紫外輻射對三葉草彩斑蚜3種保護酶活性的影響

盧亞菲，張 祥，王 廣，馬 雯，劉長仲

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院 / 甘肅省農(nóng)作物病蟲害生物防治工程實驗室，甘肅 蘭州 730070）

三葉草彩斑蚜(Therioaphis trifolii)屬半翅目(Hemiptera)[1]斑蚜科(Drepanosiphidae)，別名苜蓿斑蚜、苜蓿斑翅蚜，1954 年最早發(fā)現(xiàn)于美國新墨西哥州[2-4]，目前在國外分布于北美、大洋洲等地，在我國主要分布于甘肅、寧夏、北京、河北、山西、云南、東北等地[5-7]。三葉草彩斑蚜的為害是造成苜蓿品質(zhì)和產(chǎn)量下降的主要原因之一[8]。前人在三葉草彩斑蚜的損失為害[6-7]、天敵作用評價[9-10]、種群動態(tài)[11-12]、種群生命表[13]、綜合防治[14-17]等方面進行了相關(guān)報道，但是關(guān)于紫外輻射對三葉草彩斑蚜保護酶活性影響的研究未見報道。

保護酶系作為昆蟲體內(nèi)主要的保護系統(tǒng)，在昆蟲受到逆境脅迫時，過氧化氫酶 (CAT)、過氧化物酶 (POD) 和超氧化物歧化酶 (SOD)可以調(diào)節(jié)逆境條件下昆蟲體內(nèi)自由基的變化，降低活性氧等其他氧化物質(zhì)對細胞膜系統(tǒng)的破壞[18]。紫外輻射[19-20]、殺蟲劑[21]、溫度等逆境脅迫都會使昆蟲體內(nèi)自由基平衡被打破，同時激活保護酶系，以抵御逆境脅迫帶來的傷害。近年來大氣平流層臭氧總量的減少，使到達地表的有效紫外輻射增多[22]，對整個生物系統(tǒng)都有較大的影響。紫外輻射會引起較強的生物學(xué)效應(yīng)，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)昆蟲在受到紫外輻射時，體內(nèi)CAT、POD和SOD 3種酶會共同協(xié)調(diào)，以抵御紫外脅迫，同時昆蟲體內(nèi)的幾種同工酶[23]、乙酰膽堿酯酶和羧酸酯酶[24]在紫外輻射下也會發(fā)生變化。在大田環(huán)境下，增加紫外(UV-B)輻射的強度會對麥田生態(tài)系統(tǒng)中昆蟲種群數(shù)量動態(tài)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致麥田結(jié)構(gòu)簡單化，同時減少雜草和大型土壤動物的種類和數(shù)量[25]、減少田間害蟲的發(fā)生量以及改變害蟲的危害生態(tài)位[26]。有不少學(xué)者已經(jīng)在UV-B對蚜蟲的影響方面做了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)紫外輻射會抑制蚜蟲的生長和繁殖，增加有翅蚜的數(shù)量，導(dǎo)致存活率下降[26-28]，但對其作用機制進行的研究較少。因此，本研究以三葉草彩斑蚜為對象，對其連續(xù)輻射8代，通過測定保護酶活性的變化，探究UV-B輻射對三葉草彩斑蚜保護酶系的影響，明確UV-B輻射下三葉草彩斑蚜的適應(yīng)性反應(yīng)，以期為三葉草彩斑蚜的田間監(jiān)測預(yù)報和綜合治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

將采集于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)實驗基地的三葉草彩斑蚜，選取無翅成蚜，置于盆栽的甘農(nóng)5號紫花苜蓿(Medicago sativa)植株上，自然擴繁3代以上，供試驗使用。飼養(yǎng)條件：溫度(25 ± 1) ℃，相對濕度 (70 ± 10)%，光周期 16∶8(L∶D)。

試驗所需甘農(nóng)5號紫花苜蓿種子由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

1.2 試驗處理

1.2.1 供試蟲體飼養(yǎng)

“離體葉片”飼養(yǎng)法。依次將一張定性濾紙、脫脂棉(厚度不超過2 mm)和苜蓿葉片平鋪于培養(yǎng)皿(直徑9 cm)中。葉片背面朝上，用脫脂棉包裹其葉柄，將清水注入培養(yǎng)皿中，以確保葉片的新鮮。將1頭初生若蚜接入培養(yǎng)皿中單頭飼養(yǎng)。試蟲飼養(yǎng)條件：溫度 (25 ± 1) ℃，相對濕度 (70 ± 10)%，光周期 16∶8(L∶D)。

