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寄主植物、温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

向玉勇 ,  孙星 ,  殷培峰

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文章导航 > 浙江农林大学学报  > 2020 >  37(2): 311-318
李国栋, 田曼青, 沈仁芳. 拟南芥独脚金内酯突变体叶绿素荧光特性分析[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(1): 36-41. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.006
引用本文: 向玉勇, 孙星, 殷培峰. 寄主植物、温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2020, 37(2): 311-318. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2020.02.016
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LI Guodong, TIAN Manqing, SHEN Renfang. Analysis of chlorophyll fluorescence parameters in leaves of strigolactone mutants of Arabidopsis thaliana[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(1): 36-41. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.006
Citation: XIANG Yuyong, SUN Xing, YIN Peifeng. Effects of host plants and temperatures on digestive enzyme activities in Heterolocha jinyinhuaphaga larvae[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2020, 37(2): 311-318. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2020.02.016
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寄主植物、温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2020.02.016

  • 滁州学院 生物与食品工程学院, 安徽 滁州 239000

基金项目: 

安徽省高校优秀中青年骨干人才国内外访学研修重点项目 gxfxZD2016249

滁州学院科研启动基金资助项目 2019qd02

详细信息
    作者简介: 向玉勇, 教授, 博士, 从事害虫防治研究。E-mail:xyy10657@sohu.com

  • 中图分类号: Q969.93

Effects of host plants and temperatures on digestive enzyme activities in Heterolocha jinyinhuaphaga larvae

  • School of Biology and Food Engineering, Chuzhou University, Chuzhou 239000, Anhui, China

摘要

  • 摘要:   目的  通过研究寄主植物、温度对金银花尺蠖Heterolocha jinyinhuaphaga幼虫消化酶活性的影响，为深入研究金银花尺蠖环境适应性的生理生化机制奠定基础。  方法  采用3，5-二硝基水杨酸法、福林-酚法和标准氢氧化钠溶液滴定法，通过分光光度计和滴定管测定了寄主植物、温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响。  结果  取食3个金银花Lonicera japonica品种‘九丰1号’‘Jiufeng No.1’、‘响水1号’‘Xiangshui No.1’、‘响水2号’‘Xiangshui No.2’和野生金银花后，金银花尺蠖各龄幼虫消化酶活性均不一样。取食野生金银花的金银花尺蠖淀粉酶、蔗糖酶和蛋白酶活性均最高，脂肪酶活性最低，在1龄幼虫中4种消化酶的活性分别为18.37、26.45、22.31和5.54 mmol·g-1·min-1。4种消化酶活性均随着幼虫龄期的增加而增大，取食4种金银花后5龄幼虫的淀粉酶活性分别比1龄幼虫增加了33.39%、27.48%、33.31%和45.29%，蔗糖酶活性分别增加了19.12%、15.02%、14.64%和29.64%，蛋白酶活性分别增加了25.55%、18.69%、21.69%和41.46%，脂肪酶活性分别增加了84.95%、68.04%、68.41%和77.80%。在16~34℃，4种消化酶活性均随着温度的升高表现为先上升后下降的趋势，1~5龄幼虫的淀粉酶活性在22℃最高，分别为19.95、20.57、21.79、23.64和25.86 mmol·g-1·min-1；1~5龄幼虫的蔗糖酶活性在22℃最高，分别为27.65、28.89、29.85、31.45和32.89 mmol·g-1·min-1；1~5龄幼虫的蛋白酶活性在25℃最高，分别为21.65、22.76、23.43、25.71和26.98 mmol·g-1·min-1；1~5龄幼虫的脂肪酶活性在28℃最高，分别为7.38、8.49、9.81、11.33和13.21 mmol·g-1·min-1。方差分析显示：寄主植物和幼虫龄期的交互作用，以及温度和幼虫龄期的交互作用对金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性均没有显著影响。  结论  寄主植物、温度能影响金银花尺蠖幼虫消化酶的活性。
    Abstract:   Objective  This research aims to study the effects of host plants and temperatures on digestive enzyme activities in Heterolocha jinyinhuaphaga larvae, and lay a foundation for further research on their physiological and biochemical mechanism of environmental adaptation.  Method  Effects of these factors on digestive enzyme activities in H. jinyinhuaphaga larvae were studied through ultraviolet spectrophotometry and burette in laboratory by using 3, 5-dinitrosalicylic acid method, fulin-phenolic method, and standard sodium hydroxide solution titration method.  Result  Digestive enzyme activities of each H. jinyinhuaphaga larva differed after feeding on 'Jiufeng No. 1', 'Xiangshui No. 1', 'Xiangshui No. 2' and a wild variety of Lonicera japonica. The H. jinyinhuaphaga larvae feeding on the wild variety had the highest amylase, sucrase and protease activities, and the lowest lipase activity. The activities in the 1st instar larva were 18.37, 26.45, 22.31 and 5.54 mmol·g-1·min-1 respectively. The four digestive enzyme activities all increased with larval ages. Compared with the 1st instar larvae, the 5th instar larvae, after feeding on the four cultivars, displayed an increase in amylase activities by 33.39%, 27.48%, 33.31% and 45.29%, an increase in sucrase activities by 19.12%, 15.02%, 14.64% and 29.64%, an increase in protease activities by 25.55%, 18.69%, 21.69% and 41.46%, and an increase in lipase activities by 84.95%, 68.04%, 68.41% and 77.80%. In the range of 16-34℃, the activities of the four digestive enzymes all showed a tendency of first increasing and then decreasing with the rise of temperature. The highest amylase activities were observed at 22℃ in the larvae of the 1st-5th instar, which were 19.95, 20.57, 21.79, 23.64 and 25.86 mmol·g-1·min-1. The sucrase activities of the 1st-5th instar larvae were the highest at 22℃, which were 27.65, 28.89, 29.85, 31.45 and 32.89 mmol·g-1·min-1. The protease activities of the 1st-5th instar larvae were the highest at 25℃, which were 21.65, 22.76, 23.43, 25.71 and 26.98 mmol·g-1·min-1. The lipase activities of the 1st-5th instar larvae were the highest at 28℃, which were 7.38, 8.49, 9.81, 11.33 and 13.21 mmol·g-1·min-1. Two-way ANOVA showed that the interaction between host plants and larval ages, as well as the interaction between temperatures and larval ages, had no significant effect on the four digestive enzyme activities.  Conclusion  Host plants and temperatures can affect digestive enzyme activities of H. jinyinhuaphaga larvae.

  • 独脚金内酯（strigolactones）是一些天然的独脚金醇类化合物及人工合成类似物的总称[1]。独脚金内酯由植物根系分泌，并刺激了寄生植物种子发芽[2-3]和丛枝（AM）菌根的分枝生长[1, 4]。独脚金内酯几乎存在于所有的高等植物之中，在调节植物生长发育过程中起着重要的作用。除了被鉴定为控制植物侧枝发育的关键信号物质外[5-6]，独脚金内酯还在调控根部构型[7]、叶片衰老[8]以及抗旱胁迫[9-10]上起着重要的作用。另外，近年来研究发现，独脚金内酯处理能特异地促进植物叶片捕光色素蛋白相关基因的表达[11]，说明了独脚金内酯也可能调节植物光系统的构成，目前，对独脚金内酯与植物光合关系的研究还较少。虽然目前独脚金内酯的生物合成及信号通路还没有被完全揭示，但部分参与其生物功能的关键基因已经被发现。其中D27，MAX1，MAX3和MAX4等蛋白酶参与了独脚金内酯的合成[12-15]，而D14和MAX2等蛋白则与独脚金内酯的信号传递相关[16-18]。植物的叶绿素荧光信号能表征植物对光能的利用情况，是光合生理研究的重要探针[19]。利用调制叶绿素荧光测定仪可通过荧光诱导的方法构建植物的叶绿素荧光动力学参数，从而快速而灵敏地探测植物的光合及生理状态信息。笔者通过对拟南芥Arabidopsis thaliana独脚金内酯合成突变体max1与信号突变体max2与野生型拟南芥叶片的光合色素及叶绿素荧光特性的分析，探讨独脚金内酯对植物光合系统的影响，从而为深入了解独脚金内酯的生物功能及作用机制提供依据。

