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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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基于生物多样性保护的兴安落叶松与白桦最佳混交比例要要要以阿尔山林区为例
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中国能源消费碳排放的时空特征 舒娱琴 渊源怨缘园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土丘陵沟壑区坡面尺度土壤水分空间变异及影响因子 姚雪玲袁傅伯杰袁吕一河 渊源怨远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆艾比湖流域土壤有机质的空间分布特征及其影响因素 王合玲袁张辉国袁秦摇 璐袁等 渊源怨远怨冤噎噎噎噎噎噎
雅鲁藏布江山南宽谷风沙化土地土壤养分和粒度特征 李海东袁沈渭寿袁邹长新袁等 渊源怨愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
一株溶藻细菌对海洋原甲藻的溶藻效应 史荣君袁黄洪辉袁齐占会袁等 渊源怨怨猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
砷形态对黑藻和竹叶眼子菜有机酸含量的影响 钟正燕袁王宏镔袁王海娟袁等 渊缘园园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
七项河流附着硅藻指数在东江的适用性评估 邓培雁袁雷远达袁刘摇 威袁等 渊缘园员源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
杭州湾滨海湿地不同植被类型沉积物磷形态变化特征 梁摇 威袁邵学新袁吴摇 明袁等 渊缘园圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
剪形臂尾轮虫形态的时空变化及其与生态因子间的关系 葛雅丽袁席贻龙袁马摇 杰袁等 渊缘园猿源冤噎噎噎噎噎噎噎
太湖流域河流水质状况对景观背景的响应 周摇 文袁刘茂松袁徐摇 驰袁等 渊缘园源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
荒漠植物白刺属 源 个物种的生殖分配比较 李清河袁辛智鸣袁高婷婷袁等 渊缘园缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
臭氧浓度升高对香樟叶片光合色素及抗过氧化的影响及其氮素响应 牛俊峰袁张巍巍袁李摇 丽袁等 渊缘园远圆冤噎噎
不同密度下凤仙花重要形态性状与花朵数的关系 田旭平袁常摇 洁袁李娟娟袁等 渊缘园苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
五种高速公路边坡绿化植物的生理特性及抗旱性综合评价 谭雪红袁高艳鹏袁郭小平袁等 渊缘园苑远冤噎噎噎噎噎噎
散孔材与环孔材树种枝干尧叶水力学特性的比较研究 左力翔袁李俊辉袁李秧秧袁等 渊缘园愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
北京城区行道树国槐叶面尘分布及重金属污染特征 戴斯迪袁马克明袁宝摇 乐 渊缘园怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
南亚热带米老排人工林碳贮量及其分配特征 刘摇 恩袁 刘世荣 渊缘员园猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
植物生活史型定量划分及其权重配置方法要要要以四棱豆生活史型划分为例 赵则海 渊缘员员园冤噎噎噎噎噎噎噎
半干旱区湿地鄄干草原交错带边界判定及其变化 王摇 晓袁张克斌袁杨晓晖袁等 渊缘员圆员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
氮肥运筹对晚播冬小麦氮素和干物质积累与转运的影响 吴光磊袁郭立月袁崔正勇袁等 渊缘员圆愿冤噎噎噎噎噎噎噎
氮肥形态对冬小麦根际土壤氮素生理群活性及无机氮含量的影响 熊淑萍袁车芳芳袁马新明袁等 渊缘员猿愿冤噎噎噎
基于数字相机的冬小麦物候和碳交换监测 周摇 磊袁何洪林袁孙晓敏袁等 渊缘员源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土高原半湿润区气候变化对冬小麦生长发育及产量的影响 姚玉璧袁王润元袁杨金虎袁等 渊缘员缘源冤噎噎噎噎噎
基于土地破坏的矿区生态风险评价院理论与方法 常摇 青袁邱摇 瑶袁谢苗苗袁等 渊缘员远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于生态位的山地农村居民点适宜度评价 秦天天袁齐摇 伟袁李云强袁等 渊缘员苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
氯虫苯甲酰胺对黑肩绿盲蝽实验种群的影响 杨摇 洪袁王摇 召袁金道超 渊缘员愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎远 种植物次生物质对斜纹夜蛾解毒酶活性的影响 王瑞龙袁孙玉林袁梁笑婷袁等 渊缘员怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
云南元江芒果园桔小实蝇成虫日活动规律及空间分布格局 叶文丰袁李摇 林袁孙来亮袁等 渊缘员怨怨冤噎噎噎噎噎噎
重庆市蝴蝶多样性环境健康指示作用和环境监测评价体系构建 邓合黎袁马摇 琦袁李爱民 渊缘圆园愿冤噎噎噎噎噎
专论与综述
生态系统服务竞争与协同研究进展 李摇 鹏袁姜鲁光袁封志明袁等 渊缘圆员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国沿海无柄蔓足类研究进展 严摇 涛袁黎祖福袁胡煜峰袁等 渊缘圆猿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
冰雪灾害对森林的影响 郭淑红袁薛摇 立 渊缘圆源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同干扰因素对森林和湿地温室气体通量影响的研究进展 杨摇 平袁仝摇 川 渊缘圆缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
采石场废弃地的生态重建研究进展 杨振意袁薛摇 立袁许建新 渊缘圆远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
