L-阿拉伯糖對鋸谷盜成蟲毒殺作用及其過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)的影響

盧少華, 劉嘉澍, 王爭艷, 魯玉杰, 2

(河南工業(yè)大學(xué)糧食和物資儲備學(xué)院1,鄭州 450001) (江蘇科技大學(xué)糧食學(xué)院2,鎮(zhèn)江 212100)

作為產(chǎn)糧大國,我國的糧食總產(chǎn)量已連續(xù)7年保持在1.3萬億斤以上[1]。原糧及成品糧儲備安全不僅是糧食安全體系的基礎(chǔ),更是食品安全體系中至關(guān)重要的組成部分[2]。國家糧食和物資儲備局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,我國糧食在儲藏、運(yùn)輸和加工等產(chǎn)后環(huán)節(jié)損失量驚人,每年損失在700億斤以上[3]。而蟲霉為害是導(dǎo)致糧食產(chǎn)生損耗的主要原因之一,也是糧食倉儲保管工作中必須解決的問題。鋸谷盜Oryzaephilussurinamensis屬鞘翅目Coleoptera,鋸谷盜科Silvanidae,是一種重要的儲藏物害蟲,其適應(yīng)能力強(qiáng),繁殖速度快,常發(fā)生于糧倉和食品加工廠中,可為害糧食、油料、中草藥、干果等多種儲藏物[4, 5]。由于產(chǎn)品的特殊性和害蟲發(fā)生環(huán)境的復(fù)雜性,傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑防治儲藏物害蟲面臨的挑戰(zhàn)越來越嚴(yán)峻,尋找安全、高效、綠色的儲藏物害蟲防治技術(shù)已迫在眉睫。

L-阿拉伯糖又稱為果膠糖、樹膠全糖,是一種天然的低熱量單糖,食品中常作為蔗糖的代糖[6]。其外觀與蔗糖相似,甜度是蔗糖甜度的二分之一,但被動物攝入后基本不產(chǎn)生熱量,不參與動物的代謝[7]。已有研究表明,L-阿拉伯糖具有引誘昆蟲取食的作用。例如通過分析埃及伊蚊Aedesaegypti、地中海粉螟Ephestiakuehniella對多種碳水化合物糖餐的選擇行為,發(fā)現(xiàn)兩者對含有阿拉伯糖的糖餐具有明顯的取食偏好性[8,9]。在研究野螟亞科昆蟲Uresiphitagilvata的幼蟲取食偏好性中發(fā)現(xiàn),人工飼料中被消耗最多的碳水化合物是阿拉伯糖[10]。然而L-阿拉伯糖對昆蟲的生長發(fā)育是不利的,甚至對昆蟲具有毒殺作用。例如B型煙粉虱Bemisiatabaci取食添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%L-阿拉伯糖的人工飼料后,3齡若蟲停止發(fā)育,不再蛻皮[11]。而用添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、10%L-阿拉伯糖的人工飼料飼喂煙粉虱后,B型和Q型煙粉虱成蟲的死亡率均顯著高于對照組[12, 13]。隨著人工飼料中L-阿拉伯糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,棉鈴蟲幼蟲的生育期逐漸延長,幼蟲和蛹的體型變小[14]。而在由蔗糖和硼酸組成的胰酪大豆胨液體培養(yǎng)基(TSB)中添加L-阿拉伯糖也會降低埃及伊蚊的存活率[8]。由此可見,L-阿拉伯糖對哺乳動物無害,但對昆蟲卻有一定的毒殺作用。

糖是維持昆蟲生命活動的重要能量來源,也是刺激昆蟲取食的重要信號物質(zhì)之一。L-阿拉伯糖廣泛存在于粗糧皮殼、水果中,通過抑制昆蟲腸道內(nèi)蔗糖酶的活性,從而抑制昆蟲對蔗糖的吸收和代謝[15]。L-阿拉伯糖對人畜無害,作為減肥藥和食品添加劑已被大眾廣泛接受。而作為一種具有應(yīng)用潛力的綠色殺蟲劑,L-阿拉伯糖對儲藏物害蟲的影響鮮有研究報道。因此,本研究擬通過比較L-阿拉伯糖對鋸谷盜存活率、抗氧化酶活性、過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)的影響,探索利用L-阿拉伯糖防治儲藏物害蟲的可行性和可靠性,為利用L-阿拉伯糖對儲藏物害蟲進(jìn)行安全綠色防控提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試?yán)ハx:鋸谷盜O.surinamensis于河南工業(yè)大學(xué)儲藏物昆蟲實驗室以全麥粉標(biāo)準(zhǔn)化飼養(yǎng)了數(shù)十代,飼養(yǎng)條件為:溫度29～31 ℃,濕度70%～80%,光周期L∶D=24∶0。隨機(jī)選取新羽化3 d內(nèi)的鋸谷盜成蟲用于實驗。

