煙蚜繭蜂寄生對麥二叉蚜體內(nèi)解毒酶和保護酶活性的影響

燕賽英，杜孟芳，尹新明，安世恒，王同朝，賀德先

(1.河南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院，小麥玉米作物學國家重點實驗室，河南鄭州450002;2.河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，河南 鄭州450002)

麥二叉蚜Schizaphis graminum(Rondani)是小麥上的重要害蟲，分布于全國各產(chǎn)麥區(qū)。其在麥類葉片正、反兩面或基部葉鞘內(nèi)外吸食汁液，影響植株光合作用，致麥苗黃枯或伏地不能拔節(jié)，嚴重時麥株不能正常生長、抽穗，直接影響產(chǎn)量，此外可傳帶小麥黃矮病，傳毒能力較強。5月上、中旬大量繁殖，為危害高峰期，可引起黃矮病流行。而目前傳統(tǒng)的防蚜方法為噴灑化學農(nóng)藥，這對麥田天敵種群及生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生諸多負面影響。煙蚜繭蜂Aphidius gifuensis Ashmead是專性寄生蚜蟲的一種內(nèi)寄生蜂［1］，可寄生桃蚜 Myzus persicae(Sulzer)、麥長管蚜Sitobion avenae(Fabricius)、蘿卜蚜Lipaphis erysimi(Kaltenbach)、麥二叉蚜 Schizaphis graminum(Rondani)等，是蚜蟲生物防治上的重要寄生蜂。由于寄生蜂必須依賴寄主昆蟲才能生存，而寄主昆蟲則不一定被寄生，因而二者的選擇壓力不同，所以形成防御和反防御的關(guān)系。寄生蜂的選擇壓力導致寄主昆蟲演化出現(xiàn)新的防御性狀，降低寄生蜂的寄生率和生存力;寄主昆蟲新的防御性狀又迫使寄生蜂演化產(chǎn)生新的反防御的性能，用于克服寄主的免疫反應(yīng)，這種防御與反防御的選擇壓力造成它們之間的協(xié)同進化。寄主應(yīng)對寄生物的免疫機制主要有細胞免疫反應(yīng)(吞噬、成瘤、包囊作用等)和體液免疫。故寄生蜂幼蟲想要正常發(fā)育，必須改變寄主代謝，克服寄主免疫系統(tǒng)的防御反應(yīng)［2］。煙蚜繭蜂雌蜂產(chǎn)卵時同時注入分泌物保護蜂卵，這些因子在克服寄主免疫、延長寄主若蟲期，調(diào)控內(nèi)分泌系統(tǒng)，使蜂卵及幼蟲免于寄主的細胞免疫反應(yīng)(吞噬、成瘤、包囊作用等)和體液免疫中發(fā)揮重要作用，而解毒酶和保護酶作為抵御外界寄生因子的直接作用者，通過其活性變化可直觀得到寄主與寄生蜂之間相互作用關(guān)系。解毒酶主要存在于昆蟲中腸、線粒體、脂肪體以及高爾基體中，能夠代謝大量的內(nèi)源或外源化合物，使昆蟲的生理代謝活動維持在正常水平。乙酰膽堿酯酶(AChE)是生物神經(jīng)傳導中一個關(guān)鍵性酶，也是昆蟲體內(nèi)唯一一種膽堿酯酶，其主要作用為催化神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿的分解，從而終止神經(jīng)沖動的傳導。酸性磷酸酯酶、堿性磷酸酯酶為昆蟲體內(nèi)重要的解毒代謝酶，通過水解、氧化、還原、軛合等參與各種外源物的代謝。需氧生物都有自由基的產(chǎn)生與清除這2個機制，而自由基具有高度化學活性，若兩者之間平衡失調(diào)，便會損傷生物機體引起病變。昆蟲體內(nèi)存在的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)等保護酶系統(tǒng)可保護昆蟲機體免受氧自由基的傷害。目前，國內(nèi)外對煙蚜繭蜂的研究僅局限于其生物學特性、生態(tài)學以及繁殖和釋放［3－9］等方面，未涉及寄生后寄主生理生化的變化。本研究以煙蚜繭蜂為試蟲，通過研究寄生體系中麥二叉蚜乙酰膽堿酯酶Acetylcholinesterase(AChE)、酸性磷酸酯酶Acid phosphastase(ACP)、過氧化氫酶Catalase(CAT)、過氧化物酶Pemxidase(POD)、總超氧化物歧化酶 Total superoxide dismutase(T-SOD)活性的變化規(guī)律，探討寄生蜂寄生后對寄主體內(nèi)生理生化的調(diào)控，為研究兩兩之間關(guān)系提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

