全 文 ：第 3 6卷 第 4期
19 9 3年 1 1月
昆 虫 学 报 V ol. 3 6,
A C T A E N T O M O L O G I C A S I N I C A
N o
. 冬
1 9 9 3
刀豆氨酸对亚洲玉米螟的生理生化效应
程 振 衡 汪 文 陆
(南开大学生物学系 , 天律 3。。。 71 )
摘要 本文报道亚洲玉米螟 0 : ` ; 矛, 1 0 fu r 。 “ : 。 石 , 五龄幼虫注射 。 . 25 一 1 . 0 毫克 /克刀 豆 氨 酸 铭 小
时 后有关生理生化的变化 , 其中血淋巴蛋白质电泳区带数目减少 , 浓度降低 ,而游离氨基酸总量明显增加 ,其
中脯氨酸和谷氨酸沟变化最为明显 。 虫体酸性磷酸醋酶 的活性显著升高 , 而精氨酸酶的活性却有所降低。
刀豆氨酸可引起虫体内尿素含最下降 , 而对尿酸含量影响不大 。 经刀豆氨酸处理后发育成 长的成虫其雌虫
卵巢和雄虫附腺的蛋白质合成均显著下降 , 并对上述结果做了简要的讨论 。
关镇词 亚洲玉米螟 刀豆氨酸 血淋巴蛋白质 氨基酸
刀豆氨酸是一种非蛋白质氨基酸 , 系精氨酸的类似物 , 普遍存在于豆科植物的种子
中 ,对多种昆虫的生长发育有明显的抑制作用 。 据报道 ,用刀豆氨酸防治烟草天蛾 M 。 -
d “ e a , 。 x r a 效果较好 ( D a h lm a n , 19 8 0 )。 K o u l ( 1 9 8 5 ) 试图用这种物质防治斜 纹夜
蛾 S户。 d o p : 。 ; 。 il , “ ; 。 发现 , 对早龄幼虫的生长发育影响明显 。 有关刀豆氨酸对烟草天
蛾的毒性作用机理 R os e nt ha l 等已有较多的研究 , 认为刀豆氨酸能替代精氨酸参与虫体
蛋白质的合成 ( R os e nt h a l 和 T ho m as , 1 9 8 5 ) , 进而影响这些生物大分子的正常生理机能
( R
o s e n t h a ] 等 , 19 8 9 ) , 但对虫体生理过程的影响却是一个复杂的过程 ( L e n z 等 , 1 9 8 6 ) o
本文作者对亚洲玉米螟的研究表明 , 刀豆氨酸不仅影响试虫的生长发育过程 , 而且对其生
殖力也有明显的抑制作用 (程振衡和朱志强 , 1 9 8 6 ) , 为了进一步了解刀豆氨酸对该试虫的
毒性 ,本文就刀豆氨酸对亚洲玉米螟多种生理生化过程的影响进行了研究 。
材 料 和 方 法
1
. 材料 刀豆氨酸为 iS g m a 公司产品 ,亚洲玉米螟 由室内连续饲养供应 , 饲养方
法和条件同周大荣等 ( 1 9 80 ) 。
2
. 处理方法 将 刀豆氨酸用玉米螟生理盐水 ( O F s) (程振衡和朱志强 , 19 8 6 ) 配
成浓度为 1 . 2 5多 、 2 . 5务 和 5外 的注射液 , 按照 0 . 2 5外 、 0 . 50 并 和 1 . 0 毫克 /克的剂量注射
弓龄初期幼虫 (试虫平均体重为 50 士 5 毫克 , 注射量为 1微升 ) ,处理后在正常条件下饲养
4 8 小时备 ;日。
3
. 血淋巴蛋 白质的分析 采用聚丙烯酞胺梯度凝胶电泳法分析血淋巴蛋白质 , 电泳
条件为 : 浓缩胶浓度 2 . 5铸 ( p H 6 . 7 ) , 分离胶浓度 3 . 5一 28 外 ( p H S . 9 ) , 电泳电流 20 川入 ,
4℃条件下进行 ,染色液为 。 . 1多 的考马氏亮蓝 G : , 。 , 用 7外 的乙酸配制 。
血样制备 : 取试虫剪破一臀足取血 , 加人少量苯基硫腮 (P T U ) 防止黑化 , 以等量的
电泳缓冲液稀释 ,于 50 0 0 转 /分离心 功 分钟 。取上清液测试 。
本 文于 , 9 9 1年 7 j寻收到。
4期 程振衡等 :刀豆氨酸对亚洲玉米螟的生理生化效应
4
.血淋巴游离氨基酸的测定 取上述血样 0 .2 毫升 , 加人 。 . 8 毫升 5肠 磺基水杨酸 ,
摇匀后于 o℃ 过夜 , 于 12 0 0。 转 /分离心 30 分钟 , 取上清液用 0 . 2 m ol / L 盐酸稀释 10 一 5。
倍 ,用 H i t a c hi 8 3 1一 5。 型氨基酸自动分析仪分析 ,进样量为 50 微升 。
5
. 尿素含量的测定 取试虫 10 头于滤纸上爬行 1 小时待排净粪便 , 在 20 m m 司 ZL
硫酸锰溶液 ( 10 毫升 /克 )中匀浆 , 于 10 0 0。 转 /分离心 10 分钟 , 取 0 . 2 毫升上清液加人 5 . 0
毫升显色液 (含 0 . 06 多 二乙酸单肪和 0 . 0 03 多 硫代氨基睬的 45 外 磷酸溶液 ) . 水浴煮沸
2 0 分钟 , 冷却后于 53 0 毫微米比色测定 。
6
. 尿酸含量测定 取前述上清液 1 . 0 毫升 , 加人 1. 0 毫升 14 多 碳酸钠溶液 , 再加人
1
.
