昆蟲冷馴化及機(jī)制研究進(jìn)展

梁馨亓，唐思瓊，蘇杰,2，張建萍

（1石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲害治理與植保資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832003；2棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽(yáng) 455000）

0 引言

昆蟲作為一種變溫動(dòng)物，對(duì)季節(jié)的適應(yīng)能力決定其生存狀況，尤其以冬季的低溫影響顯著。低溫冷馴化技術(shù)可以幫助昆蟲度過(guò)冷脅迫環(huán)境，提高耐寒能力。根據(jù)馴化時(shí)間的長(zhǎng)短，將冷馴化過(guò)程分為“快速冷馴化(rapid cold hardening，RCH)”和“長(zhǎng)時(shí)冷馴化(cold acclimation，ACC)”。前者是指在數(shù)小時(shí)甚至數(shù)分鐘內(nèi)，將昆蟲暴露于亞致死溫度下，進(jìn)行低溫鍛煉，來(lái)提高其對(duì)瞬時(shí)低溫脅迫的抵御能力[1]；后者指經(jīng)數(shù)周甚至數(shù)月的冷馴化，增強(qiáng)其低溫耐受性，能讓昆蟲存活于隨后的漫長(zhǎng)寒冬[2]?？焖倮漶Z化具有其臨界誘導(dǎo)值，即一定程度的低溫且持續(xù)一段時(shí)間，才能起到冷馴化效果，而超過(guò)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度反而會(huì)使昆蟲耐寒能力下降[3]。長(zhǎng)時(shí)冷馴化處理溫度相對(duì)溫和，通常利用逐漸降低的溫度和變化的光周期等環(huán)境刺激，使昆蟲保持機(jī)體平衡，死亡率較低，長(zhǎng)時(shí)冷馴化同時(shí)也與昆蟲的越冬息息相關(guān)[4]。

目前，冷馴化技術(shù)一方面能顯著延長(zhǎng)天敵昆蟲的貨架期和提高天敵的寄生率或取食量，為生物防治提供保證，另一方面也為害蟲防治提供思路。玉米螟赤眼蜂Trichogrammaostriniae可寄生亞洲玉米螟Ostriniafurnacalis的卵，其經(jīng)15℃馴化10 d 可長(zhǎng)期儲(chǔ)存[5]；麗蚜小蜂Encarsiaformosa作為煙粉虱Bemisia tabaci和溫室白粉虱Trialeurodesvaporariorum的重要天敵，12℃馴化7 d 可以顯著提高其寄生率[6]；花絨寄甲Dastarcushelophoroides成蟲經(jīng)4℃冷馴化0.5 h 時(shí)最易提高其耐寒性，為中國(guó)寒冷地區(qū)利用其防治光肩星天牛Anoplophoraglabripennis提供基礎(chǔ)[7]。經(jīng)冷馴化后適應(yīng)較低溫度的二星瓢蟲Adaliabipunctata比未經(jīng)處理的其他瓢蟲取食更多的麥長(zhǎng)管蚜Sitobion avenae[8]。南極搖蚊Belgicaantarctica幼蟲經(jīng)快速冷馴化處理后，再冷凍，相比于對(duì)照組存活率顯著提高[9]。東亞飛蝗Locustamigratoriamanilensis的若蟲經(jīng)快速冷馴化后，冷休克恢復(fù)時(shí)間大幅減少[10]。

昆蟲的冷馴化溫度一般控制0℃至發(fā)育起點(diǎn)溫度范圍內(nèi)，但超過(guò)某一限度，則會(huì)對(duì)天敵昆蟲帶來(lái)冷傷害。低溫馴化是資源昆蟲及藥用昆蟲保存的重要方法，同時(shí)通過(guò)低溫馴化了解害蟲的冷適應(yīng)機(jī)制，可為治理蟲害提供思路[11]。

1 冷馴化效果評(píng)估的生物學(xué)指標(biāo)

1.1 過(guò)冷卻點(diǎn)