    1.   材料与方法

    1.1   试验材料

    实验材料拟南芥独脚金内酯突变体max1，max2和野生型（WT）均为哥伦比亚生态型，种子为日本东京大学浅见忠男惠赠。将种子播种在包含1/2 MS（Murashige and Skoog）盐及质量分数为1%蔗糖的固体培养基上，于黑暗下4 ℃春化3 d, 然后转移到人工气候培养箱, 生长温度为22~23 ℃，光照强度为120 μmol·m-2·s-1，光周期为16 h光照/8 h黑暗。培养7 d后，选择长势一致的拟南芥幼苗，转移到泥炭和珍珠岩混合基质中进行培养。在拟南芥生长30 d后进行叶绿素荧光动力学参数测定，并采集叶片测定光合色素质量分数。

    1.2   光合色素质量分数测定

    参照分光光度法测定植物叶片的光合色素质量分数[20]。剪取50~100 mg的拟南芥功能叶的叶片，用体积分数为95%乙醇在室温下暗处浸提叶片至完全变白（24 h）后，用UV-2600（SHIMADZU）分光光度计分别测定在664.2，648.6和470.0 nm波长的吸光度，并通过公式计算叶绿素a，叶绿素b，总叶绿素，类胡萝卜素质量分数以及叶绿素a/b。

    1.3   叶绿素荧光参数的测定

    选择成熟的莲座功能叶3~4片，采用德国Walz公司的Imaging-PAM叶绿素荧光仪进行叶绿素荧光诱导动力学曲线和快速光响应曲线的测定。在测定前，将拟南芥幼苗暗处理30 min。测定叶绿素荧光诱导动力学曲线时, 先用弱光照射测定初始荧光（Fo），随后进行饱和脉冲光（2 800 μmol·m-2·s-1）处理，得到最大荧光（Fm），然后打开可以测量光（102 μmol·m-2·s-1），当荧光基本稳定时测定稳态荧光（Fs）。之后再进行饱和脉冲光处理，1个脉冲关闭后, 得到光化光下的最大荧光（Fm'）。充分暗适应PSⅡ的最大光化学量子产量（Fv/Fm），表观电子传递速率（ETR），PSⅡ光化学能量转化的有效量子产量[Y（Ⅱ）]，光化学猝灭系数（qP），非光化学猝灭系数（qN，QNP），非调节性能量耗散的量子产量[Y（NO）]等各参数数值均是在选定模式下系统自动计算生成。将经过叶绿素荧光诱导动力学后的叶片样品，立即进行快速光响应曲线的测定，将叶片连续暴露在连续光强梯度（PAR）0，9，40，75，133，210，248，319，455，577，730，800 μmol·m-2·s-1下, 20 s·步-1，测定相对电子传递速率ErTR及其他荧光参数。

    1.4   数据处理和统计方法

    各参数值导出后，用Excel进行基本的数据统计，不同突变体之间的差异采用SPSS统计软件进行方差分析和最小显著差法（LSD）多重比较。

    2.   结果与分析

    2.1   独脚金内酯突变体幼苗叶片光合色素质量分数

    从表 1可以看出：2个独脚金内酯突变体光合色素质量分数均低于野生型。其中max1突变体的叶绿素a质量分数相对于野生型降低了13%，但叶绿素b的质量分数却基本没有变化；而max2的叶绿素a，叶绿素b和总叶绿素质量分数分别较野生型降低了18%，19%和18%，差异显著（P < 0.05），说明MAX2蛋白可能参与了植物叶绿素合成的调控。比较叶绿素a/b发现，max1的叶绿素a/b显著低于野生型和max2（P < 0.05），虽然max2的叶绿素a和b质量分数相对于野生型均显著降低，但叶绿素a/b没有显著变化。独脚金内酯突变体叶片中类胡萝卜素质量分数也低于野生型，其中max1降低了最多，达到24%，而max2只降低了12%。因此，max1类胡萝卜素与叶绿素的比值低于野生型和max2，并与max2达到了显著性差异（P < 0.05）。

    表  1  拟南芥独脚金内酯突变体叶片光合色素质量分数及部分比值
    Table  1.  Content and partial ratio of photosynthetic pigments in leaves of strigolactione mutants and WT of Arabidopsis thaliana
    材料 叶绿素a/(mg·g-1) 叶绿素b/(mg·g-1) 总叶绿素/(mg·g-1) 类胡萝卜素/(mg·g-1) 叶绿素a/b 类胡萝卜素/叶绿素
    野生型 1.18±0.12a 0.42±0.04 a 1.60±0.15a 0.25±0.03 a 2.79±0.11a 0.15±0.01ab
    max1 1.03±0.12a 0.41±0.04 a 1.44±0.16a 0.19±0.03 a 2.51±0.09 b 0.13±0.01b
    max2 0.97±0.01b 0.34±0.01b 1.32±0.00 b 0.22±0.01a 2.84±0.10a 0.17±0.01b
    说明：同列不同小写字母表示差异达到显著水平(P < 0.05)。
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    2.2   独脚金内酯突变体幼苗叶片荧光参数比较

    初始荧光Fo表示光系统Ⅱ（PSⅡ）反应中心处于完全开放时的荧光产量，最大荧光Fm表示PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量[21]。Fv/Fm表示光合中心将吸收的光能用于光化学反应的最大效率，是表征PSⅡ反应中心光能转化效率的关键指标[22]。Fv/Fo值表示PSⅡ潜在的光化学活性大小，反映光能吸收转化机构的完整性[21]。如表 2所示，与野生型相比，max1的Fo和Fm分别较野生型增加了20%和21%（P < 0.05），这种同比例上升的结果，虽然没有显著改变Fv/Fm值，但造成了Fv/Fo的显著下降。而在max2突变体中，Fm相对野生型和max1均显著降低，导致Fv/Fm显著下降。

    表  2  拟南芥独脚金内酯突变体叶片Fv/Fm和Fv/Fo参数比较
    Table  2.  Comparison of Fv/Fm and Fv/Fo between strigolactione mutants and WT of Arabidopsis thaliana
    材料 Fo Fm Fv Fv/Fm Fv/Fo
    野生型 0.060±0.008 b 0.299±0.035 b 0.239±0.027 b 0.801±0.005 a l2.62±1.97 a
    max1 0.075±0.002 a 0.379±0.002 a 0.305±0.002 a 0.803±0.006 a 9.77±0.40 b
    max2 0.054±0.002 b 0.252±0.008 c 0.198±0.006 c 0.786±0.002 b l3.59±0.52 a
    说明：同列不同小写字母表示差异达到显著水平(P < 0.05)。
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    进一步比较不同拟南芥中PSⅡ实际量子产量Y（Ⅱ），光化学淬灭系数qP，非光化学淬灭系数qN和QNP，非调节性能量耗散的量子产量Y（NO）以及电子传递速率ETR等荧光参数。结果如表 3所示：独脚金内酯信号突变体max2的Y（Ⅱ），qP及ETR等参数较野生型降低了21%，17%和21%，均达到显著差异（P < 0.05）；而叶片的qN，QNP则显著升高，Y（NO）较野生型没有显著变化。而max1突变体则与max2不同，其Y（Ⅱ），ETR等较野生型略有降低，但没达到显著差异。虽然max1的qP值较对照降低，但仍然显著高于max2；而max1的qN和QNP与对照比没有显著差异，但Y（NO）值却显著高于野生型和max2（P < 0.05）。

    表  3  拟南芥独脚金内酯突变体叶片Y（Ⅱ），qP，qN，QNP，Y（NO）和ETR参数比较
    Table  3.  Comparison of Y(Ⅱ), qP, qN, QNP, Y(NO) and ETR between strigolactione mutants and WT of Arabidopsis thaliana
    材料 Y（Ⅱ） qP qN QNP Y(NO) ETR
    野生型 0.543±0.014 a 0.756±0.014 a 0.440±0.020 b 0.142±0.011 b 0.291±0.006 b 23.25±0.59 a
    max1 0.521±0.025 a 0.720±0.027 b 0.435±0.018 b 0.138±0.008 b 0.308±0.013 a 22.30±1.08 a
    max2 0.427±0.015 b 0.647±0.015 c 0.579±0.018 a 0.227±0.013 a 0.301±0.001 b 18.28±0.63 b
    说明：不同小写字母表示差异达到显著水平（P < 0.05）。
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    2.3   独脚金内酯突变体幼苗叶片快速光响应曲线

