紫外辐射对三叶草彩斑蚜3种保护酶活性的影响

卢亚菲，张 祥，王 广，马 雯，刘长仲

（甘肃农业大学植物保护学院 / 甘肃省农作物病虫害生物防治工程实验室，甘肃 兰州 730070）

三叶草彩斑蚜(Therioaphis trifolii)属半翅目(Hemiptera)[1]斑蚜科(Drepanosiphidae)，别名苜蓿斑蚜、苜蓿斑翅蚜，1954 年最早发现于美国新墨西哥州[2-4]，目前在国外分布于北美、大洋洲等地，在我国主要分布于甘肃、宁夏、北京、河北、山西、云南、东北等地[5-7]。三叶草彩斑蚜的为害是造成苜蓿品质和产量下降的主要原因之一[8]。前人在三叶草彩斑蚜的损失为害[6-7]、天敌作用评价[9-10]、种群动态[11-12]、种群生命表[13]、综合防治[14-17]等方面进行了相关报道，但是关于紫外辐射对三叶草彩斑蚜保护酶活性影响的研究未见报道。

保护酶系作为昆虫体内主要的保护系统，在昆虫受到逆境胁迫时，过氧化氢酶 (CAT)、过氧化物酶 (POD) 和超氧化物歧化酶 (SOD)可以调节逆境条件下昆虫体内自由基的变化，降低活性氧等其他氧化物质对细胞膜系统的破坏[18]。紫外辐射[19-20]、杀虫剂[21]、温度等逆境胁迫都会使昆虫体内自由基平衡被打破，同时激活保护酶系，以抵御逆境胁迫带来的伤害。近年来大气平流层臭氧总量的减少，使到达地表的有效紫外辐射增多[22]，对整个生物系统都有较大的影响。紫外辐射会引起较强的生物学效应，有学者发现昆虫在受到紫外辐射时，体内CAT、POD和SOD 3种酶会共同协调，以抵御紫外胁迫，同时昆虫体内的几种同工酶[23]、乙酰胆碱酯酶和羧酸酯酶[24]在紫外辐射下也会发生变化。在大田环境下，增加紫外(UV-B)辐射的强度会对麦田生态系统中昆虫种群数量动态产生影响，导致麦田结构简单化，同时减少杂草和大型土壤动物的种类和数量[25]、减少田间害虫的发生量以及改变害虫的危害生态位[26]。有不少学者已经在UV-B对蚜虫的影响方面做了相关研究，发现紫外辐射会抑制蚜虫的生长和繁殖，增加有翅蚜的数量，导致存活率下降[26-28]，但对其作用机制进行的研究较少。因此，本研究以三叶草彩斑蚜为对象，对其连续辐射8代，通过测定保护酶活性的变化，探究UV-B辐射对三叶草彩斑蚜保护酶系的影响，明确UV-B辐射下三叶草彩斑蚜的适应性反应，以期为三叶草彩斑蚜的田间监测预报和综合治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

将采集于甘肃农业大学校内实验基地的三叶草彩斑蚜，选取无翅成蚜，置于盆栽的甘农5号紫花苜蓿(Medicago sativa)植株上，自然扩繁3代以上，供试验使用。饲养条件：温度(25 ± 1) ℃，相对湿度 (70 ± 10)%，光周期 16∶8(L∶D)。

试验所需甘农5号紫花苜蓿种子由甘肃农业大学提供。

1.2 试验处理

1.2.1 供试虫体饲养

“离体叶片”饲养法。依次将一张定性滤纸、脱脂棉(厚度不超过2 mm)和苜蓿叶片平铺于培养皿(直径9 cm)中。叶片背面朝上，用脱脂棉包裹其叶柄，将清水注入培养皿中，以确保叶片的新鲜。将1头初生若蚜接入培养皿中单头饲养。试虫饲养条件：温度 (25 ± 1) ℃，相对湿度 (70 ± 10)%，光周期 16∶8(L∶D)。

1.2.2 供试虫体处理

将若蚜 (无翅成蚜 12 h 内产)待其取食 12 h 后置于40 W紫外灯下(垂直距离为30 cm)分别处理20、30、40、50和 60 min，对照 (CK)用白炽灯照射。每组处理65头，每天照射1次，连续照射6 d，照射完成后收集蚜虫备用。连续8代。

1.3 试验方法

1.3.1 酶液制备

酶液制备方法参考袁伟宁[28]和张艳霞[29]的方法进行，试验设3次重复，每次重复将6头三叶草彩斑蚜试虫称重，洗净后置于预冷的试管中，加入 50 mmol·L-1pH 7.8的预冷磷酸缓冲液 (PBS)1 mL；在提前预备好的冰块上研磨至匀浆，4 ℃、10 000 r·min-1离心 10 min，移取上清液备用，上清液即为酶液，用于酶活的测定。

1.3.2 超氧化物歧化酶(SOD)活性测定

采用氮蓝四唑比色法[29-30]，用酶标仪对吸光值进行测定。

1.3.3 过氧化氢酶(CAT)活性测定

CAT活性测定采用紫外吸收法，具体操作参照赵会杰等[31]和张艳霞[29]的方法进行，活性计算时以每分钟OD值减少0.01为1个酶活性单位(U)。

1.3.4 过氧化物酶(POD)活性测定

用愈创木酚比色法对POD的活性进行测定，具体操作参照Cakmak和Marschner[32]、张艳霞[29]的方法。

1.4 数据分析

数据处理软件为SPSS 19.0，对同一世代和同一UV-B辐射处理时间分别进行方差分析检验，多重比较运用新复极差法。

2 结果与分析

2.1 紫外辐射(UV-B)对三叶草彩斑蚜CAT活性的影响

紫外辐射对三叶草彩斑蚜体内CAT活性有显著影响(表1)，F1～F7代各时间处理均显著大于对照(P＜ 0.05)，且均在总体上出现低→高→低的变化，除F1代在30 min处理出现最大值，其余世代均在40 min处理出现最大值，分别为同一世代对照的 3.63、12.84、7.58、6.10、4.63、3.39和 2.28倍。在F8代 30 min处理时为最小值，仅为对照的68.96%。各处理CAT活性均随着辐射世代的增加出现低→高→低的变化，分别在F6、F2、F2、F3、F3代出现最高值，为同时期对照的2.73、3.63、6.82、7.47和6.29倍。F8代除对照外，各处理均显著低于 F1代 (P＜ 0.05)。

