不同植物對禾谷縊管蚜酯酶和乙酰膽堿酯酶活性的誘導作用

林 佳， 謝佳燕

(武漢輕工大學生物與制藥工程學院，武漢 430023)

不同植物對禾谷縊管蚜酯酶和乙酰膽堿酯酶活性的誘導作用

林 佳， 謝佳燕*

(武漢輕工大學生物與制藥工程學院，武漢 430023)

采用生化分析方法研究了取食不同植物對禾谷縊管蚜酯酶、乙酰膽堿酯酶活性及對吡蟲啉敏感性的影響。結果發現，取食不同植物的禾谷縊管蚜的酯酶活性存在顯著差異，但其乙酰膽堿酯酶活性無顯著差異。取食不同寄主植物的禾谷縊管蚜對吡蟲啉的敏感性也存在顯著差異，且與其酯酶活性的變化規律相一致。結果表明寄主植物可誘導禾谷縊管蚜體內酯酶活性的改變，從而影響其對吡蟲啉敏感性的變化，但寄主植物對其乙酰膽堿酯酶活性無明顯影響。

寄主植物； 禾谷縊管蚜； 吡蟲啉； 酯酶； 乙酰膽堿酯酶

植物是植食性昆蟲賴以生存的場所，在植物與害蟲的協同進化過程中，植物產生化學防御物質抵御害蟲侵害；同時，害蟲也能不斷適應植物分泌的有毒代謝物，誘導其體內相關酶系來克服食物中的潛在毒性[1-3]。研究發現，植食性昆蟲體內的解毒酶活性可被寄主植物中的次生物質誘導激活或抑制，最終還可導致昆蟲對殺蟲劑敏感性的改變[4]。禾谷縊管蚜[Rhopalosiphumpadi(L.)]是我國長江流域麥區的重要害蟲，可直接造成麥類作物的大量減產[5]。禾谷縊管蚜具有廣泛的寄主范圍，可嚴重為害小麥、大麥、玉米等主要農作物及其他多種禾本科、莎草科和香蒲科植物[6]。蚜害在我國麥田已連續多年嚴重發生，由于麥蚜的生物學特征及其在不同寄主間的遷飛轉換，加之長期的化學防治和不合理用藥，導致作物農藥殘留和害蟲抗藥性增加的問題越來越突出[5,7]。害蟲抗藥性的產生與其解毒酶和靶標酶活力的改變密切相關[8]；此外，昆蟲取食不同植物中次生物質種類和含量多樣性的差異, 也可對害蟲的抗藥性產生明顯影響[4]。研究發現不同寄主植物對禾谷縊管蚜發育歷期、繁殖、壽命、內稟增長率等生物學參數及嗅覺反應均可產生明顯的影響[9-10]，但寄主植物對禾谷縊管蚜藥劑敏感性及其相關酶活性影響的研究較少。因此，本研究通過檢測田間取食不同寄主植物禾谷縊管蚜體內的相關酶活性，分析其與對殺蟲劑敏感性變化間的關系，以期了解田間取食不同植物的禾谷縊管蚜抗性改變的機制，為在田間進行綜合防治提供理論和實踐依據。

1 材料和方法

1.1 供試昆蟲

禾谷縊管蚜分別于2011年4-6月采自武漢市郊麥田內取食小麥(TriticumaestivumLinn.)、燕麥(AvenasativaLinn.)及鵝觀草(RoegneriakamojiOhwi)的無翅成蚜。

1.2 試劑及藥劑

10%吡蟲啉(imidacloprid)可濕性粉劑，陜西省西安噴得綠農化有限公司；α-乙酸萘酯、考馬斯亮藍G-250、固藍B鹽均為國藥集團化學試劑有限公司產品；乙酰膽堿酯酶(T-CHE)測試盒，南京建成生物工程研究所產品。

