不同植物對禾谷縊管蚜酯酶和乙酰膽堿酯酶活性的誘導(dǎo)作用

林 佳， 謝佳燕

(武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，武漢 430023)

不同植物對禾谷縊管蚜酯酶和乙酰膽堿酯酶活性的誘導(dǎo)作用

林 佳， 謝佳燕*

(武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，武漢 430023)

采用生化分析方法研究了取食不同植物對禾谷縊管蚜酯酶、乙酰膽堿酯酶活性及對吡蟲啉敏感性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，取食不同植物的禾谷縊管蚜的酯酶活性存在顯著差異，但其乙酰膽堿酯酶活性無顯著差異。取食不同寄主植物的禾谷縊管蚜對吡蟲啉的敏感性也存在顯著差異，且與其酯酶活性的變化規(guī)律相一致。結(jié)果表明寄主植物可誘導(dǎo)禾谷縊管蚜體內(nèi)酯酶活性的改變，從而影響其對吡蟲啉敏感性的變化，但寄主植物對其乙酰膽堿酯酶活性無明顯影響。

寄主植物； 禾谷縊管蚜； 吡蟲啉； 酯酶； 乙酰膽堿酯酶

植物是植食性昆蟲賴以生存的場所，在植物與害蟲的協(xié)同進(jìn)化過程中，植物產(chǎn)生化學(xué)防御物質(zhì)抵御害蟲侵害；同時，害蟲也能不斷適應(yīng)植物分泌的有毒代謝物，誘導(dǎo)其體內(nèi)相關(guān)酶系來克服食物中的潛在毒性[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)，植食性昆蟲體內(nèi)的解毒酶活性可被寄主植物中的次生物質(zhì)誘導(dǎo)激活或抑制，最終還可導(dǎo)致昆蟲對殺蟲劑敏感性的改變[4]。禾谷縊管蚜[Rhopalosiphumpadi(L.)]是我國長江流域麥區(qū)的重要害蟲，可直接造成麥類作物的大量減產(chǎn)[5]。禾谷縊管蚜具有廣泛的寄主范圍，可嚴(yán)重為害小麥、大麥、玉米等主要農(nóng)作物及其他多種禾本科、莎草科和香蒲科植物[6]。蚜害在我國麥田已連續(xù)多年嚴(yán)重發(fā)生，由于麥蚜的生物學(xué)特征及其在不同寄主間的遷飛轉(zhuǎn)換，加之長期的化學(xué)防治和不合理用藥，導(dǎo)致作物農(nóng)藥殘留和害蟲抗藥性增加的問題越來越突出[5,7]。害蟲抗藥性的產(chǎn)生與其解毒酶和靶標(biāo)酶活力的改變密切相關(guān)[8]；此外，昆蟲取食不同植物中次生物質(zhì)種類和含量多樣性的差異, 也可對害蟲的抗藥性產(chǎn)生明顯影響[4]。研究發(fā)現(xiàn)不同寄主植物對禾谷縊管蚜發(fā)育歷期、繁殖、壽命、內(nèi)稟增長率等生物學(xué)參數(shù)及嗅覺反應(yīng)均可產(chǎn)生明顯的影響[9-10]，但寄主植物對禾谷縊管蚜藥劑敏感性及其相關(guān)酶活性影響的研究較少。因此，本研究通過檢測田間取食不同寄主植物禾谷縊管蚜體內(nèi)的相關(guān)酶活性，分析其與對殺蟲劑敏感性變化間的關(guān)系，以期了解田間取食不同植物的禾谷縊管蚜抗性改變的機(jī)制，為在田間進(jìn)行綜合防治提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試?yán)ハx

禾谷縊管蚜分別于2011年4-6月采自武漢市郊麥田內(nèi)取食小麥(TriticumaestivumLinn.)、燕麥(AvenasativaLinn.)及鵝觀草(RoegneriakamojiOhwi)的無翅成蚜。

1.2 試劑及藥劑

10%吡蟲啉(imidacloprid)可濕性粉劑，陜西省西安噴得綠農(nóng)化有限公司；α-乙酸萘酯、考馬斯亮藍(lán)G-250、固藍(lán)B鹽均為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；乙酰膽堿酯酶(T-CHE)測試盒，南京建成生物工程研究所產(chǎn)品。

