茶皂素對(duì)東亞飛蝗取食、消化及生長發(fā)育的影響

王銘銘 崔國盈 魏秀紅 張勇娟 季榮 張永軍 何嵐

摘要 為明確茶皂素（tea saponin）對(duì)東亞飛蝗Locusta migratoria manilensis取食、消化及生長發(fā)育的影響，分別測定了13.26、82.88、169.89 mg/L茶皂素溶液對(duì)東亞飛蝗3齡蝗蝻取食量、消化酶活性、生長速率及營養(yǎng)效應(yīng)的影響。結(jié)果顯示，隨著茶皂素濃度增加，試蟲取食量、α-淀粉酶和胃蛋白酶活性、生長速率均顯著下降;13.26 mg/L茶皂素溶液處理后，隨著時(shí)間延長，試蟲體內(nèi)消化酶活性同樣呈顯著下降趨勢，α-淀粉酶和胃蛋白酶活性分別在處理后12 h和24 h時(shí)顯著低于對(duì)照組;茶皂素溶液顯著降低了試蟲的食物轉(zhuǎn)化率和食物利用率，但13.26 mg/L茶皂素處理組試蟲近似消化率高于對(duì)照組。研究結(jié)果表明茶皂素可以顯著抑制東亞飛蝗取食和對(duì)營養(yǎng)的消化及吸收，抑制蝗蝻的生長發(fā)育，是蝗蟲防治潛在的生物制劑。

關(guān)鍵詞 茶皂素;?取食量;?消化酶;?營養(yǎng)效應(yīng)指標(biāo);?生長速率;?東亞飛蝗

中圖分類號(hào)： S 433.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：?A

DOI：?10.16688/j.zwbh.2022224

Abstract In order to determine the effects of tea saponin on feeding， digestion， growth and development of Locusta migratoria manilensis， the effects of 13.26， 82.88 mg/L and 169.89 mg/L tea saponin solution on feed intake， activity of digestive enzyme， growth rate and nutrition effect index of the third instar locusts were determined， respectively. The results showed that with the increase of tea saponin concentration， the food intake， α-amylase and pepsin activities， and growth rate were significantly decreased. After treatment with 13.26 mg/L tea saponin solution， the digestive enzyme activity in the test insect also showed a significant decline trend with the time， α-amylase and pepsin activities were significantly lower than those of the control group 12 h and 24 h after treatment. The tea saponin significantly reduced the food conversion and food utilization of locusts， but the approximate digestibility of individuals treated with the 13.26 mg/L tea saponin was higher than that of the control group. The results showed that tea saponin can significantly inhibit the feeding， digestion and absorption of nutrients， and inhibit the growth and development of locusts. It is a potential biological agent for locust control.

Key words tea saponin;?food intake;?digestive enzymes;?nutritional effect index;?growth rate;?Locusta migratoria manilensis

蝗災(zāi)是世界三大自然災(zāi)害之一，長期以來對(duì)全球農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)造成了嚴(yán)重的影響［1］?；瘜W(xué)防治具有殺蟲效果好、見效快、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，是防治蝗蟲的必要手段。但隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)日益增強(qiáng)，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好的防治方法越來越被人們關(guān)注［2-3］。植物次生代謝物質(zhì)是植物在長期進(jìn)化過程中產(chǎn)生的化合物，在植物抵御不良環(huán)境或植食性昆蟲取食過程中具有重要作用，一般具有環(huán)境友好和昆蟲不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn)［4-5］。我國植物資源豐富，防治蝗蟲的植物次生代謝物開發(fā)潛力巨大［6］。