1.3 生物測定

藥膜法參照McKenzie 等[11]的方法進行了改進。用丙酮作對照，每瓶放25～30頭無翅成蚜，每個濃度重復3次。5 h后檢查死蟲數(死亡標準為輕觸時蟲體不動)，計算死亡百分率。

1.4 酯酶活力測定

挑選大小一致的無翅成蚜約50頭，加入pH 7.0的0.1 mol/L磷酸緩沖液冰浴勻漿，制備酶液冰浴備用。酯酶活力測定參照Abdel-Aal 等[12]的方法，酶活力測定重復3次。

1.5 乙酰膽堿酯酶(AChE)活力測定

采用南京建成生物工程研究所的乙酰膽堿酯酶(T-CHE)測試盒，依據說明書進行檢測，酶活力測定重復3次。

1.6 蛋白質含量測定

參照Bradford[13]的方法，用牛血清白蛋白(BSA)作標準曲線。

1.7 數據分析

數據處理采用Excel軟件，毒力回歸方程的計算、單因素方差分析以及不同平均值間進行Duncan’s test分析均采用SPSS 14.0 軟件。

2 結果與分析

2.1 生物測定

取食不同寄主植物的禾谷縊管蚜對吡蟲啉的敏感性見表1。結果表明，吡蟲啉對禾谷縊管蚜的毒力效應因取食寄主植物不同而異。其中，取食小麥的禾谷縊管蚜的半數致死濃度(LC50)最低，取食鵝觀草的最高。取食燕麥和鵝觀草的禾谷縊管蚜的LC50分別是取食小麥的1.63和2.21倍。

表1吡蟲啉對取食不同寄主植物禾谷縊管蚜的毒力效應

Table1ToxicityofimidaclopridtoRhopalosiphumpadiondifferenthostplants

寄主植物Hostplant毒力回歸方程(y=)ToxicityregressionequationLC50/mg·L-1比值Ratio小麥Triticumaestivum3．830+1．693x4．911燕麥Avenasativa3．824+1．300x8．031．63鵝觀草Roegneriakamoji3．658+1．297x10．842．21

2.2 取食不同植物的禾谷縊管蚜的酯酶活力

取食不同植物的禾谷縊管蚜的酯酶活力見圖1。結果表明，取食不同寄主植物的禾谷縊管蚜其酯酶活力存在顯著差異 (F0.05(2, 6)=52.80,P=0.00)。取食鵝觀草的禾谷縊管蚜其酯酶活力分別是取食小麥和燕麥的1.96 和1.71倍，統計分析表明兩者之間存在極顯著差異(P<0.01, Duncan’s test)，但取食小麥與燕麥的禾谷縊管蚜間的酯酶活力無明顯差異(P>0.05, Duncan’s test)。將取食不同寄主植物禾谷縊管蚜的酯酶活力與吡蟲啉對其的LC50相比，發現不同寄主禾谷縊管蚜酯酶活性的變化規律與其對吡蟲啉的敏感性變化相一致。

圖1 取食不同寄主植物禾谷縊管蚜的酯酶(上)和乙酰膽堿酯酶活力(下)

2.3 取食不同植物的禾谷縊管蚜的乙酰膽堿酯酶活力

取食不同植物的禾谷縊管蚜的乙酰膽堿酯酶活力見圖1。結果表明，禾谷縊管蚜取食3種不同植物后，其乙酰膽堿酯酶活力在不同寄主植物間無顯著差異 (F0.05(2, 6)=0.05,P=0.95)。將取食不同寄主植物禾谷縊管蚜的乙酰膽堿酯酶活力與吡蟲啉對其的LC50值相比，未發現兩者間具有明顯的相關性。