基于地统计学和 悦云陨样地的浙江省森林碳空间分布研究 张摇 峰袁杜摇 群袁葛宏立袁等 渊缘圆苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿源源鄢扎澡鄢孕鄢 预 苑园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员圆鄄园愿
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封面图说院 秋色藏野驴群要要要秋天已经降临在海拔 源圆园园 多米的黄河源区袁红色的西伯利亚蓼渊生于盐碱荒地或砂质含盐碱土
壤冤铺满大地袁间有的高原苔草也泛出了金黄袁行走在上面的藏野驴们顾不上欣赏这美丽的秋色袁只是抓紧时间在严
冬到来之前取食袁添肥增膘以求渡过青藏高原即将到来的漫长冬天遥
彩图提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援 糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援 糟燥皂
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第 32 卷第 16 期
2012 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 16
Aug. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目 (31000260, 31100286, 31028018); 广东省自然科学基金项目(S2011040004336)
收稿日期:2012鄄03鄄06; 摇 摇 修订日期:2012鄄05鄄31
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: rszeng@ scau. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201203060302
王瑞龙, 孙玉林, 梁笑婷, 宋圆圆, 苏贻娟, 朱克岩, 曾任森. 6 种植物次生物质对斜纹夜蛾解毒酶活性的影响. 生态学报,2012,32 (16):
5191鄄5198.
Wang R L, Sun Y L, Liang X T, Song Y Y, Su Y J, Zhu鄄Salzman Keyan, Zeng R S. Effects of six plant secondary metabolites on activities of detoxification
enzymes in Spodoptera litura. Acta Ecologica Sinica,2012,32(16):5191鄄5198.
6 种植物次生物质对斜纹夜蛾解毒酶活性的影响
王瑞龙1,2,3, 孙玉林1,2,3, 梁笑婷1,2,3, 宋圆圆1,2,3, 苏贻娟1,2,3,
朱克岩4, 曾任森1,2,3,*
(1. 华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室,广州摇 510642;
2. 农业部华南热带农业环境重点实验室, 广州摇 510642;3. 广东省普通高等学校农业生态与农村环境重点实验室,广州摇 510642;
4. 德克萨斯农工大学昆虫学系,德克萨斯州 77843摇 美国)
摘要:草食性昆虫取食植物时遇到宿主植物中大量次生物质的化学防御,研究昆虫适应植物毒素的反防御策略具有重要的科学
意义。 分别添加 0. 01%肉桂酸、0. 01%水杨酸、0. 01%花椒毒素、0. 02%槲皮素、0. 05%黄酮和 0. 1%香豆素等 6 种植物次生物
质的人工饲料饲养斜纹夜蛾(Spodoptera litura)五龄幼虫 48 h 后,测定斜纹夜蛾幼虫中肠和脂肪体中谷胱甘肽 S鄄转移酶
(GSTs)、羧酸酯酶(CarE)、P450 的酶含量及头部乙酰胆碱酯酶 (AChE)的活性,利用半定量 RT鄄PCR 检测中肠和脂肪体中
CYP4M14 和 CYP4S9 的基因表达水平。 结果表明:取食肉桂酸和香豆素后,斜纹夜蛾中肠中 CarE的酶活性分别提高了 1. 67 和
1. 37 倍,取食 6 种次生物质均能显著提高斜纹夜蛾脂肪体中 GSTs酶活性。 取食肉桂酸和香豆素 48 h后,脂肪体中 P450 酶含
量比对照增加 2. 93 和 14. 50 倍。 取食肉桂酸、花椒毒素、槲皮素和香豆素后,斜纹夜蛾头部 AchE 酶活性与对照相比提高了
1郾 53、1. 80、2. 36 和 1. 56 倍。 6 种次生物质均可诱导脂肪体中 CYP4M14 基因表达,槲皮素、肉桂酸和香豆素强烈诱导 CYP4S9
在脂肪体中表达。 表明,斜纹夜蛾具有利用植物次生物质诱导其解毒酶的能力,进而提高其对毒素的抗性。
关键词:斜纹夜蛾;解毒酶;细胞色素 P450;植物次生物质;昆虫反防御策略
Effects of six plant secondary metabolites on activities of detoxification enzymes in
Spodoptera litura
WANG Ruilong1,2,3, SUN Yulin1,2,3, LIANG Xiaoting1,2,3, SONG Yuanyuan1,2,3, SU Yijuan1,2,3, ZHU鄄SALZMAN
Keyan4, ZENG Rensen1,2,3,*
1 State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro鄄 bioresources, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
2 Key Laboratory of Tropical Agro鄄environment, Ministry of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
3 Key Laboratory of Agroecology and Rural Environment of Guangdong Regular Higher Education Institutions, South China Agricultural University,
Guangzhou 510642, China
4 Department of Entomology, Texas A&M University, College Station, Texas 77843, USA
Abstract: Herbivorous insects encounter chemical defense in the form of numerous secondary metabolites in host plants.
