在2 个发育时期差异显著。有翅蚜中，成蚜的游离氨基酸含量除酪氨酸外均高于若蚜，其中天冬氨酸、鸟氨酸的含量在2 个发育时期差异显著。

2.2 不同翅型棉蚜游离氨基酸含量的比较

由表2 数据可知，4 龄无翅若蚜和有翅若蚜的游离氨基酸含量分别为10.29 μg·g－1和10.31 μg·g－1，无显著差异；而有翅成蚜的游离氨基酸含量（19.33 μg·g－1）显著高于无翅成蚜（12.89 μg·g－1），是无翅成蚜的1.5 倍。成蚜和4 龄若蚜的必需氨基酸含量、4 龄若蚜的非必需氨基酸含量在2 种翅型间均无显著差异，但有翅成蚜的非必需氨基酸含量比无翅成蚜上升0.65 倍，差异显著。

在2 个生育时期，有翅蚜的亮氨酸和甘氨酸含量均显著高于无翅蚜，而有翅蚜的精氨酸含量均显著低于无翅蚜。除苯丙氨酸、精氨酸、酪氨酸、鸟氨酸外，有翅成蚜的其余种类游离氨基酸的含量均高于无翅成蚜，其中前者缬氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸、丝氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、γ- 氨基丁酸和脯氨酸8种游离氨基酸含量显著高于后者。2 个发育时期不同翅型棉蚜中含量最高的游离氨基酸种类均为天冬酰胺；含量较低的氨基酸是鸟氨酸、磷酸丝氨酸，均为非必需氨基酸。

3 讨论与结论

昆虫生命活动的正常运转离不开游离氨基酸，只有游离氨基酸的含量维持在稳定的水平，各种代谢才能稳定进行[10]。在昆虫的发育过程中游离氨基酸的含量在不断地变化，在昆虫生长发育及其与寄主植物的互作等方面发挥作用。

前人研究表明，玉米铁甲虫Dactylispa setifera在幼虫、蛹和成虫3 个虫态中游离氨基酸种类相同，但各种游离氨基酸的含量发生较大改变[11]。本研究中，2 种翅型成蚜的游离氨基酸含量除天冬酰胺和酪氨酸外均高于若蚜，且缬氨酸、甲硫氨酸、磷酸丝氨酸、丝氨酸、γ- 氨基丁酸、脯氨酸、天冬氨酸、鸟氨酸和天冬酰胺的含量在2 个发育时期的棉蚜体内呈显著差异，这可能与棉蚜的生长发育紧密相关。其中，除苯丙氨酸、精氨酸、酪氨酸、鸟氨酸外，有翅成蚜的其余种类游离氨基酸的含量均高于无翅成蚜，这可能与有翅成蚜的生长发育有关。

在自然环境中，为了更好地适应环境，蚜虫通过翅型的分化来提高适应力[12-14]，不同翅型蚜虫游离氨基酸含量的不同可反映游离氨基酸在蚜虫翅型分化及其生理调节中所发挥的重要作用。研究表明：在特定的条件下，氨基酸可成为昆虫体内的能量来源，昆虫血淋巴中的脯氨酸含量较高，有的甚至达到血淋巴总量的2%，成为昆虫中比糖元和海藻糖更为重要的能量来源[15]，且脯氨酸可以作为一种信号分子，能调节线粒体功能，影响细胞增殖或细胞死亡，提高细胞抗性[16]；甲硫氨酸等含硫氨基酸的3 种主要产物谷胱甘肽、同型半胱氨酸和牛磺酸主要影响体外和体内免疫反应[17]。本研究中棉蚜的游离氨基酸含量测定结果显示，相较于无翅成蚜，有翅成蚜体内的脯氨酸与甲硫氨酸含量显著上升，从而推测有翅成蚜脯氨酸与甲硫氨酸含量的增加与有翅蚜抗逆性增强联系紧密。本研究还发现有翅棉蚜体内的精氨酸含量与无翅棉蚜相比显著降低；而精氨酸在生物体内主要起调节免疫功能，还对生物体的生长、繁殖和氮平衡起作用[18]。研究发现，褐飞虱Nilaparvata lugens体内精氨酸、丙氨酸和谷氨酸含量最高，游离氨基酸总量在3 龄若虫和雌成虫中较高，可能与褐飞虱的卵巢发育有关[19]。据此推测，有翅棉蚜体内精氨酸含量较无翅棉蚜低可能与其繁殖力低有关。

对于农业害虫蚜虫来说，了解其翅型分化的机理尤为重要，以便通过控制蚜虫的翅型分化来缩小蚜虫的传播范围。本研究对不同翅型棉蚜2 个发育阶段游离氨基酸含量变化进行了分析，但相关的分子机理有待进一步研究。