不同寄主植物對韭菜遲眼蕈蚊生長發(fā)育、繁殖和保護酶活力的影響

楊玉婷, 史彩華, 程佳旭, 張友軍

(1.長江大學, 荊州 434025; 2. 中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所, 北京 100081)

不同寄主植物對韭菜遲眼蕈蚊生長發(fā)育、繁殖和保護酶活力的影響

楊玉婷1,2, 史彩華1,2, 程佳旭1,2, 張友軍2*

(1.長江大學, 荊州 434025; 2. 中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所, 北京 100081)

為了明確韭菜遲眼蕈蚊幼蟲(韭蛆)取食不同寄主植物對其生長發(fā)育的影響,并試圖從其體內(nèi)保護酶活力的差異分析不同寄主植物對其生長發(fā)育造成影響的原因。選取4種寄主植物(韭菜、生菜、大蔥和馬鈴薯)飼養(yǎng)韭蛆,統(tǒng)計不同寄主條件下韭菜遲眼蕈蚊卵、幼蟲、蛹的發(fā)育歷期和繁殖力,并分別測定不同寄主飼養(yǎng)后韭蛆的三大保護酶系(超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD))的活性。結(jié)果表明:韭菜遲眼蕈蚊幼蟲取食生菜后下一代的卵期(3.23 d)最長,幼蟲期(23.83 d)最短;與取食韭菜的下一代的卵期(3.05 d)和幼蟲期(24.16 d)差異顯著。取食大蔥的發(fā)育期(卵期+幼蟲期+蛹期)合計最長(31.91 d)，與取食生菜的差異顯著(30.96 d),但與取食馬鈴薯和韭菜的差異不顯著,后兩者分別為31.87 d和31.64 d。與取食其他3種寄主的韭蛆相比,取食韭菜的成蟲(雌和雄)壽命最長,產(chǎn)卵量最多。取食馬鈴薯的韭菜遲眼蕈蚊幼蟲的SOD活力最低,取食其他寄主的SOD活力之間差異不顯著。取食大蔥的幼蟲POD活力最高,其次是取食韭菜的。取食韭菜的幼蟲CAT活力最高,顯著高于取食其他寄主。因此,韭菜遲眼蕈蚊的生長發(fā)育與寄主植物有一定的關(guān)聯(lián),寄主植物不同,韭蛆體內(nèi)保護酶系的活力也不盡相同。

韭菜遲眼蕈蚊; 寄主植物; 發(fā)育歷期; 保護酶

韭蛆是韭菜遲眼蕈蚊BradysiaodoriphagaYangetZhang的幼蟲,屬雙翅目、長角亞目、眼蕈蚊科、遲眼蕈蚊屬[1]。韭菜遲眼蕈蚊是我國特有的地下害蟲,分布于東北、華北、華中、西北等地[2]。該蟲取食范圍廣,可為害7科30多種植物,尤其喜歡取食韭菜的假莖和鱗莖等部位,導致一般田塊減產(chǎn)40%～60%,嚴重田塊絕收甚至毀種[3-6]。近年來,關(guān)于寄主植物對韭蛆生長發(fā)育的影響已有研究報道[7-8],學者推測可能是不同寄主植物的營養(yǎng)成分所致。然而,在漫長的進化過程中,昆蟲與植物之間早已形成良好的協(xié)同進化關(guān)系,尤其是植食性昆蟲,需要直接通過取食植物來獲取生命所需要的營養(yǎng)成分,來完成其各個蟲態(tài)的生長發(fā)育。寄主不同,昆蟲做出的響應也不盡相同。為了適應不同寄主植物對其生長發(fā)育造成的影響,昆蟲體內(nèi)會發(fā)生一系列生理生化的變化。

保護酶是昆蟲體內(nèi)的重要酶系,在昆蟲對抗逆境以及維持正常的生命活動中起著重要的作用[9-10]。超氧化物歧化酶(superoxidedismutase, SOD)、過氧化物酶(peroxidase, POD)和過氧化氫酶(catalase,CAT)是生物體內(nèi)非常重要的三大保護酶,在正常情況下生物體細胞內(nèi)自由基在這3種保護酶的互相協(xié)調(diào)下達到平衡狀態(tài),使自由基處于較低的水平,從而防止了自由基對生物體的傷害[11]。本文選取韭菜、生菜、大蔥和馬鈴薯4種寄主分別飼養(yǎng)韭蛆,分析其對韭蛆生長發(fā)育和蟲體內(nèi)三大保護酶活力的影響。