昆蟲的過(guò)冷卻點(diǎn)(supercooling point，SCP)相關(guān)研究，最早在18 世紀(jì)30 年代，由Bachmetjew 第一次發(fā)現(xiàn)[12]，是昆蟲冷馴化效果評(píng)估最主要、最直接的指標(biāo)。昆蟲的過(guò)冷卻點(diǎn)越低，其耐寒能力越強(qiáng)，即冷馴化效果越好。根據(jù)過(guò)冷卻點(diǎn)，可將昆蟲的耐寒策略分為2種，一種是可以忍受胞外結(jié)冰的耐結(jié)冰型(freezing tolerant)，另一種是通過(guò)降低過(guò)冷卻點(diǎn)來(lái)適應(yīng)低溫脅迫的不耐結(jié)冰型(freezing susceptible)。根據(jù)最新耐寒性分類方法，除了以上2 種類型外，還有冷敏感型(chillsusceptible)，它與過(guò)冷卻點(diǎn)和是否結(jié)冰無(wú)關(guān)，而是在溫度低于體液熔點(diǎn)(melting pointing)時(shí)死亡[2,13]。

DITRICH 等[14]對(duì)始紅蝽Pyrrhocorisapterus種群的品系開展耐寒性測(cè)試，以SCP 作為其耐寒性的指標(biāo)；趙靜等[15]研究異色瓢蟲Harmoniaaxyridis耐寒力，統(tǒng)計(jì)了生活于18℃下的成蟲SCP約為-8～-6℃，生活于25℃的成蟲SCP 約為-10～-9℃。但曹凱麗等[16]研究發(fā)現(xiàn)始紅蝽在3 月時(shí)過(guò)冷卻點(diǎn)最低可達(dá)(14.47±0.76)℃，但若將其置于-10℃時(shí)，其存活率僅為28.89%±12.81%，因此不能將過(guò)冷卻點(diǎn)作為昆蟲冷馴化效果評(píng)估的唯一指標(biāo)。

1.2 其他指標(biāo)

低溫耐受能力的衡量指標(biāo)除過(guò)冷卻點(diǎn)(SCP)外，冷昏迷開始時(shí)間、冷昏迷恢復(fù)時(shí)間、致死下限等也是重要指標(biāo)[13]。在一些研究中，不同學(xué)者會(huì)根據(jù)試驗(yàn)具體情況，確定昆蟲冷馴化效果評(píng)估的指標(biāo)。如評(píng)估對(duì)Gryllusveletis經(jīng)-2℃下72 h 馴化后效果時(shí)，采用冷昏迷恢復(fù)時(shí)間作為指標(biāo)，結(jié)果表明其從(16.8±4.9)min 降至(5.2±2.0)min[17]；也有一些學(xué)者采用半致死溫度(lethal temperature of 50%，LT50)作為衡量指標(biāo)，如關(guān)于始紅蝽自然種群冷馴化試驗(yàn)中，普通條件下半致死溫度最低為-8.53℃，0℃馴化后降至-9.21℃[16]；還有一些學(xué)者采用冰點(diǎn)(freezing point，F(xiàn)P)作為評(píng)估指標(biāo)，結(jié)果顯示Solenopsisjaponica經(jīng)快速冷馴化后的冰點(diǎn)從-11.3℃降低至-15.3℃[18]。

2 影響昆蟲冷馴化效果的因素

2.1 生物因素

2.1.1 昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育情況一般昆蟲的越冬蟲態(tài)低溫耐受能力較強(qiáng)，生長(zhǎng)發(fā)育期的蟲態(tài)耐寒力低。銹赤扁谷盜Cryptolestesferrugineus未經(jīng)馴化和馴化后的SCP，卵分別為(-25.4±0.5)℃和(-25.1±0.2)℃；低齡幼蟲分別為(-23.4±0.4)℃和(-25.5±0.5)℃；末齡幼蟲分別為(-22.4±0.4)℃和(-22.2±0.4)℃；蛹分別為(-24.6±0.3)℃和(-25.1±0.4)℃；成蟲分別為(-21.4±0.5)℃和(-23.7±0.4)℃[19]，因此針對(duì)銹赤扁谷盜的冷馴化，對(duì)低齡幼蟲和成蟲的馴化更有效。甜菜夜蛾Spodopteraexigua蛹耐寒性最強(qiáng)，其后依次為幼蟲、成蟲，卵的耐寒性最低[20]。同一蟲態(tài)的不同發(fā)育階段也存在差異。東亞飛蝗的卵在經(jīng)30℃降溫至-10℃（速度為0.05℃/min）的冷馴化處理后，再置于低溫環(huán)境中（-10℃暴露10 h），發(fā)現(xiàn)發(fā)育中期和后期的卵存活率更高[21]。