麥二叉蚜采自河南農(nóng)業(yè)大學科教園區(qū)小麥田，采回后放入種植有新鮮小麥的花盆中分開飼養(yǎng)多代，直到得到未被寄生及外來生物感染的室內(nèi)純化種群。煙蚜繭蜂同樣采自河南農(nóng)業(yè)大學科教園區(qū)小麥田，采回后用麥二叉蚜飼養(yǎng)繁殖多代。室內(nèi)溫度為(27±2)℃，相對濕度為(70±10)%，光照條件 L∶D=14 h∶10 h。

1.2 方法

1.2.1 煙蚜繭蜂對麥二叉蚜的寄生 正常的麥二叉蚜為對照組;被煙蚜繭蜂寄生的麥二叉蚜為處理組。所選取麥二叉蚜均為2齡且個體大小一致的若蚜。取780頭麥二叉蚜若蚜，以每管20頭的量放入裝有新鮮麥苗葉子的2 mL離心管中，同時每管放入7頭同批次24 h內(nèi)羽化并已交配的雌性煙蚜繭蜂，寄生30 min后取出雌蜂，將若蚜放入種植有新鮮小麥的紙杯中隔離飼養(yǎng)。同時，另取780頭麥二叉蚜若蚜進行相同人為處理，但不放入煙蚜繭蜂，以此作為對照組。

1.2.2 粗酶液的制備 將對照組的15頭蚜蟲放入1.5 mL離心管中，加1 mL預冷的磷酸緩沖液(含0.1%的Triton X-100)，冰浴下充分研磨，在4℃下12 000 r· min－1離心15 min，上清液即為粗酶液，提取后－20℃保存?zhèn)溆?，分析前解凍。以同樣方法同一時間對處理組的蚜蟲進行制樣，重復3次。以此獲得寄生 0、1、2、3、4、5、6、8、10、12、24、48、72 h后的樣品及對照組粗酶液。

1.2.3 解毒酶活性測定 采用紫外可見光分光光度計對酶的活性進行測定，儀器采用上海光譜儀器有限公756型紫外可見分光光度計。

乙酰膽堿酯酶(AChE)、酸性磷酸酯酶(ACP)、堿性磷酸酯酶(AKP)活性測定方法參照南京建成生物工程研究所各酶活測定試劑盒。

1.2.4 保護酶活性測定 測定方法同解毒酶活性的測定方法。過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、總超氧化物歧化酶(T-SOD)的活性測定方法參照南京建成生物工程研究所各酶活測定試劑盒。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用 SPSS18.0軟件和Excel 2003進行分析。數(shù)據(jù)均為平均值±標準誤(Means±SE)，處理組與對照組之間的差異采用Tukey氏檢驗進行比較，以0.05作為顯著性水平(P＜0.05)，以 0.01作為極顯著性水平(P＜0.01)。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙蚜繭蜂寄生對2齡麥二叉蚜體內(nèi)乙酰膽堿酯酶(AChE)活性的影響

煙蚜繭蜂寄生麥二叉蚜后0～72 h寄主體內(nèi)AChE活性測定結(jié)果見圖1。處理組與對照組AChE活性總體變化趨勢基本一致。處理組在寄生后2、12、24、48、72 h 時 AChE 活性明顯低于對照組，且在12、72 h時極顯著低于對照。處理組在寄生后4、10 h時AChE活性略高于對照組。通過測定結(jié)果，說明煙蚜繭蜂的寄生引起了麥二叉蚜體內(nèi)AChE活性的變化，可能由于煙蚜繭蜂的產(chǎn)卵對寄主的解毒能力產(chǎn)生了干擾。