1 材料與方法

韭菜AlliumtuberosumRottlerexSprengel(‘平韭5號’)、生菜Lactucasativavar.romana(‘生菜王’)、馬鈴薯SolanumtuberosumLinn.(‘中薯2號’)和大蔥Alliumfistulosumvar.giganteumMakino(‘山東章丘大蔥’)均種植于中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所溫室,未使用任何化學藥劑。分別切取韭菜的假莖、生菜的葉片、馬鈴薯的塊莖和大蔥的假莖,用清水清洗、晾干備用。

1.2 供試蟲源

韭菜遲眼蕈蚊幼蟲采自中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所試驗農(nóng)場,經(jīng)COⅠ鑒定[12]后的種群于培養(yǎng)箱(MLR-352H-PC)內(nèi)飼養(yǎng),成蟲養(yǎng)蟲籠(直徑6 cm,高5 cm)由2.5%瓊脂保濕的培養(yǎng)皿(d=6 cm)套上帶有小孔的塑料杯組成。培養(yǎng)箱條件:溫度(25±1)℃,相對濕度70%±3%,光周期L∥D=14 h∥10 h。由于韭蛆是群集昆蟲,單頭飼養(yǎng)死亡率較高,因此采用群集飼養(yǎng)。試驗前,種群均采用未接觸過任何化學藥劑的韭菜飼養(yǎng)至少5代。

1.3 試劑與主要儀器

培養(yǎng)箱(MLR-352H-PC,日本);高速冷凍型離心機(Centrifuge 5417R)購自Eppendorf公司;測定酶活性采用SpectraMax M2/M2e型酶標儀(Molecular Devices,美國);電熱恒溫水槽(DK-80);蛋白定量試劑盒及保護酶活性測定試劑盒購自南京建成生物工程研究所;0.9%生理鹽水購于山東華魯制藥有限公司。

1.4 不同寄主植物對韭菜遲眼蕈蚊后代適合度的影響

頂空固相微萃?。℉S-SPME）裝置、DVB/CAR/PDMS（50/30 μm）、固相微萃取纖維頭和SPME采樣瓶，美國Supelco公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）型號7890B-5977A，美國Agilent公司；Milli-Q超純水系統(tǒng)，美國Millipore公司。

將不同寄主植物飼養(yǎng)的韭菜異遲眼蕈蚊成蟲適量配對,待其交配產(chǎn)卵后,移除成蟲保留卵塊,共4皿,每皿卵粒數(shù)不少于110粒。每天定時觀察卵的孵化情況,待卵塊孵化后,分別用韭菜、生菜、馬鈴薯和大蔥4種寄主飼養(yǎng)。觀察并記錄每種寄主飼養(yǎng)韭蛆的生長情況,直到化蛹。蛹羽化后,將相同寄主飼養(yǎng)條件下的成蟲單頭雌雄配對放入養(yǎng)蟲籠(規(guī)格同上)中,讓其交配產(chǎn)卵。每天觀察并記錄每一寄主條件下的蛹期及雌雄成蟲的壽命。如果雌蟲死亡,記錄雌蟲的產(chǎn)卵量;如果雄蟲比雌蟲壽命短,則選取相同條件下的一頭活雄蟲補充,盡量使每頭雌蟲都有雄蟲與之配對。所有的試驗程序均在培養(yǎng)箱(溫度25±1℃,相對濕度70%±3%,光周期L∥D=14 h∥10 h)內(nèi)進行,保證試驗條件一致,減少誤差。

1.5 韭菜遲眼蕈蚊保護酶活性測定

1.5.1 酶液的制備

分別取不同寄主飼養(yǎng)的4齡幼蟲15～20頭,放入1.5 mL的離心管中,稱重并記錄。每寄主飼養(yǎng)的韭蛆為1個處理,每處理3次重復。參照酶液制備試劑盒的方法,向離心管中加入樣品重量9倍體積的生理鹽水,用塑料研磨棒在冰上充分研磨,再將勻漿置于3 000 r/min高速冷凍型離心機中離心10 min,取上清液放入4℃?zhèn)溆谩?/p>

1.5.2 酶源蛋白質(zhì)含量和保護酶活性的測定

參照試劑盒說明書上的方法,依次加入試劑盒中的各種試劑,再用酶標儀(SpectraMax M2/M2e)分別在595、450、420 nm和405 nm波長下測定酶源蛋白質(zhì)、SOD、POD 和CAT的吸光值,雙蒸水調(diào)零,每處理3次重復。

蛋白質(zhì)含量測定:待測樣本蛋白濃度(g/L)=OD測定-OD空白/OD標準-OD空白×標準濃度(0.563 g/L);

