接種BmNPV后抗性品種和非抗性品種家蠶組織中2種酶活性的比較研究

李 龍，張 蕾，張東陽，劉澤玉，徐安英，錢荷英，武國華

(江蘇科技大學，蠶業研究所，江蘇鎮江 212018)

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接種BmNPV后抗性品種和非抗性品種家蠶組織中2種酶活性的比較研究

李 龍，張 蕾，張東陽，劉澤玉，徐安英，錢荷英，武國華*

(江蘇科技大學，蠶業研究所，江蘇鎮江 212018)

[目的] 探討抗性品種和非抗性品種家蠶接種家蠶核型多角體病毒(BmNPV)后體內羧酸酯酶(CarE)和乙酰膽堿酯酶(AchE)活性的變化規律。[方法]對抗性品種及其對照品種家蠶添食BmNPV，測定并比較中腸和血液中羧酸酯酶和乙酰膽堿酯酶的活性變化。[結果] 家蠶接種BmNPV后，抗性品種的中腸中羧酸酯酶活性上升，而對照品種羧酸酯酶活性先升高，然后從第3天開始活性降低。抗性品種前2 d中腸的乙酰膽堿酯酶活性降低，而對照品種與之相反。家蠶接種BmNPV后，抗性品種在第2天血液羧酸酯酶活性有所升高，此后基本保持不變，而非抗性品種在第3天羧酸酯酶活性升高后下降；抗性品種血液乙酰膽堿酯酶活性升高，對照品種前2 d乙酰膽堿酯酶升高后降低。[結論]抗性品種在感染BmNPV病毒后其中腸中羧酸酯酶活性高于未感染的抗性品種，表明抗性品種對感染病毒做出了有效應答和防御；而在感染病毒后抗性品種的中腸與血液中乙酰膽堿酯酶活性均變化相對較小。據此推測，抗性品種在感染病毒后仍保持了相對穩定的代謝過程。

家蠶；BmNPV；羧酸酯酶；乙酰膽堿酯酶

家蠶(Bombyxmori)是一種具有較高經濟價值的昆蟲，同時也是鱗翅目的模式生物。家蠶幼蟲易受到多種病原微生物的入侵，其中家蠶核型多角體病毒(Bombyxmorinuclear polyhedrosis virus, BmNPV)是養蠶過程中經常遇到的也是危害巨大的一種病原體。由BmNPV侵染引起的家蠶核型多角體病毒病傳染性極強，死亡率高，且難以控制，可給蠶業生產造成巨大的經濟損失，一直是蠶桑產業的防控和研究的重點之一[1-2]。BmNPV主要在家蠶細胞核內增殖，隨著病毒增多細胞開始核膨脹，隨后細胞膨大破裂，從而使病毒及細胞碎片游離于血液中[3]。家蠶感染病毒后會出現體色變為乳白，腹面尤其明顯，刺破體皮會流出乳白色的膿汁，體節腫脹，狂躁不安，四處爬行。目前已有許多關于家蠶與BmNPV感染、抗性的研究，并培育出抗BmNPV家蠶品種投入到蠶桑生產中[4]。中國農業科學院蠶業研究所培育的家蠶抗性品種871C×872C的半致死濃度(LC50)在109數量級，比對照品種高出4～5個數量級[5]。然而，家蠶對BmNPV的抗性機制至今尚不完全清楚。