2.1.2 滯育滯育是昆蟲為抵御不良環(huán)境，如高溫、低溫、干旱等，而形成的一種適應(yīng)機(jī)制。滯育對(duì)冷馴化效果具有促進(jìn)作用，因此利用好冷馴化和滯育的交互作用，昆蟲耐寒力可以得到顯著提高。10L:14D 光周期誘導(dǎo)甘薯小象甲Cylasformicarius的生殖滯育顯著提高了其成蟲的耐寒性[22]。Lepidosaphesmalicola卵的最高孵化水平（孵化率為80%），即最高耐寒性，出現(xiàn)在滯育結(jié)束時(shí)（3月）冷馴化的卵中[23]。

2.2 非生物因素

2.2.1 溫度不同的馴化溫度和馴化時(shí)間顯著影響冷馴化效果，1.2 中已有論述。需補(bǔ)充的是，若在昆蟲進(jìn)行冷馴化時(shí)對(duì)其進(jìn)行高溫間斷，即變溫(fluctuating thermal regime，F(xiàn)TR)，比長(zhǎng)久暴露于恒定的低溫(constant low temperature，CLT)下，存活率明顯提高，這是由于間斷性的高溫可以修復(fù)冷脅迫帶來(lái)的損害。異色瓢蟲經(jīng)相同時(shí)間低溫暴露，成蟲的存活率從高到低依次為：18℃變溫處理、25℃變溫處理、18℃恒溫處理、25℃恒溫處理[15]。同時(shí)，馴化溫度與馴化時(shí)間也存在交互作用，當(dāng)對(duì)玉米螟赤眼蜂15℃馴化10 d后冷藏保存，出蜂卵數(shù)達(dá)峰值為66.75±3.50，出蜂率為64.91%±2.04%；10℃馴化20 d 后冷藏保存，出蜂卵數(shù)為56.75±4.84，出蜂率達(dá)峰值為75.50%±6.7%[5]。

2.2.2 光周期光周期反應(yīng)晝夜與季節(jié)變化，主要影響滯育的過(guò)程。昆蟲為了保證種群繁衍及適應(yīng)環(huán)境，需隨著光周期的變化表現(xiàn)出相應(yīng)的抗寒性。主要包括短日照滯育型、長(zhǎng)日照滯育型、長(zhǎng)日照-短日照滯育型和中間滯育型。

溫度和光周期的交互作用會(huì)影響昆蟲的耐寒性，一般情況下，短光照和低溫有利于提高低溫冷馴化的效果。如孟氏隱唇瓢蟲Cryptolaemusmontrouzieri，18℃和8L:16D 光周期或25℃和16L:8D 光周期使馴化的瓢蟲發(fā)育至成年，隨后在10℃和12L:12D 光周期下保持7 d，其過(guò)冷卻點(diǎn)分別為-17.4℃和-16.8℃，比對(duì)照瓢蟲的過(guò)冷卻點(diǎn)-9.9℃顯著降低[24]；MANENTI 等[25]通過(guò)每天減少光周期，即模擬冬季條件，增強(qiáng)了果蠅4個(gè)種Drosophilamelanogaster、D.simulans、D.mercatorum、D.virilis的冷馴化的效果。因此在對(duì)昆蟲開展冷馴化時(shí)，短光照處理應(yīng)成為較優(yōu)選擇。