Understanding insect counter鄄defense mechanisms is important. In this study fifth instar Spodoptera litura insects were
exposed to diets containing 0. 01% cinnamic acid, 0. 01% salicylic acid, 0. 01% xanthotoxin, 0. 02% quercetin, 0. 05%
flavone and 0. 1% coumarin for 48 h. Activities of detoxification enzymes including glutathione S鄄transferase ( GSTs),
caboxylesterase (CarE), cytochrome P450 (P450) and acetylcholinesterase (AChE) were then determined in midguts and
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fatbodies, and transcript levels of CYP4M14 and CYP4S9 were examined by semi鄄quantitative RT鄄PCR. CarE activity in
midguts was increased 1. 67鄄 and 1. 37鄄fold after consumption of cinnamic acids and coumarin, respectively. All six plant
secondary metabolites induced GSTs activity in the fatbodies. Total P450 activity in the fatbodies was increased 2. 93鄄 and
14. 50鄄fold after consumption of cinnamic acid and coumarin, respectively. Consumption of cinnamic acid, xanthotoxin,
quercetin and coumarin increased AChE activity 1. 53鄄, 1. 80鄄, 2. 36鄄 and 1. 56鄄fold, respectively. All six plant secondary
metabolites induced transcripts of CYP4M14 in the fatbodies of S. litura. Cinnamic acid, quercetin and coumarin strongly
induced transcripts of CYP4S9 in the fatbodies. These results indicated that S. litura is able to induce its detoxification
enzymes to minimize toxicity from plant secondary metabolites.
Key Words: Spodoptera litura; detoxification enzymes; cytochrome P450; plant secondary metabolites; insect
counter鄄defense
自 Ehrich 和 Raven[1]提出昆虫与植物协同进化理论以来,以植物次生物质为媒介的昆虫与植物间的关系
成为化学生态学研究的热点之一。 在进化中,昆虫对植物次生物质形成多种抗性,包括代谢抗性、靶标抗性和
行为抗性[2]。 当昆虫取食不同宿主植物时,其解毒酶系也会发生明显的变化[3鄄4]。 昆虫的解毒酶能够代谢大
量的外源毒素,是昆虫适应植物防御化学物质的重要方式[5鄄8]。 谷胱甘肽鄄S鄄转移酶(Glutathione S鄄transferase,
GSTs)、羧酸酯酶(Caboxylesterase,CarE)和细胞色素 P450(CytochromeP450,CYP450)是昆虫体内最重要的三
大解毒酶系,在对外源化合物的解毒代谢中这些解毒酶可被诱导增强其活性[9鄄11]。 乙酰胆碱酯酶
(Acetylcholinesterase,AChE)是神经突触传导中的关键酶,它是有机磷类和氨基甲酸酯类杀虫剂的重要作用
靶标[12]。 细胞色素 P450 为一类亚铁血红素鄄硫醇盐蛋白的超家族,可参与内源性物质和药物、环境化合物等
外源性物质的代谢[13鄄14]。 CYP4 基因家族是 P450 超家族最古老的基因家族之一,CYP4 家族基因的代谢解毒
