不同波長光對普通大薊馬成蟲壽命、繁殖力及抗氧化酶活性的影響

關鍵詞普通大薊馬；抗氧化酶活性；生長發育；繁殖

環境因子在昆蟲的生命活動中起著重要作用。光作為一種重要的環境因子，在不同生境中影響著昆蟲的生存及繁殖能力。輻射地表的太陽光可分為紫外、可見及紅外3個波段，大量研究發現，不同光質條件下昆蟲的生長發育及繁殖具有差異。桑文等發現420nm波長光下，黏蟲的幼蟲期和蛹期延長，且幼蟲存活率、化蛹率和羽化率與對照（LED白光燈）相比降低50%以上；于海利等發現在465nm光處理下梨小食心蟲的產卵量、卵孵化率呈下降趨勢，雌成蟲壽命有縮短趨勢；張敏研究了5種昆蟲在不同光質下的生物學特性，發現435nm的藍光可顯著降低家蠅和大頭金蠅幼蟲的存活率及化蛹率，縮短綠盲蝽和菜粉蝶的世代發育歷期，還導致黃粉蟲的畸形率升高。不同波長光還能影響昆蟲的生理生化水平。如紫外光、藍光、綠光會引起梨小食心蟲成蟲體內抗氧化酶活性發生變化。

普通大薊馬又稱豆大薊馬，隸屬于纓翅目Thysanoptera薊馬科，主要分布在我國海南、廣東、廣西等華南地區。該蟲在豆科類作物的整個生育期內均可發生，尤其在豇豆上發生嚴重，其主要以若蟲及成蟲銼吸豇豆花及嫩芽等幼嫩部分汁液，造成作物生長點停止，幼果生長畸形、豇果兩端表皮發黑等，嚴重影響其產量及品質。普通大薊馬個體小、取食隱蔽、繁殖速度快、取食量大，因此極易大面積暴發成災。此外，化學殺蟲劑的常年不合理使用導致其對大多數殺蟲劑產生了高水平抗性，使其為害程度進一步加重。

海南省豇豆生產中害蟲發生十分嚴重，其中普通大薊馬每年造成的損失巨大，嚴重影響了海南冬季菜籃子產業。在海南，南北區域及不同季節光照分布不同，不同地區普通大薊馬種群差異較大，其在三亞發生尤為嚴重。不同光質是否會對普通大薊馬生長發育、繁殖及其種群發生規律產生影響尚不明確。據此，本研究在近紫外一可見一近紅外光譜范圍內選用7種不同波長單色光，以全光譜LED燈作為對照，觀察普通大薊馬在不同光環境下的壽命、繁殖及抗氧化酶活性水平，旨在為后續深入研究普通大薊馬對光環境適應性及其生理機制，掌握有利于其暴發為害的光環境條件，進而為提高該害蟲田間預測預報精度和綜合防治提供參考，同時也為研發新型綠色防控技術提供有價值的數據資料。

1材料與方法

1.1供試昆蟲及光照處理

普通大薊馬于2020年11月采自海南省三亞市崖州區南濱農場（109. 16°E，18. 39°N）豇豆作物上，轉移至室內養蟲罐（240mL組培瓶，瓶蓋切有3cm×3cm開口，將紗布用熱熔膠粘于開口處保持通風），將新鮮豇豆洗凈，切成長度約5cm的豆莢放人20%蜂蜜水中浸泡1min，晾干后放人養蟲罐中，置于人工氣候箱（廣東韶關科力實驗儀器有限公司，PYX-400Q-A）中飼養普通大薊馬，連續飼養10代后進行后續試驗。飼養溫度為（26±1）℃，濕度為（70±5）%，光周期。

選取360、420、460、580、610、650 nm及730nm波長的LED燈（杭州佳燈精準光源有限公司）作為供試光源，額定功率為20W，以全光譜LED燈作為對照光源（CK），處理時光周期為L∥D=14h∥10h。不同波長光處理均在光源箱中完成（圖1）。光源箱框架為長30cm，外徑10mm的不銹鋼管及三通接頭拼接成的正方形框架，正面罩有黑色不透光紗布，其余五面為黑色聚苯乙烯泡沫板，以防止其他光源干擾試驗，具體參數參考專利：一種用于豆大薊馬光處理的暗箱裝置。將不同波長的LED燈安裝至裝置頂部中央，并將帶有供試昆蟲的指形管放在裝置底部中央，試驗前用光度測試儀（希瑪儀器儀表有限公司，AS803）測定每個處理裝置的光強度，保證不同處理組的光強度一致。并且利用光譜輻射儀（杭州雙色智能檢測儀器有限公司，HP350S）在固定位置上將感應探頭對準不同光源燈進行光譜吸光度檢測，每個處理重復測定3次。