    为进一步分析不同突变体叶绿素荧光参数对光强的响应，分别分析PSⅡ的有效量子产量Y（Ⅱ），光化学猝灭系数qP，非光化学猝灭系数QNP以及相对电子传递速率ErTR随光照强度变化。图 1是不同拟南芥独脚金内酯突变体的快速光响应曲线。结果显示：叶片的ErTR与qNP随光照强度的增加而增加，Y（Ⅱ）与qP随光照强度的增加而减小。其中在弱光和低光强时，突变体max1的光化学荧光指标与野生型差异不大，但随着光强的增加，max1的qP和QNP均低于野生型。而max2突变体的ErTR，Y（Ⅱ）和qP等指标随着光强的增加较野生型和max1显著降低，但QNP则显著高于野生型和max1。野生型在光强达到577 μmol·m-2·s-1时ErTR达到最大值，光强继续增加到800 μmol·m-2·s-1时ErTR基本保持稳定；而max1和max2的最大ErTR值则较野生型延后，出现在更高的光强水平（730 μmol·m-2·s-1），随光强继续增加则ErTR显著降低。

    图  1  拟南齐独脚金内酯突变体叶片叶绿素焚光的快速光响应曲线
    Figure  1.  Rapid light-fesponse cuire of chlorophyll fluorescence parameters in the leaves of strigolactione mutants of Arabidopsis thaliana
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    3.   讨论

    MAX1解码一个细胞色素P450单加氧酶（Cyt P450），可以将独脚金内酯的前体物质己内酯（carlactone）水解成具活性的独脚金内酯类物质，是独脚金内酯合成中的关键步骤[23-24]。MAX2编码一个F-box蛋白，通过形成SCF (skp1-cullin-f-box）蛋白复合体，参与蛋白泛素化并介导蛋白质降解。独脚金内酯可以促进MAX2结合蛋白的降解，从而推动独脚金内酯的信号传递[25-26]，而MAX2的突变体抑制了独脚金内酯信号的传递。本研究结果表明：独脚金内酯及其信号对植物的光合系统有着重要的影响。其中max1突变体的叶绿素质量分数较野生型并没有显著降低，但叶绿素a/b却发生了显著改变。叶绿素a/b的变化对植物利用不同波长的光能具有重要意义[27]，突变体max1叶绿素a/b的变化说明独脚金内酯可能通过调节植物叶片光合色素的结构，从而改变对光能的俘获能力，这与在番茄Lycopersicon esculentum中发现的独脚金内酯处理能促进叶片捕光基因表达的结果是一致的[11]。不同研究均发现：独脚金内酯是重要的与环境互作的植物信号分子，比如独脚金内酯重要功能之一就是调节植物株型从而响应环境中低磷营养的胁迫[28]。本实验结果说明了独脚金内酯也可能与参与了植物光合的调节来适应环境的改变。而max2突变体的叶绿素质量分数显著低于野生型，但叶绿素a/b并没有显著变化，说明MAX2蛋白自身可能参与了植物光和色素合成的调控，同时由于阻断了独脚金内酯信号的传递，max2突变体无法通过调节独脚金内酯的信号来改变调节植物叶绿素的组成。

    比较叶绿素荧光参数发现，max1和max2突变体在荧光特性上存在显著差异。max1突变体的叶绿素荧光参数与野生型相比并没有显著降低，但初始荧光(Fo）和Y (NO）值较野生型增加显著。Fo增加说明max1突变体的PSⅡ反应中心可能遭到破坏，而Y (NO）是表征光损伤的重要指标，说明max1更易受到光损伤。从max1的快速光曲线可以看出，虽然这些破坏在低的光强下可能并不影响植物的光合效率，但在高光强下max1可能更容易受到损伤。max2突变体的Fv/Fm，Y (Ⅱ）以及qP值均显著低于野生型，说明max2突变体叶片PSⅡ反应中心的光能转化效率较低，植物的光合作用潜力较小，MAX2蛋白可能对植物光系统的建成具有基础作用。另外，max2突变体具有较高的qNP，说明突变体能将过剩的光能以热的形式耗散出去，从而保护光系统免于破坏，暗示max2的光保护系统仍然健全。

    独脚金内酯合成突变体max1，max3和max4等与信号突变体max2在植物发育上的差异在不同研究中均有体现。如在植物光形态建成的研究中发现，max2突变体对光形态建成不敏感，但独脚金内酯合成突变体max1，max3和max4则与野生型相一致[29]，显示了max2突变体与独脚金内酯合成突变体对光信号响应的差异。在对独脚金内酯在抗旱胁迫上的作用上也发现，max2突变体的抗旱能力显著下降，但max3，max4等合成突变体的耐旱性下降并不明显[10]。说明了MAX2蛋白除了介导独脚金内酯信号的传导，还具有调控植物发育及形态建成等多方面的功能，而独脚金内酯则通过MAX2蛋白的介导从而调节植物生长发育以及对环境响应。本研究也发现，max1和max2突变体在光和色素质量分数及叶绿素荧光参数上存在显著差异。综合来看，MAX2蛋白可能对植物光系统的建成具有基础作用，而独脚金内酯则通过MAX2蛋白调控植物光合变化从而适应环境的改变。

  • 表  1  不同寄主植物下金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性的变化

    Table  1.   Change of host plants on four digestive enzymes activities in H. jinyinhuphagu larva

    消化酶 寄主植物 酶活性/（mmol·g－1·min－1）
    1龄 2龄 3龄 4龄 5龄
    淀粉酶 ‘九丰1号’ 17.58 ± 1.23 ABc 18.28 ± 1.42 ABc 19.73 ± 1.52 Bbc 21.21 ± 1.34 Bab 23.45 ± 1.35 ABa
    ‘响水1号’ 15.43 ± 1.18 Cc 16.13 ± 0.86 Cbc 16.87 ± 1.64 Cbc 18.35 ± 1.53 Cab 19.67 ± 1.54 Ca
    ‘响水2号’ 16.24 ± 1.11 ABc 16.95 ± 0.77 Cc 18.11 ± 1.36 BCbc 19.37 ± 1.25 BCb 21.65 ± 1.45 BCa
    野生金银花 18.37 ± 1.58 Ac 19.43 ± 1.51 Ac 22.56 ± 1.24 Ab 24.32 ± 1.65 Aab 26.69 ± 2.37 Aa
    蔗糖酶 ‘九丰1号’ 25.63 ± 1.22 Ab 26.33 ± 2.21 Ab 27.37 ± 1.59 Aab 28.46 ± 1.61 ABab 30.53 ± 2.41 ABa
    ‘响水1号’ 24.16 ± 1.77 Ab 25.23 ± 1.74 Aab 26.11 ± 1.79 Aab 27.15 ± 1.89 Bab 27.79 ± 1.66 Ba
    ‘响水2号’ 24.72 ± 1.57 Ab 25.89 ± 1.66 Aab 26.75 ± 1.63 Aab 27.81 ± 1.67 Bab 28.34 ± 1.67 Ba
    野生金银花 26.45 ± 1.33 Ac 27.61 ± 2.38 Ac 29.48 ± 2.37 Abc 31.65 ± 2.43 Aab 34.29 ± 1.41 Aa
    蛋白酶 ‘九丰1号’ 21.84 ± 1.72 Ac 22.64 ± 1.43 ABbc 23.73 ± 1.61 ABbc 25.25 ± 1.88 Bab 27.42 ± 1.67 Ba
    ‘响水1号’ 19.48 ± 0.85 Aa 20.26 ± 1.79 Ba 21.32 ± 1.87 Ba 22.26 ± 1.83 Ba 23.12 ± 2.48 Ca
    ‘响水2号’ 20.33 ± 1.69 Ac 20.95 ± 1.74 ABc 22.12 ± 1.76 Bab 23.31 ± 1.84 Bab 24.74 ± 1.65 BCa
    野生金银花 22.31 ± 1.38 Ac 23.54 ± 1.42 Ac 26.72 ± 1.57 Ab 28.83 ± 1.62 Aab 31.56 ± 2.33 Aa
    脂肪酶 ‘九丰1号’ 6.18 ± 0.86 ABd 6.96 ± 0.84 ABcd 8.24 ± 0.78 ABbc 9.31 ± 0.68 Bb 11.43 ± 0.86 ABa
    ‘响水1号’ 7.54 ± 0.71 Ad 8.16 ± 0.91 Acd 9.23 ± 0.68 Ac 10.74 ± 0.56 Ab 12.67 ± 0.82 Aa
    ‘响水2号’ 6.87 ± 0.75 ABc 7.55 ± 0.79 ABbc 8.29 ± 0.92 ABbc 8.93 ± 0.76 Bb 11.57 ± 0.94 ABa
    野生金银花 5.54 ± 0.78 Bd 6.29 ± 0.71 Bcd 7.32 ± 0.87 Bbc 8.56 ± 0.81 Bab 9.85 ± 0.73 Ba
    说明:数据为平均值+标准差。同列数据后不同大写字母和同行数据后不同小写字母均表示差异显著(P < 0.05)
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    表  2  不同温度下金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性的变化