2.2.3 其他因素目前關(guān)于濕度對(duì)昆蟲冷馴化效果的影響報(bào)道較少，但濕度仍是重要因素。昆蟲生活在自然環(huán)境中，其體內(nèi)的水分，一方面來(lái)自食物，另一方面通過(guò)呼吸、體表滲透等方式從外界環(huán)境中獲取。過(guò)冷卻點(diǎn)是冷馴化效果評(píng)估最主要、最直接的指標(biāo)。有研究表明，當(dāng)溫度在-20℃時(shí)，處于濕地的稻水象甲Lissorhoptrusoryzophilus不耐寒，死亡率達(dá)到100%，而處于干燥環(huán)境的死亡率只有35%[26]；在相同溫度處理下，相對(duì)濕度30%的環(huán)境下二化螟Chilosuppressalis的過(guò)冷卻點(diǎn)低于相對(duì)濕度50%的環(huán)境[27]，即冷馴化效果更好。

飼料等食源對(duì)其冷馴化效果也存在影響，過(guò)于充足的食源會(huì)大大降低冷馴化的效果。倉(cāng)蛾圓柄姬蜂Venturiacanescens在攝食10%蜂蜜液后耐寒力顯著下降，SCP約為(-15.2±0.2)℃，冷馴化效果較差；而未攝食處理組其SCP為(-21.7±0.6)℃(P＜0.01)，這是因?yàn)槭澄镱w粒可以促進(jìn)冰核的產(chǎn)生，在相對(duì)較高的溫度時(shí)促進(jìn)昆蟲體液結(jié)冰使其死亡[28]。另有未攝食的雌性麥蛾柔繭蜂Habrobraconhebetor，其SCP 比已攝食雌蜂的SCP降低了約8℃[29]，即冷馴化效果更好。

綜合以上分析，影響冷馴化效果的生物因素包括昆蟲發(fā)育階段、性別、滯育、激素調(diào)控等，非生物因素包括馴化處理、光周期、濕度等。但目前對(duì)昆蟲冷馴化的研究仍存在一定局限，單一因素或較少因素對(duì)昆蟲冷馴化影響已得到研究，但昆蟲作為自然種群，存在于自然環(huán)境中，其抗寒能力往往是多種因素綜合作用的結(jié)果，因此針對(duì)以上各因素是否存在大范圍的交互作用、及作用大小有待進(jìn)一步深入探討。

3 冷馴化對(duì)昆蟲適合度研究

冷馴化對(duì)昆蟲的影響分為2 種，一種是生物學(xué)層面，主要涉及存活情況、繁殖能力等，一種是生理及分子層面，體現(xiàn)在通過(guò)調(diào)節(jié)昆蟲體內(nèi)各生理生化物質(zhì)含量與活性，提高其耐寒能力。

3.1 存活率及壽命

在一定范圍內(nèi)，昆蟲的存活率及壽命隨馴化溫度的降低及馴化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，如Solenopsis japonica經(jīng)快速冷馴化后在10℃下的存活率提高了44%[18]；在4℃冷馴化5 d后相比于對(duì)照組，冷馴化能顯著提高二化螟絨繭蜂Cotesiachilonis的低溫存活率[30]?？焖倮漶Z化（0℃馴化處理3 h）使飛蝗Locusta migratoria在冷脅迫下的存活率從對(duì)照組的36%提高到74%[31]。適度的低溫馴化（12℃馴化7 d）可以顯著提高麗蚜小蜂Encarsiaformosa成蟲在低溫下的壽命[6]；黑腹果蠅Drosophilamelanogaster在3℃分別冷馴化1、2、3 h，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，壽命逐漸降低[32]。

3.2 生殖力及對(duì)后代的影響

冷馴化對(duì)昆蟲生殖能力、后代的發(fā)育和性別所帶來(lái)的影響，均存在物種差異性。如在4℃下馴化2 h會(huì)降低黑腹果蠅雄性的交配效率，表現(xiàn)為求偶時(shí)間的延長(zhǎng)和交配率的下降[33]；而柑橘木虱Diaphorinacitri的優(yōu)勢(shì)天敵亮腹釉小蜂Tamarixiaradiata隨著馴化溫度的升高(2℃、4℃、6℃、8℃、10℃)，其繁殖力升高，而隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)(3 d、6 d、9 d、12 d)，其繁殖力降低[34]。12℃馴化7 d 可以顯著提高麗蚜小蜂成蟲的羽化率[6]。但ZHENG等[35]冷馴化Leptocybeinvasa發(fā)現(xiàn)，冷馴化不影響后代性比及雌蟲的生殖力。