植物次生代謝物在抵御昆蟲取食中發(fā)揮重要作用［7-8］。植物源拒食劑可以有效阻礙昆蟲取食為害［9］。昆蟲腸道含有多種消化酶，如淀粉酶、蛋白酶等參與物質(zhì)消化和吸收，而植物體內(nèi)含有豐富的防御物質(zhì)，可抑制昆蟲取食、影響昆蟲生長發(fā)育和繁殖［10-11］。例如，蘆?。╮utin）可以抑制亞洲小車蝗Oedaleus asiaticus的生長，0～1%的蘆丁使其生長速率從18.2 mg/d顯著下降至5.9 mg/d［12］。大豆浸提物抑制赤擬谷盜Tribolium castaneum的胰蛋白酶活性［13］。美國白蛾Hyphantria cunea幼蟲取食單寧后生長發(fā)育受到顯著抑制，幼蟲在化蛹過程中全部死亡［14］。菊花中提取的次生代謝物黃烷酮（flavanone）抑制甘藍(lán)夜蛾Mamestra brassicae的生長發(fā)育［15］。經(jīng)印楝素和麻風(fēng)樹油處理過的沙漠蝗Schistocerca gregaria從5齡發(fā)育至6齡所需時(shí)間長于對(duì)照組［16］。由此可見，一些植物次生代謝物可以作為拒食劑、生長發(fā)育抑制劑等有效阻止害蟲種群發(fā)展。

茶皂素（tea saponin）是山茶科Theaceae山茶屬Camellia植物中皂素的統(tǒng)稱［17］。茶皂素對(duì)哺乳動(dòng)物毒性較低，但對(duì)昆蟲有毒害作用［18］。例如，茶皂素顯著增加小菜蛾P(guān)lutella xylostella死亡率，降低試蟲取食量，延長試蟲發(fā)育歷期，抑制其體重增長和生長發(fā)育速率［19］。吳建國等［20］報(bào)道了茶皂素在防治新疆草原蝗蟲中的應(yīng)用，但是茶皂素對(duì)蝗蟲的毒性作用機(jī)理以及蝗蟲對(duì)茶皂素的生理響應(yīng)尚不清楚。本研究旨在明確茶皂素對(duì)東亞飛蝗取食量、消化酶活性、營養(yǎng)效應(yīng)指標(biāo)及生長速率的影響，研究結(jié)果將為合理應(yīng)用茶皂素防治蝗蟲提供理論依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?材料

1.1.1?供試?yán)ハx及小麥

試驗(yàn)所需東亞飛蝗卵購自云南東亞飛蝗養(yǎng)殖場?；嚷阎糜跍囟龋?0±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%和光周期L∥D=14 h∥10 h的人工氣候箱內(nèi)飼養(yǎng)，孵化后飼喂新鮮充足的小麥苗，選擇同齡期的健康3齡蝗蝻供試。

試驗(yàn)所用小麥種子由新疆天博草業(yè)有限公司提供。種子經(jīng)冷水浸泡20 h后平鋪在苗盤上，避光置于15～20℃環(huán)境下培養(yǎng)，每日噴水2～3次保濕，待小麥嫩芽長至1 cm時(shí)，讓其接受光照，收割高為10～15 cm小麥苗用于試驗(yàn)。

1.1.2?供試試劑

30%茶皂素溶液由湖北綠天地生物科技有限公司生產(chǎn)，由新疆維吾爾自治區(qū)蝗蟲鼠害預(yù)測預(yù)報(bào)防治中心提供。根據(jù)本課題組前期的毒力測定結(jié)果，茶皂素對(duì)東亞飛蝗致死的LC5、LC25、LC50分別為13.26、82.88 mg/L和169.89 mg/L，試驗(yàn)按照此濃度將30%茶皂素溶液稀釋備用。

α-淀粉酶活性檢測試劑盒（AKSU030M），胃蛋白酶活性檢測試劑盒（AKPR006M）購于北京盒子生工科技有限公司。

1.1.3?供試設(shè)備

人工氣候箱（GTOP-26OB），浙江托普有限公司;精密電子天平（ME204E），梅特勒-托利多公司;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9070A），上海齊欣科學(xué)儀器有限公司;液氮罐（YDS-30），四川亞西機(jī)器有限公司;多功能酶標(biāo)儀（infinite M200 PRO），瑞士Tecan;微量進(jìn)樣器，上海安亭微量進(jìn)樣器廠;養(yǎng)蟲盒（450 mL），購自淘寶。