一般認為，家蠶經口接種BmNPV感染的最初部位是中腸，且中腸是家蠶抗BmNPV的第一道防線[6-7]。研究發現，家蠶對BmNPV的抗性的第1階段可能是家蠶中腸細胞受體蛋白阻止病毒侵染家蠶細胞，第2階段可能是中腸細胞內的某些抗病毒蛋白阻止了病毒的復制和增殖[8-10]。血液作為家蠶重要的免疫防御組織，在受到病毒入侵時也會發生相應的變化，如通過血細胞對病毒進行吞噬，產生能夠抑制或消滅病毒的物質，從而發揮重要的防御功能[11]。病毒入侵會影響家蠶正常的生理代謝，尤其會引起其體內多種酶活性發生變化[12-13]。羧酸酯酶和乙酰膽堿酯酶是家蠶體內重要的代謝酶，與家蠶的生理狀態相關。研究表明，家蠶中腸羧酸酯酶活性與家蠶對濃核病毒的抗性有關，接種濃核病毒12 h后抗性品系中腸羧酸酯酶活力升高[14]。謝洪霞等[15]研究發現家蠶感染BmNPV后蠶體內羧酸酯酶和乙酰膽堿酯酶活性發生變化。因此，羧酸酯酶和乙酰膽堿酯酶的活性可以反映家蠶代謝是否穩定，用來判斷家蠶是否受到病毒侵害。但是，不同家蠶品種對BmNPV的抗性存在較大差異[16]，目前對于家蠶感染BmNPV后體內羧酸酯酶和乙酰膽堿酯酶活性的變化規律還不明確。筆者以新近選育的具有較強BmNPV抗性的家蠶品種洞庭C×碧波C為研究對象，與對照品種洞庭×碧波進行比較研究。用5齡家蠶幼蟲經口添食BmNPV，研究感染BmNPV后抗性品種及其對照品種之間中腸和血液中羧酸酯酶和乙酰膽堿酯酶活性的變化規律。

1 材料與方法

1.1 供試材料抗BmNPV家蠶品種洞庭C×碧波C、對照品種洞庭×碧波，均由江蘇科技大學蠶業研究所提供。抗性品種的遺傳背景與對照種99.9%相同，但帶有抗病基因。BmNPV病毒由江蘇科技大學蠶業研究所病理室提供，濃度為1.0×109多角體/ml。

1.2 儀器與試劑BioTek PowerWave XS2酶標儀；法國Millipore公司Milli-Q超純水儀；乙酰膽堿酯酶測試盒，購自南京建成生物工程研究所；α-乙酸奈酯(α-NA 分析純)；α-萘酚(分析純)；固藍B鹽(分析純)；十二烷基硫酸鈉(SDS；分析純)；4-硝基苯酚棕櫚酸酯(P-NPP；分析純)；4-硝基苯酚(p-NP；分析純)；無水碳酸鈉(分析純)；無水乙醇(分析純)；磷酸氫二鈉(分析純)；磷酸二氫鈉(分析純)。

1.3 病毒接種及樣品制備抗性品種和對照品種家蠶飼養至5齡，分別分為2組，其中1組在5齡起蠶時經口添食接種BmNPV病毒液，每頭添食10 μl，另1組作為正常對照。4種處理(抗性品種接種病毒、抗性品種正常、對照品種接種病毒、對照品種正常)，每24 h取1次中腸和血液，至添毒后第5天，將采集血液于4 ℃下12 000 r/min離心20 min，取上清液保存，置于-80 ℃冰箱中保存備用。

1.4 家蠶體內酶活性的測定①酶液制備：中腸組織用冰冷的0.04 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH 7.0)2 ml作為提取液研磨勻漿，勻漿液于4 ℃下12 000 r/min離心20 min，取上清液作為中腸酶液。②羧酸酯酶活性的測定方法參照Van Asperen法[17-18]。取稀釋10倍的中腸酶液10 μl或稀釋10倍的血液30 μl，加入3 ml 0.04 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH 7.0)及0.5 ml 3×10-4mol/L α-乙酸奈酯液(用0.04 mol/L pH 7.0磷酸鹽緩沖液配制)，37 ℃水浴中反應30 min，加入50 μl顯色劑(1%固藍B鹽和5%SDS按2∶5混合)，室溫下放置10 min后于600 nm處測定吸光度。用0.04 mol/L pH7.0磷酸鹽緩沖液作空白調零，通過建立α-萘酚標準曲線計算酶液中羧酸酯酶活性。在上述試驗條件下，以每分鐘水解α-乙酸奈酯產生1 nmol α-萘酚所需的酶量定為1個酶活力單位。每個樣品設3個重復。③乙酰膽堿酯酶活性測定使用乙酰膽堿酯酶測試盒。

2 結果與分析

2.1 中腸2種酶活性的變化

2.1.1中腸羧酸酯酶活性的變化。測定了抗性品種及其對照品種5齡家蠶添食BmNPV第1～5天中腸羧酸酯酶活性。從圖1可以看出，抗性家蠶接種第2天開始比未接種BmNPV的家蠶羧酸酯酶活性明顯升高。對照品種家蠶接種BmNPV后第1、2天與正常對照品種家蠶相比羧酸酯酶活性明顯增強，但第3、4、5天羧酸酯酶活性明顯降低。