1.3 生物測定

藥膜法參照McKenzie 等[11]的方法進(jìn)行了改進(jìn)。用丙酮作對照，每瓶放25～30頭無翅成蚜，每個濃度重復(fù)3次。5 h后檢查死蟲數(shù)(死亡標(biāo)準(zhǔn)為輕觸時蟲體不動)，計算死亡百分率。

1.4 酯酶活力測定

挑選大小一致的無翅成蚜約50頭，加入pH 7.0的0.1 mol/L磷酸緩沖液冰浴勻漿，制備酶液冰浴備用。酯酶活力測定參照Abdel-Aal 等[12]的方法，酶活力測定重復(fù)3次。

1.5 乙酰膽堿酯酶(AChE)活力測定

采用南京建成生物工程研究所的乙酰膽堿酯酶(T-CHE)測試盒，依據(jù)說明書進(jìn)行檢測，酶活力測定重復(fù)3次。

1.6 蛋白質(zhì)含量測定

參照Bradford[13]的方法，用牛血清白蛋白(BSA)作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.7 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel軟件，毒力回歸方程的計算、單因素方差分析以及不同平均值間進(jìn)行Duncan’s test分析均采用SPSS 14.0 軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物測定

取食不同寄主植物的禾谷縊管蚜對吡蟲啉的敏感性見表1。結(jié)果表明，吡蟲啉對禾谷縊管蚜的毒力效應(yīng)因取食寄主植物不同而異。其中，取食小麥的禾谷縊管蚜的半數(shù)致死濃度(LC50)最低，取食鵝觀草的最高。取食燕麥和鵝觀草的禾谷縊管蚜的LC50分別是取食小麥的1.63和2.21倍。

表1吡蟲啉對取食不同寄主植物禾谷縊管蚜的毒力效應(yīng)

Table1ToxicityofimidaclopridtoRhopalosiphumpadiondifferenthostplants

寄主植物Hostplant毒力回歸方程(y=)ToxicityregressionequationLC50/mg·L-1比值Ratio小麥Triticumaestivum3．830+1．693x4．911燕麥Avenasativa3．824+1．300x8．031．63鵝觀草Roegneriakamoji3．658+1．297x10．842．21

2.2 取食不同植物的禾谷縊管蚜的酯酶活力

取食不同植物的禾谷縊管蚜的酯酶活力見圖1。結(jié)果表明，取食不同寄主植物的禾谷縊管蚜其酯酶活力存在顯著差異 (F0.05(2, 6)=52.80,P=0.00)。取食鵝觀草的禾谷縊管蚜其酯酶活力分別是取食小麥和燕麥的1.96 和1.71倍，統(tǒng)計分析表明兩者之間存在極顯著差異(P<0.01, Duncan’s test)，但取食小麥與燕麥的禾谷縊管蚜間的酯酶活力無明顯差異(P>0.05, Duncan’s test)。將取食不同寄主植物禾谷縊管蚜的酯酶活力與吡蟲啉對其的LC50相比，發(fā)現(xiàn)不同寄主禾谷縊管蚜酯酶活性的變化規(guī)律與其對吡蟲啉的敏感性變化相一致。

圖1 取食不同寄主植物禾谷縊管蚜的酯酶(上)和乙酰膽堿酯酶活力(下)

2.3 取食不同植物的禾谷縊管蚜的乙酰膽堿酯酶活力

取食不同植物的禾谷縊管蚜的乙酰膽堿酯酶活力見圖1。結(jié)果表明，禾谷縊管蚜取食3種不同植物后，其乙酰膽堿酯酶活力在不同寄主植物間無顯著差異 (F0.05(2, 6)=0.05,P=0.95)。將取食不同寄主植物禾谷縊管蚜的乙酰膽堿酯酶活力與吡蟲啉對其的LC50值相比，未發(fā)現(xiàn)兩者間具有明顯的相關(guān)性。