3 討論

取食不同寄主植物的昆蟲，可對其體內的相關酶活性產生不同的影響[14-15]。取食4種不同植物的B 型煙粉虱(Bemisiatabaci)其羧酸酯酶與谷胱甘肽-S-轉移酶活力均存在顯著差異[16]。東方虎鳳蝶(PapilioglaucusglaucusL.)取食不同植物后，其可溶性酯酶和微粒體酯酶活性也存在明顯差異，表明不同寄主植物對不同酯酶的誘導水平不同[17]。本研究也發現，田間取食3種不同植物的禾谷縊管蚜，其酯酶活力間存在顯著差異，但其乙酰膽堿酯酶活力間無明顯影響。對取食6種不同寄主植物的小菜蛾(PlutellaxylostellaL.)進行研究也發現，其乙酰膽堿酯酶活性無明顯差異，但其艾氏劑環氧化酶活力存在顯著不同[18]。

植食性昆蟲對殺蟲劑的敏感性還可受到其寄主植物的影響[19-21]。昆蟲依靠體內具普遍防御性的酶系來克服其食物中的潛在毒性，這對于同為外來異生物質(xenobiotics)的殺蟲劑亦是如此[4]。研究表明植食性昆蟲對植物次生物質和化學殺蟲劑起代謝作用的酶系是相同或相似的[22]。因此，昆蟲體內相應酶系的活性可被植物次生物質誘導激活或抑制，最終可導致對殺蟲劑敏感性的變化[4]。研究發現取食不同寄主植物的棉鈴蟲(HelicoverpaarmigeraHübner)[21]和甜菜夜蛾(SpodopteraexiguaHübner)[23]的酯酶活性發生改變，并且酶活性差異與害蟲對殺蟲劑的敏感性變化明顯相關。本研究也發現取食不同寄主植物的禾谷縊管蚜對吡蟲啉的敏感性也存在顯著差異，且這種敏感性變化與其酯酶活性的變化規律相一致。吡蟲啉還可顯著誘導禾谷縊管蚜體內酯酶的大量表達，酯酶活力的變化與麥蚜對吡蟲啉抗性的形成可能密切相關[24]。Sasabe 等[25]采用植物次生物質誘導并克隆相關的P450 基因，發現由次生物質誘導P450 基因轉錄表達的解毒酶能夠同時代謝植物次生物質和殺蟲劑，表明寄主植物的次生物質能夠誘導解毒酶系的表達，增強昆蟲對殺蟲劑的抗性。因此，寄主植物已成為植食性害蟲與殺蟲劑之間的重要紐帶，在田間進行害蟲綜合治理時，應充分考慮三者之間的相互關系。利用多食性害蟲取食不同寄主植物產生抗藥性的差異及寄主間轉換的習性，合理布局，防止對殺蟲劑可產生高耐受性的害蟲向農田轉移，降低田間害蟲的大發生。

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InductioneffectsofdifferenthostplantsontheesteraseandacetylcholinesteraseofRhopalosiphumpadi

Lin Jia, Xie Jiayan

(SchoolofBiologyandPharmaceuticalEngineering,WuhanPolytechnicUniversity,Wuhan430023,China)

The esterase and acetylcholinesterase (AChE) activities and susceptibility to imidacloprid ofRhopalosiphumpadipopulations fed on wheat, oat andRoegneriakamojiwere tested by bioassay and biochemical analyses. Esterase activities of aphids varied with the host plants they fed on, but not their AChE activities. Moreover, tolerance of aphids to imidacloprid varied with the host plants they fed on. The change of the esterase activity of aphids on various host plants was consistent with their sensitivity to imidacloprid. It suggested that host plants could induce the esterase activity, but not the AChE ofR.padipopulations, which might affect their sensitivity to imidacloprid.

host plants;Rhopalosiphumpadi; imidacloprid; esterase; acetylcholinesterase

2013-08-20

：2013-09-30

國家自然科學基金(31201729)；武漢市青年科技晨光計劃(200950431197)

Q 965.9

：ADOI：10.3969/j.issn.0529-1542.2014.04.023

* 通信作者 E-mail: xjyaphid@yahoo.com