0 毫升显色液 ( 3 . 0 克钨酸钠 , 3 . 2 毫升磷酸和 3 . 0 毫升蒸馏水 , 回流 2 小时后加人 1 . 6 克
硫酸铿 , 定容 10 毫升 ) , 室温静置 10 分钟 , 于 7 0 毫微米比色测定 。
7
. 精氨酸酶活性的测定 依 H a : r y 等 ( 19 7 6 )进行 。 根据生成尿素的量计算出精氨
酸酶 的活性 , 活性单位为微克 /分 /克。
8
. 酸性磷酸 醋酶活性的测定 测定方法同 C ol e l n an ( 1 9 6 6 )。 根据生成百里酚酞的
含量计算出酸性磷酸醋酶活性 , 活性单位为微克 /分 /克 。
9
. 同位素标记 取初羽化的成虫 ( 12 小时内 )采用体内标记法处理卵巢 ,用体外标记
法处理雄蛾附腺 。 前 者用 o . l m c i/ 毫升的 ` H 一亮氨酸生理盐水溶液注人雌娥体腔 (注射量
为 4 微升 /头 ) , 2 小时后取出卵巢测卵巢蛋白质中同位素的活性 ;后者用 o . l m 。 j/ 毫升 , H -
亮氨酸 G r ac e 培养液于 30 ℃ 培养雄蛾附腺 , 1 小时后测定附腺蛋白质中同位素活性 。
组织研磨液用三氯 乙酸沉淀 , 去上清液 , 加人 0 . 1 毫升高氯酸 ( 60 汤 )和 0 . 1 毫升双氧 .
水 ( 30 多) , 于 70 ℃ 消化 l一 2 小时 , 冷却后加人 5 毫升闪烁 液 , 用盖革闪烁计数仪 皿
量 。
结 果
亚洲玉米螟 5 龄幼虫经刀豆氨酸处理后 , 血淋
彝一珊ù娜一豁
鑫瓣一ù攫攘鬓
1
. 刀豆氨酸对血淋巴蛋 白质的影响
巴蛋 白质电泳区带趋于减少 (图 1 ) 。 正
常幼虫血淋巴有 1 条蛋 白主带 ,而经刀
豆氨酸 (剂量为 0 . 25 一 1 . 0 毫克 /克 )处理
4 8小时后带 9 、 10 和 H 浓度趋于减少 。
2
. 对血淋巴游离氨基酸的影响 当
刀豆氨酸注射剂 量 为 0 . 2 5 、 0 .刘 和 1 . 0
毫克 /克 、 处理 48 小时后 , 血淋巴游离氨
基酸总量 (不包含刀豆氨酸 ) 明显升高
(表 l ) , 但对各种游离氨基酸的影响不
尽相同 。 酸性氨基酸 ( 1 3 )和中性氨基酸
( l一 1 2 )表现出不同程度的增长 ,其中脯
氨酸和谷氨酸的变化较为明显 。 几种碱
性氨基酸 ( 1 4一 ! 6 )情况不同 , 组氨酸的
含量变化不大 , 赖氨酸含量受刀豆氨酸
翻里 , . , 口. 口
己死之公
, p . , 口 . 理竺
」 口曰吮泛 , , . 吮. 尸 .月
` 乙己己 月民名曰 毛 护 , , ,
么久 , , 认 口 , , , , , 名乙 Z 云
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1尸, , , 二 j ` ` d 子刁叮卫日 刃吧丫, 弓盯
, , . 户口 , 三刁 J .之 口
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. . 口曰
. . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 门. . . . . .