3.3 其他影響

除以上影響外，冷馴化對(duì)昆蟲體型、行為等也產(chǎn)生影響。異色瓢蟲在低溫18℃下的成蟲體型比25℃下明顯增大，但體型與耐寒能力呈負(fù)相關(guān)，這可能是由于體型增加，可以形成較大的冰晶，從而使耐寒力降低[15]。在10℃馴化6 d后，雌、雄亮腹釉小蜂后足脛骨的大小分別為320.28 μm 和279.63 μm，比對(duì)照組明顯偏大[34]。冷馴化提高了黑腹果蠅的飛行高度，但使其飛行性能下降，此影響依賴于冷暴露的強(qiáng)度，且會(huì)在冷脅迫消失后持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間[36]。這對(duì)研究昆蟲種群的生態(tài)學(xué)和進(jìn)化反應(yīng)具有一定的指導(dǎo)意義。

4 昆蟲冷馴化的機(jī)制

4.1 調(diào)節(jié)抗寒類蛋白活性

熱激蛋白(heat shock protein, HSP)是一種在逆境脅迫中使變性蛋白重新折疊修復(fù)的保護(hù)性、應(yīng)激性的分子伴侶，又稱為“熱休克蛋白”[37]。冷馴化使昆蟲耐寒性提高的最明顯的生理變化為熱激蛋白的表達(dá)量升高。根據(jù)其分子量，可以分為多個(gè)家族，如HSP40、HSP70、HSPl00 和小分子HSP(sHSP)等。SONG 等[30]研究表明二化螟絨繭蜂的HSP40 和HSP90 具有相似的表達(dá)模式，在-12℃低溫暴露時(shí)均顯著上調(diào)，HSP70可被高溫和低溫誘導(dǎo)表達(dá)；CUI 等[31]測(cè)試了飛蝗Locustamigratoria快速冷馴化處理后HSP20.5，HSP20.6，HSP20.7，HSP40，HSP70 和HSP90 的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)除HSP90 外，其余熱激蛋白基因在轉(zhuǎn)錄組水平上的表達(dá)量均顯著上調(diào)；三葉斑潛蠅Liriomyza trifolii經(jīng)-20、17.5、-15、-12.5、-10、-7.5℃低溫馴化后，HSP20、HSP40、HSP70 和HSP90 均響應(yīng)冷馴化，表達(dá)量顯著上調(diào)[38]。

抗凍蛋白(antifreeze proteins,AFPs)是生物為適應(yīng)極端寒冷的環(huán)境，體內(nèi)產(chǎn)生的一種改變冰晶生長(zhǎng)和抑制冰晶重結(jié)晶的蛋白質(zhì)，可以降低昆蟲血淋巴或體液的冰點(diǎn)，且因其具有熱滯活性(thermal hysteresis activity, THA)，又稱“熱滯蛋白”(thermal hysteresis proteins，THPs)[37]。有研究將黃粉蟲Tenebriomolitor初齡幼蟲(11～13 mg)暴露于4℃下4周引起熱滯蛋白濃度增加約20 倍，將末齡幼蟲(100～120 mg)暴露于低溫條件導(dǎo)致熱滯蛋白表達(dá)增加12倍[11]。

抗寒性蛋白除了熱激蛋白、抗凍蛋白外，靶基因研究顯示還有其他的基因與冷適應(yīng)相關(guān)。水通道蛋白(aquaporins,AQPs)是一種促進(jìn)水移動(dòng)穿過(guò)細(xì)胞膜的通道，被認(rèn)為是耐結(jié)冰型昆蟲的關(guān)鍵性蛋白[39]。它對(duì)水在細(xì)胞內(nèi)外的快速移動(dòng)十分重要，當(dāng)結(jié)冰時(shí)，它們能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞體積以及滲透情況。Eurostasolidaginis在秋冬季時(shí)體內(nèi)的水通道蛋白含量升高，證明了水通道蛋白在提高耐寒性上具有一定的作用[40-41]。