1.2?試驗(yàn)方法

1.2.1?茶皂素對(duì)東亞飛蝗取食量、營養(yǎng)效應(yīng)和生長速率的影響

每日稱取4 g新鮮小麥苗，于90℃ 38 h烘干至恒重，記錄鮮重與干重，計(jì)算出干濕重比Pi（Pi=干重/鮮重）。每日稱取4 g新鮮小麥苗，分別在13.26、82.88 mg/L和169.89 mg/L的茶皂素液中浸泡5 s，取出晾干后放入養(yǎng)蟲盒，以蒸餾水浸泡的麥苗為對(duì)照。為每個(gè)養(yǎng)蟲盒接入3頭饑餓12 h大小相似且健康的3齡蝗蝻，每濃度處理10組，于每日上午10時(shí)更換食物，收集前一天食物殘?jiān)凹S便于信封內(nèi)，90℃ 38 h烘干至恒重，用電子分析天平稱取食物殘?jiān)芍丶凹S便干重，連續(xù)記錄3 d。3 d后將存活的試蟲液氮速凍，烘干至恒重后稱取干重，記作處理后試蟲干重。取30頭饑餓12 h同日齡、大小相似的試蟲，稱取鮮重后烘干，稱取干重，記作處理前試蟲平均干體重。計(jì)算每頭試蟲3 d的取食量、近似消化率、食物利用率、食物轉(zhuǎn)化率和試蟲的生長速率。

取食量=Pi×4g-食物殘?jiān)芍?

近似消化率=（取食食物干重-糞便干重）/取食食物干重×100%;

食物利用率=體重增加干重/取食食物干重×100%;

食物轉(zhuǎn)化率=體重增加干重/（取食食物干重-糞便干重）×100%;

生長速率=（處理后試蟲干重-處理前試蟲平均干重）/發(fā)育時(shí)間。

1.2.2?茶皂素對(duì)東亞飛蝗消化酶活性的影響

1.2.2.1?不同濃度茶皂素對(duì)東亞飛蝗消化酶活性的影響

選擇同齡期大小相似且健康的3齡蝗蝻為試驗(yàn)對(duì)象。配制13.26、82.88 mg/L和169.89 mg/L的茶皂素溶液備用，同時(shí)設(shè)置蒸餾水對(duì)照組。用微量進(jìn)樣器取5 μL茶皂素溶液注入試蟲腹部第二腹節(jié)側(cè)面，每濃度注射30頭，對(duì)照組注射蒸餾水。飼養(yǎng)條件如1.1.1，處理后24 h將存活試蟲液氮速凍，置于-80℃冰箱保存。隨機(jī)取處理后的單頭試蟲，按照試劑盒的操作步驟測定消化酶活性，每濃度設(shè)5次生物學(xué)重復(fù)，2次技術(shù)重復(fù)。

1.2.2.2?茶皂素處理后不同時(shí)間東亞飛蝗消化酶活性的變化

配制13.26 mg/L的茶皂素溶液。用微量進(jìn)樣器取5 μL茶皂素溶液注入試蟲腹部第二腹節(jié)側(cè)面，以注射蒸餾水為對(duì)照。飼養(yǎng)條件如1.1.1，于處理后0、12、24 h和48 h將存活試蟲（每時(shí)間段20～30頭）液氮速凍，置于-80℃冰箱保存。隨機(jī)選取處理后的單頭試蟲按照試劑盒的操作步驟測定酶活性，茶皂素處理組與對(duì)照組每組各濃度均設(shè)5次生物學(xué)重復(fù)，2次技術(shù)重復(fù)。

1.3?數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析法分析不同濃度的茶皂素（13.26、82.88 mg/L和169.89 mg/L）處理后對(duì)照組和茶皂素處理組試蟲取食量、生長速率、營養(yǎng)效應(yīng)指標(biāo)、消化酶活性的差異。采用獨(dú)立樣本t測驗(yàn)法分析13.26 mg/L茶皂素處理0、12、24、48 h后處理組與對(duì)照組消化酶活性的差異。差異顯著水平設(shè)為α=0.05。所有分析在SPSS軟件中進(jìn)行。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同濃度茶皂素處理后東亞飛蝗取食量的變化

