不同光周期對高粱葉片和蚜蟲體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量和相關(guān)酶活性的影響

杜軍利，武德功，詹秋文，黃保宏，倪 鶴

(1.安徽科技學(xué)院 農(nóng)學(xué)院，安徽 鳳陽233100； 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護學(xué)院，江蘇 南京 210095； 3.鳳陽縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，安徽 鳳陽233100)

高粱[Sorghumbicolor(L.) Moench]是重要的糧食作物、釀酒作物和飼料作物[1-2]，其生長發(fā)育過程中受多種環(huán)境因子的影響，包括溫、光、水、氣等，其中，光照時間的長短即光周期對植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的形成起著至關(guān)重要的作用[3-6]。劉明等[7]研究表明，光周期處理直接影響小豆(Rufusfaba)花器官的關(guān)鍵生理指標(biāo)和產(chǎn)量；袁娟等[8]報道了光周期對扁豆[Lablabpurpureus(L.)]發(fā)育進程的影響，并測定了扁豆真葉內(nèi)的游離氨基酸含量；劉莎莎等[9]測量了光周期對菠菜(SpinaciaoleraceaL.)中糖和蛋白質(zhì)含量的影響；王成章等[10]研究了光周期對苜蓿(MedicagosativaL.)酶活性的影響。以上研究顯示，光周期對植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)或酶活性有一定的影響。

高粱蚜[Melanaphissacchari(Zehntner)]是高粱(Sorghumbicolor)、甘蔗(SaccharumofficenarumL.)等作物上的重要害蟲之一，主要通過刺吸對植物造成直接傷害，降低高粱的產(chǎn)量和品質(zhì)[11]。光周期對昆蟲的生長發(fā)育和體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)也具有明顯的影響[12-13]。近年來，有關(guān)溫度對蚜蟲生長發(fā)育影響的報道較多[14]，少量文獻報道了濕度和光周期對蚜蟲生命參數(shù)的影響[15-19]。光周期會影響昆蟲的體質(zhì)量、產(chǎn)卵期和雌蟲生殖力[20-21]；短日照可延長昆蟲的幼蟲期和成蟲期[22]。不同光周期對蚜蟲的生殖力和生命參數(shù)均有影響，蚜蟲體內(nèi)的物質(zhì)含量也會發(fā)生變化，呂寧[23]研究了抗生素對豌豆蚜[Acyrthosiphonpisum(Harris)]體內(nèi)物質(zhì)含量的影響，姜文虎等[24]研究了桃蚜(Myzuspersicae)的酶(SOD、POD、CarE、GSTs)活性對SO2脅迫的響應(yīng)。目前，光周期對高粱和高粱蚜的體內(nèi)物質(zhì)含量影響的相關(guān)研究鮮見報道。本文擬研究不同光周期條件下高粱葉片和高粱蚜體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量的動態(tài)變化，明確光周期對高粱和高粱蚜生長發(fā)育的影響。

1 材料與方法

1.1 供試蚜蟲和植物

高粱蚜采集于鳳陽縣安徽科技學(xué)院西區(qū)種植園，室內(nèi)飼養(yǎng)于人工氣候箱中，溫度為(24±1)℃，濕度為(60±10)%，光周期為14L∶10D；高粱蚜飼養(yǎng)于甜高粱系列品種上，種植于直徑15 cm、高10 cm的營養(yǎng)缽中，待植株長至三葉期時用于試驗。

1.2 試驗方法

1.2.1 不同光周期和蚜蟲脅迫處理高粱

將人工氣候箱中的光周期分別設(shè)置為2L∶22D、6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D，溫度為(24±1)℃。將剛出苗的高粱移至不同光周期的人工氣候箱，每個處理種6盆高粱苗。7 d后將高粱蚜以10頭·株-1的密度接至其中3盆高粱苗上，另外3盆高粱苗作為對照，蚜蟲刺吸4 d后，采集處理和對照高粱植株進行檢測，分別測定高粱葉片的可溶性糖、游離氨基酸、淀粉、可溶性蛋白和葉綠素含量。

1.2.2 不同光周期條件下處理蚜蟲

氣候箱的光周期分別設(shè)置為2L∶22D、6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D，溫度(24±1)℃，濕度(60±10)%。將剛出苗的高粱移至不同光周期的氣候箱，每個處理重復(fù)3次，待高粱苗長至3葉期時，向高粱苗接入100頭母蚜，24 h后剔除母蚜，留下1齡仔蚜，7 d后仔蚜長至高齡若蚜或成蚜，即可測定高粱蚜的酶活性與各項生理指標(biāo)。