    Table  2.   Change of temperature on four digestive enzymes activities in H. jinyinhuaphaga larva

    消化酶 温度/℃ 酶活性/（mmol·g－1·min－1）
    1龄 2龄 3龄 4龄 5龄
    淀粉酶 16 15.51 ± 1.05 CDd 17.64 ± 1.13 Bcd 18.78 ± 0.72 BCbc 20.37 ± 0.73 BCab 21.76 ± 0.87 Ba
    19 17.73 ± 0.61 Bc 19.17 ± 1.39 ABbc 20.32 ± 0.85 ABb 21.53 ± 0.82 Bab 23.31 ± 0.94 ABa
    22 19.95 ± 0.83 Ac 20.57 ± 1.44 Ac 21.79 ± 0.96 Abc 23.64 ± 0.87 Aab 25.86 ± 0.89 Aa
    25 17.82 ± 1.19 Bc 18.43 ± 1.28 ABc 19.58 ± 0.84 ABCbc 21.35 ± 0.71 Bab 23.68 ± 0.83 ABa
    28 15.87 ± 0.74 Cc 16.89 ± 0.83 Bbc 17.26 ± 0.74 CDbc 18.83 ± 0.42 CDb 21.47 ± 0.78 Ba
    31 13.74 ± 1.31 Dc 14.36 ± 1.47 Cbc 15.65 ± 0.88 DEbc 16.78 ± 0.89 DEab 18.69 ± 0.77 Ca
    34 11.45 ± 1.24 Ec 12.78 ± 1.29 Cbc 13.98 ± 1.06 Ebc 15.32 ± 0.51 Eab 16.75 ± 0.88 Ca
    蔗糖酶 16 22.72 ± 0.93 Dd 24.36 ± 0.53 Ccd 25.67 ± 0.84 BCbc 26.87 ± 0.43 Cab 28.53 ± 0.76 BCa
    19 25.31 ± 0.97 BCc 26.63 ± 0.85 Bbc 28.17 ± 0.38 ABab 29.22 ± 0.70 Bab 30.65 ± 0.96 ABa
    22 27.65 ± 0.89 Ac 28.89 ± 0.45 Ac 29.85 ± 0.99 Abc 31.45 ± 0.71 Aab 32.89 ± 0.44 Aa
    25 25.78 ± 0.36 ABc 26.65 ± 0.88 Bbc 27.76 ± 0.86 ABbc 28.91 ± 0.44 Bab 30.67 ± 0.89 ABa
    28 23.45 ± 0.71 CDc 24.57 ± 0.72 BCbc 25.61 ± 0.83 BCbc 26.78 ± 0.39 Cab 28.44 ± 0.76 BCa
    31 21.36 ± 0.70 Dc 22.46 ± 0.77 CDbc 23.55 ± 0.73 CDabc 24.76 ± 0.92 Dab 26.19 ± 1.04 CDa
    34 18.93 ± 0.42 Ec 21.15 ± 0.85 Dbc 22.39 ± 0.71 Db 23.51 ± 0.74 Dab 24.79 ± 0.95 Da
    蛋白酶 16 12.22 ± 0.62 Dd 14.38 ± 0.73 Dcd 16.13 ± 0.51 Dbc 18.37 ± 0.72 Cab 19.89 ± 0.45 Ea
    19 15.61 ± 0.79 Cd 17.23 ± 0.64 Ccd 18.31 ± 0.91 CDbc 20.57 ± 0.82 CDab 22.17 ± 0.91 DEa
    22 19.32 ± 1.02 Bc 20.19 ± 1.06 Bc 21.15 ± 0.53 ABbc 23.23 ± 0.68 Bab 24.67 ± 0.86 Ba
    25 21.65 ± 0.83 Ac 22.76 ± 0.94 Ac 23.43 ± 0.75 Abc 25.71 ± 0.81 Aab 26.98 ± 0.53 Aa
    28 18.24 ± 0.65 Bd 20.48 ± 0.47 ABcd 21.79 ± 0.89 Abc 23.52 ± 0.66 ABab 24.54 ± 0.81 BCa
    31 15.81 ± 0.39 Cc 17.67 ± 0.83 Cbc 19.22 ± 0.52 BCb 21.25 ± 0.43 BCab 22.35 ± 0.70 CDa
    34 13.55 ± 1.03 CDd 15.23 ± 0.51 CDcd 16.82 ± 0.69 Dbc 18.87 ± 0.59 Dab 20.28 ± 1.01 DEa
    脂肪酶 16 2.48 ± 0.36 Dd 3.63 ± 0.45 Dcd 4.69 ± 0.48 Dbc 5.93 ± 0.43 Dab 7.05 ± 0.40 Da
    19 3.56 ± 0.47 CDd 4.72 ± 0.39 CDcd 5.88 ± 0.41 CDbc 7.19 ± 0.55 CDab 8.43 ± 0.70 CDa
    22 4.85 ± 0.42 BCd 5.91 ± 0.46 BCcd 7.17 ± 0.82 BCbc 8.31 ± 0.67 BCab 9.86 ± 0.81 BCa
    25 6.23 ± 0.39 ABd 7.11 ± 0.73 ABcd 8.46 ± 0.66 ABbc 9.52 ± 0.61 ABb 11.68 ± 0.83 ABa
    28 7.38 ± 0.59 Ad 8.49 ± 0.72 Acd 9.81 ± 0.61 Abc 11.33 ± 0.86 Aab 13.21 ± 0.79 Aa
    31 5.83 ± 0.41 Bd 6.86 ± 0.64 ABcd 8.28 ± 0.67 ABbc 9.67 ± 0.76 ABab 11.55 ± 0.76 ABa
    34 4.26 ± 0.45 Cd 5.45 ± 0.47 BCcd 6.57 ± 0.50 BCDbc 8.12 ± 0.69 BCab 9.78 ± 0.72 BCa
    说明:数据为平均值+标准差。同列数据后不同大写字母和同行数据后不同小写字母均表示差异显著(P < 0.05)
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    表  3  金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性(y)与温度(x)间的回归模型

    Table  3.   Regression model about four digestive enzymes activities (y) in H. jinyinhuaphaga larva at different temperatures (x)

    消化酶 幼虫龄期/龄 回归模型 相关系数 酶活性最高时的温度/℃
    淀粉酶 1 y1=0.004 1x3－0.367 5x2+10.093 0x－68.973 0.986 1 21.39
    2 y2=0.003 7x3－0.325 1x2+8.683 8x－53.542 0.990 1 20.60
    3 y3=0.004 5x3－0.381 4x2+9.960 5x－61.667 0.987 5 20.48
    4 y4=0.004 6x3－0.393 4x2+10.329 0x－63.504 0.979 3 20.50
    5 y5=0.004 1x3－0.367 1x2+10.036 0x－62.049 0.980 7 21.20
    蔗糖酶 1 y1=0.004 5x3－0.400 1x2+11.034 0x－69.967 0.987 9 21.83
    2 y2=0.005 4x3－0.459 6x2+12.185 0x－75.448 0.982 5 21.11
    3 y3=0.005 7x3－0.479 7x2+12.580 0x－76.494 0.990 8 20.89
    4 y4=0.005 9x3－0.496 0x2+13.016 0x－78.943 0.981 8 20.96
    5 y5=0.005 4x3－0.460 3x2+12.218 0x－71.690 0.984 0 21.12
    蛋白酶 1 y1=0.002 3x3－0.263 7x2+8.817 4x－71.174 0.957 9 24.70
    2 y2=0.000 1x3－0.095 2x2+ 4.566 9x－35.206 0.964 9 24.97
    3 y3=－0.000 9x3-0.010 1x2+2.272 8x－14.391 0.967 1 25.51
    4 y4=－0.000 5x3－0.039 0x2+2.923 9x－16.821 0.959 3 25.24
    5 y5=0.000 3x3－0.098 6x2+ 4.268 2x－24.965 0.954 7 24.35
    脂肪酶 1 y1=－0.003 1x3+0.196 1x2－3.636 2x+23.157 0.983 8 28.41
    2 y2=－0.003 0x3+0.189 1x2－3.524 1x+23.833 0.977 0 28.08
    3 y3=－0.003 3x3+0.206 2x2－3.851 6x+26.861 0.984 7 27.52
    4 y4=－0.003 4x3+0.220 0x2－4.228 1x+31.255 0.974 0 28.69
    5 y5=－0.003 8x3+0.246 5x2－4.658 6x+34.232 0.985 3 29.30
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-02
  • 修回日期:  2019-07-05
  • 刊出日期:  2020-04-20