作用是大多数昆虫适应其寄主植物的重要机制[13]。
斜纹夜蛾(Spodoptera litura Fabricius)属鳞翅目(Lepidoptera)夜蛾科(Noctuidae),是一种世界性分布的广
食性和暴发性农业害虫[15],已知寄主范围多达 99 科 290 种以上[16]。 目前防治斜纹夜蛾主要依靠化学药剂
进行防治,但大量使用化学农药导致斜纹夜蛾对有机氯、有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯等多种杀虫剂产生
了不同程度的抗药性,防治效果减低[17鄄18]。
斜纹夜蛾能够适应 290 多种植物中的各种次生代谢物质的机理值得研究[16,18]。 为此,本文研究了肉桂
酸、水杨酸、花椒毒素、槲皮素、黄酮和香豆素等 6 种常见的植物次生物质对斜纹夜蛾解毒酶活性及对相关基
因表达的影响,旨在探明斜纹夜蛾适应次生物质的生理生化机制,揭示广食性昆虫抗药性形成的机理。
1摇 材料与方法
1. 1摇 供试材料
斜纹夜蛾幼虫采自华南农业大学实验农场,在实验室养虫室内用人工饲料饲养[19]。 饲养温度为(25依
3)益,相对湿度为(60依5)% ,光周期为 14 L 颐10 D。
二甲基亚砜 (Dimethyl sulfoxide, DMSO) (逸99. 8% )和香豆素(逸98. 0% )购自广州化学试剂厂;肉桂酸
(逸98. 0% )购自中国医药(集团)上海化学试剂公司;水杨酸(逸99. 5% )购自成都市联合化工试剂研究所;槲
皮素(逸98. 0% )、花椒毒素(逸98. 0% )和黄酮(逸99. 0% )购于 Sigma鄄Aldrich。 其他试剂均为化学纯。
1. 2摇 试验方法
1. 2. 1摇 实验设计
将肉桂酸、水杨酸、花椒毒素、槲皮素、黄酮和香豆素用 DMSO溶解,分别配制含有 0. 01%肉桂酸、0. 01%
水杨酸、0. 01%花椒毒素、0. 02%槲皮素、0. 05%黄酮和 0. 1%香豆素的人工饲料。 对照为 100 g 人工饲料中
加入 200 滋L的溶剂 DMSO。 饲喂斜纹夜蛾五龄幼虫 48 h后,分别提取斜纹夜蛾的中肠和脂肪体,-80益保存
备用。 每个处理 20 头斜纹夜蛾,实验设 3 次重复。
2915 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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1. 2. 2摇 乙酰胆碱酯酶的活性测定
乙酰胆碱酯酶的活性测定参考改进的 Ellman方法测定[20]。 将 10 头 5 龄斜纹夜蛾幼虫头部用液氮研磨,
加 2 mL生理盐水混匀,4益 3500 g / min离心 10 min,取上清液备用。 按照南京建成生物工程研究所提供的试
剂盒,加入各试剂后混匀,室温静置 15 min,在 412 nm处测定其吸光度值,重复 3 次,计算酶的活性。
1. 2. 3摇 P450 酶含量的测定
P450 酶含量的测定参考 Omura[21]的方法。 斜纹夜蛾 5 龄幼虫 5 头 1 组,提取中肠和脂肪体后分别用液
氮研磨,加入 0. 1 mol / L的磷酸缓冲液(pH 7. 0、含 1 mol / L EDTA、0. 1 mmol / L PMSF、0. 1 mmol / L DTT、10%
甘油),4 益 10000 g / min 离心 20 min,上清液即为 P450 酶液。 用 Na2S2O4将样品杯和参比杯中的 P450 酶液
还原,在参比杯中通入 CO约 1 min,分别测定其在 450 nm和 490 nm处的吸光度值,重复 3 次,计算 P450 酶的
含量。
1. 2. 4摇 谷胱甘肽鄄S转移酶活性测定
谷胱甘肽鄄S转移酶活性的测定参考 Lee[22]的方法。 斜纹夜蛾中肠和脂肪体分别用液氮研磨后,加入 2
mL 0. 04 mol / L磷酸缓冲液,4益 12000 g / min 离心 30min,取上清液即为酶源。 将 2. 4 mL 的磷酸缓冲液(66
mmol / L,pH 7. 0),0. 1 mL 酶源,50 mmol / L GSH 溶液 0. 3 mL,30 mmol / L CDNB 溶液 0. 1 mL 加入到比色杯
中,记录连续 1 min 340 nm处的光吸收变化值,重复 3 次。
蛋白质含量的测定参考 Bradford[23]的方法,以牛血清蛋白为标准蛋白。 取 1mL酶源加入 5 mL考马斯亮
蓝溶液,混匀静置 2 min后,在 595 nm处测吸光度值,通过标准曲线计算蛋白质的含量。
1. 2. 5摇 羧酸酯酶的活性测定
羧酸酯酶活性测定参考 van Asperen[24]的方法。 将提取的斜纹夜蛾中肠和脂肪体用液氮研磨后,加入 2