1.2普通大薊馬成蟲壽命及繁殖力參數測定

選取同一批大小相等、活動敏捷的普通大薊馬雌雄成蟲，放人玻璃指形管（12mm×100mm），每管雌雄成蟲各10頭。將豇豆切成均一、長度為5cm的豇豆莢，放入指形管內供普通大薊馬雌蟲在豇豆表皮上取食及產卵。使用海綿塞封住管口后放人人工氣候箱進行正常光照處理，24h后移除雌雄成蟲，將該指形管底部墊人原生木漿面巾紙（用于避光，為薊馬提供化蛹所需的黑暗條件，薊馬會在紙巾下面化蛹），轉移至不同波長光源箱中進行光處理。光處理3～4d后觀察薊馬若蟲孵出情況，當發現豇豆莢表面明顯布滿透明體色的1齡若蟲時，將該豇豆莢轉移至新的指形管中待普通大薊馬成蟲羽化，成蟲羽化后將雌雄成蟲分別單獨轉入玻璃指形管內飼養。由于普通大薊馬將卵產于豇豆組織內部，肉眼難以觀察，故本試驗產卵量以剛孵化的1齡若蟲數進行計數，每24h更換1次豇豆莢，將被更換的豇豆莢單獨轉移至新的指形管并進行標記，待第1次1齡若蟲孵化時開始持續記錄單日產卵量，直至雌成蟲死亡，計算雌蟲孤雌生殖下的總產卵量，每處理重復10頭。并且每個處理分別記錄20頭雌雄成蟲的壽命。

1.3不同光條件下飼養并羽化的普通大薊馬成蟲抗氧化酶活性測定

粗酶液的制備及蛋白含量標定：將正常飼養條件下含有卵的豇豆莢移于指形管中在不同光源箱中進行處理，待若蟲孵化后每隔24h更換新鮮豇豆飼喂（同1.2），直到成蟲羽化，收集不少于200頭剛羽化的雌成蟲至1.5mL離心管中備用。用千分之一電子天平（舜宇恒平儀器公司，FB423）稱取0.1g普通大薊馬成蟲，加入1mL0.9%氯化鈉溶液在冰浴條件下充分勻漿，4℃，8000g離心10min，取上清液置于冰上。蛋白含量采用BCA法蛋白含量測定試劑盒（蘇州科銘生物技術有限公司，BCAP-2-W）測定，利用多功能酶標儀（上海閃譜生物科技有限公司，SuPerMax 3100）在562nm波長下檢測吸收峰，每處理技術重復測定3次。根據說明書計算出蛋白含量用于后續酶活性計算。

酶活性測定：過氧化氫酶（catalase，CAT）試劑盒CAT、-2-Y、多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）試劑盒PP0-2-Y、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）試劑盒SOD-2-Y、過氧化物酶（peroxidase，POD）試劑盒POD-2-Y均購于蘇州科銘生物技術有限公司，按照說明書配制待測液，并分別在405、525、560、470nm檢測吸收峰，每個處理技術重復測定3次，根據說明書計算單位蛋白含量的酶活性。

1.4數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2010對數據進行統計，利用SPSS 21.0進行單因素方差分析和Tukey法多重比較，顯著水平為0.05。并使用GraphPad Prism 9.0軟件繪圖。利用Origin

Pro 2021（Correlation Plot）進行斯皮爾曼（Spearman）相關性分析及繪制熱圖。

2結果與分析

2.1不同波長光源燈光譜分析

不同光質燈源都具有光譜吸收特征峰值。對照LED燈的光譜范圍在350～800nm，分別在372、447nm有兩個吸收峰（圖2a），模擬了地球表面太陽光的輻射范圍，符合紫外一可見光的光譜波段。其余7種單質波長光分別都在對應波段出現單一特征吸收峰值，無雜峰（圖2b～h）。

2.2不同波長光對普通大薊馬成蟲壽命及繁殖力的影響

如表1所示，不同波長光對普通大薊馬成蟲產卵量有顯著影響（單日產卵量：F7.72=9.64，Plt;0.05；總產卵量：F7.72=17. 18，Plt;0.05）。在460、580、610、650nm波長光處理下，普通大薊馬成蟲的單日產卵量和總產卵量均顯著低于全光譜光源處理（CK）（Plt;0.05）；而730nm處理組的單日產卵量[（14.37±0.70）粒]及總產卵量[（211.5±8.09）粒]，除與420nm波長光處理組沒有差異外，顯著高于全光譜光源對照和其他波長處理（Plt;0.05）；360nm和420nm波長光處理組與全光譜光源對照組相比無顯著差異（Pgt;0.05）。

不同波長光處理對普通大薊馬雌成蟲壽命有顯著影響（F7，152=2.71，Plt;0.05），其中730nm和360nm波長光環境下雌成蟲壽命最長，分別為（29.51±1.49）d和（28.18±1.53）d，顯著高于610nm處理[（23.63±1.09）d]（Plt;0.05）。相較于雌蟲，雄成蟲在不同波長光環境下的壽命存在極顯著性差異（F7，152=5.62，Plt;0.001），其中420nm波長下雄成蟲壽命最長，為（26.33±0.73）d，顯著高于全光譜光源對照（Plt;0.05），而730nm波長光照下雄成蟲壽命最短，為（20.65±0.99）d，顯著低于對照（Plt;0.05）。

