不同寄主種群B型煙粉虱體內營養(yǎng)和成蟲體長差異比較

周 隆, 文禮章, 王少麗, 吳青君, 焦曉國, 徐寶云, 謝 文,潘慧鵬, 劉百明, 楊 鑫, 楊中俠, 楊妮娜, 張友軍*

(1.湖南農業(yè)大學生物安全科學技術學院,長沙 410128; 2.中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所,北京 100081)

不同寄主種群B型煙粉虱體內營養(yǎng)和成蟲體長差異比較

周 隆1,2, 文禮章1, 王少麗2, 吳青君2, 焦曉國2, 徐寶云2, 謝 文2,潘慧鵬2, 劉百明2, 楊 鑫2, 楊中俠2, 楊妮娜2, 張友軍2*

(1.湖南農業(yè)大學生物安全科學技術學院,長沙 410128; 2.中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所,北京 100081)

[目的]探討以黃瓜、番茄、棉花及甘藍4種不同植物為寄主對B型煙粉虱體內主要營養(yǎng)物質及成蟲體長的影響。[方法]以長期隔離飼養(yǎng)的4個B型煙粉虱寄主種群為材料,測定不同寄主種群身體含水量、總糖、總脂、總蛋白及成蟲體長,比較不同種群上述各項指標的差異。[結果]4個不同寄主種群B型煙粉虱體內總糖和總脂肪含量存在顯著差異,而含水量和總蛋白含量差異不顯著。總糖含量以棉花種群最高,占干重的9.62%;而黃瓜種群總糖含量最低,占干重的6.15%。總脂肪含量以棉花種群最高,占干重的49.57%;而番茄種群僅占干重的34.96%,含量最低。不同寄主植物對B型煙粉虱成蟲的體長影響顯著。雌成蟲體長變化表現(xiàn)為:黃瓜種群＞番茄種群＞棉花種群＞甘藍種群;而雄蟲體長變化為:黃瓜種群＞棉花種群＞甘藍種群＞番茄種群。[結論]不同寄主植物對B型煙粉虱體內總糖、總脂含量及成蟲體長有明顯影響。

B型煙粉虱; 寄主植物; 營養(yǎng); 體長

植食性昆蟲與寄主植物的協(xié)同進化是進化生物 學中一個重要研究領域。一方面,植食性昆蟲通過取食寄主植物獲得營養(yǎng),如水、糖類、脂類及氨基酸等[1-2],以滿足其生長、發(fā)育和繁殖等活動需要。另一方面,寄主植物能產生對昆蟲有害次生代謝物,抵御植食性昆蟲的取食。植物體內分布的主要化學物質有萜類、酚類、單寧、生物堿、糖苷等[3]。不同寄主植物的營養(yǎng)及次生物質在數(shù)量和組成上存在極大差異[2,4]。該差異不僅影響昆蟲的行為、生長發(fā)育和繁殖;也影響昆蟲體內營養(yǎng)物質含量和體型等表型變化[5-6]。煙粉虱適應性強,寄主植物廣泛,不同學者研究結果表明,不同寄主植物對煙粉虱的生物學特性和寄主選擇性存在明顯差異,且煙粉虱嗜好的寄主與最適寄主不同[7-9]。

煙粉虱[Bemisia tabaci(Genn.)]屬同翅目,粉虱科,小粉虱屬。已經報道的寄主植物包括63個科500余種[10];目前研究發(fā)現(xiàn)煙粉虱是一個復合種,至少包括24個生物型[11];其中B型煙粉虱較其他型在寄主范圍、適應性、產卵量和傳毒能力上更強。B型煙粉虱已隨著花卉和苗木貿易的異地運輸迅速擴散到世界各地,成為全球性的重要害蟲。B型煙粉虱對不同寄主植物存在明顯的嗜好性,寄主植物的營養(yǎng)及次生物質組成可能在煙粉虱的寄主嗜好性中起著重要作用。由于煙粉虱在世界各地迅速的擴張及暴發(fā),寄主植物對煙粉虱生長發(fā)育及繁殖的影響成為當前研究熱點。前人主要進行了煙粉虱寄主選擇性及寄主植物轉接對煙粉虱生物學特性影響的研究;本研究選擇4個科寄主植物棉花、甘藍、番茄和黃瓜,通過對B型煙粉虱長期隔離飼養(yǎng),形成4個寄主種群;研究不同寄主種群B型煙粉虱體內的主要營養(yǎng)及體長變化,為進一步研究煙粉虱對寄主的適應性、生物型的形成等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試植物和昆蟲