. . . . . . . .
图 l 刀豆氨酸对血淋巴蛋白质的影响
A
. 对 照 B 、 C 、 D 为 0 . 2亏、 。 . 50 、 1 . 0 毫克 /克刀豆氨酸处理组
592 昆 虫 学 报 3 6色
影响而明显降低 。 当刀豆氨酸注射剂量为 0 .2 5一 0 . 5毫克 /克时 , 精氨酸含量较对照组有
所增加 , 但齐U量升高时则含量递减 , 这可 能与精氨酸酶活性的变后有密切的关系 。
表 l 刀豆氮酸对血淋巴游离氮基酸含 t 的影响
氨 基 酸 含 量 (毫克 /克义 1。~ 之)
氨 从 酪
对 照 组
刀 豆 氨 酸 处 理 组{
O
·
2 , 毫 克 /克 。 · , 0 毫克 /克 1 · o丢 克 Z竟
1
. 甘氨酸
2
. 丙氨酸
3 丝氨酸
怪 苏氨酸
5
, 领氨酸
, 亮抓艘
7
.异亮 氨酸
8
. 恍氨酸
9
.蛋氨酸
l价苯丙氨酸
1 1
· 茄氨酸
1 .2
「浦氨酸
3 3
.
7士 1 0 . 7 3 5 . 7 一卜 ! 2 . 9 4 5 弓+ 2 0 . 3 3 7 . 7士 1 3 . 8
3 1
。
2十 9 . 2 3 3 2 十 11 . 7 4 2 . 0士 17 。 O 3 8 。 6 + 9 。 6
呜5 3 。 6士 1 8 4 4 66 . 9 十 2 4 . 8 4弓5 . 5土 4 4 . 7 5 1 0 . 5士 2 3 . ,
l 考. 4 。 , + 6 。 2 1 7 6 . 2 一 l一 6 。 2 1 8 1 . 6+ j 2 . 0 1 8 5 . 6小 8 。 8
` 0 . 5土 4 . 7 3 6 。 8 + 2 。 9 4 2 . 0 + 6 9 马 2 。 7 + 3 。 6
4 1
.
4 + 1 1
.
9 4 4 6 + 1 3
.
4 4 2
.
9+ 10
.
6 4 8
.
6十 10 . 6
2 7
.
2+ 4
.
3 2 8
。
2 + 4
. 】 2 8 . b 十 5 。 7 3 3 . 1土 5 . 5
1 3 6十 4 . 9 l斗。 7十 2 。 9 1 6 . 4士 3 . 6 17 . 5土 4 . 4
1 0
.
5士 1 . 0 12 . 5+ 3 。 2 1 1 . 7士 2 . 5 13 。 2士 2 . 8
1 5
。 呀十 3 。 8 1 9 . 3十 4 。 8 1 7 。 8+ 2 。 6 2 5 . 斗土 , . 呼
5 1
。
2+ 6
.
3 5 4 9十 1 1 。 5 53 . 4士 7 . 1 5 9 . 8+ 5 . 2
6 7
。
9 只 4 72 2+ l
。
4 8 2
.
8 + 3
.
9 8 0
.
0
一干 3 . 0
6 3
.
0士 4 . 6 7 1 . 8十 3 . 8 艺 0 . 呼土 2 3 . 8 7 5 . 0+ 2 . 今
1 9吕。 9+ 13 。 8 1 9 5 . 8十 5 6 2 0 9 . 2土 2 3 . 8 2 00 . 6十 4 . 8
1 .5 赖 氛酸
16
· 卜产i氨酸
1 0 2
.
8宁 1 0 . 0 8 7 。 8+ 1 6 。 9 7 6 . 0土 7 . 1 8 5 . 0 书 1 0 . 7
9 4
.
0士 3 . 2 土 1 0 . 5士 0 . 6 1 1 0 . 5士 1 . 8 9 7 。 8+ 6 。 8
合 计 1 4 0 5 . 6 一斗 3 1 . 6 14 5 4 . 7一「一 5 5 . 3 1 5 1 6 . 6土 9 8 . 4 15 4 9 . 5士 70 . 8
17
· 刀豆氨酸 3 3 . 8士 2 . 9 4 9 。 3+ 5 。 9 5 3 . 0士 4 . 8
比 ; 表中数据均为 4 次重复的平均值。
表 2 刀 豆氮酸对虫体尿紊和尿酸含盆的影响
刀 豆 氨 酸 处 理 组
对 照 组
0
·
2 , 毫 克 /克 。 . 50 毫克 /克 . 。 毫克 /克
尿素 (毫克 /克丫 1 0一 , )
( 占对照组的% ) 74
.