表1 紫外(UV-B)辐射对三叶草彩斑蚜CAT活性的影响Table 1 Effects of ultraviolet (UV-B) radiation on CAT activity in Therioaphis trifolii U·(g·min)-1

2.2 紫外辐射(UV-B)对三叶草彩斑蚜对POD活性的影响

三叶草彩斑蚜POD活性随着辐射时间的延长和辐射代数的增加均呈现低→高→低的变化(表2)，在F1～F8代各处理POD活性和同世代的对照相比均增加，除F5代在处理30 min时出现最高值(较对照增加72.22%)外，其余世代均在处理40 min时出现最高值，分别高出同世代的对照23.18%、28.88%、34.07%、50.00%、108.63%、52.40%和52.30%。F4～F8代各处理均显著高于同世代的对照 (P＜ 0.05)。处理 30 min 在 F5代出现最大值，其余处理均在F6代达到最大值，分别高出同世代的对照64.60%、108.63%、96.68%和75.88%。各处理F1与F2、F2与F3、F3与F4间无显著差异(P＞ 0.05)，而 F1与 F4代差异显著 (P＜ 0.05)，F5代 POD 酶活性除对照外均显著高于 F4代 (P＜ 0.05)。

表2 紫外(UV-B)辐射对三叶草彩斑蚜POD活性的影响Table 2 Effect of ultraviolet (UV-B) radiation on POD activity in Therioaphis trifolii U·(g·min)-1

2.3 紫外辐射(UV-B)对三叶草彩斑蚜对SOD活性的影响

紫外辐射对三叶草彩斑蚜体内SOD酶活性有显著影响(表3)，在F1～F8代各处理均显著高于同世代的对照(P＜ 0.05)，各世代SOD活性均随辐射时间的延长呈现低→高→低的变化趋势，除F6代外其余世代均在处理40 min时出现最大值，分别为同世代对照的2.91、3.31、3.98、4.60、4.91、3.98和3.72倍。F1～F3代各世代相邻两个处理间均有显著差异 (P＜ 0.05)。F1～F8代 20～60 min 处理 SOD活性均出现先增大后减小的趋势，且均在F6代出现最大值，分别为同处理F1代的1.72、1.82、1.78、4.16和1.86倍。40和50 min处理相邻两个世代间变化显著 (P＜ 0.05)。

3 讨论与结论

紫外辐射会影响蚜虫的生长发育和繁殖，同时影响其取食等行为，甚至造成蚜虫的种下分化。有学者通过对麦长管蚜的研究发现麦长管蚜通过提高体内SOD、CAT及POD酶活性水平，来抵抗UV-B对麦长管蚜的危害；短期紫外辐射时SOD、CAT和POD 3种酶共同起作用，清除氧自由基，而长期紫外辐射时SOD和CAT起主要作用[20, 33]；有研究表明，豌豆蚜也会改变体内SOD、CAT、POD 3种保护酶的活性，以减少UV-B造成的伤害，而SOD在其中起主要作用[28]。

表3 紫外(UV-B)辐射对三叶草彩斑蚜SOD活性的影响Table 3 Effect of ultraviolet (UV-B) radiation on SOD activity in Therioaphis trifolii U·(g·min)-1

本研究表明，紫外辐射会增加三叶草彩斑蚜体内CAT、POD、SOD的活性，且CAT、POD和SOD活性随辐射代数的增加和辐射时间的延长先升高后降低。具体表现为CAT和SOD活性各处理均显著高于对照，而POD活性各处理未显著高于同世代的对照，说明在紫外辐射处理下保护酶系中CAT、SOD比POD酶反应明显，这个结论与紫外辐射对豌豆蚜[28]和麦长管蚜[20]保护酶的结论相似。CAT、POD、SOD的活性均随辐射世代的增加先升高后降低，可能是因为连续多世代的紫外照射三叶草彩斑蚜后产生的适应性反应，表明三叶草彩斑蚜通过增加体内保护酶的活性抵抗紫外辐射造成的自由基伤害，该结论与UV-B辐射下麦长管蚜保护酶[20, 33]的变化相似。CAT活性除F1和F8代外，其余世代均在40 min处理出现最大值；SOD活性除F6代外均在40 min处理时活性最高；POD活性除F5代外，其余世代均在处理40 min最高，表明短时间的紫外辐射处理能显著提高三叶草彩斑蚜的保护酶活性，与麦长管蚜的研究相似[20]，存在差异可能是由于供试虫体不同造成。

本研究采用室内培养方法，与自然环境存在一定差异。但就结果来说，与其他学者进行的连续多代UV-B对麦长管蚜[20, 33]和豌豆蚜[28]的保护酶活性影响的研究结果相近，存在差异可能是因为试验虫体的不同导致。本研究仅就紫外辐射对三叶草彩斑蚜保护酶的影响做了相关研究，还可以对保护酶及其他体内物质含量的变化与种群生物学特性变化的关系做进一步的研究，进而为三叶草彩斑蚜的田间种群预测及综合防治提供理论基础。