3 討論

取食不同寄主植物的昆蟲，可對其體內(nèi)的相關(guān)酶活性產(chǎn)生不同的影響[14-15]。取食4種不同植物的B 型煙粉虱(Bemisiatabaci)其羧酸酯酶與谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活力均存在顯著差異[16]。東方虎鳳蝶(PapilioglaucusglaucusL.)取食不同植物后，其可溶性酯酶和微粒體酯酶活性也存在明顯差異，表明不同寄主植物對不同酯酶的誘導(dǎo)水平不同[17]。本研究也發(fā)現(xiàn)，田間取食3種不同植物的禾谷縊管蚜，其酯酶活力間存在顯著差異，但其乙酰膽堿酯酶活力間無明顯影響。對取食6種不同寄主植物的小菜蛾(PlutellaxylostellaL.)進(jìn)行研究也發(fā)現(xiàn)，其乙酰膽堿酯酶活性無明顯差異，但其艾氏劑環(huán)氧化酶活力存在顯著不同[18]。

植食性昆蟲對殺蟲劑的敏感性還可受到其寄主植物的影響[19-21]。昆蟲依靠體內(nèi)具普遍防御性的酶系來克服其食物中的潛在毒性，這對于同為外來異生物質(zhì)(xenobiotics)的殺蟲劑亦是如此[4]。研究表明植食性昆蟲對植物次生物質(zhì)和化學(xué)殺蟲劑起代謝作用的酶系是相同或相似的[22]。因此，昆蟲體內(nèi)相應(yīng)酶系的活性可被植物次生物質(zhì)誘導(dǎo)激活或抑制，最終可導(dǎo)致對殺蟲劑敏感性的變化[4]。研究發(fā)現(xiàn)取食不同寄主植物的棉鈴蟲(HelicoverpaarmigeraHübner)[21]和甜菜夜蛾(SpodopteraexiguaHübner)[23]的酯酶活性發(fā)生改變，并且酶活性差異與害蟲對殺蟲劑的敏感性變化明顯相關(guān)。本研究也發(fā)現(xiàn)取食不同寄主植物的禾谷縊管蚜對吡蟲啉的敏感性也存在顯著差異，且這種敏感性變化與其酯酶活性的變化規(guī)律相一致。吡蟲啉還可顯著誘導(dǎo)禾谷縊管蚜體內(nèi)酯酶的大量表達(dá)，酯酶活力的變化與麥蚜對吡蟲啉抗性的形成可能密切相關(guān)[24]。Sasabe 等[25]采用植物次生物質(zhì)誘導(dǎo)并克隆相關(guān)的P450 基因，發(fā)現(xiàn)由次生物質(zhì)誘導(dǎo)P450 基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的解毒酶能夠同時代謝植物次生物質(zhì)和殺蟲劑，表明寄主植物的次生物質(zhì)能夠誘導(dǎo)解毒酶系的表達(dá)，增強(qiáng)昆蟲對殺蟲劑的抗性。因此，寄主植物已成為植食性害蟲與殺蟲劑之間的重要紐帶，在田間進(jìn)行害蟲綜合治理時，應(yīng)充分考慮三者之間的相互關(guān)系。利用多食性害蟲取食不同寄主植物產(chǎn)生抗藥性的差異及寄主間轉(zhuǎn)換的習(xí)性，合理布局，防止對殺蟲劑可產(chǎn)生高耐受性的害蟲向農(nóng)田轉(zhuǎn)移，降低田間害蟲的大發(fā)生。

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InductioneffectsofdifferenthostplantsontheesteraseandacetylcholinesteraseofRhopalosiphumpadi

Lin Jia, Xie Jiayan

(SchoolofBiologyandPharmaceuticalEngineering,WuhanPolytechnicUniversity,Wuhan430023,China)

The esterase and acetylcholinesterase (AChE) activities and susceptibility to imidacloprid ofRhopalosiphumpadipopulations fed on wheat, oat andRoegneriakamojiwere tested by bioassay and biochemical analyses. Esterase activities of aphids varied with the host plants they fed on, but not their AChE activities. Moreover, tolerance of aphids to imidacloprid varied with the host plants they fed on. The change of the esterase activity of aphids on various host plants was consistent with their sensitivity to imidacloprid. It suggested that host plants could induce the esterase activity, but not the AChE ofR.padipopulations, which might affect their sensitivity to imidacloprid.

host plants;Rhopalosiphumpadi; imidacloprid; esterase; acetylcholinesterase

2013-08-20

：2013-09-30

國家自然科學(xué)基金(31201729)；武漢市青年科技晨光計劃(200950431197)

Q 965.9

：ADOI：10.3969/j.issn.0529-1542.2014.04.023

* 通信作者 E-mail: xjyaphid@yahoo.com