昆蟲抗寒性的研究進(jìn)展

陳 豪, 梁革梅, 鄒朗云, 郭 芳, 吳孔明, 郭予元

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,植物病蟲害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193)

受季節(jié)變化的影響,大多數(shù)昆蟲在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中都要經(jīng)受冬季低溫的制約。越冬是昆蟲抵御不良環(huán)境,完成生活史的一種生活對(duì)策。不同昆蟲有著不同的抗寒機(jī)制,且同種昆蟲的不同發(fā)育階段、不同個(gè)體的抗寒性也有很大差異。昆蟲抗寒性研究是昆蟲生態(tài)學(xué)和生物進(jìn)化研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域,也是害蟲預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防治的理論基礎(chǔ)。本文從昆蟲越冬的主要蟲態(tài)、昆蟲對(duì)低溫的適應(yīng)策略、抗寒機(jī)制及其與預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、綜合防治的關(guān)系等方面綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于昆蟲抗寒性及利用的進(jìn)展。尤其是近些年開(kāi)展的對(duì)昆蟲抗寒的生化、分子機(jī)制的研究,包括一些抗凍蛋白和熱激蛋白的基因、結(jié)構(gòu)、功能的研究等,使得昆蟲的抗寒研究取得了突破進(jìn)展,并使其抗寒理論得到進(jìn)一步的完善。

1 昆蟲越冬的主要蟲態(tài)

昆蟲種類繁多,它們的越冬蟲態(tài)也呈現(xiàn)出多樣性。如亞洲玉米螟[Ostrinia f urnacalis(Guenée)]、高粱條螟[Chilo venosatus(Walker)]等以老熟幼蟲在秸稈中越冬,棉鈴蟲[Helicoverpa armigera(Hübner)]、煙青蟲[Helicoverpa assulta(Guenée)]等以蛹在土壤中越冬,綠盲蝽[Apolygus lucorum(Meyer-Dür)]、中黑盲蝽(Adelphocoris suturalis Jakovlev)等主要以卵在棉花枯枝鈴殼內(nèi)或土壤中越冬。此外,有些昆蟲還可以以多種蟲態(tài)越冬,如螻蛄2～3年一代,以若蟲和成蟲兩種蟲態(tài)越冬,飛虱以卵和成蟲在禾本科雜草中越冬,甜菜象甲(Bothynoderes punctiventris Germar)以成蟲和幼蟲在土壤中越冬,葉蟬能以各種蟲態(tài)越冬[1-2]。

2 昆蟲對(duì)低溫的適應(yīng)策略

食物質(zhì)量對(duì)昆蟲的越冬至關(guān)重要。Hunter和McNeil等研究表明寄主植物對(duì)多食性昆蟲幼蟲的生長(zhǎng)發(fā)育、滯育誘導(dǎo)、抗寒能力有重要影響[7];Liu等研究了食物質(zhì)量對(duì)棉鈴蟲越冬的影響,發(fā)現(xiàn)寄主植物營(yíng)養(yǎng)越豐富,棉鈴蟲蛹越重,積累的總類脂和糖原也越多,且蛹的過(guò)冷卻點(diǎn)與這些物質(zhì)含量有很強(qiáng)的相關(guān)性[8]。

不同昆蟲的抗寒性差異很大。一般情況下,處在高緯度、高海拔地區(qū)的昆蟲比低緯度、低海拔地區(qū)的昆蟲有更強(qiáng)的抗寒能力。極地昆蟲的多樣性也證明了他們具有很強(qiáng)的抗寒能力。處于不同地理緯度的同一種昆蟲,其抗寒能力也不相同。一般來(lái)講,昆蟲所在地區(qū)緯度越高,其抗寒性越強(qiáng)。低緯度和熱帶地區(qū)的昆蟲,其抗寒性偏低,如不同地理起源的白紋伊蚊[Aedesalbopictus(Skuse)]卵的抗寒性就顯著不同[3]。