mL 0. 04 mol / L磷酸缓冲液,4益 12000 g / min离心 30 min,取上清液,用 0. 04 mol / L磷酸缓冲液稀释 50 倍,即
为酶源。 取 0. 3 mL 酶液,0. 7 mL 0. 04 mol / L 磷酸缓冲液和 5 mL 3伊104底物,37益摇床振荡 30 min,加入 1
mL 显色剂,混匀后室温静置 30 min,测定其在 600 nm处的吸光度值,重复 3 次。 以不同浓度的 琢鄄萘酚作标准
曲线。
1. 2. 6摇 半定量 RT鄄PCR检测表达量
(1) 总 RNA提取
斜纹夜蛾置于冰上,以预冷的磷酸缓冲液(pH 7. 8)为解剖液,解剖提取中肠和脂肪体。 将中肠和脂肪体
用液氮分别充分研磨,采用 TRIzol(Invitrogen)法提取总 RNA,超微量核酸蛋白测定仪(Nanodrop ND鄄1000)检
测 RNA样品的浓度和纯度,0. 75%的琼脂糖凝胶电泳检测 RNA样品的完整性。
(2) cDNA 的合成
cDNA 合成参照北京天根的 TIANScript RT Kit 说明书的步骤进行。 在无核酸酶的离心管中加入总 RNA
1—5 滋g,2 滋L (10 滋mol / L) Oligo (dT),2 滋L (2. 5 mmol / L) dNTP,灭菌水补足 14. 5 滋L,混匀后 70益 5 min,
置于冰上 2 min,短暂离心后加入 4 滋L 5 伊 First鄄Stand Buffer,0. 5 滋L (40U / 滋L) RNasin,1 滋L (200 U / 滋L)
TIANScript M鄄MLV, 混匀后 25益 10 min,42益 50 min,95益 5 min,-20益保存备用。
(3) 引物设计
根据 GenBank中斜纹夜蛾的 CYP4M14(DQ352137)和 CYP4S9(DQ355383)序列分别设计 PCR 扩增引
物[25],以延伸因子鄄1a (Elongation factor鄄1a,EF鄄1a)(U20129)为内标基因,其引物[25]分别为:
CYP4M14 F摇 5忆鄄GTTGCTCGCTAATCATAGGAAAAT鄄3忆,
CYP4M14 R摇 5忆鄄GGTTCTTAAACAAATCTGGTCTCAA 鄄3忆。
CYP4S9 F摇 5忆鄄CAACGATGTCTGATCTGGCT鄄3忆,
CYP4S9 R摇 5忆鄄GCAGGTCGTATATGTGGATTGAT鄄3忆。
EF鄄1a F摇 5忆鄄GACAAACGTACCATCGAGAAG鄄3忆,
3915摇 16 期 摇 摇 摇 王瑞龙摇 等:6 种植物次生物质对斜纹夜蛾解毒酶活性的影响 摇
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EF鄄1a R摇 5忆鄄GATACCAGCCTCGAACTCAC鄄3忆。
(4) 半定量 RT鄄PCR检测
半定量 RT鄄PCR在 PTC鄄100 Thermal Cycler PCR仪(Bio鄄Rad)中进行。 采用 25. 0 滋L反应体系:10伊Buffer
2. 5 滋L;cDNA模板 1. 0 滋L;2. 5 mmol / L dNTP 2. 0 滋L;ddH2O 18. 3 滋L;r Taq DNA 聚合酶 0. 2 滋L;正向和反向
引物各 0. 5 滋L。 PCR 反应条件为:94益 3min 开始并持续 32 个循环;变性 94益 30 s,退火 55. 9益 45 s,延伸
72益 1 min;最后 72益 10 min结束。
取 5 滋L PCR产物,加入 1 滋L 6伊loading buffer混匀,电泳后利用凝胶成像系统检测目的基因的表达量。
1. 3摇 数据的统计与分析
试验数据用 SPSS 16. 0 进行单因素方差分析,差异显著性分析采用 Duncan 多重比较法检验,所有数据均
为平均值依标准误。
2摇 结果与分析
2. 1摇 次生物质对斜纹夜蛾五龄幼虫 AChE活性的影响
当斜纹夜蛾五龄幼虫取食了含有 0. 01%肉桂酸、0. 01%花椒毒素、0. 02%槲皮素和 0. 1%香豆素人工饲
料 48 h后,斜纹夜蛾幼虫头部 AChE 的活性分别比对照提高了 1. 53、1. 80、2. 36 和 1. 56 倍 (F = 15. 605,P<
0郾 001)。 取食含有水杨酸和黄酮人工饲料 48 h后对斜纹夜蛾幼虫头部 AChE的活性无显著影响。 表明肉桂
酸、花椒毒素、槲皮素和香豆素等植物次生物质可诱导斜纹夜蛾增强头部 AChE的活性(表 1)。
表 1摇 6 种植物次生物质对斜纹夜蛾五龄幼虫头部 AChE活性的影响
Table 1摇 Acetylcholinesterase activities of the fifth instar larvae of S. litura exposed to diets containing the six plant secondary metabolites
