高溫脅迫對(duì)扶桑綿粉蚧成蟲過氧化物酶和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性的影響

袁盛勇，孔　瓊，吳晶瑩，秦文旭，劉小紅，陳振毅，馬廷霞，尹久婷

(紅河學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南蒙自 661100)

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高溫脅迫對(duì)扶桑綿粉蚧成蟲過氧化物酶和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性的影響

袁盛勇，孔瓊*，吳晶瑩，秦文旭，劉小紅，陳振毅，馬廷霞，尹久婷

(紅河學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南蒙自 661100)

為了研究高溫脅迫對(duì)扶桑綿粉蚧的影響，將該蟲分別置于35℃、38℃、41℃、44℃和47℃水浴處理2 h、3 h 和4 h，然后置于26℃下恢復(fù)2 h，測(cè)定成蟲的過氧化物酶(POD)和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)活力的變化。結(jié)果表明在處理2 h、3 h和4 h下，對(duì)照(26℃)的POD活力值分別為(0.0527±0.0015)mmol/min、(0.0508±0.0015)mmol/min和(0.0483±0.0072)mmol/min，均高于高溫各處理的POD活力值；5個(gè)溫度處理下的POD活力值變化為低(35℃)-高(38℃)-低(41、44、47℃)的變化趨勢(shì)；當(dāng)處理2 h時(shí)，不同溫度下的POD活力值分別是(0.0183±0.0009)(35℃)、(0.0480±0.0012)(38℃)、(0.0227±0.0012)(41℃)、(0.0197±0.0003)(44℃)、(0.0173±0.0007)(47℃)mmol/min。且在不同溫度和時(shí)間處理下，成蟲的GSTs活性變化趨勢(shì)與POD活性變化趨勢(shì)一致。即不同時(shí)間處理下，對(duì)照的GSTs活性均高于高溫各處理的GSTs，其對(duì)照的GSTs活力值分別為(0.5537±0.0044)(2 h)、(0.5358±0.0078)(3 h)和(0.5291±0.0264)(4 h)mmol/min；5個(gè)溫度處理下的GSTs活力值變化為低(35℃)-高(38℃)-低(41℃、44℃、47℃)的變化趨勢(shì)；當(dāng)處理3 h時(shí)，不同溫度下的GSTs活力值分別是(0.5114±0.0116)(35℃)、(0.5426±0.0009)(38℃)、(0.4861±0.0073)(41℃)、(0.3657±0.0029)(44℃)、(0.3404±0.0156)mmol/min(47℃)。因此高溫對(duì)扶桑綿粉蚧體內(nèi)的POD和GSTs活力存在影響。

扶桑綿粉蚧；高溫脅迫；過氧化物酶；谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶

扶桑綿粉蚧PhenacoccussolenopsisTinsley屬半翅目Hemiptera粉蚧科Pseudococcidae (Tinsley，1898)，是一種危害園林和大田作物的害蟲。其寄主植物包括葫蘆科、豆科、茄科、唇形科、錦葵科、藜科等100多種植物，其中棉花、煙草、南瓜、番茄等是重要的經(jīng)濟(jì)作物(崔志富等，2015)。該蟲對(duì)棉花危害嚴(yán)重(陸永躍等，2008；武三安和張潤志，2009)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，云南省共8個(gè)州(市)10 個(gè)縣(市)有扶桑綿粉蚧的分布,其寄主植物共14 科18屬19種，包括園林觀賞植物3 種、經(jīng)濟(jì)作物1 種、蔬菜作物2 種、糧食作物1 種、雜草11種，其中有12種植物在我國其他疫區(qū)未見報(bào)道(閆鵬飛等，2013)。全球溫室效應(yīng)引發(fā)氣溫升高，昆蟲作為變溫動(dòng)物，溫度升高對(duì)種群生態(tài)及擴(kuò)散產(chǎn)生重大影響。從昆蟲生理水平上研究溫度脅迫可揭示其作用機(jī)制。過氧化物酶(POD)是昆蟲體內(nèi)存在的酶促保護(hù)系統(tǒng)，已經(jīng)被證實(shí)廣泛存在于各種生物。研究報(bào)道西藏飛蝗在30℃-35℃高溫脅迫下，成蟲過氧化物酶活性隨溫度升高而升高，當(dāng)溫度超過35℃時(shí)，酶活性均下降(李慶等，2012)。谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione-S-transferases,簡稱GSTs)是昆蟲解毒酶系統(tǒng)中的一類重要的多功能超基因家族酶(Rauch and Nauen,2004 )，其活性也受溫度影響。15℃下松毛蟲赤眼蜂Trichogrammadendrolimi，谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶的比活力最低為6.80 mmol/min，35℃下最高為98.22 mmol/min (孫悅等,2014)。本文主要研究了高溫脅迫對(duì)扶桑綿粉蚧成蟲過氧化物酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶活力的影響，為闡明該蟲對(duì)熱脅迫的響應(yīng)機(jī)制提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1供試蟲源