個(gè)體的不同發(fā)育階段,其抗寒性也存在差異。通常是越冬蟲態(tài)的抗寒性最強(qiáng),休眠或滯育期對(duì)低溫的耐受能力較強(qiáng),生長(zhǎng)發(fā)育期的蟲態(tài)抗寒性較弱。例如,舞毒蛾[Lymantria dispar(Linnaeus)]的成蟲在-4℃時(shí)只能存活30 min,而卵在-20℃都不會(huì)死亡;甜菜夜蛾[Spodoptera exigua(Hübner)]不同蟲態(tài)抗寒性由弱至強(qiáng)分別是：卵、成蟲、幼蟲和蛹[4]。

低溫對(duì)昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育是不利的,但是昆蟲在長(zhǎng)期的進(jìn)化中形成了一系列的適應(yīng)性對(duì)策。這些對(duì)策大致可以分為兩類：一是行為對(duì)策或稱為生態(tài)型對(duì)策,即通過(guò)某些行為活動(dòng)尋找躲避場(chǎng)所。如生活在土壤中的黃地老虎[Agrotis segetum(Denis et Schiffermüller)],隨著冬季地溫的降低,它會(huì)潛入到土壤深處以躲避低溫傷害;二是生理對(duì)策,即通過(guò)改變生理狀態(tài)提高抗寒性。

低溫馴化對(duì)昆蟲抗寒性有著重要的影響[5]。在自然條件下,昆蟲越冬前都要經(jīng)歷一個(gè)體溫漸變的過(guò)程,為度過(guò)低溫環(huán)境做些生理準(zhǔn)備,這是昆蟲種群受到自然界低溫馴化的緣故。快速冷馴化(rapid cold-hardening)則是經(jīng)歷短時(shí)間的低溫馴化,如5、20 min等。對(duì)很多昆蟲來(lái)說(shuō),這一過(guò)程可以使它們免于遭受過(guò)冷卻點(diǎn)(super-cooling point,SCP)以上的低溫帶來(lái)的傷害,如蠅類的非滯育蟲態(tài),在0℃馴化10～60 min后遭受-10℃的低溫脅迫,其存活率可從20%提高到80%[6]。

3 昆蟲的抗寒性機(jī)制

3.1 昆蟲抗寒性的生理生化機(jī)制

根據(jù)昆蟲抗寒性的生理生化機(jī)制,可以分為耐寒昆蟲(freeze-susceptibles)和耐凍昆蟲(freeze-tolerants)[9]。

3.1.1 耐寒性昆蟲的抗寒機(jī)制

耐寒昆蟲一般通過(guò)降低過(guò)冷卻點(diǎn),減少體內(nèi)含水量,排除體內(nèi)冰核物質(zhì)和積累抗寒物質(zhì)等方式來(lái)抵抗凍害。

3.1.1.1 降低過(guò)冷卻點(diǎn)

過(guò)冷卻點(diǎn)是昆蟲抗寒性的一個(gè)重要指標(biāo)[10]。在溫帶、寒帶地區(qū),冬季溫度通常低于冰點(diǎn)(freezing point,FP),昆蟲可以通過(guò)體液過(guò)冷卻的方式,避免結(jié)冰造成傷害。飛蝗卵的過(guò)冷卻點(diǎn)約為-26℃,幼蟲通常為-30℃左右,個(gè)別種可以達(dá)-60℃。鱗翅目昆蟲蛹的平均過(guò)冷卻點(diǎn)(mean super-cooling point,MSCP)很少低于-30℃,成蟲的過(guò)冷卻能力差異較大,具有選擇棲境習(xí)性的成蟲,MSCP常為-10～-20℃[11]。較強(qiáng)的過(guò)冷卻能力能使蟲體在低溫下處于過(guò)冷卻狀態(tài)而不結(jié)冰,從而獲得耐寒性。

3.1.1.2 降低體內(nèi)含水量

耐寒性昆蟲在適應(yīng)寒冷的過(guò)程中,體內(nèi)含水量大大下降,許多昆蟲在越冬時(shí)體內(nèi)含水量幾乎下降到致死臨界點(diǎn)。水分的排除增加了體內(nèi)溶質(zhì)的濃度,降低了體液的冰點(diǎn)和過(guò)冷卻點(diǎn)。此外,由于含水量的降低,體內(nèi)連續(xù)較大的整體水相可以被一些組織或某些高濃度的物質(zhì)所分離,從而有利于昆蟲體液的過(guò)冷卻。孫緒艮等研究發(fā)現(xiàn)桑尺蠖(Phthonandriaatrilineata Butler)幼蟲在越冬過(guò)程中體內(nèi)水分含量呈下降趨勢(shì)[12]。