次生物质
Secondary metabolites
AChE活性
AChE activity
/ (U / mg蛋白质)
次生物质
Secondary metabolites
AChE活性
AChE activity
/ (U / mg蛋白质)
对照 Control 0. 055依0. 003 de 0. 01% 肉桂酸 cinnamic acid 0. 084依0. 010 bc
0. 01% 水杨酸 Salicylic acid 0. 061依0. 005 cd 0. 01% 花椒毒素 xanthotoxin 0. 099依0. 004 b
0. 02% 槲皮素 Quercetin 0. 130依0. 016 a 0. 05% 黄酮 flavone 0. 035依0. 004 e
0. 1% 香豆素 Coumarin 0. 086依0. 007 bc
摇 摇 同列中不同字母间差异显著(P<0. 05)
2. 2摇 次生物质对斜纹夜蛾细胞色素 P450 酶含量的影响
斜纹夜蛾五龄幼虫取食含有 0. 01%水杨酸、0. 02%槲皮素、0. 1%香豆素人工饲料 48 h后,斜纹夜蛾中肠
中 P450 酶含量分别比对照显著增加了 3. 20、3. 53 和 7. 33 倍(F=79. 546,P<0. 001) (表 2)。 而 0. 01% 肉桂
酸,0. 01%花椒毒素和 0. 05%黄酮人工饲料的对斜纹夜蛾中肠中 P450 酶含量无显著影响。 取食含有 0. 01%
肉桂酸和 0. 1%香豆素的人工饲料 48 h后,斜纹夜蛾脂肪体中 P450 酶含量分别比对照提高了 2. 93 和 14. 50
倍(F=110. 005,P<0. 001)。 表明不同植物次生物质可诱导斜纹夜蛾增加中肠和脂肪体中 P450 酶的含量。
表 2摇 六种植物次生物质对斜纹夜蛾五龄幼虫细胞色素 P450 酶含量的影响
Table 2 摇 The content of cytochrome P450 enzymes of the fifth instar larvae of S. litura exposed to diets containing the six plant
secondary metabolites
次生物质
Secondary metabolites
P450 酶含量 P450 enzyme content / (nmol / mg蛋白质)
中肠 Midgut 脂肪体 Fatbody
对照 Control 0. 015依0. 004 cd 0. 014依0. 004 c
0. 01% 肉桂酸 Cinnamic acid 0. 027依0. 004 c 0. 041依0. 008 b
0. 01% 水杨酸 Salicylic acid 0. 048依0. 004 b 0. 027依0. 004 bc
0. 01% 花椒毒素 Xanthotoxin 0. 016依0. 004 cd 0. 031依0. 012 bc
0. 02% 槲皮素 Quercetin 0. 053依0. 004 b 0. 014依0. 004 c
0. 05% 黄酮 Flavone 0. 008依0. 002 c 0. 022依0. 006 bc
0. 1% 香豆素 Coumarin 0. 110依0. 006 a 0. 203依0. 004 a
摇 摇 同列中不同字母间差异显著(P<0. 05)
4915 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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2. 3摇 次生物质对斜纹夜蛾 CYP4M14 和 CYP4S9 表达的影响
取食含有不同次生物质人工饲料的五龄斜纹夜蛾幼虫,其中肠和脂肪体中 CYP4M14 和 CYP4S9 受到不
同程度的诱导表达。 取食含有 0. 05%黄酮、0. 01%花椒毒素、0. 02%槲皮素和 0. 01%肉桂酸的人工饲料 48h
后,中肠中 CYP4M14 的表达量比对照组高(图 1);而取食含有 0. 01%水杨酸和 0. 1%香豆素的人工饲料的斜
纹夜蛾幼虫,其中肠中 CYP4M14 的表达量与对照无差异。 斜纹夜蛾幼虫取食含有 0. 05%黄酮、0. 01%花椒
毒素、0. 02%槲皮素、0. 01%肉桂酸和 0. 1%香豆素的人工饲料 48 h后,与对照组相比 CYP4S9 在中肠中表达
量均增加,而取食含 0. 01% 水杨酸人工饲料的 CYP4S9 没有被诱导表达。
在脂肪体中,取食含有 0. 05%黄酮、0. 01%花椒毒素、0. 02%槲皮素、0. 01%肉桂酸、0. 01%水杨酸和