用不同濃度的茶皂素溶液處理的小麥苗飼喂試蟲后3 d，對(duì)照組，13.26、82.88 mg/L和169.89 mg/L茶皂素溶液處理組每頭試蟲的平均取食量分別為0.21、0.13、0.09 g和0.04 g，隨著茶皂素濃度增加，試蟲取食量顯著下降（F3，36=114.394，P=0.000）（圖1）。

2.2?不同濃度茶皂素處理后東亞飛蝗營養(yǎng)效應(yīng)指標(biāo)的變化

不同濃度的茶皂素溶液處理試蟲后3 d，試蟲食物利用率（F3，36=7.056，P=0.001）和食物轉(zhuǎn)化率（F3，36=14.796，P=0.000）顯著低于對(duì)照組，但是13.26 mg/L茶皂素稀釋液處理組試蟲近似消化率顯著高于對(duì)照組（F3，36=4.221，P=0.012）（表1）。

2.3?不同濃度茶皂素處理后東亞飛蝗生長速率的變化

對(duì)照組，13.26、82.88 mg/L和169.89 mg/L茶皂素處理組試蟲的生長速率分別為15.10、4.35、2.77 mg/d和1.45 mg/d，隨著茶皂素濃度的增加，試蟲生長速率顯著降低（F3，36=79.496，P=0.000）（圖2）。

2.4?茶皂素對(duì)東亞飛蝗消化酶活性的影響

2.4.1?不同濃度茶皂素處理后東亞飛蝗消化酶活性的變化

對(duì)照組，13.26、82.88 mg/L 和169.89 mg/L茶皂素處理組試蟲24 h后，α-淀粉酶活性分別為1.16、0.58、0.33 U/g和0.21 U/g（圖3a），胃蛋白酶活性分別為2.22、1.34、0.67 U/g和0.41 U/g（圖3b）。隨著茶皂素液濃度的增加，試蟲α-淀粉酶（F3，16=109.657，P=0.000）和胃蛋白酶（F3，16=85.772，P=0.000）活性顯著下降，其中169.89 mg/L茶皂素處理組試蟲α-淀粉酶和胃蛋白酶活性分別較對(duì)照組個(gè)體下降了81.90%和81.53%。

2.4.2?茶皂素處理不同時(shí)間后東亞飛蝗消化酶活性的變化

由圖4可知，蒸餾水處理組（對(duì)照）試蟲α-淀粉酶（F3，16=0.404，P=0.752）和胃蛋白酶（F3，16=0.836，P=0.494）活性均未發(fā)生顯著變化。但是，13.26 mg/L茶皂素處理時(shí)，隨著處理時(shí)間延長，α-淀粉酶活性和胃蛋白酶活性顯著下降，處理48 h，處理組試蟲α-淀粉酶活性由0 h的1.01 U/g顯著下降至0.36 U/g（F3，16=33.228，P=0.000），胃蛋白酶活性由0 h的1.93 U/g顯著下降至0.85 U/g（F3，16=17.122，P=0.000）。與對(duì)照組相比，13.26 mg/L茶皂素處理0 h時(shí)α-淀粉酶活性與對(duì)照組無顯著差異（t8=1.218，P=0.258），處理12、24 h和48 h后，茶皂素處理組α-淀粉酶活性顯著低于對(duì)照組（12 h：t8=2.986，P=0.017;24 h：t8=8.853，P=0.000;48 h：t8=11.201，P=0.000）。13.26 mg/L茶皂素處理0 h和12 h，試蟲胃蛋白酶活性與對(duì)照組無顯著差異（0 h：t8=0.523，P=0.615;12 h：t8=2.31，P=0.05），處理24 h和48 h，茶皂素處理組胃蛋白酶活性顯著低于對(duì)照組（24 h：t8=5.739，P=0.000;48 h：t5.109=6.211，P=0.001）。