1.1.1 供試植物

甘藍(Brassica oleraceaLinn.)‘京豐一號’;黃瓜(CucumissativusLinn.)‘中農12號’;番茄(Lycopersicon esculentumMiller)‘中雜九號’;棉花(Gossypium hirsutumLinn.)‘保鈴DP99B’,以上4種供試植物為本所溫室培育未接觸任何化學農藥的無蟲苗。

1.1.2 供試蟲源

煙粉虱于2004年10月采自中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所北圃場甘藍上,經mtCOⅠ分子標記鑒定為B型煙粉虱,首先在溫室甘藍上飼養(yǎng)建立種群后分別轉到甘藍、番茄、棉花、黃瓜上隔離續(xù)代飼養(yǎng)5年后供試驗用。

1.2 試驗方法

1.2.1 煙粉虱含水量測定

取4個寄主種群煙粉虱初孵的成蟲(3 d內),每個寄主種群重復4次,每個重復100頭煙粉虱成蟲,于十萬分之一天平(A&D GH-252)上稱量鮮重。后于70℃下使用烘箱烘干至恒重,再次稱重,記錄成蟲干重。通過比值分別確定4個煙粉虱寄主種群的含水量。

1.2.2 總糖、總脂類的測定

總脂和總糖的分離提取:總脂和總糖的分離提取方法引自Zhou等[12]略有改進:取上述干燥后的煙粉虱,放入管A 中,加100 μ L去離子水及200 μ L氯仿∶甲醇(1∶1)勻漿,混勻振蕩離心,取上清置于管 B中;重復提取,在A管中加1 mL氯仿∶甲醇(1∶1),混勻振蕩離心,取上清置于管B中,在A管中加1 mL 80%乙醇混勻置于冰上;在B管中加1.5 mL氯仿及0.5 mL水,混勻振蕩離心,取下層相到管 C中,將 B管置于冰上;在C管中加2 mL氯仿及1 mL水,混勻振蕩離心,取下層相到管D中;將A、B、C管中的溶液合并C管中,80℃水浴 30 min,3 000 r/min離心15 min取上清定容到4.5 mL。D管中為總脂用液氮吹干備用,C管中為總糖。

總脂的測定:總脂含量采用磷酸-香蘭素法測定[13],于D管中加入200 μ L 氯仿溶解總脂,取30 μ L加入試管中,70℃烘干冷卻,加入100 μ L 98%濃硫酸,沸水浴10 min黑暗處冷卻至室溫,加入磷酸-香蘭素試劑(0.6 mg香蘭素溶于100 mL熱水,加入400 mL 85%磷酸)3 mL混勻,在分光光度計(Unic UV2800)547 nm波長處測吸光值。以膽固醇建立標準曲線。

總糖的測定:總糖含量采用蒽酮法測定,取C管中定容后的溶液1 mL,加3 mL蒽酮試劑(200 mg蒽酮試劑,溶于200 mL 80%稀硫酸)混勻,沸水浴15 min,冷卻至室溫,在分光光度計620 nm波長處測吸光值。以葡萄糖建立標準曲線。