寄主植物、温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2020.02.016
  • 滁州学院 生物与食品工程学院, 安徽 滁州 239000
    • 基金项目:

    安徽省高校优秀中青年骨干人才国内外访学研修重点项目 gxfxZD2016249

    滁州学院科研启动基金资助项目 2019qd02

    作者简介:

    向玉勇, 教授, 博士, 从事害虫防治研究。E-mail:xyy10657@sohu.com

  • 收稿日期: 2019-05-02
  • 修回日期: 2019-07-05
  • 刊出日期: 2020-04-20

  • 中图分类号: Q969.93

摘要:   目的  通过研究寄主植物、温度对金银花尺蠖Heterolocha jinyinhuaphaga幼虫消化酶活性的影响，为深入研究金银花尺蠖环境适应性的生理生化机制奠定基础。  方法  采用3，5-二硝基水杨酸法、福林-酚法和标准氢氧化钠溶液滴定法，通过分光光度计和滴定管测定了寄主植物、温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响。  结果  取食3个金银花Lonicera japonica品种‘九丰1号’‘Jiufeng No.1’、‘响水1号’‘Xiangshui No.1’、‘响水2号’‘Xiangshui No.2’和野生金银花后，金银花尺蠖各龄幼虫消化酶活性均不一样。取食野生金银花的金银花尺蠖淀粉酶、蔗糖酶和蛋白酶活性均最高，脂肪酶活性最低，在1龄幼虫中4种消化酶的活性分别为18.37、26.45、22.31和5.54 mmol·g-1·min-1。4种消化酶活性均随着幼虫龄期的增加而增大，取食4种金银花后5龄幼虫的淀粉酶活性分别比1龄幼虫增加了33.39%、27.48%、33.31%和45.29%，蔗糖酶活性分别增加了19.12%、15.02%、14.64%和29.64%，蛋白酶活性分别增加了25.55%、18.69%、21.69%和41.46%，脂肪酶活性分别增加了84.95%、68.04%、68.41%和77.80%。在16~34℃，4种消化酶活性均随着温度的升高表现为先上升后下降的趋势，1~5龄幼虫的淀粉酶活性在22℃最高，分别为19.95、20.57、21.79、23.64和25.86 mmol·g-1·min-1；1~5龄幼虫的蔗糖酶活性在22℃最高，分别为27.65、28.89、29.85、31.45和32.89 mmol·g-1·min-1；1~5龄幼虫的蛋白酶活性在25℃最高，分别为21.65、22.76、23.43、25.71和26.98 mmol·g-1·min-1；1~5龄幼虫的脂肪酶活性在28℃最高，分别为7.38、8.49、9.81、11.33和13.21 mmol·g-1·min-1。方差分析显示：寄主植物和幼虫龄期的交互作用，以及温度和幼虫龄期的交互作用对金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性均没有显著影响。  结论  寄主植物、温度能影响金银花尺蠖幼虫消化酶的活性。

English Abstract

李国栋, 田曼青, 沈仁芳. 拟南芥独脚金内酯突变体叶绿素荧光特性分析[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(1): 36-41. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.006
引用本文: 向玉勇, 孙星, 殷培峰. 寄主植物、温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2020, 37(2): 311-318. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2020.02.016
shu
LI Guodong, TIAN Manqing, SHEN Renfang. Analysis of chlorophyll fluorescence parameters in leaves of strigolactone mutants of Arabidopsis thaliana[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(1): 36-41. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.006
Citation: XIANG Yuyong, SUN Xing, YIN Peifeng. Effects of host plants and temperatures on digestive enzyme activities in Heterolocha jinyinhuaphaga larvae[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2020, 37(2): 311-318. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2020.02.016
shu

    全文HTML

  • 植食性昆虫通过取食寄主植物来获取生长发育所需的糖类、蛋白质和脂肪等营养物质。昆虫中肠上皮细胞能形成和分泌消化酶，将这些营养物质消化分解成小分子物质供生长发育需要，如纤维素酶可将纤维素水解成葡萄糖[1]；α-淀粉酶可将淀粉等多糖水解成为麦芽糖、葡萄糖、果糖等，参与体内的能量代谢[2]；蛋白酶能将蛋白质水解为氨基酸，为昆虫的生长和繁殖提供氮源[3]；脂肪酶可将三酰基甘油、磷脂、酰基甘油分解生成游离脂肪酸[4]。食性不同的昆虫消化酶种类和活性不同，食性相同的昆虫取食不同的寄主，甚至同种不同生长阶段的寄主，消化酶活性也存在差异[5]。如贾冰等[6]报道：在棉花Gossypium hirsutum和苜蓿Mdicago sativa上饲养牧草盲蝽Lygus pratensis，成虫的淀粉酶活性显著高于其他供试植物。李艺琼等[7]报道：椰心叶甲Brontispa longissima 5龄幼虫取食椰树Cocos nucifera半展叶、展叶后，中肠的蔗糖酶、淀粉酶、蛋白酶及脂肪酶活性均比取食心叶的幼虫显著下降。同时，环境因子的变化也会影响昆虫体内消化酶的活性及随后的生理过程。姜丽娜等[8]报道：随着二氧化碳浓度的升高，四季豆Phaseolus vulgaris、黄瓜Cucumis sativus、辣椒Capsicum annuum和茼蒿Chrysanthemum coronarium饲养的西花蓟马Frankliniella occidentalis和花蓟马Frankliniella intonsa成虫体内的淀粉酶活性均降低，脂肪酶和胰蛋白酶的活性则升高。然而, 有关温度对消化酶活性的影响以鱼类、爬行类、甲壳类动物研究得较多[9-11]。关于温度对昆虫消化酶活性的影响还未见相关报道。消化酶活性的高低决定了昆虫对营养物质消化、吸收的能力，从而影响昆虫生长发育速度。研究寄主植物及环境因子对昆虫消化酶活性的影响，可为深入探讨昆虫与环境适应性的生理生化机制奠定基础。金银花尺蠖Heterolocha jinyinhuaphaga属鳞翅目Lepidoptera尺蛾科Geometridae昆虫，别名拱腰虫，是金银花Lonicera japonica主要食叶害虫之一，常将金银花叶片咬成缺刻或孔洞，甚至全部吃光，常造成金银花的大面积减产，甚至成片死亡，给金银花生产带来严重损失[12-14]。目前，国内关于金银花尺蠖生物学特性及防治已有较多研究[12-16]，而寄主植物及环境因子对其幼虫消化酶活性的影响还未见相关报道。本研究探讨了不同寄主植物、温度对金银花尺蠖幼虫淀粉酶、蔗糖酶、蛋白酶和脂肪酶活性的影响，分析金银花尺蠖幼虫对不同环境因子的生理生化适应性，为深入研究金银花尺蠖环境适应性的生理生化机制提供依据。

    • 1.   材料与方法

      1.1.   供试虫源

    • 金银花尺蠖幼虫采集于安徽省明光市三界镇野生金银花上，带回，在人工气候箱（RXZ-288A型，宁波江南仪器制造厂）中饲养。设置人工气候箱光周期为14 h/10 h，温度为（25±1）℃，相对湿度为70%±7%。将幼虫放在600 mL的罐头瓶内（每瓶放10头幼虫），每天采摘新鲜的金银花叶片饲养。待其化蛹后，用湿润纱布铺于瓶底，每天定期检查羽化情况，把同日羽化的雌雄成虫配对后放于同一养虫笼内，用质量分数为10%的蔗糖水作食物，让其交配产卵。

      • 1.2.   寄主植物对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

    • 取刚孵化的金银花尺蠖幼虫，单头放在罐头瓶中，然后放在人工气候箱中[光周期设置为14 h/10 h，温度设置为（25±1）℃，相对湿度设置为70%±7%]，分别用4种金银花（‘九丰1号’‘Jiufeng No. 1’、‘响水1号’‘Xiangshui No. 1’、‘响水2号’‘Xiangshui No. 2’、野生种）新鲜叶片饲养，用湿棉花包裹叶片基部以保持叶片新鲜，每天9：00更换新鲜叶片，一直饲养到5龄（根据头壳宽度判断）。每种金银花1次饲养20头幼虫，重复4次。