3?結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，茶皂素能顯著抑制東亞飛蝗取食，隨著茶皂素濃度增加，試蟲取食量顯著下降。其他學(xué)者也報(bào)道了茶皂素對(duì)昆蟲的抑食作用。例如，用500 mg/L茶皂素水溶液浸泡過的芥藍(lán)Brassica oleracea var. albiflora葉片飼喂菜青蟲Pieris rapae 5齡幼蟲12 h后，幼蟲拒食率高達(dá)100%［21］，用質(zhì)量濃度大于800 mg/L的茶皂素溶液浸泡過的甘藍(lán)Brassica oleracea var. capitata葉片飼喂菜青蟲3、4、5齡幼蟲，試蟲表現(xiàn)出強(qiáng)烈的拒食性［22］。潘如軍等報(bào)道，濃度為5.0%、10.0%和20.0%的茶皂素對(duì)甘薯小象甲Cylas formicarius 24 h的拒食率均達(dá)90%以上，最高達(dá)到98.57%［23］。茶皂素對(duì)昆蟲具有拒食效果的原因可能有兩個(gè)，一方面茶皂素具有濃烈的苦味，大多數(shù)昆蟲并不喜歡苦味;另一方面可能是昆蟲取食茶皂素后其腸道發(fā)生病變，消化系統(tǒng)功能紊亂，導(dǎo)致厭食反應(yīng)［21］。

茶皂素對(duì)試蟲營養(yǎng)效應(yīng)指標(biāo)和消化酶活性的影響試驗(yàn)結(jié)果顯示，茶皂素可抑制消化酶活性，降低了食物在試蟲體內(nèi)的轉(zhuǎn)化效率和利用效率，限制了試蟲能量的攝入，從而影響試蟲對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，進(jìn)而影響其生長發(fā)育速率。其他研究也發(fā)現(xiàn)了茶皂素對(duì)昆蟲攝食和生長發(fā)育的負(fù)面作用，例如，Yu等研究報(bào)道，茶皂素抑制了小菜蛾的攝食行為和生長發(fā)育［24］。潘如軍等認(rèn)為茶皂素可能具有抗保幼激素活性，使甘薯小象甲幼蟲發(fā)育歷期縮短［23］。涂雄兵等報(bào)道，低溫環(huán)境下，東亞飛蝗蝗蝻感染綠僵菌后其近似消化力較高但食物轉(zhuǎn)化率較低，這可能與蝗蟲體內(nèi)的能量分配有關(guān)，即高消化獲得的能量絕大部分用于抵抗綠僵菌孢子的侵染，用于生長發(fā)育的能量分配則相對(duì)減少［25］。我們研究發(fā)現(xiàn)，茶皂素處理組試蟲食物利用率和食物轉(zhuǎn)化率顯著低于對(duì)照組?？赡苁谴蟛糠帜芰勘挥脕淼钟柙硭氐亩拘悦{迫，用于幼蟲生長發(fā)育的能量減少，因此，試蟲生長發(fā)育速率受到顯著抑制。值得注意的是，13.26 mg/L茶皂素處理組試蟲的近似消化率顯著高于對(duì)照組個(gè)體，但是82.88 mg/L和169.89 mg/L茶皂素處理時(shí)降低至對(duì)照組水平，表明低濃度茶皂素處理下，試蟲可以通過提高消化率來補(bǔ)償取食量的下降，但是隨著茶皂素濃度增加，蝗蟲取食量急劇降低，腸道內(nèi)無足夠的食物用來消化，因而近似消化率下降。

本研究發(fā)現(xiàn)試蟲α-淀粉酶和胃蛋白酶活性分別在13.26 mg/L茶皂素處理后12、24 h被顯著抑制，說明茶皂素可迅速抑制兩種酶的活性，干擾東亞飛蝗的取食、消化。本文未檢測到脂肪酶活性，這可能與植食性昆蟲的食性有關(guān)，東亞飛蝗主要利用植物中的糖類和蛋白質(zhì)，對(duì)脂肪的利用較少［26］。茶皂素導(dǎo)致東亞飛蝗取食量下降，消化酶活性受抑制，降低了食物轉(zhuǎn)化率和食物利用率，必然影響生長發(fā)育速率。

研究結(jié)果為茶皂素對(duì)蝗蟲取食生理及生長發(fā)育的作用補(bǔ)充了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為合理利用茶皂素防治蝗蟲提供了參考。

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（責(zé)任編輯：楊明麗）