1.2.3 總蛋白的測定

總蛋白測定采用Zhiwei等[14]略有改進:取50頭初羽化煙粉虱成蟲,70℃烘干直至恒重稱重,記錄干重(每個種群4個重復)。取干燥后的成蟲放入1.5 mL離心管中,加 50 μ L裂解液(0.3%SDS,28 mmol/L Tris-HCl,22 mmol/L T risbase,22 mol/L二硫蘇糖醇),勻漿棒勻漿,100 μ L去離子水沖洗勻漿棒兩次 ,加入 500 μ L 去離子水使總體積為 750 μ L,混勻12 000 r/min離心10 min,取20 μ L上清用蛋白定量試劑盒(博邁德),在酶標儀(SunRISE)波長650 nm處測吸光值。

1.2.4 成蟲體長的測定

取煙粉虱初羽化成蟲,于顯微鏡(奧林巴斯,IX71)下分別測量雌雄蟲體長,每個寄主種群雌雄蟲各測量60頭。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用單因素方差分析法,比較4個寄主種群B型煙粉虱成蟲體長、含水量、可溶性糖、粗脂肪和總蛋白含量差異。方差分析前檢驗數(shù)據(jù)正態(tài)性和方差同質性。多重比較采用PLSD檢驗法進行。所有數(shù)據(jù)均采用SPSS軟件進行分析。

3 結果與分析

3.1 不同寄主種群B型煙粉虱體內營養(yǎng)物質和含水量差異

不同寄主種群B型煙粉虱體內營養(yǎng)物質的差異比較見表1。取食不同寄主植物的B型煙粉虱體內總糖含量存在顯著差異(F3,12=10.125,p＜0.004),其中棉花種群個體含量最高,黃瓜種群個體含量最低。4個寄主種群B型煙粉虱體內總脂含量也存在極顯著差異(F3,12=6.907,p＜0.006),以棉花種群含量最高,番茄種群含量最低。而不同寄主種群B型煙粉虱體內總蛋白(F3,12=3.087,p＜0.068)和含水量無顯著差異(F3,12=0.450,p＜0.722)。

表1 不同寄主種群B型煙粉虱體內營養(yǎng)物質干重及含水量差異1) %

3.2 不同寄主種群B型煙粉虱體長比較

不同寄主種群B型煙粉虱體長的差異比較見圖1。不同寄主種群B型煙粉虱,雌雄成蟲體長均存在顯著差異。黃瓜、番茄和棉花種群雌蟲體長顯著大于甘藍種群(F3,240=27.937,p＜0.000 1)。黃瓜和棉花種群雄蟲體長顯著大于甘藍和番茄種群(F3,240=21.857,p＜0.000 1)。

圖1 不同寄主種群B型煙粉虱雌雄成蟲體長比較

4 討論

糖、脂肪和蛋白質是生物體的重要營養(yǎng)物質。糖提供昆蟲生長發(fā)育和飛行所需能量。脂類影響昆蟲的產卵,當給昆蟲食物中添加磷脂后昆蟲產卵量有顯著的提高,在煙草天蛾卵中脂類含量占卵干重的40%[15-16]。蛋白質具有多種生物學功能,對昆蟲生命活動起著重要的調控作用[17]。同時,不同寄主植物的營養(yǎng)及次生物質對昆蟲體內的糖、脂類和蛋白合成均具有重要影響。目前,國內外報道了許多有關營養(yǎng)及次生物質的平衡對昆蟲生長發(fā)育影響的研究[18-19],但內容多集中于鱗翅目與半翅目昆蟲,有關煙粉虱的報道少見。Zhiwei Huanga等研究發(fā)現(xiàn),甜菜夜蛾幼蟲經印楝素處理后蛹的總蛋白含量及對昆蟲生長發(fā)育具調節(jié)作用的蛋白表達量均發(fā)生顯著變化[14]。本研究發(fā)現(xiàn),B型煙粉虱在不同寄主上長期隔離飼養(yǎng)后體內的總糖、總脂肪含量及雌雄成蟲的體長均發(fā)生了顯著變化。棉花及番茄種群總糖含量均顯著大于甘藍和黃瓜種群,而棉花種群總脂肪含量則顯著大于番茄、黃瓜和甘藍種群,但不同種群間蛋白質含量無顯著差異。4個種群總營養(yǎng)物質及各個營養(yǎng)物質之間雖存在顯著差異,但該差異與體長大小之間并無正相關關系。該差異可能由寄主的營養(yǎng)、次生物質及煙粉虱對不同寄主的適應性引起,而該差異可能導致煙粉虱的生長發(fā)育等生物學變化。