      • 1.3.   温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

    • 25 ℃左右是金银花尺蠖取食的最适温度[17]，因此，设16、19、22、25、28、31、34 ℃等7个温度处理，设置光照周期为14 h/10 h，相对湿度为70%。取刚孵化的金银花尺蠖幼虫，单头放在各个罐头瓶中，并放入新鲜金银花（‘九丰1号’）叶片（用湿棉花包裹叶片基部以保持叶片新鲜，每天定时更换叶片），一直饲养到5龄。每个温度处理下1次饲养20头幼虫。重复4次。

      • 1.4.   酶液制备

    • 每处理挑取大小一致的5龄幼虫10头，用去离子水洗净，滤纸擦干，冰浴中迅速取出中肠，加入预冷的磷酸盐缓冲溶液（PBS，0.02 mol·L-1，pH 8.0）5.0 mL，迅速研磨成匀浆，离心15 min（-4 ℃，15 000 r·min-1），取上清液作酶液。以牛血清蛋白（BSA）为标准蛋白，采用考马斯亮蓝G-250染色法测定样品蛋白含量[18]。

      • 1.5.   淀粉酶活性测定

    • 采用3, 5-二硝基水杨酸法[19]。在试管中分别加入酶液80 μL、质量分数为2%淀粉0.2 mL和0.2 mol·L-1 PBS（pH 6.0）0.8 mL，摇匀，室温下反应10 min，37 ℃水浴中保温60 min，加入3, 5-二硝基水杨酸1.0 mL终止反应，沸水浴加热5 min，冷却后于550 nm波长测吸光值。空白对照用80 μL 0.2 mol·L-1 PBS（pH 6.0）代替酶液。采用麦芽糖标准曲线计算样品反应后麦芽糖的含量。淀粉酶活性以每分钟每克样品蛋白催化水解生成麦芽糖的量（mmol·g-1·min-1）表示。重复4次。

      • 1.6.   蔗糖酶活性测定

    • 采用3, 5-二硝基水杨酸法[19]。在试管中分别加入酶液80 μL、质量分数为4%蔗糖0.2 mL和0.2 mol·L-1 PBS（pH 5.8）0.8 mL，摇匀，室温下反应10 min，37 ℃水浴中保温60 min，加3, 5-二硝基水杨酸1.0 mL终止反应，沸水浴加热5 min，冷却后于550 nm波长测吸光值。用80 μL 0.2 mol·L-1 PBS（pH 5.8）代替酶液做空白对照。采用葡萄糖标准曲线计算样品反应后葡萄糖含量。蔗糖酶活性以每分钟每克样品蛋白催化水解生成葡萄糖的量（mmol·g-1·min-1）表示。重复4次。

      • 1.7.   蛋白酶活性测定

    • 采用福林-酚法[7]。在试管中加入酶液40 μL和质量分数为0.5%酪蛋白溶液100 μL，混匀后水浴15 min（37 ℃），加入质量分数为10%三氯乙酸100 μL，混匀，离心15 min（10 000 r · min-1，4 ℃）。取上清液150 μL，分别加入0.55 mol·L-1碳酸钠溶液750 μL和Folin-酚试剂150 μL，混匀后水浴15 min（37 ℃），然后于680 nm处测量吸光值。空白对照以缓冲液代替酶液，采用酪氨酸标准曲线计算样品反应后酪氨酸含量。蛋白酶活性以每分钟每克样品蛋白催化水解生成酪氨酸的量（mmol·g-1·min-1）表示。重复4次。

      • 1.8.   脂肪酶活性测定

    • 采用标准氢氧化钠溶液滴定法[7]。取PBS缓冲液（0.025 mol·L-1，pH 7.5）0.5 mL，放入10 mL试管中，加入聚乙烯醇橄榄油乳液0.4 mL，摇匀，40 ℃水浴加热10 min，加入酶液0.5 mL，继续加热20 min（40 ℃水浴），加入体积分数为95%乙醇1.5 mL和1滴体积分数为1%酚酞指示剂。用标准氢氧化钠溶液（0.05 mol·L-1）滴定至微红色，记录所消耗的氢氧化钠体积。脂肪酶活性以每分钟每克样品蛋白催化水解生成脂肪酸的量（mmol·g-1·min-1）表示。对照以缓冲液代替酶液。重复4次。

      • 1.9.   数据分析

    • 用SPSS 11.5进行方差分析，采用Duncan氏新复极差法在P < 0.05水平上进行差异显著性检验。

    2.   结果与分析

      2.1.   寄主植物对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

    • 取食不同金银花后，金银花尺蠖各龄幼虫的消化酶活性均不相同（表 1）。取食野生金银花的淀粉酶、蔗糖酶和蛋白酶活性最高，在1龄幼虫中分别为18.37、26.45和22.31 mmol·g-1·min-1。1龄幼虫取食野生金银花、‘九丰1号’和‘响水2号’的淀粉酶活性之间差异不显著（F3, 8=3.147，P=0.954），但与响水1号差异显著（P < 0.05）；1龄幼虫取食这4种寄主植物的蔗糖酶活性之间（F3, 8=1.379，P=0.317）、蛋白酶活性（F3, 8=2.455，P=0.138）之间差异不显著。取食‘响水1号’的脂肪酶活性最高，在1龄幼虫中为7.54 mmol·g-1·min-1，取食野生金银花的脂肪酶活性最低，在1龄幼虫中为5.54 mmol·g-1·min-1。1龄幼虫取食‘九丰1号’、‘响水1号’和‘响水2号’的脂肪酶活性之间，以及取食‘响水2号’与野生金银花的脂肪酶活性之间差异不显著（F3, 8=2.238，P=0.061）。

      表 1  不同寄主植物下金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性的变化

      Table 1.  Change of host plants on four digestive enzymes activities in H. jinyinhuphagu larva

      消化酶 寄主植物 酶活性/（mmol·g－1·min－1）
      1龄 2龄 3龄 4龄 5龄
      淀粉酶 ‘九丰1号’ 17.58 ± 1.23 ABc 18.28 ± 1.42 ABc 19.73 ± 1.52 Bbc 21.21 ± 1.34 Bab 23.45 ± 1.35 ABa
      ‘响水1号’ 15.43 ± 1.18 Cc 16.13 ± 0.86 Cbc 16.87 ± 1.64 Cbc 18.35 ± 1.53 Cab 19.67 ± 1.54 Ca
      ‘响水2号’ 16.24 ± 1.11 ABc 16.95 ± 0.77 Cc 18.11 ± 1.36 BCbc 19.37 ± 1.25 BCb 21.65 ± 1.45 BCa
      野生金银花 18.37 ± 1.58 Ac 19.43 ± 1.51 Ac 22.56 ± 1.24 Ab 24.32 ± 1.65 Aab 26.69 ± 2.37 Aa
      蔗糖酶 ‘九丰1号’ 25.63 ± 1.22 Ab 26.33 ± 2.21 Ab 27.37 ± 1.59 Aab 28.46 ± 1.61 ABab 30.53 ± 2.41 ABa
      ‘响水1号’ 24.16 ± 1.77 Ab 25.23 ± 1.74 Aab 26.11 ± 1.79 Aab 27.15 ± 1.89 Bab 27.79 ± 1.66 Ba
      ‘响水2号’ 24.72 ± 1.57 Ab 25.89 ± 1.66 Aab 26.75 ± 1.63 Aab 27.81 ± 1.67 Bab 28.34 ± 1.67 Ba
      野生金银花 26.45 ± 1.33 Ac 27.61 ± 2.38 Ac 29.48 ± 2.37 Abc 31.65 ± 2.43 Aab 34.29 ± 1.41 Aa
      蛋白酶 ‘九丰1号’ 21.84 ± 1.72 Ac 22.64 ± 1.43 ABbc 23.73 ± 1.61 ABbc 25.25 ± 1.88 Bab 27.42 ± 1.67 Ba
      ‘响水1号’ 19.48 ± 0.85 Aa 20.26 ± 1.79 Ba 21.32 ± 1.87 Ba 22.26 ± 1.83 Ba 23.12 ± 2.48 Ca
      ‘响水2号’ 20.33 ± 1.69 Ac 20.95 ± 1.74 ABc 22.12 ± 1.76 Bab 23.31 ± 1.84 Bab 24.74 ± 1.65 BCa
      野生金银花 22.31 ± 1.38 Ac 23.54 ± 1.42 Ac 26.72 ± 1.57 Ab 28.83 ± 1.62 Aab 31.56 ± 2.33 Aa
      脂肪酶 ‘九丰1号’ 6.18 ± 0.86 ABd 6.96 ± 0.84 ABcd 8.24 ± 0.78 ABbc 9.31 ± 0.68 Bb 11.43 ± 0.86 ABa
      ‘响水1号’ 7.54 ± 0.71 Ad 8.16 ± 0.91 Acd 9.23 ± 0.68 Ac 10.74 ± 0.56 Ab 12.67 ± 0.82 Aa
      ‘响水2号’ 6.87 ± 0.75 ABc 7.55 ± 0.79 ABbc 8.29 ± 0.92 ABbc 8.93 ± 0.76 Bb 11.57 ± 0.94 ABa
      野生金银花 5.54 ± 0.78 Bd 6.29 ± 0.71 Bcd 7.32 ± 0.87 Bbc 8.56 ± 0.81 Bab 9.85 ± 0.73 Ba
      说明:数据为平均值+标准差。同列数据后不同大写字母和同行数据后不同小写字母均表示差异显著(P < 0.05)