0郾 1%香豆素的人工饲料 48 h后,与对照相比 CYP4M14 表达量增强。 取食含有 0. 01%花椒毒素、0. 02%槲皮
素、0. 01%肉桂酸和 0. 1%香豆素的人工饲料 48h 后 CYP4S9 表达量增加,而取食普通饲料、含有 0. 05%黄酮
和 0. 01%水杨酸人工饲料的 CYP4S9 在脂肪体中无表达。
图 1摇 半定量 RT鄄PCR检测 6 种次生物质对斜纹夜蛾中肠和脂肪体 CYP4M14 和 CYP4S9 表达的影响
Fig. 1摇 Transcript levels of CYP4M14 and CYP4S9 in midguts and fatbodies of caterpillars of S. litura exposed to diets containing the six
plant secondary metabolites
1:对照;2:0. 05% 黄酮;3:0. 01% 花椒毒素;4:0. 02% 槲皮素;5:0. 01% 肉桂酸;6:0. 01% 水扬酸;7:0. 1% 香豆素
2. 4摇 次生物质对斜纹夜蛾 GSTs活性的影响
斜纹夜蛾五龄幼虫取食含有 0. 01%花椒毒素、和 0. 01%水杨酸 0. 1%香豆素的人工饲料 48 h后,中肠中
GSTs活性比对照分别增加 1. 97、2. 24 和 3. 21 倍(F = 33. 743,P<0. 001)。 而在脂肪体中,0. 01%肉桂酸、
0郾 01%水杨酸、0. 01%花椒毒素、0. 05%黄酮和 0. 1%香豆素都可显著诱导 GSTs 的活性,其中含有 0. 01%水
杨酸的人工饲料与对照相比,GSTs活性显著增强了 7. 05 倍(F=48. 086,P<0. 001) (表 3)。 结果表明斜纹夜
蛾取食不同植物次生物质后,中肠和脂肪体中 GSTs的活性被不同程度的诱导增强。
表 3摇 六种植物次生物质对斜纹夜蛾五龄幼虫 GSTs活性的影响
Table 3摇 Glutathione S鄄transferase (GSTs) activities in midguts and fatbodies of the fifth instar larvae of S. litura exposed to diets containing
the six plant secondary metabolites
次生物质
Secondary metabolites
GSTs活性 GSTs activity / (mmol·min-1·mg-1蛋白质)
中肠 Midgut 脂肪体 Fatbody
对照 Control 0. 146依0. 006 c 0. 019依0. 004 e
0. 01% 肉桂酸 Cinnamic acid 0. 184依0. 002 c 0. 102依0. 009 b
0. 01% 水杨酸 Salicylic acid 0. 327依0. 016 b 0. 134依0. 004 a
0. 01% 花椒毒素 Xanthotoxin 0. 287依0. 044 b 0. 116依0. 007 ab
0. 02% 槲皮素 Quercetin 0. 192依0. 004 c 0. 040依0. 005 d
0. 05% 黄酮 Flavone 0. 209依0. 016 c 0. 067依0. 005 c
0. 1% 香豆素 Coumarin 0. 468依0. 006 a 0. 072依0. 004 c
摇 摇 同列中不同字母间差异显著(P<0. 05)
2. 5摇 次生物质对斜纹夜蛾 CarE活性的影响
斜纹夜蛾五龄幼虫取食植物次生物质 48 h后,其中肠和脂肪体中 CarE 的活性变化见表 4。 取食了含有
0. 01%肉桂酸、0. 1%香豆素的人工饲料使斜纹夜蛾中肠 CarE的活性显著增强,与对照相比分别增加了 1. 67
5915摇 16 期 摇 摇 摇 王瑞龙摇 等:6 种植物次生物质对斜纹夜蛾解毒酶活性的影响 摇
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和 1. 37 倍(F=23. 763,P<0. 001);而取食含有 0. 01%花椒毒素的人工饲料 48 h后,斜纹夜蛾中肠 CarE 的活
性则受到抑制,比对照减少了 0. 73 倍。 取食 6 种植物次生物质后,脂肪体中 CarE 的活性与对照相比无显著
差异(F=2. 459,P=0. 078),表明 CarE在次生物质的诱导下,其酶活性变化在中肠中比脂肪体中明显。
表 4摇 六种植物次生物质对斜纹夜蛾五龄幼虫 CarE活性的影响
Table 4摇 Carboxylesterase (CarE) activities in midguts and fatbodies of the fifth instar larvae of S. litura exposed to diets containing the six