3.1.1.3 排除體內(nèi)冰核物質(zhì)

昆蟲體內(nèi)的冰核可以在體液中或細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,也可以是腸道中的食物顆粒及冰核細(xì)菌。這些物質(zhì)在低溫時(shí)可誘發(fā)結(jié)冰,導(dǎo)致消化道膨脹破裂而死亡。昆蟲是一個(gè)含水系統(tǒng),過(guò)冷卻點(diǎn)與體內(nèi)冰核的數(shù)量和活性有關(guān)。為了避免結(jié)冰,昆蟲在越冬前把冰核排出體外或使之失去活性,以降低過(guò)冷卻點(diǎn),減少越冬死亡率[13]。低溫學(xué)研究表明：水分保持過(guò)冷卻的能力與其中存在的冰核有關(guān),當(dāng)只有同源冰核(homogeneous ice nuclei)存在時(shí),過(guò)冷卻可以保持-39℃,但是當(dāng)存在異源冰核(heterogeneous ice nuclei)時(shí),冰核的活性越高,保持過(guò)冷卻的能力就越低,也就越容易在接近0℃以下時(shí)結(jié)冰。一些越冬昆蟲之所以能夠在很低的溫度下保持過(guò)冷卻狀態(tài),與其體內(nèi)缺乏異源冰核有關(guān)。生物冰核是自然界冰核活性最高的物質(zhì),能在-1.5℃誘發(fā)結(jié)冰。其中冰核細(xì)菌能在昆蟲體上起到異源冰核的作用,從而提高蟲體的結(jié)冰溫度。

3.1.1.4 積累抗寒物質(zhì)

昆蟲抗寒性物質(zhì)包括兩類,即小分子的物質(zhì)和抗凍蛋白(antifreeze proteins,AFPs)。目前已知的小分子抗寒性物質(zhì)有甘油、山梨醇、甘露醇、五碳多元醇(可能是阿拉伯糖醇或核酸醇)、海藻糖、葡萄糖、果糖以及某些昆蟲體內(nèi)的氨基酸和脂肪酸。Duman對(duì)黃粉甲(Tenebrio molitor Linnaeus)等13種昆蟲的研究表明,糖蛋白的增加與抗寒力的增強(qiáng)有著十分密切的關(guān)系,因而糖蛋白又稱為溫滯蛋白,溫滯蛋白通過(guò)吸附到冰核和冰晶表面來(lái)阻止水的晶化,從而降低冰點(diǎn)和過(guò)冷卻點(diǎn),產(chǎn)生溫滯效應(yīng)[14]。不同昆蟲積累的物質(zhì)種類和含量是不同的,但大多數(shù)昆蟲都由幾種抗寒物質(zhì)構(gòu)成一個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)。例如Holden報(bào)道了歐樺小蠹蟲(Scolytus ratzeburgi Janson)幼蟲的甘油-山梨醇-葡萄糖-海藻糖系統(tǒng)[15];黃國(guó)洋報(bào)道了黃地老虎幼蟲的小分子糖-氨基酸-糖蛋白系統(tǒng)[16];陳永杰研究證實(shí),桑絹野螟(Diaphania pyloalis Walker)越冬幼蟲以“小分子碳水化合物(海藻糖、甘露醇、山梨醇)-氨基酸[絲氨酸(Ser)、丙氨酸(Ala)、酪氨酸(Tyr)、賴氨酸(Lys)、精氨酸(Arg)]-甘油-蛋白質(zhì)-結(jié)合脂肪”組成抗寒物質(zhì)系統(tǒng)[17];梁中貴研究認(rèn)為松阿扁葉峰(Acantholyda posticalis Matsumura)越冬幼蟲血淋巴內(nèi)丙氨酸(Ala)、谷氨酸(Glu)、胱氨酸(Cys)、精氨酸(Arg)等氨基酸的含量在越冬過(guò)程中均明顯高于越冬前和越冬后,是重要的抗寒物質(zhì)[18];韓瑞東等研究了赤松毛蟲(Dendrolimus spectabilis Butler)越冬幼蟲生化物質(zhì)變化與抗寒性的關(guān)系,認(rèn)為其幼蟲越冬的抗寒物質(zhì)系統(tǒng)為小分子碳水化合物類(山梨醇、海藻糖、葡萄糖)-糖蛋白-氨基酸類(丙氨酸(Ala)、蘇氨酸(Thr)、谷氨酸(Glu)等)[19]。