      金银花尺蠖幼虫取食‘九丰1号’、‘响水1号’、‘响水2号’和野生金银花的淀粉酶、蔗糖酶、蛋白酶和脂肪酶活性均随着幼虫龄期的增加而增大，5龄幼虫取食这4种金银花的淀粉酶活性分别为23.45、19.67、21.65和26.69 mmol·g-1·min-1，分别比1龄幼虫增加了33.39%、27.48%、33.31%和45.29%。5龄幼虫取食这4种金银花的蔗糖酶活性分别为30.53、27.79、28.34和34.29 mmol·g-1·min-1，分别比1龄幼虫增加了19.12%、15.02%、14.64%和29.64%。5龄幼虫取食这4种金银花的蛋白酶活性分别为27.42、23.12、24.74和31.56 mmol·g-1·min-1，分别比1龄幼虫增加了25.55%、18.69%、21.69%和41.46%。5龄幼虫取食这4种金银花的脂肪酶活性分别为11.43、12.67、11.57和9.85 mmol·g-1·min-1，分别比1龄幼虫增加了84.95%、68.04%、68.41%和77.80%。方差分析显示：寄主植物、幼虫龄期对金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性均有显著影响（P < 0.05），但寄主植物和幼虫龄期的交互作用对金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性没有显著影响（P>0.05）。

      • 2.2.   温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

    • 不同温度下金银花尺蠖取食‘九丰1号’鲜叶后，各龄幼虫消化酶活性均不相同（表 2），在16~34 ℃均呈先上升后下降的趋势。1~5龄幼虫的淀粉酶活性在22 ℃最高，分别为19.95、20.57、21.79、23.64和25.86 mmol·g-1·min-1，高于或低于22 ℃，淀粉酶活性均下降；1~5龄幼虫的蔗糖酶活性也在22 ℃最高，分别为27.65、28.89、29.85、31.45和32.89 mmol·g-1·min-1，高于或低于22 ℃，蔗糖酶活性均下降；1~5龄幼虫的蛋白酶活性在25 ℃时最高，分别为21.65、22.76、23.43、25.71和26.98 mmol·g-1·min-1，高于或低于25 ℃，蛋白酶活性均下降；1~5龄幼虫的脂肪酶活性在28 ℃时最高，分别为7.38、8.49、9.81、11.33和13.21 mmol·g-1·min-1，高于或低于28 ℃，脂肪酶活性均下降。方差分析显示：温度和幼虫龄期的交互作用对金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性没有显著影响（P>0.05）。

      表 2  不同温度下金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性的变化

      Table 2.  Change of temperature on four digestive enzymes activities in H. jinyinhuaphaga larva

      消化酶 温度/℃ 酶活性/（mmol·g－1·min－1）
      1龄 2龄 3龄 4龄 5龄
      淀粉酶 16 15.51 ± 1.05 CDd 17.64 ± 1.13 Bcd 18.78 ± 0.72 BCbc 20.37 ± 0.73 BCab 21.76 ± 0.87 Ba
      19 17.73 ± 0.61 Bc 19.17 ± 1.39 ABbc 20.32 ± 0.85 ABb 21.53 ± 0.82 Bab 23.31 ± 0.94 ABa
      22 19.95 ± 0.83 Ac 20.57 ± 1.44 Ac 21.79 ± 0.96 Abc 23.64 ± 0.87 Aab 25.86 ± 0.89 Aa
      25 17.82 ± 1.19 Bc 18.43 ± 1.28 ABc 19.58 ± 0.84 ABCbc 21.35 ± 0.71 Bab 23.68 ± 0.83 ABa
      28 15.87 ± 0.74 Cc 16.89 ± 0.83 Bbc 17.26 ± 0.74 CDbc 18.83 ± 0.42 CDb 21.47 ± 0.78 Ba
      31 13.74 ± 1.31 Dc 14.36 ± 1.47 Cbc 15.65 ± 0.88 DEbc 16.78 ± 0.89 DEab 18.69 ± 0.77 Ca
      34 11.45 ± 1.24 Ec 12.78 ± 1.29 Cbc 13.98 ± 1.06 Ebc 15.32 ± 0.51 Eab 16.75 ± 0.88 Ca
      蔗糖酶 16 22.72 ± 0.93 Dd 24.36 ± 0.53 Ccd 25.67 ± 0.84 BCbc 26.87 ± 0.43 Cab 28.53 ± 0.76 BCa
      19 25.31 ± 0.97 BCc 26.63 ± 0.85 Bbc 28.17 ± 0.38 ABab 29.22 ± 0.70 Bab 30.65 ± 0.96 ABa
      22 27.65 ± 0.89 Ac 28.89 ± 0.45 Ac 29.85 ± 0.99 Abc 31.45 ± 0.71 Aab 32.89 ± 0.44 Aa
      25 25.78 ± 0.36 ABc 26.65 ± 0.88 Bbc 27.76 ± 0.86 ABbc 28.91 ± 0.44 Bab 30.67 ± 0.89 ABa
      28 23.45 ± 0.71 CDc 24.57 ± 0.72 BCbc 25.61 ± 0.83 BCbc 26.78 ± 0.39 Cab 28.44 ± 0.76 BCa
      31 21.36 ± 0.70 Dc 22.46 ± 0.77 CDbc 23.55 ± 0.73 CDabc 24.76 ± 0.92 Dab 26.19 ± 1.04 CDa
      34 18.93 ± 0.42 Ec 21.15 ± 0.85 Dbc 22.39 ± 0.71 Db 23.51 ± 0.74 Dab 24.79 ± 0.95 Da
      蛋白酶 16 12.22 ± 0.62 Dd 14.38 ± 0.73 Dcd 16.13 ± 0.51 Dbc 18.37 ± 0.72 Cab 19.89 ± 0.45 Ea
      19 15.61 ± 0.79 Cd 17.23 ± 0.64 Ccd 18.31 ± 0.91 CDbc 20.57 ± 0.82 CDab 22.17 ± 0.91 DEa
      22 19.32 ± 1.02 Bc 20.19 ± 1.06 Bc 21.15 ± 0.53 ABbc 23.23 ± 0.68 Bab 24.67 ± 0.86 Ba
      25 21.65 ± 0.83 Ac 22.76 ± 0.94 Ac 23.43 ± 0.75 Abc 25.71 ± 0.81 Aab 26.98 ± 0.53 Aa
      28 18.24 ± 0.65 Bd 20.48 ± 0.47 ABcd 21.79 ± 0.89 Abc 23.52 ± 0.66 ABab 24.54 ± 0.81 BCa
      31 15.81 ± 0.39 Cc 17.67 ± 0.83 Cbc 19.22 ± 0.52 BCb 21.25 ± 0.43 BCab 22.35 ± 0.70 CDa
      34 13.55 ± 1.03 CDd 15.23 ± 0.51 CDcd 16.82 ± 0.69 Dbc 18.87 ± 0.59 Dab 20.28 ± 1.01 DEa
      脂肪酶 16 2.48 ± 0.36 Dd 3.63 ± 0.45 Dcd 4.69 ± 0.48 Dbc 5.93 ± 0.43 Dab 7.05 ± 0.40 Da
      19 3.56 ± 0.47 CDd 4.72 ± 0.39 CDcd 5.88 ± 0.41 CDbc 7.19 ± 0.55 CDab 8.43 ± 0.70 CDa
      22 4.85 ± 0.42 BCd 5.91 ± 0.46 BCcd 7.17 ± 0.82 BCbc 8.31 ± 0.67 BCab 9.86 ± 0.81 BCa
      25 6.23 ± 0.39 ABd 7.11 ± 0.73 ABcd 8.46 ± 0.66 ABbc 9.52 ± 0.61 ABb 11.68 ± 0.83 ABa
      28 7.38 ± 0.59 Ad 8.49 ± 0.72 Acd 9.81 ± 0.61 Abc 11.33 ± 0.86 Aab 13.21 ± 0.79 Aa
      31 5.83 ± 0.41 Bd 6.86 ± 0.64 ABcd 8.28 ± 0.67 ABbc 9.67 ± 0.76 ABab 11.55 ± 0.76 ABa
      34 4.26 ± 0.45 Cd 5.45 ± 0.47 BCcd 6.57 ± 0.50 BCDbc 8.12 ± 0.69 BCab 9.78 ± 0.72 BCa
      说明:数据为平均值+标准差。同列数据后不同大写字母和同行数据后不同小写字母均表示差异显著(P < 0.05)