2.1.2中腸乙酰膽堿酯酶活性的變化。測定了抗性品種及對照品種5齡家蠶添食BmNPV第1～5天中腸乙酰膽堿酯酶活性。從圖2可以看出，抗性品種在接種BmNPV病毒后其活性并未發生較大變化。對照品種在接種BmNPV后第1、2天乙酰膽堿酯酶活性明顯高于未接種家蠶，而第3～5天乙酰膽堿酯酶活性明顯低于未接種家蠶，這種變化趨勢和對照品種接種BmNPV后中腸中羧酸酯酶活性變化規律基本一致。

2.2 血液中2種酶活性的變化

2.2.1血液羧酸酯酶活性的變化。測定了抗性品種及對照品種家蠶5齡添食BmNPV第1～5天血液羧酸酯酶活性。從圖3可以看出，正常品種在接種病毒后，除第3天以外血液中羧酸酯酶活力均低于正常對照品種。抗性品種在接種病毒后，第1、3、4、5天血液中的羧酸酯酶活性與正?？剐云贩N差距不大，而第2天羧酸酯酶活性要高于正常抗性品種。另外，血液中的羧酸酯酶活性要遠低于中腸中的羧酸酯酶活性。

2.2.2血液乙酰膽堿酯酶活性的變化。測定了抗性品種及對照品種家蠶5齡添食BmNPV第1～5天血液乙酰膽堿酯酶活性。從圖4可以看出，抗性品種家蠶接種病毒后第1～4天血液乙酰膽堿酯酶均高于正常抗性品種，而第5天活性低于正?？剐云贩N；對照品種家蠶在接種病毒后前2天血液乙酰膽堿酯酶高于正常對照品種，但第3～5天活性均低于正常對照品種。從結果中還可以發現，在1～5天的飼養過程中接種病毒的抗性品種，相對于未接種病毒的品種其乙酰膽堿酯酶的活性變化幅度并不顯著，而對照品種接種病毒后其乙酰膽堿酯酶活性波動幅度較大。

3 討論

在家蠶感染BmNPV的研究中，一般將BmNPV在蠶體內的增殖大體分為4個時期[19-20]： 接種后36 h內的隱潛期、接種后36～60 h的緩慢增殖期、接種后64～84 h的高速增殖期以及接種84 h以后的穩定增殖期。一般鱗翅目昆蟲經口感染NPV后，中腸組織的細胞先被感染，然后再蔓延到其他組織，進入血淋巴最后導致昆蟲死亡[21-22]。筆者選用的家蠶品種是抗病品種洞庭C×碧波C和其對照品種洞庭×碧波，這2種家蠶除了理論上存在抗性基因差異外，其余99.9%的遺傳背景是相同的。在試驗過程中也發現，對照品種接種BmNPV后第3天血液開始出現渾濁，到第5天所有對照品種家蠶都呈現體色發白，腹面部尤其明顯，且血液成乳白濃稠狀態。這說明對照品種染病明顯，而抗性品種接種病毒后無此現象，表明此抗性品種確實對BmNPV具有很好的抗性。

國內外研究表明，羧酸酯酶能有效地催化水解酯類和酰胺類化合物，參與多種藥物、環境毒物及致癌物的解毒和代謝，并與脂質的運輸和代謝有關[23]，同時它們也是昆蟲與抗性相關的重要解毒代謝酶。乙酰膽堿酯酶是神經遞質乙酰膽堿的水解酶，其活性變化能夠反映出細胞的代謝狀態。如果乙酰膽堿酯酶活性發生較大變化，也預示著家蠶的整個代謝及生理過程受到了較大的干擾和影響。