2.2 煙蚜繭蜂寄生對2齡麥二叉蚜體內(nèi)酸性磷酸酯酶(ACP)活性的影響

煙蚜繭蜂寄生麥二叉蚜后0～72 h寄主體內(nèi)ACP活性測定結(jié)果見圖2。處理組與對照組ACP活性總體變化趨勢稍有不同。處理組在寄生后3、5 h時ACP活性明顯低于對照組，但在24 h時ACP活性極顯著高于對照組。通過測定結(jié)果，說明煙蚜繭蜂的寄生對麥二叉蚜體內(nèi)ACP活性產(chǎn)生影響，在3、5 h時對寄主體內(nèi)ACP活性抑制效果較明顯，在24 h對寄主體內(nèi)ACP活性激活效果極其明顯，24 h后又呈下降趨勢。

圖1 2齡麥二叉蚜被煙蚜繭蜂寄生后體內(nèi)AChE活性隨時間的變化Fig.1 The AChE activities of the second instar nymph Schizaphis graminum in relation to the different time after having been parasitized by Aphidius gifuensis

圖2 2齡麥二叉蚜被煙蚜繭蜂寄生后體內(nèi)ACP活性隨時間的變化Fig.2 The ACP activities of the second instar nymph Schizaphis graminum in relation to the different time after having been parasitized by Aphidius gifuensis

2.3 煙蚜繭蜂寄生對2齡麥二叉蚜體內(nèi)堿性磷酸酯酶(AKP)活性的影響

煙蚜繭蜂寄生麥二叉蚜后0～72 h寄主體內(nèi)AKP活性測定結(jié)果見圖3。處理組與對照組AKP活性總體變化趨勢稍有不同。處理組在寄生后2、3、5、24、48 h 時 AKP 活性明顯低于對照組，僅在10、12 h時AKP活性略高于對照。通過測定結(jié)果，說明煙蚜繭蜂的寄生干擾了麥二叉蚜體內(nèi)AKP解毒活性，在0～8 h、24～72 h期間AKP活性受到抑制，低于正常水平。

2.4 煙蚜繭蜂寄生對2齡麥二叉蚜體內(nèi)過氧化氫酶(CAT)活性的影響

煙蚜繭蜂寄生麥二叉蚜后0～72 h寄主體內(nèi)CAT活性測定結(jié)果見圖4。處理組與對照組CAT活性總體變化趨勢基本一致。處理組在寄生后3、6 h時CAT活性略低于對照組，但在24 h時顯著高于對照。通過測定結(jié)果，說明煙蚜繭蜂的寄生在3、6 h時干擾了寄主體內(nèi)CAT的保護能力，這有利于寄生蜂卵的發(fā)育，煙蚜繭蜂卵在室內(nèi)溫度(27±2)℃，相對濕度(70±10)%，光照條件L∶D=14 h∶10 h的環(huán)境內(nèi)經(jīng)過20～40 h孵化成幼蟲，故推測24 h時因為幼蟲的孵出，使寄主體內(nèi)微環(huán)境遭到破壞，代謝加強，導致H2O2過多積累，誘導CAT活性增大。

圖3 2齡麥二叉蚜被煙蚜繭蜂寄生后體內(nèi)AKP活性隨時間的變化Fig.3 The AKP activities of the second instar nymph Schizaphis graminum in relation to the different time after having been parasitized by Aphidius gifuensis

圖4 2齡麥二叉蚜被煙蚜繭蜂寄生后體內(nèi)CAT活性隨時間的變化Fig.4 The CAT activities of the second instar nymph Schizaphis graminum in relation to the different time after have been parasitized by Aphidius gifuensis

