光周期對低溫飼養(yǎng)異色瓢蟲四種酶活性和能源物質(zhì)含量的影響

于海霞，張琪琪，鄭長英，孫麗娟

(青島農(nóng)業(yè)大學植物醫(yī)學學院, 山東青島266109)

異色瓢蟲[Harmoniaaxyridis(Pallas)]是農(nóng)林蚜蟲的優(yōu)勢天敵[1-2]，在中國北方于10月中下旬至來年4月中旬處于成蟲滯育階段[3]，這種生態(tài)特性大大限制了異色瓢蟲在北方溫室蚜蟲防治中的應(yīng)用。

光周期是影響異色瓢蟲生長發(fā)育和繁殖的重要環(huán)境因素[4-6]，并且對異色瓢蟲滯育誘導(dǎo)和解除具有重要作用[5,7]。光周期對捕食和生長發(fā)育的調(diào)控作用已經(jīng)在多種瓢蟲中報道。Nick等[8]發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，光照時間增加能夠促進異色瓢蟲的生長發(fā)育；Omkar等[9]還發(fā)現(xiàn)，在適宜的溫度條件下，光照增加還促進喙瓢蟲屬七星瓢蟲(CoccinellaseptempunctataL.)和狹臀瓢蟲(CoccinellatransversalisFabricius)幼蟲的捕食和發(fā)育。利用光周期培育異色瓢蟲低溫種群并提升和改善異色瓢蟲在低溫條件下的捕食和發(fā)育對異色瓢蟲低溫應(yīng)用具有重要意義。

Na+-K+-ATP酶(Na+-K+-ATPase)和乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase，LDH)是反映異色瓢蟲在低溫條件下的新陳代謝能力的兩種重要指示性代謝酶[10]。保護酶超氧化物歧化酶(superoxide disambiguation，SOD)和過氧化氫酶(catalase，CAT)則能夠清除細胞內(nèi)因低溫累積的過多的活性氧、羥自由基及其他過氧化物，這兩種酶活性也能夠反映昆蟲在低溫條件下的生理狀態(tài)[10]。糖、脂肪、蛋白作為昆蟲的主要能源物質(zhì)，含量或濃度對昆蟲在特定條件下的代謝水平具有重要的指示作用[11-12]。課題組前期研究表明，低溫條件下，長光照可顯著提高低溫條件下生活的異色瓢蟲的發(fā)育速度和繁殖力。為明確光周期對低溫生存的異色瓢蟲發(fā)育和繁殖的調(diào)控機制，本文研究了不同光周期對低溫飼養(yǎng)的異色瓢蟲體內(nèi)酶活性和能源物質(zhì)含量的影響，以期為異色瓢蟲低溫種群的培育和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

異色瓢蟲采自青島農(nóng)業(yè)大學校園，在實驗室于LED人工氣候箱(RDN-300D，寧波樂電儀器制造有限公司)飼養(yǎng)1代后用于試驗。培養(yǎng)條件為20 ℃，每天16 h光照、8 h黑暗，相對濕度為70%±10%。

1.2 試驗方法

1.2.1 飼養(yǎng)取樣

異色瓢蟲卵孵化后，用小毛筆將剛孵化的幼蟲挑入底部鋪有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿(直徑為75 mm)中，挑入足量的桃蚜[Myzuspersicae(Sulzer)]，并覆蓋扎孔的保鮮膜，置于15 ℃，9L∶16D(短光照)、12L∶12D(中光照)、16L∶8D(長光照)條件下單頭飼養(yǎng)。成蟲羽化后于7日齡取樣，先在液氮中固定3 min，再置于-80 ℃超低溫冰箱中保存?zhèn)溆?。每個處理測定10頭瓢蟲，設(shè)3個生物學重復(fù)。

1.2.2 酶活性測定方法

采用試劑盒(南京建成生物工程研究所)測定每毫克蛋白中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、乳酸脫氫酶、Na+-K+-ATP酶的比活力。

1.2.3 能源物質(zhì)測定方法

可溶性糖含量測定參照王紅等[13]的方法；海藻糖含量測定參照易傳輝等[14]的方法；可溶性蛋白含量測定參照程偉霞等[15]的方法；脂肪測定參照Folch等[16]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel軟件計算數(shù)據(jù)的平均值。利用SPSS 19.0軟件進行Tukey氏檢驗，分析不同處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 光周期對低溫飼養(yǎng)的異色瓢蟲代謝酶Na+-K+-ATP酶和乳酸脫氫酶活性影響

不同光周期處理下異色瓢蟲兩種代謝酶Na+-K+-ATPase和LDH活性見圖1。這兩種酶活性在長光照處理組中最高，比活力分別為0.40 U/mg(圖1A)和35.81 U/mg(圖1B)，與短光照和中光照處理組差異顯著，相對于短光照處理組，比活力分別提高33.33%和231.88%。Na+-K+-ATPase活性在中光照處理組和短光照處理組間無顯著差異，LDH活性則差異顯著(P<0.05)。

圖1 不同光周期下飼養(yǎng)的異色瓢蟲成蟲Na+-K+-ATP酶(A)和乳酸脫氫酶(B)比活力

2.2 光周期對低溫飼養(yǎng)的異色瓢蟲超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性的影響

不同光周期處理下異色瓢蟲兩種保護酶SOD和CAT活性見圖2。這兩種酶活性在長光照處理組中最高，比活力分別為160.48 U/mg(圖2A)和4.50 U/mg(圖2B)，與短光照處理組差異顯著(P<0.05)，相對于短光照處理組，比活力分別提高27.64%和45.16%。SOD和CAT活性在短光照處理組與中光照處理組間均無顯著差異。

