寄主轉換對朱砂葉螨體內的SOD、GSTs和AchE活性的影響①

王嘉婧，趙云龍，潘冠霖，王爽，鄭榮欣

（吉林省通化師范學院 通化市 134000）

長久以來，植食性昆蟲與植物的相互作用關系是科研領域中特別活躍的領域，國內外諸多學者對其給予了極大的關注。目前，諸多學者從形態、行為、生理、生化、分子等方面對植物的防御反應和昆蟲的適應機制進行了探究討論。保護酶和解毒酶作為昆蟲體內兩類重要的酶系，對于維持昆蟲體內正常的生理生化代謝、分解有毒物質方面具有十分重要的作用，因此常被用來作為生物體內生理狀態改變的度量指標[1-3]。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）是昆蟲體內十分重要的保護酶，使昆蟲免受自由基傷害，增強昆蟲的免疫能力，保護昆蟲體內的細胞遠離不利環境的影響。谷胱甘肽-S-轉移酶（gl%utathione-S-transferase，GSTs）、乙酰膽堿酯酶（acetylcholin esterase，AchE）對于昆蟲體內的解毒代謝有十分重要的作用。植物在昆蟲為害的過程中產生的次生性代謝物可以使昆蟲體內解毒酶的活性發生改變，有利于昆蟲對植物次生物質產生適應性。本文選擇初始寄生在蕓豆和豌豆上的朱砂葉螨，將其轉移到新的寄主蕓豆上檢測為害后32 h內4個時間點其體內酶活性的變化。研究朱砂葉螨對寄主防御機制的適應策略有利于加深對兩者間協同進化關系的認識，對治理朱砂葉螨和培養抗蟲植株有一定的參考意義。

1 材料與方法

1.1 昆蟲與供食植物

朱砂葉螨：初始蟲源于7月采自通化師范學院溫室大棚草莓植株上，經鑒定后，在人工氣候室內（25±1℃，相對濕度70%，光周期13L：11D）分別用新鮮蕓豆、豌豆飼養純化3代以上備用，兩種寄主飼養的朱砂葉螨不可混合。

蕓豆、豌豆：盆栽，長出真葉時待用。

實驗用螨：分別將寄主為蕓豆、豌豆飼養純化3代以上的朱砂葉螨所產的卵置于新鮮蕓豆、豌豆上，待一周左右長為成蟲后供實驗用。

1.2 處理方法

在健康蕓豆上接初始寄主為蕓豆的成螨，每株100頭，取食至4 h、8 h、16 h、32 h取樣50頭，每處理重復3次。

在健康蕓豆上接初始寄主為豌豆的成螨，每株100頭，取食至4 h、8 h、16 h、32 h取樣50頭，每處理重復3次。

1.3 酶的提取與活性測定

酶液制備：取50頭成螨放入2.0 mL離心管中，加入100 mL冷的生理鹽水在冰盒上用玻璃研磨棒研磨，再加200 mL生理鹽水沖洗研磨棒。在4℃條件下以4 000 r/min離心15 min，實驗酶液取離心上清液。

蛋白質濃度測定：采用考馬斯亮藍G-250法進行測定[4]。

酶活性的測定：SOD和GSTs、AChE活力的測定均使用南京建成生物工程研究所所生產的試劑盒進行測定。

1.4 數據處理及分析

使用SPSS 20.0軟件進行數據分析。寄主轉換對酶活性的影響采用單因素方差分析，采用Duncan法檢驗差異顯著性。

2 結果

2.1 保護酶SOD活性變化

當初始寄主為蕓豆時，取食為害新的蕓豆4 h、8 h、16 h體內SOD的酶活性變化差異不顯著，而當初始寄主為豌豆時，取食為害8 h、16 h時螨體內SOD活性顯著低于4 h，隨著為害時間的延長，32 h時兩種寄主植物螨體內的酶活力均顯著高于其他幾個時間的酶活力，SOD酶活力變化趨勢均呈先下降后上升，而且可以發現當寄主植物為豌豆時，同一取食時間下蟲體內中SOD的酶活性均顯著或極顯著高于寄主植物為蕓豆時的酶活性（圖1）。