4.2 代謝調(diào)節(jié)在昆蟲耐寒性中的作用

4.2.1 離子代謝調(diào)節(jié)在冷馴化中，維持細(xì)胞滲透平衡和離子穩(wěn)態(tài)對(duì)昆蟲的功能運(yùn)行至關(guān)重要。Ca2+、K+、Na+等無(wú)機(jī)離子在溶質(zhì)跨膜過(guò)程中發(fā)揮重要作用，可以調(diào)節(jié)機(jī)體因低溫脅迫引起的有毒代謝產(chǎn)物的積累，維持正常的新陳代謝，但其在不同昆蟲中的作用與代謝變化不完全一致[39]。

快速冷馴化過(guò)程中通常伴隨著細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的增加，東亞飛蝗Ca2+內(nèi)流可以誘導(dǎo)快速冷馴化，也起到減少凍傷的作用[42]，因此細(xì)胞可能通過(guò)Ca2+來(lái)感知溫度并調(diào)整細(xì)胞的生理狀態(tài)；將黑腹果蠅暴露于冷脅迫時(shí)，體內(nèi)K+濃度平衡逐漸被破壞，冷馴化使低溫下K+重吸收相對(duì)減少，促進(jìn)低溫下離子和水穩(wěn)態(tài)的維持[43]；黑腹果蠅在低溫下失去了調(diào)節(jié)Na+平衡的能力，耐冷果蠅的血淋巴Na+濃度較低，使它們能夠維持血淋巴容量，防止高鉀血癥，避免冷脅迫帶來(lái)的損傷[44]。

4.2.2 增強(qiáng)保護(hù)酶系統(tǒng)的活性在逆境條件下，昆蟲體內(nèi)的自由基含量增加，如單線態(tài)氧(1O2)、過(guò)氧化氫(H2O2)、超氧化物陰離子(O2-)等活性氧，對(duì)正常代謝造成損害，即氧化脅迫。其涉及到昆蟲體內(nèi)的抗氧化保護(hù)酶系，即超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過(guò)氧化物酶(peroxidase, POD)、過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)，它們可以清除自由基及活性氧。SOD能轉(zhuǎn)化部分自由基為H2O2，POD、CAT 將H2O2轉(zhuǎn)化為H2O 和O2，因此在SOD、POD、CAT 酶的共同作用下，可以使昆蟲體內(nèi)的自由基維持在一個(gè)低水平，減輕冷脅迫的損害，從而增強(qiáng)其耐寒力[15]。

對(duì)廣聚螢葉甲Ophraellacommuna冷馴化處理，隨著快速冷馴化強(qiáng)度的增加，CAT 和SOD 活性先增后減，而POD 酶活性則相反[3]；石榴螟Ectomyelois ceratoniae經(jīng)冷馴化(-15℃、30 min)后，2 種抗氧化酶SOD和CAT的活性隨著脅迫強(qiáng)度的增加而升高，這表明在冷脅迫中這些酶對(duì)昆蟲起著保護(hù)作用[45]。美國(guó)白蛾Hyphantriacunea從8月至次年3月（秋冬季）SCP與SOD 酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)，即隨著環(huán)境溫度的降低，SCP 逐漸降低，SOD 表達(dá)活性增強(qiáng)，且關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)[46]。而在其他一些昆蟲的滯育中，抗氧化防御機(jī)制卻出現(xiàn)了下調(diào)現(xiàn)象，推測(cè)是因?yàn)闇闆r下的基礎(chǔ)代謝速率下降導(dǎo)致蟲體活性氧積累減少的原因[47]。