圖2 不同光周期下飼養(yǎng)的異色瓢蟲成蟲SOD(A)和CAT(B)比活力

2.3 光周期對低溫飼養(yǎng)的異色瓢蟲體內(nèi)能源物質(zhì)含量影響

不同光周期下，低溫飼養(yǎng)的異色瓢蟲體內(nèi)能源物質(zhì)含量見圖3。短光照處理組中，異色瓢蟲成蟲體內(nèi)的可溶性糖含量最高，為12.52 μg/g，中光照處理組次之，含量為10.57 μg/g，長光照處理組含量最低，為9.00 μg/g，三者之間差異顯著(圖3A)。短光照與中光照處理組中脂肪含量較高，分別占異色瓢蟲干質(zhì)量的52.71 %和49.33 %，與長光照處理組39.74 %差異顯著(圖3B)。中、長光照處理組中海藻糖含量較高，分別為3.68 μg/mg和3.08 μg/mg，與短光照處理組差異顯著，相對于短光照處理組，含量分別提高74.41%和45.97%(圖3C)。異色瓢蟲體內(nèi)可溶性蛋白含量在長光照處理組中最高，為4.54 μg/μL，與短光照處理組差異顯著(P<0.05)，相對于短光照處理組，含量提高20.60%；中光照處理組蛋白含量與長、短光照處理組差異均不顯著(圖3D)。

3 討論

在自然界中，昆蟲處于多種環(huán)境因子的綜合作用之下，光周期與溫度的交互作用表現(xiàn)最為突出。光周期和溫度交互作用可見于對紅蝽(PyrrhocorisapterusL.)[17]和步甲[Amaracommunis(Panzer)][18]的研究，研究者認為，光周期能夠修飾這兩種昆蟲的熱反應(yīng)模式，從而調(diào)節(jié)它們的季節(jié)發(fā)育。

A.可溶性糖；B.脂肪；C.海藻糖；D.蛋白。

Dmitry等[19]的研究也表明，楊葉甲(ChrysomelapopuliL.)幼蟲發(fā)育的較低溫度閾值取決于光周期條件。李玉艷等[20]的研究表明，長光照可降低低溫條件下煙蚜繭蜂(AphidiusgifuensisAshmaed)的滯育率。這些研究都對利用光周期調(diào)控建立昆蟲種群尤其是低溫條件下的天敵昆蟲種群具有重要意義。本研究從生理代謝角度研究了異色瓢蟲生長發(fā)育過程中光照對低溫的補償性調(diào)控作用，研究結(jié)果可以為異色瓢蟲低溫種群的培育及光調(diào)控下的低溫應(yīng)用提供參考。

在低溫環(huán)境中，昆蟲體內(nèi)的多種生物過程呈現(xiàn)減緩甚至停滯狀態(tài)[21]。長期暴露于持續(xù)低溫會造成昆蟲生理過程受阻和組織結(jié)構(gòu)受損，如離子調(diào)節(jié)失衡、膜脂相變[22]、體內(nèi)自由基產(chǎn)生和清除間的平衡被破環(huán)、新陳代謝紊亂等，代謝酶和保護酶活性變化往往能夠反映這些生理變化[23]。本文研究了不同光周期處理對低溫飼養(yǎng)異色瓢蟲的兩種主要代謝酶Na+-K+-ATPase和LDH及兩種主要保護酶SOD和CAT的活性的影響，結(jié)果表明，在較低的溫度條件下，長光照使Na+-K+-ATP酶和LDH保持較高的活性，說明長光照在一定程度上緩解了持續(xù)低溫造成的抑制，提高了異色瓢蟲的生命活力，本結(jié)果與前期得到的長光照比短光照更能促進異色瓢蟲生長發(fā)育和繁殖的結(jié)論相互支持(未發(fā)表數(shù)據(jù))。長光照條件下，異色瓢蟲體內(nèi)兩種保護酶SOD和CAT的活性也較短光照條件下提高。一般認為，低溫傷害會使昆蟲體內(nèi)積累大量活性氧和自由基，這些物質(zhì)的濃度一旦超過閾值就會造成新陳代謝紊亂[23]。SOD和CAT為典型的抗氧化酶，有助于清除昆蟲體內(nèi)累積的自由基。長光照處理下，異色瓢蟲體內(nèi)兩種保護酶活性較高意味著長光照可提高低溫生活的異色瓢蟲的機體自我保護能力，減少了長時間低溫環(huán)境導(dǎo)致的生理傷害[24-25]。

糖、脂肪和蛋白是生物體重要的能源物質(zhì)，脂肪和碳水化合物則是滯育昆蟲越冬的主要儲備性能量物質(zhì)[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，15 ℃條件下，短光照處理的異色瓢蟲成蟲體內(nèi)可溶性糖和脂肪含量較長光照處理顯著升高，說明長光照提升了低溫生活的異色瓢蟲的代謝水平，使儲備性能源物質(zhì)消耗更多。海藻糖是昆蟲血糖的最主要形式，為昆蟲體內(nèi)的活性糖，其含量也可反映昆蟲代謝水平[27]。本研究發(fā)現(xiàn)中、長光照處理組異色瓢蟲體內(nèi)海藻糖含量較短光照處理組顯著升高，說明中、長光照可使異色瓢蟲生理代謝更加活躍。蛋白質(zhì)是形成昆蟲卵子和精細胞的重要能量物質(zhì)[28-29]，儲備足夠的蛋白質(zhì)是昆蟲生殖系統(tǒng)發(fā)育的必要條件[30]。本研究中，長光照下的異色瓢蟲因無須儲備滯育所需的大量脂肪和碳水化合物，反而儲備了較多蛋白用于后期繁殖。

本研究發(fā)現(xiàn)，光周期對異色瓢蟲生理特性具有顯著的影響，但具體機制尚不明確，今后有必要進一步研究。