桃蚜体内酶活性对SO2胁迫的响应

姜文虎，刘军侠，赵俊红，李超丽

(河北农业大学林学院，河北保定071000)

自20世纪80年代以来，许多学者开始关注大气污染对昆虫种群和群落的影响［1－2］，相继研究了SO2胁迫对植食性墨西哥豆瓢虫(Epilachna varivestis Mulsant)［3－4］、粘虫［Mythimna separata(Walker)］［5］、靖远松叶蜂(Diprion jingyuanensis Xiao et.Zhang)［6］、蚜虫(Aphidinea)［7－8］、蚧虫(Coccoidae)［9］等的影响.结果表明，SO2能促进这些害虫的生长发育，增大其取食量和蛹质量，提高食物转化率和成虫生殖力等，从而增大害虫种群数量.SO2对不同昆虫种类的作用有所差异.以往研究表明，SO2胁迫能缩短桃蚜［Myzus persicae(Sulzer)］的龄期，对桃蚜的繁殖有一定促进作用，有利于桃蚜种群发生［10］，并能影响其天敌异色瓢虫［Harmonia axyridis(Pallas)］的生长发育［11］.但有关SO2对昆虫体内酶系活性影响的报道甚少.为此，本文研究SO2处理对桃蚜成虫体内保护酶、解毒酶以及蛋白酶活性的影响，以便进一步明确SO2对桃蚜的作用机制，为SO2胁迫下害虫的综合治理提供依据.

1 材料与方法

1.1 供试植物及蚜虫

供试植物:自河北省保定市农业科学研究所苗圃地购盆栽茄子(Solanum melongena L.)备用.待茄苗长至5－6叶时用于试验，适时浇水，试验期间不施用化肥和农药.

供试蚜虫:采河北农业大学苗圃地桃树的无翅桃蚜接种于盆栽茄子苗上，扩大种群以备用.

1.2 SO2熏气处理

熏气装置为自制木架，长×宽×高为70 cm×50 cm×120 cm，从上到下分3层，高分别为20、38、45 cm，外罩聚乙烯塑料布.气源为北京氦普北分气体有限公司生产的国家级标准SO2，气体浓度为1%，N2为平衡气，气体从钢瓶经减压阀、流量计等装置进入熏气室.参考大气中SO2浓度，并依据预实验SO2对茄苗和蚜虫的影响，设5 个 SO2熏气浓度:0(CK)、42.75、85.50、128.25 和 213.75 mg·m－3，按熏气室体积计算SO2充气浓度，同时用SO2检测仪即时检测气体浓度.每个熏气室为一个浓度处理，每天按时充气至设定浓度，直到试验结束.实验室温度为20－28℃，湿度为70% －85%.

1.3 桃蚜饲养方法

群体饲养:将初孵若蚜自然接种到不同处理的茄子叶片上(每片叶20头)，每个处理3盆并选3片叶子标记，每日观察、标记叶片上蚜虫的蜕皮、各龄期数量及死亡情况.待出现成蚜(5 d)后，分别选取成蚜和茄苗叶片于－70℃冷冻备用.

1.4 酶活性测定

1.4.1 桃蚜酶源制备 称量冷冻桃蚜0.1 g，加入0.05 mol·L－1pH 7.0的磷酸缓冲液10 mL.冰浴下匀浆，4 ℃、10000 r·min－1离心 30 min，取上清液作为酶源.

1.4.2 酶活性测定 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)、过氧化物酶(peroxidase，POD)、蛋白酶、乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase，AChE)和羧酸酯酶(carboxylesterase，CarE)、谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione-S-transferase，GSTs)活性的测定参考文献［12－15］，均设置3次重复.

1.4.3 茄苗酶源制备 称取样品0.1 g，加入适量蒸馏水(约5 mL)，充分研磨，3000 r·min－1离心5 min.将上清液移至小试管中，振荡混匀作为酶液.

1.4.4 茄苗可溶性蛋白质含量测定 利用考马斯亮蓝G-250法［16］测定茄苗可溶性蛋白质含量.设置3次重复.

1.5 数据统计

采用Microsoft Excel 2003软件处理数据，并用DPS软件进行统计分析，差异显著性比较使用Duncan's新复极差法.

2 结果与分析

2.1 SO2对桃蚜体内保护酶活性的影响

2.1.1 SO2对SOD活性的影响 图1表明，低浓度SO2处理可以显著促进桃蚜体内SOD活性;随着SO2浓度升高，SOD 活性逐渐降低.其中，42.75 mg·m－3SO2处理后桃蚜体内SOD活性最高，为对照的2.14倍，差异达极显著水平(P ＜0.01).这是由于在低浓度SO2处理下，桃蚜体内O2消耗量增大，导致虫体内HO－大量增多，并迅速做出免疫反应，表现为SOD活性明显上升，以清除体内的过量自由基;而随着SO2浓度的增大，SOD的合成能力受到抑制，其活性逐渐下降.

2.1.2 SO2对POD活性的影响 从图2可以看出，经不同浓度SO2处理后，桃蚜体内POD活性均有所提高.其中，42.75、85.50、213.75 mg·m－3SO2处理与对照相比差异达极显著水平(P ＜0.01)，128.25 mg·m－3SO2处理与对照差异不显著(P＞0.05).这表明SO2处理后，桃蚜体内产生有毒物质，启动免疫系统合成POD，以维持正常的生理功能.