8十 6 。 5 63
。
6 + 1 4
.
2
( 8 5
.
0 )
6 2
.
2+ 1 ,
.
9
( 8 3
.
3 )
6 0
.
0士 13 . 8
( 8 0
.
3 )
尿酸 (毫克 /克只 1 0一 , )
( 占对照组的% ) 4 7
.
1+ 5
。
6
4 8
。
5十 2 . 1
( 9 7
.
3 )
4 6
.
2
一卜 3 。 2
( 9 8
.
1 )
4 5
.
3 + 4
,
6
( 9 6
.
2 )
注 : 表 中数据均为 7一 8 次重复的平均值 。
3
. 对虫体尿素和尿酸含量的影响 刀豆氨酸对尿素含量影响较大 , 表现为降低的趋
4期 程振衡等 :刀豆氨酸对亚洲玉米螟的生理生化效应
势 , 而对尿酸的含量影响较小 (表 2 ) 。
4
. 对虫体酸性磷酸醋酶和精氨酸酶活性的影响 刀豆氨酸使虫体酸性磷酸酚酶的活
性明显增加 , 而对精氨酸酶活性则显示倒钟罩形变化规律 (表 3 ) 。 当 刀豆氨酸注射剂量
为 0 . 25 一 0 . 5 毫克 /克时 ,酶活性较对照组明显降低 ;但剂量升高时则酶活性递增。 高剂量
刀豆氨酸引起精氨酸酶活性递增的原因尚不清楚。
一一一- 一 , -一 对 照 组 刀 豆 氨 酸 处 理 组0 · 2 5 毫克 /克 O · ,。 毫克 /克 1 · O毫克 /克
酸性磷酸酉旨酶 14 , 9士 1 . 2 17 . 2士 1 ` 9 2 2 . 3士 3 。 4 2 3 、 3土 3 , 2
( 活性单位 ) ( r l , . 4 ) ( 1斗 9 . 7 ) ( 15 6 . 2 )
(占对照组% )
2 6 R 7 斗 I ` R 一 ~ - ~~一一, , 哎 , 」一 n ,( 活性单位 ) 3 3 1 . 5土 2 . 6 2 6 8 . 7土 16 8 2 7 5 . 2十 9 . 2 3 0 8 . 6士 1 3 . 2
( 占对照组% ) ( 8 6 . 2 ) ( 8 8 . 碑)
( 93
.
1)
注 : 表 中数据均为 3 次重复的平均值 。
5
. 对几种组织的蛋白质合成影响 利用 ’ H 一亮氨酸被卵巢和雄蛾附腺吸收掺人蛋 白
质的活性 , 测试结果表明刀豆氨酸处理后其卵巢和雄蛾附腺的蛋白质合成活性均明显降
低 (表 4 ) 。 对卵巢的影响比雄蛾附腺更加明显 , 此与前文 (程振衡和朱志强 , 1 9 8 6 )报道刀
豆氨酸抑制雌娥性腺发育 , 卵管变短 , 卵细胞数 目减少相关 。
表 4 刀豆氮酸对 3H 一亮氮酸参与组织蛋白质合成 的影响
次重复的平均值
讨 论
: ;谬淤蒸髓黛淤淤翼艺巍{乙巍
昆 虫 学 报 3 6卷
处理后 48 小时 , 幼虫血淋巴蛋白质电泳区带的数 目和浓度均随处理剂量的增加而递减 ,
而血淋巴游离氨基酸总量则明显增加 。 由于刀豆氨酸易于参与蛋白质的形成 , 这些蛋 白
质并不是虫体正常的组成成分 ,或不能发挥正常的生理功能 , 其对胞内水解酶的敏感性较
高 , 从而加速蛋 白质的分解 ( K n 。 w le : 等 , 19 7 5 ) 。 本试验还发现试虫经刀豆氨酸处理后 ,
体内酸性磷酸醋酶的活性明显增加 , 这一结果也进一步肯定了 上述观点 。 由于酸性磷酸
醋酶是胞内溶酶体标志性水解酶 , 其活性直接反映溶酶体活性的变化 , 和其它水解酶共同
完成细胞内消化作用 ( L o e k s h i n , 1 96 9 ) 。
刀豆氨酸对血淋巴游离氨基酸的代谢有不同程度的影响 , 造成大部分氨基酸在血淋
巴中聚积 。 在所有的氨基酸中 , 只有赖氨酸含量受刀豆氨酸作用而减少 , 这可能与其 自身
性质有关 , 由于该物质在昆虫组织中代谢迅速 ,在组织代谢活跃期其分解速度可增加四倍
( J ul
l
gr
e i、 , 1 9 8 0 )
, 赖氨酸含量降低也可能间接地反映蛋白质分解代谢加快 。 精氨酸的
代谢与精氨酸酶的关系很大 , 而刀豆氨酸对精氨酸酶有较为复杂的影响 , 当刀豆氨酸剂量
较低时 ( 0 . 25 一 0 . 50 毫克 /克 ) , 酶活性降低 1 . 6一 13 . 2外 ; 但当剂量较高时 , 酶活性反而递
增 ,可能刀豆氨酸对其影响有一定的临界限度 ,这还有待于进一步的工作加以阐明 。 由于
精氨酸酶活性的变化 , 血淋巴精氨酸含量呈现出钟罩形变化规律 。 尿素是精氨酸的代谢
产物之一 ,其含量变化规律也与此基本一致 。 刀豆氨酸对尿酸的含量影响不大 (表 2 ) , 这
可能与尿酸本身在虫体内复杂的形成过程有关。
此外 , 刀豆氨酸较明显地影响玉米螟卵巢和雄蛾附腺中蛋白质的合成 , 使 ’ H 一亮氨酸
掺人蛋白质的量明显减少 (表 4 ) 。 可见刀豆氨酸对亚洲玉米螟多种代谢过程均 有 影 响 ,
综合表现为试虫正常生长发育和变态过程受到严重干扰 (程振衡和朱志强 , 1 9 8 6 ) 。