低溫下昆蟲體內(nèi)產(chǎn)生的抗凍蛋白能夠長(zhǎng)時(shí)間地維持亞穩(wěn)定的過(guò)冷卻狀態(tài),這是不耐結(jié)冰昆蟲的重要抗寒機(jī)制?？箖龅鞍资且活惸芸刂票L(zhǎng)和抑制冰晶之間發(fā)生重結(jié)晶的蛋白質(zhì),能以非依數(shù)形式降低水溶液的冰點(diǎn),但對(duì)熔點(diǎn)影響甚微,從而導(dǎo)致水溶液的熔點(diǎn)和冰點(diǎn)之間出現(xiàn)差值,這種差值稱為熱滯活性或抗凍活性,差值越大抗凍活性也越大[20]。昆蟲的體液以及腸液和細(xì)胞內(nèi)液中都有抗凍蛋白的產(chǎn)生,其中對(duì)鞘翅目抗凍蛋白的研究比較深入。

3.1.2 耐凍性昆蟲的抗寒機(jī)制

耐凍性昆蟲在低溫到來(lái)時(shí),并不阻止體內(nèi)結(jié)冰,卻能忍受體液結(jié)冰。絕大多數(shù)耐凍性昆蟲血淋巴中有高效的晶核物質(zhì),它不受小分子抗寒物質(zhì)和抗凍蛋白的影響,溫度稍低就能有效地激發(fā)體液結(jié)冰。關(guān)于這類昆蟲的耐凍機(jī)制,普遍認(rèn)為是因其在較高的零下低溫細(xì)胞外血淋巴結(jié)冰,從而使細(xì)胞內(nèi)其他重要部位免于結(jié)冰。此外,在耐凍性昆蟲體內(nèi)也有一些小分子抗凍劑的積累,如甘油、赤鮮糖醇、蘇糖醇和基糖等。這些物質(zhì)含有的羥基能有效地與水結(jié)合,減少水的流動(dòng)性,從而有效地防止結(jié)冰對(duì)昆蟲造成的損害。水流動(dòng)性的減少可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),維持膜的流動(dòng)性,減少快速結(jié)冰造成的損傷,協(xié)同血淋巴高效晶核,維持昆蟲的耐凍性[21-22]。

昆蟲的耐凍性適應(yīng)比耐寒性適應(yīng)具有明顯的優(yōu)越性,由于血淋巴中的晶核物質(zhì)活性較消化道和細(xì)胞內(nèi)的大,這對(duì)低溫休眠、冬季取食和一些內(nèi)陸高山氣候下生活的昆蟲極為有利,使它們可以在白晝溫度較高時(shí)取食,而夜晚低溫結(jié)冰也不會(huì)因消化道內(nèi)攝入晶核而死亡。

3.2 昆蟲抗寒性的分子機(jī)制

近年來(lái)人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注昆蟲抗寒性的分子機(jī)制,包括對(duì)抗凍蛋白和熱激蛋白(heat shock proteins,HSPs,以下統(tǒng)稱熱激蛋白)的基因、結(jié)構(gòu)、功能的研究等。