4.2.3 脂肪代謝調(diào)節(jié)脂肪作為昆蟲三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，在昆蟲的耐寒性上發(fā)揮重要作用，最主要的是提供能量，在減少昆蟲體內(nèi)自由水含量和游離脂肪影響過(guò)冷卻點(diǎn)等方面也發(fā)揮作用。昆蟲通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)脂肪酸脫飽和酶(fatty acid desaturase,FAD)的活性，提高不飽和脂肪酸的比例，以提高細(xì)胞膜的流動(dòng)性。脂肪的代謝產(chǎn)物甘油，可以降低昆蟲過(guò)冷卻點(diǎn)，提高昆蟲耐寒能力[48]。異色瓢蟲成蟲在較低發(fā)育溫度(18℃)下，體內(nèi)脂肪含量高于室溫下(25℃)[15]；快速冷馴化加速了廣聚螢葉甲成蟲體內(nèi)油脂的代謝，隨著快速冷馴化強(qiáng)度的增加，成蟲體內(nèi)的甘油含量呈曲線變化，并于0℃馴化4 h達(dá)到最高值[16]；Orchesellacincta經(jīng)冷適應(yīng)后成蟲細(xì)胞膜的不飽和脂肪酸組成比幼蟲細(xì)胞膜的多，即膜脂在冷馴化過(guò)程中變得更加不飽和[49]。

由于短鏈脂肪酸的熔點(diǎn)低于長(zhǎng)鏈脂肪酸，一些昆蟲提高短鏈脂肪酸比例（如16C 脂肪酸相對(duì)于18C 脂肪酸的比例），來(lái)提高過(guò)冷卻能力。如經(jīng)低溫馴化的Sarcophagasimilis顯示出較高比例的棕櫚酸（又稱“軟脂酸”）和油酸，其他脂肪酸（硬脂酸、亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸）無(wú)顯著變化[44]。

4.2.4 糖類及其類似物的代謝調(diào)節(jié)海藻糖(trehalose)是昆蟲血淋巴中最重要的糖類物質(zhì)，被稱為昆蟲的“血糖”。在逆境時(shí)可以被降解為葡萄糖，調(diào)節(jié)供能，幫助昆蟲順利度過(guò)逆境脅迫[50]。有研究表明赤擬谷盜Triboliumcastaneum在不同處理下的情況，低溫馴化后的海藻糖和肌醇含量最高[51]；豆莢螟Marucavitrata經(jīng)快速冷馴化使得血淋巴海藻糖濃度顯著升高，且在快速冷馴化期間，海藻糖-6-磷酸合酶的表達(dá)水平顯著上調(diào)[52]。

除了海藻糖，山梨醇、肌醇、果糖等在昆蟲耐寒性上也發(fā)揮重要作用。這些小分子物質(zhì)能夠增強(qiáng)細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)的穩(wěn)固性，防止細(xì)胞出現(xiàn)滲透?jìng)Γ岣呃ハx的耐寒能力。有研究熱帶和溫帶飛蝗種群的卵中8種低分子量糖和多元醇在低溫馴化(5、0、-5℃)下的積累模式，結(jié)果表明大多數(shù)糖和多元醇經(jīng)-5℃馴化后表達(dá)量升高，熱帶種群低溫處理顯著積累果糖、葡萄糖、山梨醇和肌醇，溫帶種群的葡萄糖、甘露醇、山梨醇、肌醇顯著積累[53]。

4.2.5 氨基酸代謝調(diào)節(jié)游離氨基酸在昆蟲體內(nèi)能起調(diào)節(jié)血淋巴的滲透壓的作用，而昆蟲的滲透壓與過(guò)冷卻點(diǎn)有顯著相關(guān)性，即昆蟲體內(nèi)的游離氨基酸含量與耐寒性存在相關(guān)關(guān)系[54]。脯氨酸被認(rèn)為是黑腹果蠅體內(nèi)主要的低溫保護(hù)劑，使果蠅從不耐結(jié)冰型變?yōu)槟徒Y(jié)冰型[55]；長(zhǎng)期的低溫馴化使黑腹果蠅的脯氨酸含量顯著升高[54]。