在試驗過程中，由于中腸是家蠶最先接觸病毒感染的組織，因此中腸內酶活性的變化更能反映BmNPV對家蠶生理狀態的影響。通過對抗性品種和對照品種接種BmNPV后中腸羧酸酯酶和乙酰膽堿酯酶的活力測定和比較，發現抗性品種接種病毒后羧酸酯酶活性均高于正?？剐云贩N，而對照品種接種BmNPV后第1、2天羧酸酯酶活性明顯高于正常對照品種，第3～5天羧酸酯酶活性明顯低于正常對照品種。對照品種在接種第3天羧酸酯酶活性發生明顯轉變，推測這可能與BmNPV的感染有關，病毒入侵后導致對照品種在感染第2、3天中腸細胞大量破裂，BmNPV擴散至血液等其他組織。試驗過程中也發現，對照品種接種BmNPV第3天血液開始變渾濁，說明細胞破裂，病毒與細胞碎片游離于血液中。這說明中腸羧酸酯酶活力提高可能與家蠶對BmNPV的抗性有關，也可能還與BmNPV的感染刺激有關，這與謝洪霞[15]等的研究結果病毒感染后蠶體內羧酸酯酶活性升高相似。從乙酰膽堿酯酶的活性來看，抗性品種接種病毒后中腸中乙酰膽堿酯酶活性波動較小，說明抗性品種的代謝過程所受的影響較小，家蠶保持了相對穩定的生活狀態；對照品種接種病毒后，其乙酰膽堿酯酶活性波動較大，這可能與BmNPV病毒感染造成的細胞破裂，家蠶的代謝過程受到嚴重干擾有關。

抗性品種和非抗性品種在接種病毒后第1天血液羧酸酯酶活性均有所下降，可能與病毒侵染有關，但抗性品種在接種第2天血液羧酸酯酶活性升高后活性基本保持不變，這可能是由于抗性品種對BmNPV產生抗性所致，使BmNPV沒有繼續侵染或延緩了BmNPV的侵染。非抗性品種在接種第3天羧酸酯酶活性升高之后活性明顯下降，這可能與對照品種受到病毒感染有關。另外，在感染病毒后抗性品種血液中的乙酰膽堿酯酶并未受到顯著影響，其活性保持了相對穩定的狀態；受到病毒感染后，對照品種家蠶的乙酰膽堿酯酶活性波動較大，在感染后第2天對照品種血液中乙酰膽堿酯酶活性發生了顯著升高，這與對照品種感染后第2天中腸中乙酰膽堿酯酶活性升高有一定對應性，它也預示著家蠶的正常生理活動與代謝過程受到了嚴重影響。

[1] 浙江大學. 家蠶病理學[M]. 北京: 中國農業出版社, 2001: 36-53.

[2] 黃桂輝, 黎明, 李堯方. 家蠶病毒病的發病規律及綜合防治措施[J]. 現代農業科技, 2012(17): 266-274.

[3] 呂鴻聲.昆蟲病毒分子生物學[M].北京: 中國農業科技出版社, 1998: 1-15.

[4] 李木旺. 家蠶抗核型多角體病毒病、濃核病的種質創新及RAPD分子標記的研究[D]. 北京: 中國農業科學院, 2001.

[5] 李文學, 青學剛, 劉俊鳳, 等. 家蠶品種871C×872C對BmNPV抗性鑒定研究[J]. 西南農業學報, 2011, 24(2): 779-781.

[6] CORY J S, MYERS J H. The ecology and evolution of insect baculoviruses[J]. Annu Rev Ecol Syst, 2003, 34: 239-272.

[7] RAHMAN M M, GOPINATHAN K P. Systemic and in vitroinfection process ofBombyxmorinucleopolyhedrovirus[J]. Virus Research, 2004, 101(2): 109-118.

[8] KANGAYAM M P, HIROSHI N, SEIICHI F, et a1. A lipase isolated from the silkwormBombyxmorishows antiviral activity against nucleopolyhedrovirus[J]. Journal of Virology, 2003, 77: 10725-10729.

[9] HIROSHI N, EIKO T, KANGAYAN M P, et a1. Antiviral activity of a serine protease from the digestive juice of larvae against nucleopolyhedrovirus [J]. Virology, 2004, 321: 154-162.

[10] 姚慧鵬, 何芳青, 郭愛芹, 等. 中國野桑蠶抗病毒蛋白基因(Lipase)的克隆與活性鑒定[J]. 蠶業科學, 2008, 34(3): 466-471.

[11] 呂鴻聲. 昆蟲免疫學原理[M]. 上海: 上?？茖W技術出版社, 2008: 97-123.

[12] 劉震, 鮑先巡, 尤征英, 等. 家蠶對BmNPV抗病性與中腸消化酶活性的關系[J]. 安徽農業大學學報, 2009, 36(3): 489-492.