扶桑綿粉蚧采自文山州富寧縣駁骨丹BuddlejaasiaticaLour上，在室內(nèi)以扶桑枝條為食料飼養(yǎng)繁殖種群。

1.1.2儀器

人工氣候箱(RXZ-300B型)、冰箱、電子天平、研缽、TGL16高速冷凍離心機(jī)、756MC分光光度計(jì)、恒溫水浴鍋、試管和試管夾等。

1.1.3試劑

磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、愈創(chuàng)木酚、過氧化氫、1-氯-2，4-二硝基苯(CDNB)和還原性谷胱甘肽(GSH)。

1.2方法

1.2.1扶桑綿粉蚧酶液的提取

參照劉彥飛(2013)的方法略作修改，將健康的扶桑綿粉蚧成蟲10頭為一組進(jìn)行分組，先分別稱重，記錄成蟲的重量，再依次放入編號(hào)的試管內(nèi)，分別采用35℃、38℃、41℃、44℃和47℃水浴處理2 h、3 h和4 h，每處理重復(fù)3次。處理后成蟲按照體重8 mL/g加入0.04 mol/mL磷酸緩沖液(pH7.0)冰浴研磨，置于高速冷凍凍離心機(jī)于4℃，15000 r/min在離心機(jī)上離心15 min，取上清液備用。

1.2.2過氧化物酶(POD)活力測(cè)定

采用愈創(chuàng)木酚比色法，參照劉彥飛(2013)等的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)活力測(cè)定

參照劉群(2008)等的方法測(cè)定GST活力。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

1.3.1谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)活力測(cè)定公式

GST 活力單位(mmol/min)=(ΔOD340×V)/(ε×L×VE)，式中ΔOD340為每分鐘吸光度的變化值；V為酶液反應(yīng)總體積(mL)；ε為產(chǎn)物消光系數(shù)(9.6 L/mmol.cm)；L為比色杯的光程(1 cm)；VE為加入酶液的體積(mL)。

1.3.2數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件、EXCEL軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2　結(jié)果與分析

2.1高溫脅迫對(duì)成蟲過氧化物酶POD酶活性的影響

由表1可知，在時(shí)長2 h，處理溫度在35℃至47℃的POD活力值依次是(0.0183±0.0009)mmol/min、(0.0480±0.0012)mmol/min、(0.0227±0.0012)mmol/min、(0.0197±0.0003)mmol/min和(0.0173±0.0007)mmol/min，但以上處理溫度的POD活力值均低于對(duì)照(26℃)的POD活力值(0.0527±0.0015)mmol/min。處理時(shí)間為3 h時(shí)35℃至47℃的POD活力值依次是(0.0213±0.0020)mmol/min、(0.0450±0.0017)mmol/min、(0.0253±0.0009)mmol/min、(0.0228±0.0009)mmol/min和(0.0190±0.0006)mmol/min，均低于對(duì)照(26℃)的POD活力值(0.0508±0.0015)mmol/min。處理時(shí)間增加到4 h時(shí)35℃至47℃的POD活力值依次是(0.0167±0.0007)mmol/min、(0.0350±0.0021)mmol/min、(0.0223±0.0009)mmol/min、(0.0187±0.0015)mmol/min和(0.0143±0.0012)mmol/min，均低于對(duì)照(26℃)的POD活力值(0.0483±0.0072)mmol/min。在處理時(shí)間為2 h、3 h和4 h時(shí)，溫度在35℃至47℃的POD活力值，35℃的POD活力值小于38℃時(shí)POD活力值(38℃時(shí)POD活力值達(dá)到最大)，然后隨著溫度的增加，41℃、44℃和47℃的POD活力值逐漸下降。扶桑綿粉蚧成蟲受高溫脅迫后POD活力均小于對(duì)照組(26℃)的POD活力值。