1.2.2 供試蟲體處理

將若蚜 (無翅成蚜 12 h 內(nèi)產(chǎn))待其取食 12 h 后置于40 W紫外燈下(垂直距離為30 cm)分別處理20、30、40、50和 60 min，對照 (CK)用白熾燈照射。每組處理65頭，每天照射1次，連續(xù)照射6 d，照射完成后收集蚜蟲備用。連續(xù)8代。

1.3 試驗方法

1.3.1 酶液制備

酶液制備方法參考袁偉寧[28]和張艷霞[29]的方法進行，試驗設(shè)3次重復(fù)，每次重復(fù)將6頭三葉草彩斑蚜試蟲稱重，洗凈后置于預(yù)冷的試管中，加入 50 mmol·L-1pH 7.8的預(yù)冷磷酸緩沖液 (PBS)1 mL；在提前預(yù)備好的冰塊上研磨至勻漿，4 ℃、10 000 r·min-1離心 10 min，移取上清液備用，上清液即為酶液，用于酶活的測定。

1.3.2 超氧化物歧化酶(SOD)活性測定

采用氮藍四唑比色法[29-30]，用酶標儀對吸光值進行測定。

1.3.3 過氧化氫酶(CAT)活性測定

CAT活性測定采用紫外吸收法，具體操作參照趙會杰等[31]和張艷霞[29]的方法進行，活性計算時以每分鐘OD值減少0.01為1個酶活性單位(U)。

1.3.4 過氧化物酶(POD)活性測定

用愈創(chuàng)木酚比色法對POD的活性進行測定，具體操作參照Cakmak和Marschner[32]、張艷霞[29]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理軟件為SPSS 19.0，對同一世代和同一UV-B輻射處理時間分別進行方差分析檢驗，多重比較運用新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫外輻射(UV-B)對三葉草彩斑蚜CAT活性的影響

紫外輻射對三葉草彩斑蚜體內(nèi)CAT活性有顯著影響(表1)，F(xiàn)1～F7代各時間處理均顯著大于對照(P＜ 0.05)，且均在總體上出現(xiàn)低→高→低的變化，除F1代在30 min處理出現(xiàn)最大值，其余世代均在40 min處理出現(xiàn)最大值，分別為同一世代對照的 3.63、12.84、7.58、6.10、4.63、3.39和 2.28倍。在F8代 30 min處理時為最小值，僅為對照的68.96%。各處理CAT活性均隨著輻射世代的增加出現(xiàn)低→高→低的變化，分別在F6、F2、F2、F3、F3代出現(xiàn)最高值，為同時期對照的2.73、3.63、6.82、7.47和6.29倍。F8代除對照外，各處理均顯著低于 F1代 (P＜ 0.05)。

表1 紫外(UV-B)輻射對三葉草彩斑蚜CAT活性的影響Table 1 Effects of ultraviolet (UV-B) radiation on CAT activity in Therioaphis trifolii U·(g·min)-1

2.2 紫外輻射(UV-B)對三葉草彩斑蚜對POD活性的影響

三葉草彩斑蚜POD活性隨著輻射時間的延長和輻射代數(shù)的增加均呈現(xiàn)低→高→低的變化(表2)，在F1～F8代各處理POD活性和同世代的對照相比均增加，除F5代在處理30 min時出現(xiàn)最高值(較對照增加72.22%)外，其余世代均在處理40 min時出現(xiàn)最高值，分別高出同世代的對照23.18%、28.88%、34.07%、50.00%、108.63%、52.40%和52.30%。F4～F8代各處理均顯著高于同世代的對照 (P＜ 0.05)。處理 30 min 在 F5代出現(xiàn)最大值，其余處理均在F6代達到最大值，分別高出同世代的對照64.60%、108.63%、96.68%和75.88%。各處理F1與F2、F2與F3、F3與F4間無顯著差異(P＞ 0.05)，而 F1與 F4代差異顯著 (P＜ 0.05)，F(xiàn)5代 POD 酶活性除對照外均顯著高于 F4代 (P＜ 0.05)。