2.5 煙蚜繭蜂寄生對2齡麥二叉蚜體內(nèi)過氧化物酶(POD)活性的影響

煙蚜繭蜂寄生麥二叉蚜后0～72 h寄主體內(nèi)POD活性測定結(jié)果見圖5。處理組與對照組POD活性總體變化趨勢基本一致。處理組在寄生后5、6、8 h時POD活性低于對照組，且在6 h時活性顯著低于對照組。在1、12、24 h時POD活性高于對照，且在24 h時活性極顯著高于對照。通過測定結(jié)果，說明煙蚜繭蜂的寄生對麥二叉蚜體內(nèi)POD活性產(chǎn)生了一定影響，1 h時POD活性增強，利于寄主保護自身機體，12、24 h時POD活性明顯增加，有利于寄主昆蟲的正常發(fā)育，也有利于寄生蜂獲得更多營養(yǎng)。

圖5 2齡麥二叉蚜被煙蚜繭蜂寄生后體內(nèi)POD活性隨時間的變化Fig.5 The POD activities of the second instar nymph Schizaphis graminum in relation to the different time after having been parasitized by Aphidius gifuensis

2.6 煙蚜繭蜂寄生對2齡麥二叉蚜體內(nèi)總超氧化物歧化酶(T-SOD)活性的影響

煙蚜繭蜂寄生麥二叉蚜后0～72 h寄主體內(nèi)T-SOD活性測定結(jié)果見圖6。處理組與對照組T-SOD活性總體變化趨勢基本一致。處理組在寄生后1、4、24 h時T-SOD活性稍高于對照組，在5 h時略低于對照。測定結(jié)果說明，煙蚜繭蜂的寄生對麥二叉蚜體內(nèi)T-SOD活性有一定的影響，在1、4 h時寄主代謝系統(tǒng)擔負著寄主和寄生蜂卵的共同發(fā)育，氧氣消耗量增加，從而誘導T-SOD活性稍有升高，推測24 h時幼蟲孵出，使 T-SOD活性略有升高。

圖6 2齡麥二叉蚜被煙蚜繭蜂寄生后體內(nèi)T-SOD活性隨時間的變化Fig.6 The T-SOD activities of the second instar nymph Schizaphis graminum in relation to the different time after having been parasitized by Aphidius gifuensis

3 結(jié)論與討論

寄生蜂影響寄主的寄生因子主要有類病毒顆粒(VLP)或類病毒樣纖絲(VLF)、毒液、萼液(主有含PDV、卵巢蛋白)等。寄生蜂產(chǎn)生的毒蛋白如毒液、萼液和畸形細胞能使半翅目蚜蟲免疫抑制、發(fā)育受阻［10］。俞瑞鮮［11］提出萼液通過毒液而實現(xiàn)對寄主的作用，而畸形細胞和幼蜂的存在又能明顯改變寄主的行為?？傻贸鲇追涞拇嬖诒ＷC了畸形細胞正常發(fā)揮作用。曹婷婷［12］用0.05VRE濃度的毒液或0.05 FE·μL－1濃度的毒液和萼液混合物處理離體條件下小菜蛾血細胞，使其失去了包囊作用。說明寄生蜂產(chǎn)卵初期毒液和萼液共同作用抑制了寄主的免疫系統(tǒng)正常運作，使蜂卵進行發(fā)育，隨著蜂卵的生長，刺激產(chǎn)生的畸形細胞開始發(fā)揮反包囊作用，進一步抑制或破壞寄主的免疫系統(tǒng)。李艷紅［13］得出毒液和萼液能顯著延長若蟲的發(fā)育;正常寄生后，寄生蜂毒蛋白使寄主始終處于抑制狀態(tài)，并對其免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抑制作用，毒蛋白量的增加加大了對寄主的抑制程度。