      根据不同温度下金银花尺蠖1~5龄幼虫4种消化酶活性的变化趋势进行回归分析，回归模型见表 3。对模型进行计算，得出金银花尺蠖1~5幼龄虫淀粉酶活性最高的温度分别为21.39、20.60、20.48、20.50和21.20 ℃；蔗糖酶活性最高的温度分别为21.83、21.11、20.89、20.96和21.12 ℃；蛋白酶活性最高的温度分别为24.70、24.97、25.51、25.24和24.35 ℃；脂肪酶活性最高的温度分别为28.41、28.08、27.52、28.69和29.30 ℃。

      表 3  金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性(y)与温度(x)间的回归模型

      Table 3.  Regression model about four digestive enzymes activities (y) in H. jinyinhuaphaga larva at different temperatures (x)

      消化酶 幼虫龄期/龄 回归模型 相关系数 酶活性最高时的温度/℃
      淀粉酶 1 y1=0.004 1x3－0.367 5x2+10.093 0x－68.973 0.986 1 21.39
      2 y2=0.003 7x3－0.325 1x2+8.683 8x－53.542 0.990 1 20.60
      3 y3=0.004 5x3－0.381 4x2+9.960 5x－61.667 0.987 5 20.48
      4 y4=0.004 6x3－0.393 4x2+10.329 0x－63.504 0.979 3 20.50
      5 y5=0.004 1x3－0.367 1x2+10.036 0x－62.049 0.980 7 21.20
      蔗糖酶 1 y1=0.004 5x3－0.400 1x2+11.034 0x－69.967 0.987 9 21.83
      2 y2=0.005 4x3－0.459 6x2+12.185 0x－75.448 0.982 5 21.11
      3 y3=0.005 7x3－0.479 7x2+12.580 0x－76.494 0.990 8 20.89
      4 y4=0.005 9x3－0.496 0x2+13.016 0x－78.943 0.981 8 20.96
      5 y5=0.005 4x3－0.460 3x2+12.218 0x－71.690 0.984 0 21.12
      蛋白酶 1 y1=0.002 3x3－0.263 7x2+8.817 4x－71.174 0.957 9 24.70
      2 y2=0.000 1x3－0.095 2x2+ 4.566 9x－35.206 0.964 9 24.97
      3 y3=－0.000 9x3-0.010 1x2+2.272 8x－14.391 0.967 1 25.51
      4 y4=－0.000 5x3－0.039 0x2+2.923 9x－16.821 0.959 3 25.24
      5 y5=0.000 3x3－0.098 6x2+ 4.268 2x－24.965 0.954 7 24.35
      脂肪酶 1 y1=－0.003 1x3+0.196 1x2－3.636 2x+23.157 0.983 8 28.41
      2 y2=－0.003 0x3+0.189 1x2－3.524 1x+23.833 0.977 0 28.08
      3 y3=－0.003 3x3+0.206 2x2－3.851 6x+26.861 0.984 7 27.52
      4 y4=－0.003 4x3+0.220 0x2－4.228 1x+31.255 0.974 0 28.69
      5 y5=－0.003 8x3+0.246 5x2－4.658 6x+34.232 0.985 3 29.30
    3.   讨论

    • 昆虫体内的消化酶活性与取食密切相关。昆虫取食寄主植物后依靠消化酶将其中的营养物质转化为自身所需的物质，消化酶活性的高低在一定程度上反映了昆虫所需营养的种类，以及各类营养物质被昆虫利用的状况，常可以用来表示昆虫对植物的嗜食程度[20]。在取食不同寄主植物时，昆虫可以根据自身生长发育的需求调节体内消化酶的活性[8]。本研究表明：金银花尺蠖各龄幼虫取食野生金银花的淀粉酶、蔗糖酶、蛋白酶活性均高于其他寄主，而脂肪酶活性低于其他寄主。向玉勇等[21]研究发现：金银花尺蠖幼虫对4个品种金银花的取食量大小均从高到低依次为野生品种、‘九丰1号’、‘响水2号’、‘响水1号’，野生金银花叶片可溶性糖含量、蛋白质含量均高于其他寄主，脂肪含量低于其他寄主。这说明金银花尺蠖幼虫取食营养成分含量高的寄主时，其消化酶活性会升高。这可能是金银花尺蠖对不同寄主的一种自我生理调节，取食营养成分含量高的寄主时，通过提高自身消化酶活性分解大量的营养物质，以保证机体的快速生长。但其他种类昆虫则存在不一致的现象，如棉铃虫Helicoverpa armigera幼虫在取食糖类含量较高的寄主植物时，淀粉酶活性会下降，在取食蛋白含量高的寄主植物时，中肠蛋白酶活性会下降[22]；椰心叶甲Brontispa longissima 5龄幼虫取食营养丰富的叶片后，中肠的蔗糖酶、淀粉酶、蛋白酶及脂肪酶活性均显著下降[7]。这说明取食不同寄主植物时，不同昆虫的消化酶活性变化存在差异，这些昆虫体内可能存在另一种机制，当寄主植物营养成分含量高时，利用较低的消化酶活性就可以满足机体的新陈代谢[23]。金银花尺蠖幼虫取食金银花的淀粉酶、蔗糖酶、蛋白酶和脂肪酶活性均随着幼虫龄期的增加而增大。寄主植物和幼虫龄期的交互作用对金银花尺蠖幼虫4种消化酶活性没有显著影响。

      温度是影响昆虫生理代谢过程的重要环境因子。不同温度下金银花尺蠖各龄幼虫体内淀粉酶、蔗糖酶、蛋白酶和脂肪酶活性均不一样，在16~34 ℃，这4种消化酶活性均随着温度的升高表现为先上升后下降的趋势。在波纹龙虾Panulirus homarus[11]、嘉陵江鲇Silurus asotus[24]等其他变温动物也存在类似现象。这可能是低温下这些酶的活化分子数比较少，催化食物分解的反应速率低，随着温度上升，酶的活化分子逐渐增多，催化反应速率加快，酶的催化活性增强，高温下这些酶蛋白发生变性，酶的催化活性又下降。在刺参Apostichopus japonicus[25]中却存在不一致的现象，在6~21 ℃，其胰蛋白酶与淀粉酶活力随水温升高呈先升高后降低的趋势, 而脂肪酶活力随着养殖水温升高呈下降趋势。这表明：不同种类动物的消化酶对温度的耐受性存在差异。金银花尺蠖各龄幼虫体内4种消化酶的最适温度不同，淀粉酶和蔗糖酶活性在22 ℃最高，蛋白酶活性在25 ℃时最高，脂肪酶活性在28 ℃时最高。这与金银花尺蠖的生长气候条件相吻合，金银花在春夏季生长迅速，尤其在夏季多雨期，而金银花尺蠖消化酶活性恰好在22~28 ℃最高，有利于对食物的消化，加速生长发育，导致其大发生。

      总之，寄主植物、温度均对金银花尺蠖幼虫消化酶活性产生影响，不同寄主植物不仅含有不同含量的营养物质，而且还含有不同的抑制因子以及次生代谢物质，寄主植物的任何变化都会影响消化酶的活性及随后的生理过程[26, 8]。因此，还应进一步研究不同寄主植物的次生物质与金银花尺蠖幼虫体内消化酶活性的变化情况，以更深入地阐明金银花尺蠖与环境适应性的生理生化机制。

参考文献 (26)

目录

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  • 1.   材料与方法

  • 1.1.   供试虫源

  • 1.2.   寄主植物对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

  • 1.3.   温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

  • 1.4.   酶液制备

  • 1.5.   淀粉酶活性测定

  • 1.6.   蔗糖酶活性测定

  • 1.7.   蛋白酶活性测定

  • 1.8.   脂肪酶活性测定

  • 1.9.   数据分析

  • 2.   结果与分析

  • 2.1.   寄主植物对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

  • 2.2.   温度对金银花尺蠖幼虫消化酶活性的影响

  • 3.   讨论

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