[13] BABU K R, RAMAKRISHNA S, REDDY Y H K, et a1. Metabolic alterations and molecular mechanism in silkworm larvae during viral infection: A review[J]. Afr J Biotechnol, 2009, 8(6): 899-907.

[14] 高貴田, 陳克平, 姚勤, 等. 抗濃核病毒中國株家蠶品系中腸羧酸酯酶活力變化和基因表達差異的研究[J]. 中國農業科學, 2007, 40(5): 1042-1049.[15] 謝洪霞, 涂增, 萬永繼, 等. 不同飼料飼養對家蠶抗核型多角體病毒的能力以及體內3種代謝酶活性的影響[J]. 蠶業科學, 2009, 35(3): 642-647.

[16] 陳克平, 林昌麒, 姚勤. 家蠶對核型多角體病的抗性及遺傳規律的研究[J]. 蠶業科學, 1996，22(3):160-164.

[17] ASPEREN K V. A study of housefly esterases by mean of asensifive colorimetric method[J]. Jins Physiol, 1962, 8: 401-406.

[18] THOMAS V. Comparison of lipases by different assays[J]. Enzyme Microbiology Technology, 1992,14: 631-635.

[19] 徐家萍, 劉明輝, 孫帆. 家蠶核型多角體病的抗性機制研究進展[J]. 中國蠶業, 2006, 27(2): 8-14.

[20] 華南農業大學. 蠶病學[M]. 2版.北京: 農業出版社,1993: 5-21.

[21] ENGELHARD E K, VOLKMAN L E. Developmental resistance in fourth instar Trichoplusia niorally inoculated with Autographa californicaM nuclear polyhedrosis virus[J]. Virology, 1995, 209: 384-389.

[22] KIRKPATRICK B A, WASHBURN J O, VOLKMAN L E. AcMNPV pathogenesis and developmental resistance in fifth instarHeliothis virescens[J]. J Invertebr Pathol, 1998, 72: 63-72.[23] 滕霞, 孫曼霽. 羧酸酯酶研究進展[J]. 生命科學, 2003, 15(1): 31-35.

Comparative Studies on the Activities of Two Kinds of Enzyme in the Tissues of Resistant Breed and Control BreedBombyxmoriInoculated with BmNPV

LI Long, ZHANG Lei, ZHANG Dong-yang, WU Guo-hua*et al

(Sericultural Research Institute, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang, Jiangsu 212018)

[Objective] Carboxylesterase and cholinesterase are involved in various physiological processes of silkworm. This study focused on the activity differences of carboxylesterase and cholinesterase within resistant breed and control breedBombyxmoriafter inoculated with BmNPV. [Method] The activities of carboxylesterase and cholinesterase in midgut and blood of the resistant breed and the control breed silkworm were determined after inoculation withBombyxmorinuclear polyhedrosis virus (BmNPV). [Result] The activity of carboxylesterase in midgut of resistant breed was increased after inoculated with virus, and that of the control breed was decreased from the third day. After BmNPV infection, the activity of cholinesterase in midgut of resistant breed was decreased on the first two days, while the activities of cholinesterase in control breed were increased. After virus infection, the activity of carboxylesterase in blood of resistant breed was not changed after the second day, and the carboxylesterase activity in blood of control breed was decreased after the third day. With BmNPV infection, the activity of cholinesterase in blood of resistant breed was increased, and the cholinesterase activity in blood of control breed was decreased after the second day. [Conclusion] After BmNPV infection, the activity of carboxylesterase in midgut of resistant breed was increased, which was different from that of control breed. These results indicated that effective defense and corresponding response was produced by the resistant breed. By contrast, the activities of cholinesterase in midgut and blood of the resistant breed were not changed a lot after inoculation with BmNPV. From these results, it might be inferred that the metabolic processes in the tissues of the resistant breed were maintained at a relatively stable state.

Bombyxmori; BmNPV; Carboxylesterase; Cholinesterase

“十二五”現代農業產業技術體系建設專項(CARS-18)；江蘇特聘教授項目(蘇教師[2012]27)。

李龍(1960-)，男，四川成都人，研究員，從事蠶業科學相關研究。*通訊作者，研究員，從事現代分析儀器在生物領域中的應用研究。

2015-03-09

S 88

A

0517-6611(2015)11-123-04