参 考 文 献
周大荣等 1 , 8。 玉米螟 人工繁殖研究 卜一种半人工 饲料及其改进 。 植物保护学报 :7 113 一 21 。
程振衡 、朱志强 1 , 8 6 刀豆氨酸对亚洲玉米螟生长 发育的影响 。 昆虫学报 2:9 14 3一氏
C o l e m a n
,
C
.
M
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1 9 6 6 T h e s v n t h e s i s o , t h y m o P h t h a l e i n m o n o p卜o s P l x a t e , a n e w s u b s t r a t e f o r a l k a l i n e
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呼 期 程振衡等 :刀豆氨酸对亚洲玉米螟的生理生化效应 3 95
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一 c a n a v a n i n e w a s i n ie e t e d i n t o t l
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l a r v a a t d o s e s o ` 0 . 2 5一 1 . o o m g / 9 b o d y w e i g h t , i t c o n s i d e r a b l y d e p r e s s e d t h e a m o u n t
o f h e m o l y lr p h p r o t e i n s a n d s i g n i f i e a n t l y i n c r e a s e d t h e l e v e l o f h e m o l y m户 f r e e
a m i n o
a e i d s
, a m o n g w h i c h p r o l i n e a n d g l u t a m i c a c i d w e r e 功 o s t nt a r k e d l y a f f e c t e d .
T h e w h o l e
一
b o d y a e i d P h o
s p h a t a s e a c t i v i t y w a s e l e v a t e d
,
w h i l e t h e w h o l e
一
b o d y a r g i
-
n a s e a e t i v i t y a n d u r e a c o n c e n t r a t i o n s d e c r e a s e d
.
T h e r e w a s n o s i g n i f i c a n t c h a n g e s i n
u r i c a c id
.
I n c o r p o r a t i o n s o f 3H
一
l e u e i n e i n t o t r i e h l o r o a e e t i c a c i d
一
i n s o l [J b l e s u b、 t a n c e s
w e r e s i g n i f i c a n t l y
r e d u c e d i n t h e o v a r y o r m a l e a e e e s s o r y g l a n d s o f a d u l t s f r o m l a r
-
v a e t r e a t e d w i t h c a n a v a n i n e
.
I t w a s s u g g e s t e d t h a t t h e t o x i e i t y o f c a n a
v a n i n e w a s
m u c h d e p e n d e n t o n t h e d i s t u r b a n c e o f p r o t e i n a n d n i t r o g e n m e t a b o n i s m
,
w h i e h i n
t u r n a f f e c t s a s e r i e 、 o f e h a n g e s o f p b y s i o l o g i e a l P r o c e s s e s
K e y w o r d o o : ` r , n z a z“ r 刀 a ` a l , s — L 一。 a xz a v a n i n e— h e m o l y nr p h p r o t e i n 、—a m i n o a e 一d`