表2 紫外(UV-B)輻射對三葉草彩斑蚜POD活性的影響Table 2 Effect of ultraviolet (UV-B) radiation on POD activity in Therioaphis trifolii U·(g·min)-1

2.3 紫外輻射(UV-B)對三葉草彩斑蚜對SOD活性的影響

紫外輻射對三葉草彩斑蚜體內(nèi)SOD酶活性有顯著影響(表3)，在F1～F8代各處理均顯著高于同世代的對照(P＜ 0.05)，各世代SOD活性均隨輻射時間的延長呈現(xiàn)低→高→低的變化趨勢，除F6代外其余世代均在處理40 min時出現(xiàn)最大值，分別為同世代對照的2.91、3.31、3.98、4.60、4.91、3.98和3.72倍。F1～F3代各世代相鄰兩個處理間均有顯著差異 (P＜ 0.05)。F1～F8代 20～60 min 處理 SOD活性均出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且均在F6代出現(xiàn)最大值，分別為同處理F1代的1.72、1.82、1.78、4.16和1.86倍。40和50 min處理相鄰兩個世代間變化顯著 (P＜ 0.05)。

3 討論與結(jié)論

紫外輻射會影響蚜蟲的生長發(fā)育和繁殖，同時影響其取食等行為，甚至造成蚜蟲的種下分化。有學(xué)者通過對麥長管蚜的研究發(fā)現(xiàn)麥長管蚜通過提高體內(nèi)SOD、CAT及POD酶活性水平，來抵抗UV-B對麥長管蚜的危害；短期紫外輻射時SOD、CAT和POD 3種酶共同起作用，清除氧自由基，而長期紫外輻射時SOD和CAT起主要作用[20, 33]；有研究表明，豌豆蚜也會改變體內(nèi)SOD、CAT、POD 3種保護酶的活性，以減少UV-B造成的傷害，而SOD在其中起主要作用[28]。

表3 紫外(UV-B)輻射對三葉草彩斑蚜SOD活性的影響Table 3 Effect of ultraviolet (UV-B) radiation on SOD activity in Therioaphis trifolii U·(g·min)-1

本研究表明，紫外輻射會增加三葉草彩斑蚜體內(nèi)CAT、POD、SOD的活性，且CAT、POD和SOD活性隨輻射代數(shù)的增加和輻射時間的延長先升高后降低。具體表現(xiàn)為CAT和SOD活性各處理均顯著高于對照，而POD活性各處理未顯著高于同世代的對照，說明在紫外輻射處理下保護酶系中CAT、SOD比POD酶反應(yīng)明顯，這個結(jié)論與紫外輻射對豌豆蚜[28]和麥長管蚜[20]保護酶的結(jié)論相似。CAT、POD、SOD的活性均隨輻射世代的增加先升高后降低，可能是因為連續(xù)多世代的紫外照射三葉草彩斑蚜后產(chǎn)生的適應(yīng)性反應(yīng)，表明三葉草彩斑蚜通過增加體內(nèi)保護酶的活性抵抗紫外輻射造成的自由基傷害，該結(jié)論與UV-B輻射下麥長管蚜保護酶[20, 33]的變化相似。CAT活性除F1和F8代外，其余世代均在40 min處理出現(xiàn)最大值；SOD活性除F6代外均在40 min處理時活性最高；POD活性除F5代外，其余世代均在處理40 min最高，表明短時間的紫外輻射處理能顯著提高三葉草彩斑蚜的保護酶活性，與麥長管蚜的研究相似[20]，存在差異可能是由于供試蟲體不同造成。

本研究采用室內(nèi)培養(yǎng)方法，與自然環(huán)境存在一定差異。但就結(jié)果來說，與其他學(xué)者進行的連續(xù)多代UV-B對麥長管蚜[20, 33]和豌豆蚜[28]的保護酶活性影響的研究結(jié)果相近，存在差異可能是因為試驗蟲體的不同導(dǎo)致。本研究僅就紫外輻射對三葉草彩斑蚜保護酶的影響做了相關(guān)研究，還可以對保護酶及其他體內(nèi)物質(zhì)含量的變化與種群生物學(xué)特性變化的關(guān)系做進一步的研究，進而為三葉草彩斑蚜的田間種群預(yù)測及綜合防治提供理論基礎(chǔ)。