寄主转换对朱砂叶螨体内的SOD、GSTs和AchE活性的影响①

王嘉婧，赵云龙，潘冠霖，王爽，郑荣欣

（吉林省通化师范学院 通化市 134000）

长久以来，植食性昆虫与植物的相互作用关系是科研领域中特别活跃的领域，国内外诸多学者对其给予了极大的关注。目前，诸多学者从形态、行为、生理、生化、分子等方面对植物的防御反应和昆虫的适应机制进行了探究讨论。保护酶和解毒酶作为昆虫体内两类重要的酶系，对于维持昆虫体内正常的生理生化代谢、分解有毒物质方面具有十分重要的作用，因此常被用来作为生物体内生理状态改变的度量指标[1-3]。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）是昆虫体内十分重要的保护酶，使昆虫免受自由基伤害，增强昆虫的免疫能力，保护昆虫体内的细胞远离不利环境的影响。谷胱甘肽-S-转移酶（gl%utathione-S-transferase，GSTs）、乙酰胆碱酯酶（acetylcholin esterase，AchE）对于昆虫体内的解毒代谢有十分重要的作用。植物在昆虫为害的过程中产生的次生性代谢物可以使昆虫体内解毒酶的活性发生改变，有利于昆虫对植物次生物质产生适应性。本文选择初始寄生在芸豆和豌豆上的朱砂叶螨，将其转移到新的寄主芸豆上检测为害后32 h内4个时间点其体内酶活性的变化。研究朱砂叶螨对寄主防御机制的适应策略有利于加深对两者间协同进化关系的认识，对治理朱砂叶螨和培养抗虫植株有一定的参考意义。

1 材料与方法

1.1 昆虫与供食植物

朱砂叶螨：初始虫源于7月采自通化师范学院温室大棚草莓植株上，经鉴定后，在人工气候室内（25±1℃，相对湿度70%，光周期13L：11D）分别用新鲜芸豆、豌豆饲养纯化3代以上备用，两种寄主饲养的朱砂叶螨不可混合。

芸豆、豌豆：盆栽，长出真叶时待用。

实验用螨：分别将寄主为芸豆、豌豆饲养纯化3代以上的朱砂叶螨所产的卵置于新鲜芸豆、豌豆上，待一周左右长为成虫后供实验用。

1.2 处理方法

在健康芸豆上接初始寄主为芸豆的成螨，每株100头，取食至4 h、8 h、16 h、32 h取样50头，每处理重复3次。

在健康芸豆上接初始寄主为豌豆的成螨，每株100头，取食至4 h、8 h、16 h、32 h取样50头，每处理重复3次。

1.3 酶的提取与活性测定

酶液制备：取50头成螨放入2.0 mL离心管中，加入100 mL冷的生理盐水在冰盒上用玻璃研磨棒研磨，再加200 mL生理盐水冲洗研磨棒。在4℃条件下以4 000 r/min离心15 min，实验酶液取离心上清液。

蛋白质浓度测定：采用考马斯亮蓝G-250法进行测定[4]。

酶活性的测定：SOD和GSTs、AChE活力的测定均使用南京建成生物工程研究所所生产的试剂盒进行测定。

1.4 数据处理及分析

使用SPSS 20.0软件进行数据分析。寄主转换对酶活性的影响采用单因素方差分析，采用Duncan法检验差异显著性。

2 结果

2.1 保护酶SOD活性变化

当初始寄主为芸豆时，取食为害新的芸豆4 h、8 h、16 h体内SOD的酶活性变化差异不显著，而当初始寄主为豌豆时，取食为害8 h、16 h时螨体内SOD活性显著低于4 h，随着为害时间的延长，32 h时两种寄主植物螨体内的酶活力均显著高于其他几个时间的酶活力，SOD酶活力变化趋势均呈先下降后上升，而且可以发现当寄主植物为豌豆时，同一取食时间下虫体内中SOD的酶活性均显著或极显著高于寄主植物为芸豆时的酶活性（图1）。

图1 朱砂叶螨体内SOD酶活性变化

2.2 解毒酶GSTs和AchE活性变化

2.2.1 GSTs

初始寄主为芸豆时，朱砂叶螨取食为害新的芸豆其体内酶活力变化呈先下降后上升趋势，其中8 h、16 h后体内的GSTs活性显著低于取食4 h时的活性，而取食为害32 h后体内的GSTs活性均显著高于4 h、8 h和16 h。初始寄主为豌豆的朱砂叶螨取食为害芸豆体内酶活力变化则呈先上升后下降趋势，8 h、16 h后体内的GSTs活性显著高于取食4 h的GSTs活性；取食为害32 h时的酶活性则显著降低，而且当寄主植物为豌豆时，在一定时间内，可以发现GSTs活性在任意时间下均高于寄主植物为芸豆时的活性，除了32 h差异显著外，其余时间差异均极显著（图2）。

图2 朱砂叶螨体内GSTs酶活性变化

2.2.2AchE

初始寄主为芸豆时，朱砂叶螨取食为害新的芸豆8 h、16 h、32 h的AchE活性比4 h时显著下降，AchE酶活性变化总体呈先下降后上升趋势。初始寄主为豌豆时，虫体AchE活性在8 h是显著下降；16 h时又显著上升，但仍显著低于取食为害4 h时的活性；取食为害时间达到32 h时，朱砂叶螨体内的AchE活性均显著高于其他几个时间段的AchE活性，活性的变化整体均呈先下降后上升的趋势。初始寄主为芸豆的朱砂叶螨在各个取食时间体内的酶活力皆显著高于初始寄主为豌豆的朱砂叶螨，其中4 h和8 h差异极显著（图3）。