4.2.6 激素調(diào)控體內(nèi)激素環(huán)境變化影響昆蟲滯育，同樣也影響人為冷馴化的效果。具體表現(xiàn)為內(nèi)分泌系統(tǒng)在接收上游信號(hào)后，會(huì)改變各內(nèi)源激素分泌量來(lái)傳遞相關(guān)信息，以調(diào)控下游信號(hào)通路[56]。滯育激素種類包括保幼激素(juvenile hormone，JH)、蛻皮激素(ecdysone)、胰島素(insulin，RI)、脂動(dòng)激素(adipokinetic hormone，AKH)等。如保幼激素主要作用于昆蟲的發(fā)育和生殖，幼蟲期可阻止昆蟲化蛹，成蟲期調(diào)控雌蟲發(fā)育成熟，影響生殖滯育，從而影響冷馴化的效果[57]。蛻皮激素參與昆蟲的蛻皮與翅芽的生長(zhǎng)，也調(diào)控昆蟲能量代謝，這在昆蟲滯育的解除中發(fā)揮重要作用[58]。胰島素是調(diào)節(jié)昆蟲體內(nèi)糖、脂肪和蛋白代謝的作用，影響昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育，還能夠參與果蠅等一些昆蟲的滯育誘導(dǎo)調(diào)控[59]。滯育激素通過(guò)調(diào)節(jié)昆蟲滯育活動(dòng)，調(diào)控下游信號(hào)，間接地影響冷馴化效果。

綜合以上代謝調(diào)節(jié)分析，發(fā)現(xiàn)昆蟲冷馴化涉及多方面的調(diào)節(jié)，如在寬翅曲背蝗Pararcypteramicroptera meridionalis卵低溫馴化過(guò)程中過(guò)冷卻點(diǎn)、含水量、葡萄糖濃度降低，脂肪、海藻糖、甘油、肌醇、山梨醇含量升高；檢測(cè)的低分子糖和多元醇中，海藻糖濃度最高，其次是甘油；脯氨酸和谷氨酰胺分別增加了46.3%和13.2%，且與過(guò)冷卻點(diǎn)呈負(fù)相關(guān)[60]。雖然已有少數(shù)研究明確了冷馴化時(shí)昆蟲不同的生理及分子機(jī)制反應(yīng)，但其交互影響及內(nèi)在聯(lián)系有待進(jìn)一步發(fā)掘。

5 總結(jié)與展望

冷馴化是提高昆蟲耐寒性的關(guān)鍵技術(shù)之一，學(xué)者們廣泛使用長(zhǎng)時(shí)冷馴化和快速冷馴化的方法對(duì)其開展研究，明確影響冷馴化效果的因素、冷馴化對(duì)昆蟲的適合度，探究了冷馴化機(jī)制，但仍存在一些問(wèn)題。第一，相比于長(zhǎng)時(shí)冷馴化的研究，快速冷馴化相關(guān)研究較多，但昆蟲越冬往往采取與長(zhǎng)時(shí)冷馴化相似的方式來(lái)調(diào)節(jié)自身耐寒性，因此可以在誘導(dǎo)快速冷馴化時(shí)延長(zhǎng)降溫時(shí)間，以盡可能模擬自然環(huán)境的降溫。第二，低溫處理期間的高溫間斷，是提高馴化效果的有效手段，目前相關(guān)研究較少，但這種方法可以一定程度上減輕持續(xù)低溫對(duì)昆蟲帶來(lái)的損害，也為實(shí)踐應(yīng)用中的昆蟲保存提供參考。第三，對(duì)于冷馴化的生物學(xué)影響和生理機(jī)制的研究，各因子的交互作用及內(nèi)在聯(lián)系亟待進(jìn)一步探索。第四，冷馴化技術(shù)的機(jī)制研究上仍有許多發(fā)展空間，如對(duì)快速冷馴化，僅發(fā)現(xiàn)了一些重要的上游因子如Ca2+濃度，而下游調(diào)控過(guò)程較為模糊。

昆蟲冷馴化技術(shù)有利于使用天敵昆蟲進(jìn)行生物防治，推動(dòng)建設(shè)綠色中國(guó)，同時(shí)通過(guò)冷馴化技術(shù)，可以分析農(nóng)林害蟲的越冬情況及耐寒能力，為科學(xué)防治提供依據(jù)，還可以為一些資源昆蟲、藥用昆蟲的保存提供參考，具有良好發(fā)展前景。