組織勻漿中酶活力:其中保護酶活力單位為U/mg。

SOD=SOD抑制率/50%×反應體系(0.24 mL)/稀釋倍數(shù)(0.02 mL)/待測樣本蛋白濃度(mg/mL);

SOD抑制率(%)=

POD=(OD測定-OD空白)/[12×比色光徑(1.0 cm)]×[反應液總體積/樣本量(mL)]/反應時間/待測樣本蛋白濃度(mg/mL);

CAT=(OD對照-OD測定)×271×反應液總體積(60×取樣量)/待測樣本蛋白濃度(mg/mL)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS Statistics.17.0軟件進行處理,采用單因子方差分析(ANOVA),平均數(shù)采用Tukey法進行多重比較, 分析不同寄主植物飼養(yǎng)條件下韭菜遲眼蕈蚊發(fā)育歷期、成蟲壽命、雌蟲產(chǎn)卵量以及幼蟲酶活性的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同寄主植物對韭菜遲眼蕈蚊生長發(fā)育和繁殖力的影響

不同寄主對韭菜遲眼蕈蚊的主要生物學參數(shù)具有顯著影響。取食大蔥的韭菜遲眼蕈蚊發(fā)育期合計最長(31.91 d),與取食生菜的差異顯著(30.96 d),但與取食馬鈴薯和韭菜的差異不顯著,后兩者分別為31.87 d和31.64 d(F3,330=3.110,P=0.027)。其中幼蟲取食韭菜的雌、雄成蟲壽命最長,分別為3.2 d(F3,165=15.906,P<0.001)和2.36 d(F3, 158=10.225,P<0.001),顯著長于其他3種寄主飼養(yǎng)的成蟲;且取食韭菜的單雌產(chǎn)卵量最多(90.23粒)(F3,155=33.872,P<0.001)(表1)。

表1不同寄主植物對韭菜遲眼蕈蚊生長發(fā)育和繁殖的影響1)

Table1EffectsofdifferenthostplantsondevelopmentandfecundityofBradysiaodoriphaga

參數(shù)Parameter生菜 LettucenMean±SE大蔥 ChinesespringonionnMean±SE馬鈴薯 PotatonMean±SE韭菜 ChinesechivesnMean±SE卵期Eggduration110(3．23±0．04)a110(3．00±0．05)b110(3．13±0．003)ab110(3．05±0．06)b幼蟲期Larvalduration100(23．83±1．04)b102(24．52±0．18)a87(24．62±0．22)a108(24．18±0．23)a蛹期Pupalduration96(3．91±0．08)a93(4．25±0．13)a72(4．04±0．10)a106(4．25±0．10)a發(fā)育期合計Totalpre?adultduration90(30．96±0．19)b83(31．91±0．28)a60(31．87±0．28)ab100(31．64±0．26)ab雌成蟲壽命Femalelongevity48(2．05±0．11)b42(2．32±0．17)b27(2．30±0．18)b53(3．20±0．18)a雄成蟲壽命Malelongevity42(1．50±0．09)b41(1．59±0．11)b33(1．41±0．12)b47(2．36±0．18)a單雌產(chǎn)卵量Fecundityperfemale38(71．33±4．75)b34(37．71±6．44)c30(52．00±5．83)c47(90．23±1．87)a

1) 表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標準誤,同行數(shù)據(jù)后標有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。 Data in the table are mean±SE, and different letters within the same row indicate significant difference (P<0.05).

2.2 不同寄主植物對韭菜遲眼蕈蚊4齡老熟幼蟲保護酶的影響

取食馬鈴薯的韭蛆SOD活力(12.86±0.60 U/mg)最小,顯著低于取食生菜(22.24±0.07 U/mg)、大蔥(24.62±0.87 U/mg)和韭菜(23.76±0.60 U/mg)的韭蛆SOD活力(F3,8=35.471,P=0.001)(圖1)。

圖1 不同寄主植物對韭菜遲眼蕈蚊4齡幼蟲超氧化物歧化酶活性的影響Fig.1 Effects of different host plants on the activity of superoxide in the 4th-instar larvae of Bradysia odoriphaga

取食馬鈴薯(10.45±0.21 U/mg)和生菜(11.08±0.14 U/mg)的韭蛆POD的活力顯著低于取食大蔥(15.93±0.31 U/mg)和韭菜(13.27±0.15 U/mg)的韭蛆POD的活力,其順序依次為:大蔥>韭菜>生菜,馬鈴薯(F3,8=135.171,P=0.000)(圖2)。