隨著研究的日益深入,昆蟲抗凍蛋白的研究范圍越來(lái)越廣,在昆蟲中已經(jīng)報(bào)道了20多種抗凍蛋白,研究對(duì)象已涉及彈尾目、襀翅目、直翅目、半翅目、長(zhǎng)翅目和鞘翅目等一些昆蟲[23-25]。昆蟲抗凍蛋白的分子量大都在7～20ku之間,無(wú)糖基,含有比魚類更多的親水性氨基酸,而且昆蟲抗凍蛋白的活性普遍高于魚類抗凍蛋白的活性,這可能與冬季陸地的溫度更低有關(guān)[26]。但是,云杉色卷蛾[Choristoneura f umi ferana(Clemens)]抗凍蛋白與魚類Ⅱ型抗凍蛋白有免疫交叉反應(yīng)[27-28],說(shuō)明這些魚類和昆蟲的抗凍蛋白有共同的抗原決定簇。

黃粉甲的抗凍蛋白,含有呈β-螺旋結(jié)構(gòu)的串聯(lián)重復(fù)序列(C1T2X3X4X5X6C7X8X9X10X11X12),12個(gè)氨基酸的環(huán)與主鏈保持一致,且保守序列編碼的氨基酸在空間結(jié)構(gòu)的位置也保持一致,所有的半胱氨酸(Cys)都高度保守,都以每6個(gè)氨基酸殘基有1個(gè)半胱氨酸的模式始終貫穿于抗凍蛋白的整個(gè)氨基酸鏈中[29-30],被認(rèn)為是目前所發(fā)現(xiàn)的最為有序的蛋白結(jié)構(gòu)。赤翅甲蟲(Dendroides canadensis)抗凍蛋白H1組分含有較多的半胱氨酸(15.9%),幾乎有1/2的半胱氨酸殘基涉及二硫鍵的生成,二硫鍵在維持抗凍蛋白高度有序的結(jié)構(gòu)中起到了極其重要的作用[31]。云杉色卷蛾幼蟲的抗凍蛋白,富含蘇氨酸、L-胱氨酸(L-Cys)、絲氨酸,其總體結(jié)構(gòu)是左手β螺旋,占70%～80%,由6個(gè)環(huán)構(gòu)成,氨基端是非完全的環(huán)狀結(jié)構(gòu),連接4個(gè)由15個(gè)氨基酸組成的左手環(huán),羧基端是17個(gè)氨基酸構(gòu)成的右手環(huán),環(huán)之間通過(guò)二硫鍵或β折疊連接。這種抗凍蛋白具有Thr-X-Thr模體,其排列與冰的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相吻合,它由14個(gè)蘇氨酸組成,其中9個(gè)與冰相結(jié)合,此種結(jié)構(gòu)與抗凍蛋白功能的發(fā)揮密切相關(guān)[32]。

最近國(guó)內(nèi)也克隆分析了一些具有低溫保護(hù)作用的抗凍蛋白基因,如楊長(zhǎng)庚構(gòu)建了擬步行蟲科光滑鱉甲(Anatolica polita Borealis)的 cDNA文庫(kù),并篩選擴(kuò)增出321 bp的抗凍蛋白基因,該基因可能與抗凍蛋白結(jié)合于冰晶生長(zhǎng)位點(diǎn)有關(guān)[33]。趙干等利用RT-PCR和RACE技術(shù)獲得準(zhǔn)噶爾小胸鱉甲(Microdera punctipennis Dzhungarica)抗凍蛋白基因家族序列19個(gè),光滑鱉甲抗凍蛋白基因家族序列12個(gè)以及卵形刺甲[Platyscelis(Pleiopleura)ovata Ballion]抗凍蛋白基因家族序列5個(gè)[34]。呂國(guó)棟用原核表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)了擬步行蟲科喀什琵琶甲(Blapskashgarensis Bates)抗凍蛋白(BkAFP972),細(xì)菌低溫保護(hù)試驗(yàn)表明,喀什琵琶甲抗凍蛋白能夠提高細(xì)菌在低溫環(huán)境中的存活率,具有低溫保護(hù)作用[35]。