表1　相同時(shí)間不同溫度處理下扶桑綿粉蚧成蟲POD酶活性(mmol/min)

注：同列同一因素具有相同字母者差異不顯著(P>0.05)。Note: For each factor within columns,the same letter indicated not significant difference (P>0.05).

2.2高溫脅迫對(duì)成蟲谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)活性影響

由表2可知，在相同處理時(shí)間下35℃、38℃、41℃、44℃和47℃的GSTs活性均低于對(duì)照組(26℃)的GSTs活性。在處理時(shí)間為2 h時(shí)對(duì)照組(26℃)、35℃、38℃、41℃、44℃和47℃的GSTs活性值依次是(0.553±0.0044)mmol/min、(0.4903±0.0050)mmol/min、(0.5196±0.0179)mmol/min、(0.4375±0.0153)mmol/min、(0.3397±0.0023)mmol/min和(0.2618±0.0080)mmol/min。處理時(shí)間為3 h時(shí)對(duì)照組(26℃)、35℃、38℃、41℃、44℃和47℃的GSTs活性值依次是(0.5358±0.0052)mmol/min、(0.5114±0.0116 )mmol/min、(0.5426±0.0009)mmol/min、(0.4861±0.0073)mmol/min、(0.3657±0.0029)mmol/min和(0.3404±0.0156)mmol/min。處理時(shí)間為4 h時(shí)對(duì)照組(26℃)、35℃、38℃、41℃、44℃和47℃的GSTs活性值依次是(0.5291±0.0264)mmol/min、(0.4417±0.0083)mmol/min、(0.5283±0.0068)mmol/min、(0.4219±0.0367)mmol/min、(0.3385±0.0018)mmol/min和(0.1418±0.0110)mmol/min。在處理時(shí)間為2 h、3 h和4 h在35℃的GSTs活性值<38℃的GSTs活性值>41℃>的GSTs活性值44℃>的GSTs活性值>47℃的GSTs活性值。

表2　相同時(shí)間不同溫度處理下扶桑綿粉蚧成蟲GSTs酶活性(mmol/min)

注：同列同一因素具有相同字母者差異不顯著(P>0.05)。Note: For each factor within columns,the same letter indicated not significant difference (P>0.05).

3　結(jié)論與討論

目前，尚未發(fā)現(xiàn)高溫脅迫對(duì)扶桑綿粉蚧酶活力影響的研究，但對(duì)其他昆蟲相關(guān)方面的研究已有報(bào)道。劉彥飛(2013)得出相同的溫度下，隨著處理時(shí)間的延長，POD活力先高于對(duì)照組，然后又顯著低于對(duì)照組；在相同處理時(shí)間，隨著處理溫度的升高，POD活力也表現(xiàn)出或增或減的變化趨勢(shì)。劉群(2009)的研究中也表明，抗性小菜蛾短時(shí)高溫處理下酶活力變化不顯著，隨著處理時(shí)間的延長酶活力抑制顯著。本文在此研究基礎(chǔ)上，結(jié)合扶桑綿粉蚧的一些生理特性，通過高溫脅迫后，測(cè)定出的POD和GST活力也呈現(xiàn)出一些變化。研究發(fā)現(xiàn)二化螟Chilosuppressalis(Cuietal．,2011)、印度天蠶Antheraeamylitta(Jenaetal.,2013)和龜紋瓢蟲Propylaeajaponica(Zhangetal.,2015)在高溫脅迫下POD 活性升高的結(jié)果與本文的研究結(jié)果不完全一致。不同殺蟲劑對(duì)異色瓢蟲3 齡幼蟲及成蟲保護(hù)酶活性均有明顯影響，且處理時(shí)間長短對(duì)幼蟲和成蟲體內(nèi)酶活性影響不同，隨著藥劑濃度的增加和處理時(shí)間的增長，均出現(xiàn)不同程度的應(yīng)激反應(yīng)(楊瓊等，2015)，該現(xiàn)象與高溫脅迫下扶桑綿粉蚧的過氧化物酶POD酶活性變化趨勢(shì)相類似。谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)是昆蟲體內(nèi)參與內(nèi)源及外源性物質(zhì)代謝的重要解毒酶, 在昆蟲的寄主適應(yīng)性及抗藥性的形成中起著重要作用(唐振華等，1993)。GSTs活性的升高可作為動(dòng)物組織受損的敏感指標(biāo)之一，研究表明辣椒堿能夠抑制昆蟲體內(nèi)的GSTs活性, 降低其催化解毒能力, 從而降低害蟲對(duì)藥劑的抵抗力(劉少武等，2008)。該結(jié)論類似于處理溫度增加或高溫脅迫處理時(shí)間延長均會(huì)使扶桑綿粉蚧的谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶的活力下降相一致。本實(shí)驗(yàn)說明高溫脅迫下對(duì)扶桑綿粉蚧的過氧化物酶POD酶活性和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶的活力均出現(xiàn)影響。