圖2 不同寄主植物對韭菜遲眼蕈蚊4齡幼蟲過氧化物酶活性的影響Fig.2 Effects of different host plants on the activity of peroxidase in the 4th-instar larvae of Bradysia odoriphaga

取食韭菜的韭蛆CAT的活力(1.09±0.01 U/mg)最高;取食其他3種寄主(生菜,0.05±0.01 U/mg;大蔥,0.35±0.24 U/mg;馬鈴薯,0.13±0.16 U/mg)韭蛆CAT的活力之間差異不顯著(F3,8=15.794,P=0.001)(圖3)。

圖3 不同寄主植物對韭菜遲眼蕈蚊4齡幼蟲過氧化氫酶活性的影響Fig.3 Effects of different host plants on the activity of catalase in the 4th-instar larvae of Bradysia odoriphaga

3 討論

植食性昆蟲的生長發(fā)育和繁殖與寄主植物中含有的蛋白質(zhì)、碳水化合物等營養(yǎng)成分密不可分。寄主植物決定了昆蟲能否完成正常的生命活動,比如,寄主的找尋、個體發(fā)育、交配和產(chǎn)卵等[13-14]。本文研究發(fā)現(xiàn)韭蛆取食不同寄主植物后對其發(fā)育歷期有一定的影響,取食生菜、馬鈴薯和韭菜的韭菜遲眼蕈蚊卵期長于取食大蔥的,而取食生菜和韭菜的幼蟲發(fā)育歷期短于取食大蔥和馬鈴薯這兩種寄主植物的。這與Zhang 等[7]研究韭蛆在人工飼料、韭菜、生菜、黃瓜、洋蔥及大白菜上卵和幼蟲的發(fā)育歷期的結(jié)果一致。而幼蟲期取食韭菜的雌、雄成蟲壽命明顯長于其他3種寄主飼養(yǎng)的成蟲壽命;且取食韭菜的單雌產(chǎn)卵量最多。薛明[8]也發(fā)現(xiàn)不同寄主飼喂韭菜遲眼蕈蚊后其存活率和單雌產(chǎn)卵量均存在顯著差異,其中以取食韭菜的最高。通過比較4種寄主植物,發(fā)現(xiàn)韭菜遲眼蕈蚊在韭菜上的各種生命參數(shù)比其他幾種寄主植物好,因此認為韭菜對韭菜遲眼蕈蚊生長發(fā)育和繁殖有一定的促進作用。

[1] 楊集昆,張學敏.韭菜蛆的鑒定遲眼蕈蚊屬二新種[J].北京大學學報,1985,11(2): 153-156.

[2] 馮惠琴,鄭方強. 韭蛆發(fā)生規(guī)律及防治研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報, 1987, 18(1):71- 80.

[3] 劉長珉,張美燕,張萬吉,等.韭菜地蛆生長規(guī)律及防治[J].北方園藝,1991,79(10): 6-7.

[4] 騰玲,童賢明.杭州市郊韭菜遲眼蕈蚊(韭蛆)的發(fā)生與防治[J].中國蔬菜,2000(6):39-40.

[5] 黨志紅,董建臻,高占林,等.不同種植方式下韭菜遲眼蕈蚊發(fā)生為害規(guī)律的研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報,2001,24(4):65-68.

[6] 薛明,王永顯.韭菜遲眼蕈蚊無公害治理藥劑研究[J].農(nóng)藥,2002,41(5):29-31.

[7] Zhang Peng, Liu Feng, Mu Wei, et al. Comparison ofBradysiaodoriphagaYang and Zhang reared on artificial diet and different host plants based on an age-stage, two-sex life table[J]. Phytoparasitica, 2015,43:107-120.

[8] 薛明,王承香,龐云紅.韭菜遲眼蕈蚊對寄主植物的適應性研究[M]∥成卓敏. 農(nóng)業(yè)生物災害預防與控制研究. 北京:中國農(nóng)業(yè)科學技術(shù)出版社,2005:545-548.

[9] 邱寶利,任順祥,林莉,等. 不同寄主植物對煙粉虱發(fā)育和繁殖的影響[J].生態(tài)學報,2003,23(6):206-121.

[10] 安志蘭,褚棟,郭篤發(fā),等.寄主植物對B型煙粉虱(Bemisiatabaci)幾種主要解毒酶活性的影響[J].生態(tài)學報,2008,28(4): 1536-1543.

[11] Krishnan N, Kodrík D. Antioxidant enzymes inSpodopteralitoralis(Boisduval):are they enhanced to protect gut tissues during oxidative stress [J].Journal of Insect Physiology, 2006, 52(2):11-20.