熱休克蛋白(HSPs)是指生物體細(xì)胞在高溫(熱激)或其他應(yīng)激原作用下所誘導(dǎo)生成或合成的一組蛋白質(zhì)。Denlinger等認(rèn)為熱激蛋白在昆蟲越冬過(guò)程中扮演著重要的角色[36-37]。很多研究表明熱激蛋白的表達(dá)量與昆蟲的滯育密切相關(guān)[38-40],最近的研究又發(fā)現(xiàn)熱激蛋白與昆蟲對(duì)低溫的耐受性密切相關(guān)[41-44],Huang等研究了低溫誘導(dǎo)熱激蛋白與美洲斑潛蠅(Liriomyza sativae Blanchard)生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)系,結(jié)果表明 hsp 19.5、hsp20.8、hsp21.7三個(gè)基因能被低溫誘導(dǎo)表達(dá);hsp19.5、hsp20.8 、hsp21.7、hsp60 、hsp90 五個(gè)基因的相對(duì)表達(dá)量在不同生長(zhǎng)發(fā)育階段差異顯著,hsp19.5、hsp20.8、hsp21.7在蛹期表達(dá)量最高,而hsp60和hsp90的表達(dá)量隨著生長(zhǎng)發(fā)育而遞增,成蟲期最高[45]。這些研究結(jié)果進(jìn)一步增加了人們對(duì)熱激蛋白基因功能的了解,并為研究昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育和變態(tài)提供了新的思路。

3.3 昆蟲的滯育與抗寒

滯育(diapause)是由神經(jīng)激素調(diào)節(jié)的、呼吸代謝速率緩慢的一種動(dòng)態(tài)過(guò)程,是昆蟲為躲避不利環(huán)境條件而中止發(fā)育的一種適應(yīng),也是昆蟲生活周期與季節(jié)變化保持一致的一種基本手段。滯育昆蟲在生理上的表現(xiàn)是：生長(zhǎng)發(fā)育停頓,呼吸率降低,蟲體含水量下降,脂肪含量增加,某些酶系活性降低,抗寒性和抗藥性增加[46-47]。

昆蟲在滯育期間,體內(nèi)會(huì)積累很多物質(zhì),如脂肪、糖類等,這與其越冬期間的耐寒能力密切相關(guān)。張珺等比較了北京和福州2個(gè)地理種群二化螟(Chilo suppressalis Walker)滯育誘導(dǎo)、低溫存活、過(guò)冷卻點(diǎn)和滯育幼蟲抗寒性生理指標(biāo)的差異。研究發(fā)現(xiàn),隨著地理緯度的上升,二化螟種群的耐寒性增強(qiáng),滯育與非滯育幼蟲的體重差異顯著,滯育幼蟲體內(nèi)的含水量低于非滯育幼蟲,蛋白質(zhì)和糖含量高于非滯育幼蟲[48]。

昆蟲為躲避不利環(huán)境開(kāi)始滯育,而當(dāng)環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜的生長(zhǎng)條件時(shí),又開(kāi)始恢復(fù)生長(zhǎng)發(fā)育,同時(shí)使得兩性個(gè)體發(fā)育齊一,利于生殖交配同步化,因此關(guān)于滯育機(jī)理的相關(guān)研究也引起了大家的關(guān)注。Gkouvitsas等表達(dá)了影響西非蛀莖夜蛾(Sesamia nonagrioides Lefevre)滯育的2個(gè)小片段基因hsp19.5和hsp20.8,發(fā)現(xiàn)這2個(gè)基因在滯育過(guò)程中扮演著不同的角色,hsp20.8在滯育期間表達(dá)量下降,滯育解除后表達(dá)量上升,而hsp19.5在滯育前后都是持續(xù)表達(dá)的[49]。

隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展,其相關(guān)技術(shù)也被用于研究與昆蟲滯育相關(guān)的蛋白[50]。Li等比較了滯育和非滯育家蠅(Musca domestica Linnaeus)蛹的腦部蛋白組差異,發(fā)現(xiàn)熱激蛋白在滯育蛹中高量表達(dá),而磷酸烯醇式丙酮酸合成酶、脂肪酸結(jié)合蛋白、核酸內(nèi)切酶等表達(dá)量下降[51]。Li等又比較了滯育解除后24 h的家蠅蛹的腦部蛋白組變化,發(fā)現(xiàn)有20個(gè)蛋白表達(dá)量發(fā)生了變化,其中11個(gè)蛋白的表達(dá)量上升了2.5倍,其中有3個(gè)蛋白只存在滯育蛹中,滯育解除后脂肪結(jié)合蛋白、CG2331-PA 、過(guò)氧化氫酶、組蛋白等表達(dá)量下降,而且核糖體蛋白 L17A和一個(gè)未知蛋白缺失,Western雜交結(jié)果表明誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)蛋白的表達(dá)量上升[52]。