1.3 高粱葉片物質(zhì)含量測定

可溶性蛋白測定采用考馬斯亮藍法，可溶性糖測定采用蒽酮比色法，游離氨基酸測定采用水合茚三酮方法[25]。葉綠素測定方法參照文獻[26]。對不同光周期處理的葉片，1個重復(fù)選取5片葉片，使用SPAD-502葉綠素測定儀測定10次，求平均值，每個處理3次重復(fù)。

1.4 高粱蚜體內(nèi)物質(zhì)含量的測定

高粱蚜體內(nèi)SOD、CAT活性測定方法參考曹傳旺等[27]的方法。谷草轉(zhuǎn)氨酶(aspartate aminotransferase，AST)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(alanine transaminase，ALT)活性測定參考呂寧[23]的方法。

可溶性蛋白、可溶性糖、游離氨基酸測定參考呂寧[23]的方法，高粱蚜體內(nèi)總脂肪測定參考曹傳旺等[27]的方法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excel 2007進行整理和制圖，采用SPSS 17.0軟件進行方差分析(ANOVA)，用Duncan氏新復(fù)極差法進行多重比較，各參數(shù)均值之間顯著性用SSR法進行檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 光周期和蚜蟲刺吸對高粱葉片淀粉和可溶性蛋白含量的影響

在不同光周期條件下，以無蚜刺吸脅迫作為對照，比較了高粱葉片淀粉、可溶性蛋白含量的變化，結(jié)果見圖1。長光照(10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D)條件下被高粱蚜刺吸和無蚜刺吸的高粱葉片的營養(yǎng)物質(zhì)均高于短光照(2L∶22D、6L∶18D)；光周期為2L∶22D時，被高粱蚜刺吸的高粱葉片淀粉含量顯著(P<0.05)低于無蚜脅迫；光周期為6L∶18D時，被高粱蚜刺吸和無蚜刺吸的高粱葉片淀粉含量無顯著差異(P>0.05)；光周期為10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D時，被高粱蚜刺吸的高粱葉片淀粉含量顯著(P<0.05)高于無蚜刺吸的高粱葉片。短光照(2L∶22D)和最適光照(14L∶10D)條件下高粱葉片的可溶性蛋白含量低于其他光周期。所有光周期處理下，被高粱蚜刺吸和無蚜刺吸的高粱葉片可溶性蛋白含量均無顯著差異(P>0.05)。

2.2 光周期和蚜蟲對高粱葉片可溶性糖、游離氨基酸和葉綠素含量的影響

數(shù)據(jù)間沒有相同字母表示差異顯著(P<0.05)。數(shù)據(jù)以鮮質(zhì)量計。Values without the same lowercase letters showed the significant difference (P<0.05). Data was detected based on fresh weight.圖1 光周期和高粱蚜對高粱葉片淀粉和可溶性蛋白含量的影響Fig.1 Effects of photoperiod and sorghum aphid on contents of starch and soluble protein in sorghum leaves

由圖2可知：光周期為2L∶22D、6L∶18D、14L∶10D時，被蚜蟲刺吸的高粱葉片可溶性糖含量與無蚜蟲刺吸之間無顯著差異(P>0.05)，光周期為10L∶14D、18L∶6D時被蚜蟲刺吸的高粱葉片內(nèi)可溶性糖含量顯著(P<0.05)低于無蚜蟲刺吸的高粱葉片；光周期為2L∶22D、6L∶18D、10L∶14D、18L∶6D時被蚜蟲刺吸的高粱葉片內(nèi)游離氨基酸含量與無蚜蟲刺吸的葉片無顯著差異(P>0.05)，而在光周期為14L∶10D時被高粱蚜刺吸的高粱葉片內(nèi)游離氨基酸的含量顯著低

數(shù)據(jù)以鮮質(zhì)量計。Data was detected based on fresh weight.圖2 光周期和高粱蚜對高粱葉片中可溶性糖、游離氨基酸和葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of photoperiod and sorghum aphid on contents of soluble sugar， free amino acid and chlorophyll in sorghum leaves