图3 朱砂叶螨体内AchE酶活性变化

3 讨论

3.1 朱砂叶螨体内保护酶SOD在寄主适应性中的作用

SOD在动物、植物和微生物体内普遍存在，是一种金属酶，对生物体内的氧化与抗氧化平衡起着至关重要的作用，它不仅可以清除超氧阴离子自由基OH-，而且能够使细胞免受伤害[5]。SOD可通过歧化反应使超氧阴离子自由基歧化为H2O2，进一步被其余保护酶（CAT和POD等酶）作用分解[6]。本研究发现两种寄主植物螨体内的SOD酶活力总体呈先下降后上升趋势，这可能是朱砂叶螨在为害寄主短时间内，寄主的保护机制还未及时对朱砂叶螨做出反应，寄主产生的次生代谢物少，对朱砂叶螨影响小，所以先下降。随着为害时间的延长，寄主产生的次生代谢产物增多，对朱砂叶螨的影响变大，为了应对这种不利情况，朱砂叶螨体内的SOD酶活性又上升。已接触的寄主相比未接触过的寄主，螨体内的适应机制相对完善，寄主产生的此生代谢产物影响小，所以初始寄主为豌豆的朱砂叶螨在为害的各个时间体内的SOD活力高于初始寄主为芸豆的。

3.2 朱砂叶螨体内解毒酶GSTs、AchE在寄主适应性中的作用

昆虫通过体内解毒酶系对寄主植物产生的次生性物质进行解毒和排毒，对维持正常生理代谢方面起重要作用[2，7-8]。

谷胱甘肽（glutathione，GSH）可和亲电类物质产生反应，是一类三肽硫醇构成的亲核物质。GSTs与GSH催化结合后，GSH的pKa从9.0降至6.0～7.0，使其能与更多亲电试剂发生作用，最终形成低毒、易溶于水的化合物而从体内排出，减少或避免对生物大分子如核酸、蛋白质等亲核物质的破坏[9-10]。GSTs功能多样，主要包括参与内源、外源有毒物质的解毒代谢，保护细胞免受氧胁迫造成损伤，参与物质合成，调节信号通路，使昆虫抗药性产生[11]。本研究发现，初始寄主为芸豆时的朱砂叶螨在取食为害过程中的GSTs总体变化趋势呈先降低后上升趋势，而初始寄主为豌豆时螨体内的酶活性变化呈先上升后下降的趋势，而且后者的酶活力在各个为害时间都要高于前者，这可能是由于面对植物的防御，朱砂叶螨已经接触过的植物，面对它产生的次生代谢物具有相对完善的适应机制，更能引起体内GSTs的快速应对，但是随着为害时间的延长，芸豆所产生的次生代谢物对朱砂叶螨的作用效果逐渐降低，所以初始寄主为芸豆的朱砂叶螨体内的GSTs活性变化呈先上升后下降趋势；而朱砂叶螨对未接触的植物适应机制不完善，在为害短时间内对螨体内的GSTs诱导表达量少，但是随着为害时间的延长，芸豆植株产生的次生代谢产物增加，对朱砂叶螨的不利影响变大，为了适应这种不利影响，螨体内适应机制逐渐完善，所以GSTs活性呈先上升后下降趋势。从整体上看，初始寄主为芸豆的朱砂叶螨比初始寄主为豌豆螨体内的GSTs更容易被诱导。

乙酰胆碱酯酶在生物神经传导中起着十分重要的作用，能够快速水解兴奋性神经递质以保证神经突触传导的正常进行，如果AchE被抑制，昆虫可能会因为过度兴奋而死亡[12]。

研究结果发现，两种寄主的朱砂叶螨体内AchE变化趋势相同，而且随着为害时间的延长，初始寄主为芸豆、豌豆的朱砂叶螨体内酶活性变化趋势均呈先下降后上升趋势，这可能是面对寄主植物所带来的刺激，螨体内的AchE受到一定程度的抑制，对芸豆防御过程中产生的次生代谢产物产生兴奋，但是过度的兴奋容易导致死亡，所以朱砂叶螨对芸豆所带来的刺激产生快速应激反应，促进体内AchE合成，降低兴奋性，所以螨体内的AchE均呈先下降后上升趋势。但是初始寄主为豌豆的朱砂叶螨体内的酶活性要低于初始寄主为芸豆的朱砂叶螨，可见未接触的植物更能引起朱砂叶螨的兴奋。朱砂叶螨取食为害芸豆后体内AchE活性变化趋势与寄主为豌豆时的GSTs活性变化趋势正相反，这可能是AchE和GSTs的功能差异所导致，AchE的主要功能是水解兴奋性神经递质乙酰胆碱以确保神经突触传导的正常进行，但GSTs主要是对内源、外源的有毒物质进行解毒代谢，保护细胞免受氧胁迫造成损伤等。

综上所述，虽然朱砂叶螨对于寄主植物胁迫都有快速应激反应，通过保护酶和解毒酶活性的诱导表达，达到螨体内的动态平衡，但朱砂叶螨在同种寄主之间和不同种寄主间转换的生理适应性存在差异。本研究初步探讨了朱砂叶螨为害寄主植物产生的次生物质对体内保护酶SOD和解毒酶GSTs、AchE的影响。对螨体内的酶系影响，由于昆虫体内存在着多种保护酶和解毒酶系，功能错综复杂，其活性变化与寄主植物体内的营养、次生物质的含量和种类有关，还与害虫的种类、发育阶段相关，可能还受外界环境等因素的影响[13]。影响朱砂叶螨体内保护酶和解毒酶活性的因素中，到底是何种因素占主导作用还需要进一步的研究和验证。