2.3不同波長光下飼養對羽化的普通大薊馬成蟲抗氧化酶活性的影響

普通大薊馬若蟲在不同波長光環境下生長并羽化的成蟲其抗氧化酶活性存在顯著差異（CAT：F7.16=69.53，Plt;0.05： PPO：F7，16＝84.13， Plt;0.05; SOD： F7.16＝376.8，Plt;0.05;POD：F7.16=524.3，Plt;0.05）（圖3）。對于CAT，360nm與610nm處理后成蟲的CAT活性顯著低于全光譜光源對照（Plt;0.05），650nm處理CAT活性則顯著高于全光譜光源對照（Plt;0.05，圖3a）。對于PPO，除610nm和650nm光照下成蟲的PPC）活性顯著高于全光譜光源對照外（Plt;0.05），其余處理都顯著低于對照（Plt;0.05），其中420 nm處理的PPO活性最低（圖3b）。對于SOD，650nm波長下成蟲的S（）D活性顯著高于全光譜光源對照（Plt;0.05），360、420、460 nm和610nm處理則顯著低于對照（圖3c）。對于POD，360、650nm和730nm處理下成蟲的POD活性顯著高于全光譜光源對照（Plt;0.05），其余處理則顯著低于對照（Plt;0.05，圖3d）。

對不同酶的活性與相關光質波長值進行斯皮爾曼（Spearman）相關性分析發現，4種酶的活性與波長之間不存在負相關（P≥0）（圖4），而PPO活性與波長存在顯著正相關，說明PPO活性會隨著波長增長而增加（Plt;0.05）。除此之外，SOD活性分別與CAT、PPO活性正相關。

3結論與討論

光不僅作用于昆蟲的視覺器官，還有可能對特定部位或器官細胞質中某一些大分子造成損傷，并通過遺傳變異、改變信號通路、影響激素水平，引起昆蟲個體發育及繁殖等生物學特性的改變，進而影響其存活。本研究結果顯示，與全光譜光源對照相比，除360nm及420nm光外，其余波長光條件都會對普通大薊馬的產卵量產生較大影響，而420nm與730nm光對雄蟲的壽命有較大影響。多數研究表明短波長光（≤450nm）會抑制昆蟲生長發育，但也有研究表明，短波長光對昆蟲適應生境具有積極作用，如UV-A（320～400nm）對二斑葉螨Tet-ranychus urticae幼蟲死亡率和產卵量影響不大，即使較高光強的UV-B（280～320nm）輻射下，雌蟲死亡率也很低。本文中，短波長光對普通大薊馬的繁殖及壽命沒有表現顯著負影響。由于普通大薊馬主要分布在熱帶地區，常年受到強紫外輻射影響，因此全年太陽光輻射較長、較高，長期的光脅迫是否會導致該蟲適生性發生改變，其機理研究仍需做深入探討。

相關的機理研究表明，部分波長光的照射后會增加昆蟲體內活性氧（reactive oxygenspecies，ROS）的水平，從而破壞蟲體內的核酸、膜脂和蛋白等大分子物質，這些不同類型的分子損傷會產生致死作用。昆蟲體內存在一個復雜的抗氧化酶系統以應對各種環境因子的脅迫，在不同波長光環境條件下昆蟲體內抗氧化水平不同，多數昆蟲對紫外光敏感，紫外光能夠激發其體內活性氧水平，從而影響抗氧化酶水平。在UV-A對煙粉虱短時脅迫研究中發現，SOD，POD，PPO活性與暴露時間呈現顯著負相關。而UV-A對黏蟲進行不同時長處理時，處理60min其SOD、CAT、POD活性增加，而處理90min和120min相關抗氧化酶的活性會降低。本研究中不同波長光處理與全光譜光源對照相比，360nm光處理也會降低普通大薊馬CAT、SOD、PPO活性，但同日寸提高了POD的活性，說明紫外光引起的抗氧化應激反應，可能導致造成生理生化水平紊亂現象，不同的抗氧化酶在一種昆蟲體內處于復雜的平衡狀態，以維持正常的生理活動。除短波長光外，650nm光環境下若蟲發育到成蟲后4種氧化酶活水平都高于全光譜光源對照，并且730nm光波處理下普通大薊馬POD活性相較于對照也顯著提高。此外，PPO活性與波長存在顯著性正相關，不同波長光下各氧化酶水平也具有較大差異，其相關機理調控特性有待進一步研究。

本研究探明了不同波長光條件對普通大薊馬壽命、繁殖及抗氧化酶活性水平的影響，研究結果可為普通大薊馬在不同環境，尤其是在不同波長光環境下的適應性及田間種群動態分布規律研究提供數據參考。同時，本研究也為普通大薊馬在光環境下的適應機理解析及田間物理防控（光誘控、光誘殺）等應用研究的開展奠定理論基礎。