[12] 肖金花,肖暉,黃大衛(wèi).生物分類學的新動向——DNA條形編碼[J].動物學報,2004,50(5): 852-855.

[13] Wassermann S S, Futuyma D J.Evolution of host plant utilization in laboratory populations of the southern cowpea weevilCallasobruchusmaculatusFabricius (Coleopteran: Bruchidae)[J]. Evolution, 1981, 35(4):605-617.

[14] Facknath S, Lalljee B.Effect of soil-applied complex fertilizer on an insect-host plant relationship:LiriomyzatriffoliionSolanumtuberosum[J].Entomologia Experimentalis et Applicata, 2005,115(1):67-77.

[15] 方允中,李文杰.自由基與酶基礎(chǔ)理論及其在生物學和醫(yī)學中的應用[M].北京:科學出版社,1989.

[16] 周奮啟,陸艷艷,姚遠,等.不同寄主植物對B型煙粉虱種群保護酶和解毒酶的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學報, 2011, 27(1):57-61.

[17] Felton G W, Summers C B.Antioxidant systems in insects [J].Archives of Insect Biochemistry and Physiology, 1995, 29: 187-197.

[18] Dubovskiy I M, Martemyanov V V, Vorontsova Y L, et al. Effect of bacterial infection on antioxidant activity and lipid peroxidation in the midgut ofGalleriamellonellaL. larvae ( Lepidoptera: Pyralidae)[J].Comparative Biochemistry and Physiology,2008,148: 1-5.

[19] 張林林,李艷紅,仵均祥.不同寄主植物對小地老虎生長發(fā)育和保護酶活性的影響[J].應用昆蟲學報,2013,50(4):1049-1054.

[20] 高廣春,李軍,鄭許松,等.香根草提取物對二化螟生長發(fā)育及體內(nèi)保護酶活力的影響[J].科技通報,2015,31(5):97-101.

[21] 趙俊紅,劉軍俠,姜文虎,等.SO2脅迫對異色瓢蟲的生長發(fā)育及保護酶的影響[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報,2011,34(1):87-91.

(責任編輯： 田 喆)

Effectsoffeedingondifferenthostplantsondevelopment,reproductionandprotectiveenzymesofBradysiaodoriphaga

Yang Yuting1,2, Shi Caihua1,2, Cheng Jiaxu1,2, Zhang Youjun2

(1.YangtzeUniversity,Jingzhou434025,China; 2.InstituteofVegetablesandFlowers,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)

In order to explore the influence ofBradysiaodoriphagalarvae feeding on different host plants on their development, and try to find out the cause of the variance of development by analyzing the protective enzymes ofB.odoriphaga. Four host plants (Chinese chives, lettuce, Chinese spring onion, potato) were chosen to feed the larvae ofB.odoriphaga; generation period (egg stage, larval stage, pupal stage) and fecundity were counted, and the protective enzyme system (superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD)) of the larvae ofB.odoriphagafeeding on three different hosts were assayed. The next generation of egg stage ofB.odoriphagawas the longest (3.23 d) and the larval stage was the shortest (23.83 d) when feeding on lettuce and was significantly different from that when feeding on Chinese chives (3.05 d and 24.16 d, respectively). The developmental duration (egg stage + larvae stage + pupal stage) ofB.odoriphagawas the longest (31.91 d) when feeding on Chinese spring onion and significantly different that when feeding on lettuce (30.96d), but not significantly different from those when feeding on potato and Chinese chives (31.87d and 31.64d, respectively). Compared with those feeding on the other three host plants, the longevities of adults (female and male) were longest when feeding on Chinese chives, and the fecundity was maximum. The activities of superoxide dismutase (SOD) on lettuce, Chinese chives and Chinese spring onion were significantly higher than on potato, and there was no significant difference in the three host plants; the activity of peroxidase (POD) on Chinese spring onion was the highest, followed by on Chinese chives; the activity of catalase (CAT) on Chinese chives was significantly higher than on the other three host plants. We concluded that the growth ofB.odoriphagawas related to the host plant, and the activities of the three major protective enzyme systems (SOD, CAT, POD) ofB.odoriphagawere not the same.

Bradysiaodoriphaga; host plant; generation period; protective enzyme

S 436.33

： ADOI： 10.3969/j.issn.0529-1542.2017.05.019

2016-11-05

： 2017-02-13

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303027);“十三五”國家重點研發(fā)計劃(2016YED0201000)

* 通信作者 E-mail:zhangyoujun@caas.cn