4 昆蟲抗寒與害蟲預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及防治的關(guān)系

昆蟲能否成功越冬直接影響其來(lái)年的發(fā)生量,研究昆蟲的抗寒性不僅對(duì)于明確其生態(tài)機(jī)制及進(jìn)化具有重要意義,而且對(duì)于準(zhǔn)確進(jìn)行害蟲發(fā)生的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和害蟲的綜合治理研究非常重要。

對(duì)于一些世界性的重要害蟲,很多昆蟲學(xué)家都開(kāi)展了一系列相關(guān)研究。吳孔明等研究了我國(guó)不同地理種群棉鈴蟲的抗寒性,并首次提出我國(guó)棉鈴蟲越冬的北界是在1月份-15℃等溫線,長(zhǎng)江流域的棉鈴蟲在華北地區(qū)難以越冬,華北棉區(qū)棉鈴蟲以滯育蛹越冬,東北棉區(qū)一代棉鈴蟲是由華北地區(qū)遷入。這些研究明顯提高了我國(guó)棉鈴蟲預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性,為建立我國(guó)的棉鈴蟲區(qū)域性災(zāi)變預(yù)警技術(shù)體系奠定了基礎(chǔ)[53]。

美國(guó)白蛾[Hyphantria cunea(Drury)]屬鱗翅目燈蛾科,是一種多食性的檢疫性害蟲,在世界各地都造成了嚴(yán)重危害[54]。鞠珍較系統(tǒng)地研究了美國(guó)白蛾不同時(shí)期蛹的抗寒能力變化,結(jié)果表明,雌、雄蛹的抗寒能力均呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)：隨著冬季低溫的到來(lái),其抗寒能力逐漸增強(qiáng),冬季過(guò)后隨氣溫的回升,其抗寒力逐漸減弱;雌、雄蛹的過(guò)冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)均隨氣溫的變化而變化;體內(nèi)含水量隨時(shí)間的推移而升高;體內(nèi)總脂肪的含量卻隨氣溫的降低而升高。美國(guó)白蛾蛹的抗寒能力變化的研究,為其發(fā)生和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供了理論依據(jù),對(duì)美國(guó)白蛾的有效防治具有重要的指導(dǎo)意義和實(shí)踐價(jià)值[55]。

冰核細(xì)菌對(duì)赤松毛蟲幼蟲的抗寒能力的影響十分明顯。韓瑞東等分析了赤松毛蟲越冬行為與溫度和抗寒能力的關(guān)系,并用冰核細(xì)菌接種,明確了該菌對(duì)幼蟲過(guò)冷卻點(diǎn)和致死中時(shí)的影響。結(jié)果表明,冰核細(xì)菌可以作為一種低溫增效劑,促使赤松毛蟲幼蟲在高于過(guò)冷卻點(diǎn)的溫度下結(jié)冰致死,可以作為一種促凍殺蟲劑,利用冬季低溫和春季偶然的寒流來(lái)防治赤松毛蟲[56]。

陳永杰等研究認(rèn)為冬季寒流對(duì)桑螟越冬幼蟲的死亡率影響很大,寒流盛行的年份能顯著降低來(lái)年的蟲源基數(shù)[3]。我國(guó)也針對(duì)很多害蟲的越冬習(xí)性,提出了冬耕冬灌降低早春蟲源的綜合防治措施,冬耕冬灌的地塊棉鈴蟲蛹的越冬死亡率可達(dá)80%～90%,比不進(jìn)行耕灌的增加1倍左右[57]。隨著人們對(duì)昆蟲抗寒性研究的進(jìn)一步深入,不僅可以更全面的理解其抗寒機(jī)制,而且昆蟲抗寒性的生態(tài)學(xué)意義會(huì)得到進(jìn)一步的應(yīng)用。

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