麥二叉蚜免疫系統(tǒng)中的AChE是一種在神經(jīng)傳遞過程中起重要作用的酶，此酶一旦被抑制達一定程度時，會使動物過度興奮而死亡［14］。本研究發(fā)現(xiàn)，麥二叉蚜被寄生后，寄生蜂通過干擾膽堿能突觸而引起神經(jīng)系統(tǒng)的障礙，從而抑制AChE活性，使昆蟲生理生化過程失調(diào)和破壞。與小菜蛾幼蟲被半閉彎尾姬蜂寄生后，AChE活性降低，結(jié)果相似［15］。有研究表明，從低等生物大腸桿菌到高等動植物組織以及人類肝臟等都發(fā)現(xiàn)有ACP的存在［16，17］。在缺乏抗原抗體特性的昆蟲體內(nèi)，ACP的作用很重要，是溶酶體的標志酶。在酸性條件下，ACP能通過水解作用將表面帶有磷酸酯的異物破壞，達到預防感染的目的。而堿性磷酸酶(AKP)不僅參與機體內(nèi)某些營養(yǎng)物質(zhì)的代謝過程，而且還是生物體內(nèi)重要的解毒體系［18］。本研究中ACP活性處理組在寄生后3、5 h時ACP活性明顯低于對照組，說明寄生蜂的寄生影響寄主體內(nèi)ACP的釋放，而24 h時劇增，顯著高于對照組，推測此時寄主吞噬、降解了一部分外源物，使寄生蜂的寄生因子沒有初期強烈，故在24 h時大量釋放ACP為自身解除毒害。AKP活性僅在10、12 h時略高于對照，在 2、3、5、24、48 h 時均受抑制，說明寄生蜂寄生后蜂卵及卵液作為異物引起麥二叉蚜體內(nèi)解毒酶系強烈的反應(yīng)，而24 h后寄生蜂幼蟲開始發(fā)育，與畸形細胞共同影響寄主體內(nèi)小環(huán)境，致使寄主解毒效果下降，酶活性降低。

昆蟲保護酶系活性與殺蟲劑、昆蟲病毒、微孢子蟲等外界刺激物的強度及昆蟲耐藥性和抗逆性等相關(guān)［19－22］。昆蟲體內(nèi)存在著超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)等保護酶系統(tǒng)，在昆蟲各種生理作用或生化反應(yīng)過程中起著清除氧自由基、保護昆蟲機體免受損傷的重要作用［23］。本研究中，CAT作為機體清除氧自由基的重要組成部分，其活性在24 h顯著高于對照，這與前人的研究結(jié)果相似［24－25］。POD 活性處理組在寄生后5、6、8 h時POD活性低于對照組，且在6 h時活性顯著低于對照組，說明寄生蜂的寄生導致麥二叉蚜體內(nèi)ATP合成受阻，致使能量供應(yīng)不足，抑制了寄主體內(nèi)POD的活性，而在24 h時活性極顯著高于對照，說明24 h時左右試蟲體內(nèi)供能逐漸恢復正常，寄主免疫系統(tǒng)產(chǎn)生了細胞免疫反應(yīng)來保護寄主自身機體;SOD能催化超氧化物陰離子自由基發(fā)生歧化反應(yīng)生成H2O2，從而清除陰離子自由基，麥二叉蚜被寄生后體內(nèi)H2O2量的增加未達到抑制T-SOD活性的程度，故處理組在寄生后1、4、24 h時T-SOD活性反而稍高于對照組，僅5 h時略低于對照，處理組與對照組T-SOD活性總體變化趨勢基本一致。

本研究旨在從麥二叉蚜被煙蚜繭蜂寄生后體內(nèi)6種酶活性的變化這個方面為出發(fā)點，研究了6種酶隨時間變化的總體趨勢。其中，CAT活性變化規(guī)律與前人的研究結(jié)果基本一致，但也存在差異，可能由于不同供試昆蟲體內(nèi)酶種類、濃度及其組成不同，或昆蟲個體生理機能的變化、蛻皮等原因造成的。昆蟲的免疫防御是多種酶相互作用的結(jié)果，不同時間段起主導作用的酶不同，各種酶相互配合、協(xié)同作用，才能維持昆蟲機體的正常生理活動。而寄生蜂必須依賴寄主昆蟲才能生存，寄生成功后既不能嚴重破壞寄主的免疫系統(tǒng)，又要保證蜂卵在寄主體內(nèi)不被損害，正常發(fā)育，故寄生蜂寄生成功后相關(guān)寄生因子相互作用階段性影響寄主體內(nèi)各種酶的活性，保證寄主在蜂卵發(fā)育時期繼續(xù)生長，而在蜂幼蟲化蛹時能及時變成僵蚜確保幼蜂正常羽化。

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