于無蚜蟲刺吸的葉片(P<0.05)；光周期為6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D時被蚜蟲刺吸與無蚜刺吸的高粱葉片葉綠素含量之間無顯著差異(P>0.05)，而在極端光周期2L∶22D、18L∶6D時高粱蚜刺吸的高粱葉片葉綠素含量顯著低于無蚜蟲刺吸葉片(P<0.05)。

2.3 光周期對高粱蚜體內(nèi)轉(zhuǎn)氨酶活性的影響

由圖3可知：在光周期為18L∶6D時高粱蚜體內(nèi)ALT活性最高，為490.95 U·μg-1，顯著(P<0.05)高于其他4個光周期處理；光周期為2L∶22D、14L∶10D時高粱蚜體內(nèi)的ALT活性無顯著差異，但均顯著(P<0.05)高于光周期為6L∶18D和10L∶14D，光周期為6L∶18D和10L∶14D時高粱蚜體內(nèi)的ALT活性也無顯著差異(P>0.05)。

不同光周期條件下高粱蚜體內(nèi)的AST活性存在顯著差異(P<0.05)(圖3)，在光周期為2L∶22D時高粱蚜體內(nèi)AST活性最高(498.78 U·μg-1)，顯著高于其他4個光周期(P<0.05)；光周期為10L∶14D時高粱蚜體內(nèi)AST活性最低(301.43 U·μg-1)，顯著低于其他光周期(P<0.05)；光周期為6L∶18D和18L∶6D時高粱蚜AST活性無顯著差異(P>0.05)。

數(shù)據(jù)以蛋白質(zhì)量計。Data was detected based on protein weight.圖3 不同光周期條件下高粱蚜體內(nèi)ALT和AST活性變化Fig.3 Effects of photoperiod on activities of ALT and AST in sorghum aphid

2.4 光周期對高粱蚜體內(nèi)保護酶活性的影響

光周期對高粱蚜體內(nèi)SOD活性的影響見圖4。光周期為2L∶22D時高粱蚜體內(nèi)SOD活性最高(4 866.42 U·g-1·h-1)，顯著高于其他光周期；光周期為10L∶14D時高粱蚜體內(nèi)SOD活性最低(135.34 U·g-1·h-1)；光周期為14L∶10D時高粱蚜體內(nèi)SOD活性顯著(P<0.05)高于光周期為10L∶14D，與光周期6L∶18D、18L∶6D之間無顯著差異(P>0.05)。

不同光周期條件下高粱蚜體內(nèi)的CAT活力產(chǎn)生顯著差異(圖4)，光周期為2L∶22D和6L∶18D時高粱蚜體內(nèi)的CAT活性分別為6 671.48、6 027.78 U·g-1·h-1，顯著(P<0.05)高于其他光周期；光周期為10L∶14D、18L∶6D時高粱蚜體內(nèi)CAT活性無顯著差異(P>0.05)。

2.5 光周期對高粱蚜體內(nèi)可溶性蛋白、可溶性糖的影響

不同光周期下高粱蚜的可溶性蛋白含量不同。光周期為10L∶14D時高粱蚜的可溶性蛋白含量最高(21.86 μg·頭-1)，顯著(P<0.05)高于其他4個光周期處理；光周期為14L∶10D、18L∶6D時高粱蚜的可溶性蛋白含量無顯著差異，均顯著(P<0.05)高于光周期為2L∶22D、6L∶18D的處理，且光周期為14L∶10D、18L∶6D時高粱蚜的可溶性蛋白質(zhì)含量之間無差別(P>0.05)(圖5)。

數(shù)據(jù)以鮮質(zhì)量計。Data was detected based on fresh weight.圖4 不同光周期對高粱蚜體內(nèi)SOD、CAT活性的影響Fig.4 Effects of different photoperiods on activities of SOD and CAT of sorghum aphid

光周期為2L∶22D、6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D時高粱蚜的可溶性糖含量差異(P<0.05)顯著(圖5)，光周期為10L∶14D時高粱蚜的可溶性糖含量最高，顯著(P<0.05)高于其他4個光周期處理，極端光周期18L∶6D時高粱蚜的可溶性糖含量最低。較適光周期條件下(6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D)，高粱蚜體內(nèi)可溶性糖含量顯著(P<0.05)高于極端光周期2L∶22D和18L∶6D。