試劑及儀器:L-阿拉伯糖,谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)試劑盒,過氧化氫酶(CAT)活性檢測試劑盒。酶標(biāo)儀,SUN-V型智能昆蟲過冷卻點(diǎn)測定儀,全自動樣品快速研磨儀,5430R冷凍高速離心機(jī),GSP-9160MBE型隔水式恒溫培養(yǎng)箱。

1.2 實驗方法

1.2.1 人工飼料的制備

取0.5 gL-阿拉伯糖溶解于適量無菌水中,與9.5 g滅菌的全麥粉充分混勻后,置于50 ℃烘箱中烘干,后用研缽將其粉碎研磨,得到含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%L-阿拉伯糖的人工飼料。用此方法配成含質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、4%、6%、8%、10%、15%、20%L-阿拉伯糖的人工飼料。

1.2.2 鋸谷盜的死亡率測定

分別取含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)L-阿拉伯糖(5%、10%、15%、20%)的人工飼料和不添加L-阿拉伯糖的全麥粉各1 g,放入涂有聚四氟乙烯的養(yǎng)蟲盒內(nèi),不同糖含量處理重復(fù)6次。每個養(yǎng)蟲盒內(nèi)放入隨機(jī)挑選新羽化3 d內(nèi)的鋸谷盜成蟲50頭。觀察記錄取食72 h后的鋸谷盜成蟲存活情況,計算鋸谷盜的校正死亡率。

1.2.3 鋸谷盜的酶活性變化測定

將1.2.2中存活的試蟲分組收集到滅菌后的1.5 mL離心管中,各酶活測定分別隨機(jī)選用同等條件處理的3組試蟲進(jìn)行,并用無菌水洗滌數(shù)次,然后加入試劑盒中的緩沖溶液,并將離心管置于預(yù)冷過的樣品快速研磨儀中將試蟲粉碎,后8 000 g離心10 min,置于冰上待測。將酶標(biāo)儀預(yù)熱30 min以上后,調(diào)節(jié)波長至240 nm測定CAT活性,340 nm測定GST活性,并在測定前使用蒸餾水調(diào)零,并將酶活性檢測工作液置于25 ℃水浴10 min以上。在96孔UV板上依次加入樣本液及工作液,按照試劑盒說明書要求記錄不同時間的吸光值,計算相應(yīng)的酶活性。檢測酶活性時每個重復(fù)進(jìn)行5次檢測,以保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性。CAT活性單位的定義:每g組織在反應(yīng)體系中每分鐘催化1 μmol H2O2降解定義為1個酶活性單位;GST活性單位的定義:在25 ℃中,每g樣本每分鐘催化1 μmol CDNB與GSH結(jié)合為一個酶活性單位。

1.2.4 過冷卻點(diǎn)、冰點(diǎn)變化的測定

分別取含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)L-阿拉伯糖(2%、4%、6%、8%、10%)的人工飼料和不添加L-阿拉伯糖的全麥粉各1 g,放入涂有聚四氟乙烯的養(yǎng)蟲盒內(nèi),不同糖含量處理重復(fù)3次。每個養(yǎng)蟲盒內(nèi)放入隨機(jī)挑選新羽化3 d內(nèi)的鋸谷盜成蟲50頭放入養(yǎng)蟲盒內(nèi)。隨機(jī)選取取食72 h的鋸谷盜活成蟲30頭測定過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)。測定方法參考段云等[16]和張悅等[17]的方法,采用智能昆蟲過冷卻點(diǎn)測定儀(SUN-V型)及配套軟件測定過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)。測定時先將待測蟲體放置在離心管內(nèi),將熱敏探頭導(dǎo)線塞進(jìn)離心管,用少量脫脂棉固定,使熱敏探頭緊貼蟲體,置于低溫冰箱中,通過熱敏電阻元件跟蹤記錄蟲體的溫度變化,用計算機(jī)及其配套軟件進(jìn)行記錄和分析,繪制蟲體溫度變化曲線,確定過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)。待測蟲體溫度下降后突然回升的拐點(diǎn)溫度即是該試蟲的過冷卻點(diǎn),隨著待測蟲體溫度上升而出現(xiàn)下降趨勢的拐點(diǎn)溫度為該試蟲的冰點(diǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。首先檢測數(shù)據(jù)方差齊性和正態(tài)性,不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行平方根反正弦轉(zhuǎn)換。采用單因素方差分析(One Way ANOVA)評價鋸谷盜的死亡率、CAT活性、GST活性、過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn),當(dāng)方差差異顯著時再用Duncan’s新復(fù)極差法對平均值進(jìn)行多重比較。差異性顯著水平設(shè)置為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 L-阿拉伯糖對鋸谷盜成蟲死亡率的影響