圖1 朱砂葉螨體內SOD酶活性變化

2.2 解毒酶GSTs和AchE活性變化

2.2.1 GSTs

初始寄主為蕓豆時，朱砂葉螨取食為害新的蕓豆其體內酶活力變化呈先下降后上升趨勢，其中8 h、16 h后體內的GSTs活性顯著低于取食4 h時的活性，而取食為害32 h后體內的GSTs活性均顯著高于4 h、8 h和16 h。初始寄主為豌豆的朱砂葉螨取食為害蕓豆體內酶活力變化則呈先上升后下降趨勢，8 h、16 h后體內的GSTs活性顯著高于取食4 h的GSTs活性；取食為害32 h時的酶活性則顯著降低，而且當寄主植物為豌豆時，在一定時間內，可以發現GSTs活性在任意時間下均高于寄主植物為蕓豆時的活性，除了32 h差異顯著外，其余時間差異均極顯著（圖2）。

圖2 朱砂葉螨體內GSTs酶活性變化

2.2.2AchE

初始寄主為蕓豆時，朱砂葉螨取食為害新的蕓豆8 h、16 h、32 h的AchE活性比4 h時顯著下降，AchE酶活性變化總體呈先下降后上升趨勢。初始寄主為豌豆時，蟲體AchE活性在8 h是顯著下降；16 h時又顯著上升，但仍顯著低于取食為害4 h時的活性；取食為害時間達到32 h時，朱砂葉螨體內的AchE活性均顯著高于其他幾個時間段的AchE活性，活性的變化整體均呈先下降后上升的趨勢。初始寄主為蕓豆的朱砂葉螨在各個取食時間體內的酶活力皆顯著高于初始寄主為豌豆的朱砂葉螨，其中4 h和8 h差異極顯著（圖3）。

圖3 朱砂葉螨體內AchE酶活性變化

3 討論

3.1 朱砂葉螨體內保護酶SOD在寄主適應性中的作用

SOD在動物、植物和微生物體內普遍存在，是一種金屬酶，對生物體內的氧化與抗氧化平衡起著至關重要的作用，它不僅可以清除超氧陰離子自由基OH-，而且能夠使細胞免受傷害[5]。SOD可通過歧化反應使超氧陰離子自由基歧化為H2O2，進一步被其余保護酶（CAT和POD等酶）作用分解[6]。本研究發現兩種寄主植物螨體內的SOD酶活力總體呈先下降后上升趨勢，這可能是朱砂葉螨在為害寄主短時間內，寄主的保護機制還未及時對朱砂葉螨做出反應，寄主產生的次生代謝物少，對朱砂葉螨影響小，所以先下降。隨著為害時間的延長，寄主產生的次生代謝產物增多，對朱砂葉螨的影響變大，為了應對這種不利情況，朱砂葉螨體內的SOD酶活性又上升。已接觸的寄主相比未接觸過的寄主，螨體內的適應機制相對完善，寄主產生的此生代謝產物影響小，所以初始寄主為豌豆的朱砂葉螨在為害的各個時間體內的SOD活力高于初始寄主為蕓豆的。