图1 SO2对桃蚜体内SOD活性的影响Fig.1 Effect of SO2on the SOD activity in M.persicae

2.1.3 SO2对CAT活性的影响 从图3可以看出，不同浓度SO2处理后的CAT活性均高于对照，其中仅85.50 mg·m－3SO2处理与对照差异显著(P ＜0.05)，其他处理差异均不显著(P ＞0.05).

图2 SO2对桃蚜体内POD活性的影响Fig.2 Effect of SO2on the POD activity in M.persicae

图3 SO2对桃蚜体内CAT活性的影响Fig.3 Effect of SO2on the CAT activity in M.persicae

2.2 SO2对桃蚜体内CarE、GSTs及AChE活性的影响

由表1可见，42.75 mg·m－3SO2处理后桃蚜体内的CarE活性升高，与对照差异达显著水平(P＜0.05);随着SO2浓度的增大，CarE活性呈下降趋势，85.50和128.25 mg·m－3SO2处理与对照无显著差异(P ＞0.05);213.75 mg·m－3SO2处理后的 CarE 活性极显著降低(P ＜0.01).

SO2处理后桃蚜体内GSTs活性变化较为明显.其中，42.75 mg·m－3SO2处理后的GSTs活性升高，且与对照差异显著(P＜0.05);85.50 mg·m－3SO2处理后的GSTs活性下降，与对照差异不显著(P＞0.05);128.25 mg·m－3SO2处理后的 GSTs活性又升高，且极显著高于对照(P ＜0.01);213.75 mg·m－3SO2处理后的GSTs活性又下降，且与对照差异不显著(表1).

不同浓度 SO2处理均能提高 AchE 活性，42.75、85.50、128.25 和 213.75 mg·m－3SO2处理后的 AchE活性分别是对照的 3.64、3.33、4.25 和 2.72 倍，但差异均未达到显著水平(表 1).

表1 SO2对桃蚜体内CarE、GSTs及AChE活性的影响1)Table 1 Effects of SO2on the activities of CarE，GSTs and AChE

2.3 SO2对茄苗蛋白质含量及桃蚜蛋白酶活性的影响

2.3.1 SO2对茄苗可溶性蛋白质含量的影响 从图4可见，茄苗可溶性蛋白质含量与SO2浓度呈极显著正相关关系(P＜0.01)，其随SO2浓度的增大而上升.蛋白质营养状况对生物转化过程的影响较为明显，特别是蛋白质营养不足时，各种催化酶类活性将有所降低，影响其代谢转化能力.

2.3.2 SO2对桃蚜蛋白酶活性的影响 如图5所示，不同浓度SO2处理均能增强桃蚜蛋白酶的活性.其中，42.75 mg·m－3SO2处理后的桃蚜蛋白酶活性最高，与对照差异达显著水平(P＜0.05);随着SO2浓度的升高，桃蚜蛋白酶活性降低，与对照相比，差异均未达显著水平(P＞0.05).这可能与茄苗蛋白质含量的增大有关.

图4 SO2对茄苗可溶性蛋白质含量的影响Fig.4 Effect of SO2on the soluble protein content in eggplant seedlings

图5 SO2对桃蚜蛋白酶活性的影响Fig.5 Effect of SO2on the protease activity in M.persicae

3 结论与讨论

尽管国内外已研究了SO2变化对于植物、昆虫的影响，但SO2促进某些植食性昆虫生长的机制尚不明确.Bolsinger et al［17］和 Dohmen et al［18］报道，SO2污染会改变植物的代谢，使植物的游离氨基酸浓度或糖含量发生不同程度的变化.植物组织中的糖类是昆虫生命活动的主要能源底物，氨基酸和蛋白质是昆虫生长发育必不可少的物质，一般认为，SO2污染对某些植食性昆虫生长的促进作用，是通过影响寄主植物中这些成分的含量而间接发生的［19－20］.本试验结果表明，SO2能增大茄苗可溶性蛋白质含量，这会增大细胞渗透浓度和功能蛋白的数量，有助于维持细胞正常代谢，很可能是植物抵抗SO2污染的一种解毒机制;42.75 mg·m－3SO2处理后的桃蚜蛋白酶活性显著升高，其他浓度也能促进桃蚜蛋白酶活性，但未达显著水平，表明随着寄主植物蛋白质含量的增大，以寄主为食的桃蚜体内的蛋白酶含量相应增多，但存在浓度效应.寄主植物营养成分的变化很复杂，可能影响以寄主为食的昆虫生长发育及其体内各种酶的变化，这些均有待深入研究.

昆虫与其他生物体一样，体内存在自由基，在逆境条件下，自由基会增多，对体内功能分子的破坏作用加大.而昆虫体内的保护酶有清除自由基的作用，使其保持在一个较低水平，从而防止自由基毒害;CarE、谷胱甘肽转移酶是害虫体内重要的解毒酶系，在对外源化合物的解毒代谢和杀虫剂的抗性机制中起着重要作用;AChE是抑制神经传导的水解酶，该酶系的变异，能导致害虫耐药能力和抗性水平增强.本试验表明，42.75 mg·m－3SO2能显著促进桃蚜体内SOD、POD、CarE和GSTs的活性，对CAT促进作用不显著;85.50 mg·m－3SO2对3种保护酶活性均有显著促进作用，对CarE、GSTs及AChE活性均无显著影响;128.25 和213.75 mg·m－3SO2处理后，桃蚜体内保护酶活性与对照差异不显著(除213.75 mg·m－3SO2可以显著促进 POD 活性外)，同时，128.25 mg·m－3SO2可以极显著促进 GSTs活性，213.75 mg·m－3SO2可以极显著抑制CarE活性.由此可见，SO2可以促进桃蚜体内主要解毒酶和保护酶活性升高，但其存在浓度效应.此结论与赵俊红等［10］的研究结果吻合，说明桃蚜受到SO2胁迫后，其体内酶系自我调节能力迅速增强，以维持机体正常生理功能，但存在SO2阈值.

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