通過對鋸谷盜飼喂不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)L-阿拉伯糖的人工飼料發(fā)現(xiàn),低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的L-阿拉伯糖(5%、10%)對鋸谷盜的死亡率沒有顯著的影響,校正死亡率分別為3.46%、6.56%。而隨著飼料中L-阿拉伯糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,鋸谷盜的死亡率也越來越高,鋸谷盜取食質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%和20%L-阿拉伯糖的人工飼料后,鋸谷盜成蟲的校正死亡率分別為21.04%、39.66%,顯著高于對照組和低L-阿拉伯糖濃度處理組,比對照組的死亡率分別提高了17.71%、36.33%。含高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的L-阿拉伯糖飼料能顯著提高鋸谷盜的死亡率。

已有的研究表明L-阿拉伯糖能夠抑制動物體內(nèi)蔗糖代謝相關(guān)酶類的活性,而使動物體內(nèi)沒有充足可供吸收的葡萄糖或果糖,進(jìn)而對其生長發(fā)育產(chǎn)生了一定的影響[7, 18, 19]。目前,L-阿拉伯糖在食品和藥品等行業(yè)中被大量使用,具有降低血糖、改善腸道功能與腸道菌群的作用[20]。已有研究表明L-阿拉伯糖是埃及伊蚊[7]、地中海粉螟[9]、野螟亞科昆蟲Uresiphitagilvata[10]等的引誘劑或激食劑;但對于取食次數(shù)較少的煙粉虱[12, 13]、棉鈴蟲Helicoverpaarmigera、煙草夜蛾Helicoverpaassulta、黑胸散白蟻Reticulitermeschinensis[15],L-阿拉伯糖可能被認(rèn)為是一種拒食劑。而無論是作為引誘劑、激食劑或拒食劑,L-阿拉伯糖對某些昆蟲的確具有潛在的抑制發(fā)育或殺蟲作用。Sun等[15]報道了L-阿拉伯糖可以抑制棉鈴蟲幼蟲的攝食和腸道蔗糖酶的活性,這直接導(dǎo)致昆蟲生長發(fā)育所需能量的不足,從而導(dǎo)致昆蟲生長發(fā)育歷期延長、蛹重減輕、羽化率降低、死亡率升高等不良影響。通過比較L-阿拉伯糖對鋸谷盜存活率的影響發(fā)現(xiàn),高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的L-阿拉伯糖直接導(dǎo)致鋸谷盜的死亡率顯著增加,說明了L-阿拉伯糖對鋸谷盜成蟲的確具有致死作用。并且已有研究證明較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的L-阿拉伯糖就能降低埃及伊蚊的存活率[8],而5%以上的L-阿拉伯糖可以造成B型和Q型煙粉虱種群100%的死亡[11, 12]。昆蟲種類、個體大小、取食方式和生活環(huán)境的不同,可能是導(dǎo)致L-阿拉伯糖殺蟲效果不同的原因。

注:圖中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤。不同字母表示差異顯著(ANOVA,Duncan檢驗,P<0.05)。

2.2 L-阿拉伯糖對鋸谷盜成蟲CAT、GST活性的影響

如表1所示,通過測定取食含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)L-阿拉伯糖飼料的鋸谷盜抗氧化酶活性發(fā)現(xiàn),鋸谷盜取食質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、15%、20%L-阿拉伯糖的人工飼料后,體內(nèi)的CAT活性均顯著升高(P<0.05),并且在取食15%L-阿拉伯糖的飼料后,試蟲的CAT活性最高,約是對照組的2倍,并且顯著高于質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、20%L-阿拉伯糖處理組的CAT活性(P<0.05)。而鋸谷盜取食含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的L-阿拉伯糖的人工飼料后,體內(nèi)的解毒酶GST活性均顯著降低(P<0.05),并且隨著飼料中L-阿拉伯糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,GST活性逐步降低,GST活性在L-阿拉伯糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時最低(P<0.05),約為對照組的1/2。

表1 飼喂不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)L-阿拉伯糖后鋸谷盜過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)的變化