3.2 朱砂葉螨體內解毒酶GSTs、AchE在寄主適應性中的作用

昆蟲通過體內解毒酶系對寄主植物產生的次生性物質進行解毒和排毒，對維持正常生理代謝方面起重要作用[2，7-8]。

谷胱甘肽（glutathione，GSH）可和親電類物質產生反應，是一類三肽硫醇構成的親核物質。GSTs與GSH催化結合后，GSH的pKa從9.0降至6.0～7.0，使其能與更多親電試劑發生作用，最終形成低毒、易溶于水的化合物而從體內排出，減少或避免對生物大分子如核酸、蛋白質等親核物質的破壞[9-10]。GSTs功能多樣，主要包括參與內源、外源有毒物質的解毒代謝，保護細胞免受氧脅迫造成損傷，參與物質合成，調節信號通路，使昆蟲抗藥性產生[11]。本研究發現，初始寄主為蕓豆時的朱砂葉螨在取食為害過程中的GSTs總體變化趨勢呈先降低后上升趨勢，而初始寄主為豌豆時螨體內的酶活性變化呈先上升后下降的趨勢，而且后者的酶活力在各個為害時間都要高于前者，這可能是由于面對植物的防御，朱砂葉螨已經接觸過的植物，面對它產生的次生代謝物具有相對完善的適應機制，更能引起體內GSTs的快速應對，但是隨著為害時間的延長，蕓豆所產生的次生代謝物對朱砂葉螨的作用效果逐漸降低，所以初始寄主為蕓豆的朱砂葉螨體內的GSTs活性變化呈先上升后下降趨勢；而朱砂葉螨對未接觸的植物適應機制不完善，在為害短時間內對螨體內的GSTs誘導表達量少，但是隨著為害時間的延長，蕓豆植株產生的次生代謝產物增加，對朱砂葉螨的不利影響變大，為了適應這種不利影響，螨體內適應機制逐漸完善，所以GSTs活性呈先上升后下降趨勢。從整體上看，初始寄主為蕓豆的朱砂葉螨比初始寄主為豌豆螨體內的GSTs更容易被誘導。

乙酰膽堿酯酶在生物神經傳導中起著十分重要的作用，能夠快速水解興奮性神經遞質以保證神經突觸傳導的正常進行，如果AchE被抑制，昆蟲可能會因為過度興奮而死亡[12]。

研究結果發現，兩種寄主的朱砂葉螨體內AchE變化趨勢相同，而且隨著為害時間的延長，初始寄主為蕓豆、豌豆的朱砂葉螨體內酶活性變化趨勢均呈先下降后上升趨勢，這可能是面對寄主植物所帶來的刺激，螨體內的AchE受到一定程度的抑制，對蕓豆防御過程中產生的次生代謝產物產生興奮，但是過度的興奮容易導致死亡，所以朱砂葉螨對蕓豆所帶來的刺激產生快速應激反應，促進體內AchE合成，降低興奮性，所以螨體內的AchE均呈先下降后上升趨勢。但是初始寄主為豌豆的朱砂葉螨體內的酶活性要低于初始寄主為蕓豆的朱砂葉螨，可見未接觸的植物更能引起朱砂葉螨的興奮。朱砂葉螨取食為害蕓豆后體內AchE活性變化趨勢與寄主為豌豆時的GSTs活性變化趨勢正相反，這可能是AchE和GSTs的功能差異所導致，AchE的主要功能是水解興奮性神經遞質乙酰膽堿以確保神經突觸傳導的正常進行，但GSTs主要是對內源、外源的有毒物質進行解毒代謝，保護細胞免受氧脅迫造成損傷等。

綜上所述，雖然朱砂葉螨對于寄主植物脅迫都有快速應激反應，通過保護酶和解毒酶活性的誘導表達，達到螨體內的動態平衡，但朱砂葉螨在同種寄主之間和不同種寄主間轉換的生理適應性存在差異。本研究初步探討了朱砂葉螨為害寄主植物產生的次生物質對體內保護酶SOD和解毒酶GSTs、AchE的影響。對螨體內的酶系影響，由于昆蟲體內存在著多種保護酶和解毒酶系，功能錯綜復雜，其活性變化與寄主植物體內的營養、次生物質的含量和種類有關，還與害蟲的種類、發育階段相關，可能還受外界環境等因素的影響[13]。影響朱砂葉螨體內保護酶和解毒酶活性的因素中，到底是何種因素占主導作用還需要進一步的研究和驗證。