2.6 光周期對高粱蚜體內(nèi)游離氨基酸、總脂肪含量的影響

由圖6可知，光周期為2L∶22D和6L∶18D時高粱蚜體內(nèi)游離氨基酸含量較高且無顯著差異，分別為4.44、4.59 μg·頭-1，均顯著(P<0.05)高于光周期為10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D的處理。光周期為10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D時，高粱蚜體內(nèi)氨基酸含量存在顯著差異(P<0.05)。光周期為10L∶14D時高粱蚜體內(nèi)總脂肪含量最高(2.22 μg·頭-1)，顯著(P<0.05)高于其他光周期處理。光周期為2L∶22D時高粱蚜體內(nèi)總脂肪含量最低(0.47 μg·頭-1)，與光周期18L∶6D的處理無顯著差異(P>0.05)，顯著(P<0.05)低于光周期6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D處理；光周期為6L∶18D和14L∶10D時高粱蚜體內(nèi)總脂肪含量無顯著差異(P>0.05)。

圖5 不同光周期對高粱蚜體內(nèi)可溶性蛋白和可溶性糖含量的影響Fig.5 Effects of different photoperiods on contents of soluble protein and soluble sugar of sorghum aphid

圖6 不同光周期對高粱蚜體內(nèi)游離氨基酸、總脂肪含量變化的影響Fig.6 Effects of different photoperiods on contents of free amino acid and total lipids in sorghum aphid

3 討論

光照是維持生物和植物正常生長發(fā)育的關(guān)鍵因子[28]，光周期對植物的光合作用與生長發(fā)育均會造成影響[5-7]，同時也直接影響植物的產(chǎn)量和品質(zhì)，導(dǎo)致植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)和生理參數(shù)發(fā)生變化[29-30]。本文研究了不同光周期條件下高粱蚜刺吸和無蚜刺吸對植物葉片營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響，無蚜刺吸和被蚜蟲刺吸時，高粱葉片的物質(zhì)含量均與光照時間相關(guān)，長光照條件下高粱葉片各種物質(zhì)含量較高。本研究中的可溶性糖、可溶性蛋白含量與劉莎莎等[9]測定的結(jié)果一致，葉綠素含量變化與吳飛燕等[4]的研究結(jié)果一致。

光周期直接影響昆蟲的生長發(fā)育[31]，如昆蟲的體長、體質(zhì)量、發(fā)育歷期、生殖期、壽命和生殖力[32]。異常光周期會使昆蟲滯育，最終導(dǎo)致昆蟲種群數(shù)量發(fā)生變化[33-34]。已有文獻研究了不同光周期對高粱蚜種群參數(shù)的影響[35]，本文測定了不同光周期條件下高粱蚜的轉(zhuǎn)氨酶、保護酶活性與體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量變化。不同光周期條件下高粱蚜轉(zhuǎn)氨酶AST和ALT活性的變化趨于一致，在較適光周期10L∶14D時，高粱蚜體內(nèi)的AST和ALT活性均達最低值，而在極端光周期2L∶22D時高粱蚜體內(nèi)AST活性最高，光周期為18L∶6D時高粱蚜體內(nèi)ALT活性最高，說明極端光周期影響了高粱蚜體內(nèi)相關(guān)氨基酸分解合成代謝等生理活動，通過轉(zhuǎn)氨酶的升高以應(yīng)對光照變化。呂寧[23]研究表明，抗生素處理綠色型豌豆蚜初期，蚜蟲體內(nèi)AST和ALT活性顯著高于對照，本試驗結(jié)果與此一致，但是試驗處理方式不同。在極短光周期2L∶22D時高粱蚜體內(nèi)的SOD和CAT活性均達最高值，顯著高于其他光周期。在極端光周期2L∶22D、18L∶6D時，可能由于光照時間過短或過長，直接擾亂了高粱蚜的正常生長發(fā)育，導(dǎo)致蚜體內(nèi)各種保護酶發(fā)生了明顯的變化。

可溶性蛋白和總脂肪是昆蟲身體的主要組分和營養(yǎng)成分。研究表明，在異常環(huán)境條件下昆蟲體內(nèi)的蛋白質(zhì)和總脂肪含量呈現(xiàn)下降趨勢[25]。本研究中，極端光周期條件下高粱蚜的蛋白質(zhì)和總脂肪含量顯著降低，說明極長或極短光照條件不適宜高粱蚜生長發(fā)育。極端光周期條件會影響高粱蚜的生殖能力[35]，可能是因為可溶性糖與蚜蟲的生殖能力有關(guān)[36]。本研究中，在極端光周期時高粱蚜可溶性糖含量下降，因此，極端光周期不利于蚜蟲的繁殖。