注:圖中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤。不同大寫字母表示CAT活性差異顯著性,不同小寫字母表示GST活性差異顯著性(ANOVA,Duncan檢驗,P<0.05)。

L-阿拉伯糖通過抑制昆蟲體內(nèi)海藻糖酶、麥芽糖酶和淀粉酶活性,導(dǎo)致昆蟲體內(nèi)能源物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)無法得到正常的供給,對昆蟲的生長發(fā)育產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響[15]。而昆蟲體內(nèi)的保護(hù)酶和解毒酶活性的變化與昆蟲所受外界刺激的強(qiáng)度密切相關(guān),能夠反映昆蟲對某些藥劑的耐藥性或?qū)Σ涣辑h(huán)境的適應(yīng)性。過氧化氫酶(CAT)是生物體內(nèi)在抗氧化和細(xì)胞損傷等方面起著重要作用的保護(hù)酶,廣泛存在于昆蟲體內(nèi)[21]。谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)可以促使昆蟲體內(nèi)還原型谷胱甘肽(GSH)和外來毒性化合物反應(yīng),產(chǎn)生更容易溶解的可排泄化合物排出體外,是昆蟲體內(nèi)重要的解毒酶[22-24]。殺蟲劑能夠?qū)е吕ハx體內(nèi)CAT活性上升和GST活性下降,例如隨著吡蟲啉濃度的增加,赤子愛勝蚓Eiseniafetida的CAT活性逐步升高[25];隨著蓖麻堿處理濃度的增加,甜菜夜蛾Spodpteraexigua幼蟲體內(nèi)GST活性逐步下降[26];隨著八角茴香提取物施用的劑量升高,玉米象Sitophiluszeamais體內(nèi)的GST活性受到的抑制作用就越大[27]。而隨著人工飼料中L-阿拉伯糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,鋸谷盜體內(nèi)的CAT活性增大,而GST活性降低,說明L-阿拉伯糖對儲藏物昆蟲的抗氧化酶活性有顯著影響。

2.3 L-阿拉伯糖對鋸谷盜成蟲過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)的影響

如表1所示,通過測定取食不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)L-阿拉伯糖人工飼料鋸谷盜的過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)發(fā)現(xiàn),鋸谷盜成蟲體液的過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)溫度均顯著性提高。隨著飼料中L-阿拉伯糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,鋸谷盜成蟲體液的過冷卻點(diǎn)逐步升高,在飼料中L-阿拉伯糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時,鋸谷盜成蟲體液的過冷卻點(diǎn)升高最大且顯著高于其他處理組,比對照組升高了3.83 ℃(P<0.05)。鋸谷盜成蟲體液的冰點(diǎn)隨著飼料中L-阿拉伯糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而上升,在飼料中L-阿拉伯糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時,鋸谷盜成蟲體液的冰點(diǎn)較其他處理組顯著升高,比對照組升高了3.43 ℃(P<0.05)。

過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)是衡量昆蟲耐寒性的重要指標(biāo),過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)越高的昆蟲對低溫的適應(yīng)能力越差[28]。過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)會受環(huán)境、發(fā)育階段、營養(yǎng)等多種因素的影響[29]。L-阿拉伯糖提高鋸谷盜的過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn),可能是其抑制了鋸谷盜利用海藻糖、麥芽糖和淀粉的正常代謝,體內(nèi)能源物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)無法得到正常的供給,進(jìn)而導(dǎo)致耐低溫能力降低。

3 結(jié)論

隨著人工飼料中L-阿拉伯糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,鋸谷盜成蟲的死亡率逐步增大,低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的L-阿拉伯糖(5%、10%)對鋸谷盜的死亡率沒有顯著的影響,而高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的L-阿拉伯糖(15%、20%)直接導(dǎo)致鋸谷盜的死亡率顯著增加,說明L-阿拉伯糖對鋸谷盜成蟲的確具有一定致死作用。并且L-阿拉伯糖顯著影響了鋸谷盜的抗氧化酶CAT和解毒酶GST的活性,這2種酶對昆蟲抗逆境脅迫和解毒至關(guān)重要,L-阿拉伯糖對鋸谷盜具有一定的毒殺作用。鋸谷盜取食含L-阿拉伯糖的飼料后,過冷卻點(diǎn)和冰點(diǎn)均有明顯上升,降低了鋸谷盜對低溫的抵抗能力?？偟膩碚f,L-阿拉伯糖對鋸谷盜具有防治效果,是一種有應(yīng)用前景的儲藏物害蟲殺蟲劑的替代品。