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Effect of high temperature stress on enzyme activity of peroxidase and glutathione-S-transferases in adult ofPhenacoccussolenopsisTinsley

YUAN Sheng-Yong, KONG Qiong*, WU Jing-Ying, QIN Wen-Xu, LIU Xiao-Hong, CHEN Zhen-Yi, MA Ting-Xia, YING Jiu-Ting

(College of Life Science and Technology, Honghe University, Mengzi 661100, Yunnan Province,China)

In order to study effect of heat stress onPhenacoccussolenopsisTinsley, the adults were placed in water bath for 2, 3 and 4 hour (h)at 35℃, 38℃, 41℃、44℃ and 47℃, and these treatments were restored for 2 h at 26℃, the enzyme activity of peroxidase (POD)and glutathione-s-transferases (GSTs)were measured. The results showed that activities of POD in control were higher than that of heat stress, the activity value of POD was respectively (0.0527±0.0015)in 2 h, (0.0508±0.0015)in 3 h, (0.0483±0.0072)mmol/min in 4 h; the trend of POD activity under five treatments of different temperatures was low (35℃)-high (38℃)-low (41℃, 44℃, 47℃), the activity value of POD in 2h by five temperatures was respectively(0.0183±0.0009)(35℃), (0.0480±0.0012)(38℃), (0.0227±0.0012)(41℃), (0.0197±0.0003)(44℃), (0.0173±0.0007)(47℃)mmol/min. And the trend of GSTs activity was consistent with the trend of POD activity under different temperatures and times; for example that activities of GSTs in control were higher than that of heat stress, the activity value of GSTs was respectively (0.5537±0.0044)in 2 h, (0.5358±0.0078)in 3 h, (0.5291±0.0264)mmol/min in 4 h; the activity trend of GSTs under five temperatures was low (35℃)-high (38℃)-low (41, 44, 47℃), the activity value of GSTs in 3 h by different temperatures was respectively (0.5114±0.0116)(35℃), (0.5426±0.0009)(38℃), (0.4861±0.0073)(41℃), (0.3657±0.0029)(44℃), (0.3404±0.0156)mmol/min (47℃). So heat stress had a certain effect on activities of POD and GSTs in adults ofPhenacoccussolenopsisTinsley.

PhenacoccussolenopsisTinsley；heat stress；peroxidase；glutathione-S-transferases

云南省高等學(xué)校卓越青年教師特殊培養(yǎng)項(xiàng)目;紅河學(xué)院植物保護(hù)碩士授權(quán)點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目

袁盛勇，男，1975年生，云南宣威人，碩士，副教授，主要從事昆蟲生態(tài)學(xué)及害蟲綜合防治研究,E-mail:ysy9069@163.com

Author for correspondence，E-mail：kq_biology2@126.com

2016-06-02; 接受日期Accepted：2016-07-16

Q968.1;S433

A

1674-0858(2016)04-0723-05