昆蟲體型大小是衡量雌性昆蟲生殖潛力的一個重要指標,體型越大,昆蟲生殖力越強;雄蟲體型越大,在交配競爭中更具有競爭優(yōu)勢。體型大的雄蟲與雌蟲交配能提高雌蟲的生殖力[20]。對果蠅的研究發(fā)現(xiàn),果蠅中樞神經系統(tǒng)和脂肪體能對體內血淋巴中的營養(yǎng)水平作出反應,從而調控體內生長調節(jié)物質的分泌,進而調節(jié)昆蟲的生長發(fā)育[21-23]。果蠅雌蟲個體大小限制了其生殖潛能,體型越小產卵能力越差[24]。本研究發(fā)現(xiàn),黃瓜種群、番茄種群和棉花種群雌蟲顯著大于甘藍種群,與羅晨等對煙粉虱的短期寄主轉接研究結果一致。而黃瓜和棉花種群雄蟲顯著大于甘藍和番茄種群。雄蟲體長不同于雌蟲的變化趨勢,這可能與雌雄蟲對營養(yǎng)的需求存在差異有關。本研究發(fā)現(xiàn),甘藍種群雌雄蟲的體長均顯著小于其他3個寄主種群,這可能與甘藍含有大量的硫苷、黃酮和酚類等次生物質有關[25-26]。這些有害次生物質的存在抑制煙粉虱對寄主植物的營養(yǎng)吸收和利用,進而影響了煙粉虱的生長發(fā)育。本研究結果表明單一生物型B型煙粉虱通過不同寄主植物長期隔離飼養(yǎng)后,體內主要營養(yǎng)物質及體長存在顯著差異;這些表型差異不僅為后階段對4個寄主種群B型煙粉虱的內在差異提供新的研究方向;同時也為進一步研究煙粉虱對寄主的適應性、生物型的形成等提供理論依據(jù)。

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Comparison of nutrition and body sizes among B biotype Bemisia tabaci populations on different host plants

Zhou Long1,2, Wen Lizhang1, Wang Shaoli2, Wu Qingjun2, Jiao Xiaoguo2, Xu Baoyun2, Xie Wen2,Pan Huipeng2, Liu Baimin2, Yang Xin2, Yang Zhongxia2, Yang Nina2, Zhang Youjun2
(1.Hunan Agricultural University College of Bio-safety Sciences and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha410128,China;2.Institute of Vegetables and Flowers,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing100081,China)

[Objective]Main nutrition and body sizes among cucumber,tomato,cotton and cabbage populations of B biotypeBemisia tabaciwere investigated.[Method]The water contents,total sugars,lipids and proteins,and body sizes were tested and compared among different populations.[Result]There were significant differences in the contents of insect total sugars and lipids,whereas there were no significant differences in insect total proteins among different populations.The contents of total sugars and lipids of cotton population were significantly higher than those of other 3 populations.However,the contents of total sugars in cucumber population and total lipids in tomato population were markedly lower relative to other populations.Meanwhile,there were significant differences in adult body sizes of the 4 populations.The female body size of the cucumber population was the largest,followed by tomato,cotton and cabbage populations.However,the male individuals were ranked from large to small body sizes as followed,cucumber,cotton,cabbage and tomato population.[Conclusion]Different hosts had significant effects on the insect total sugars,lipids and bodysize of B biotypeB.tabaci.

B biotypeBemisia tabaci; host plant; nutrition; bodysize

S 436.3

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2011.04.018

2010-05-06

2010-07-17

國家“973”項目(2009CB119200)

*通信作者E-mail:zhangyj@mail.caas.net.cn