plant secondary metabolites
次生物质
Secondary metabolites
CarE 活性 CarE activity / (滋mol·mg蛋白质-1)
中肠 Midgut 脂肪体 Fatbody
对照 Control 0. 715依0. 049 c 0. 787依0. 013 ab
0. 01% 肉桂酸 cinnamic acid 1. 191依0. 060 a 0. 900依0. 056 a
0. 01% 水杨酸 salicylic acid 0. 718依0. 005 c 0. 853依0. 156 a
0. 01% 花椒毒素 xanthotoxin 0. 519依0. 041d 0. 447依0. 055 b
0. 02% 槲皮素 quercetin 0. 730依0. 042 c 0. 646依0. 035 ab
0. 05% 黄酮 flavone 0. 785依0. 013 c 0. 545依0. 047 ab
0. 1% 香豆素 coumarin 0. 977依0. 067 b 0. 699依0. 033 ab
摇 摇 同列中不同字母间差异显著(P<0. 05)
3摇 讨论
植食性昆虫与植物在长期进化过程中,一方面植物产生许多具有毒性的次生物质(如酚类、萜类、生物碱
等)对昆虫进行化学防御[3,7,26],另一方面,植食性昆虫也发展各种反防御策略适应植物的化学防御[5,11]。 植
食性昆虫利用植物次生物质诱导相关解毒酶系,可能影响到昆虫对人工施用农药的抗性[7,25]。 研究表明不同
浓度的植物次生物质对昆虫解毒酶的诱导效果不同。 低剂量单宁酸可诱导棉铃虫(Helicoverpa armigera)幼虫
中肠和脂肪体中的 GSTs活力增强,高剂量处理则没有诱导增加,甚至有抑制作用[27]。 不同宿主植物对草地
贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)谷胱甘肽 S鄄转移酶的诱导作用不同,诱导能力大小依次是:欧洲防风> 香芹菜>
芥菜> 芫菁> 萝卜> 豇豆> 甘蓝> 大白菜> 花生> 棉花[28]。 不同种类的次生物质对昆虫不同解毒酶系的影响
各不相同,花椒毒素、黄酮等次生物质可以诱导草地贪夜蛾 GSTs活性增强,而五羟黄酮、杨梅黄酮等次生物质
使 GSTs活性降低,棉酚、豆甾醇、谷甾醇对 GSTs活性无影响[29]。 本研究表明花椒毒素、水杨酸、香豆素等次
生物质可诱导斜纹夜蛾中肠 GSTs活性增强,花椒毒素使斜纹夜蛾脂肪体中 GSTs活性显著增加了 6. 11 倍,表
明不同植物次生物质可诱导斜纹夜蛾中肠和脂肪体中 GSTs 的活性增强。 利用昆虫酶系体外抑制法研究显
示:0. 06%单宁酸可强烈抑制麦长管蚜(Macrosiphum avenae)CarE 和 GSTs 的活力;0. 08%没食子酸显著抑制
CarE和 GSTs的活力; 0. 065%香豆素极显著地抑制 GSTs 的活力[30]。 B 型烟粉虱(Bemisia tabaci)在不同的
宿主植物上可通过不同强度的解毒酶活性来实现对宿主植物的适应,在茄子上表现为较高的 AChE 和 GSTs
活性,在番茄上主要体现为较高的 CarE活性,在棉花上表现为相对较高的 GSTs活性,其解毒酶具有较强的可
塑性[31]。
细胞色素 P450 是昆虫体内主要解毒酶系[5,7,32],目前昆虫中已鉴定的细胞色素 P450 分属于 CYP4、
CYP6、CYP9、CYP12、CYP15、CYP18、CYP28、CYP48 等 27 个家族,其中 CYP4 家族的一些成员与昆虫抗性相
关[26]。 斜纹夜蛾对溴氰菊酯的高水平抗性可能与 CYP4M14 和 CYP4S9 的过量表达有关[25]。 CYP4 家族基
因代谢解毒作用是大多数昆虫适应其寄主植物的重要机制[14],斜纹夜蛾取食含有黄酮、花椒毒素、槲皮素和
肉桂酸的人工饲料可诱导中肠和脂肪体中 CYP4M14 的表达量增加,而花椒毒素、槲皮素、肉桂酸和香豆素使
斜纹夜蛾脂肪体中 CYP4S9 表达量升高,表明斜纹夜蛾中肠或脂肪体中 CYP4M14 和 CYP4S9 可被不同植物
次生物质诱导表达增强,同时增加了斜纹夜蛾中肠或脂肪体中 P450 酶的含量。 烟草天蛾(Manduca sexta)取
食含有烟碱的植物后,诱导幼虫体内 P450 的酶活性提高, 从而增加对烟碱的解毒作用[33]。 棉铃虫可通过增
强细胞色素酶 P450 的表达,从而对植物次生物质做出反应[34]。 美洲棉铃虫(Helicoverpa zea)体内 CYP6B8 可
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被苯巴比妥和花椒毒素诱导表达,CYP6B8 参与花椒毒素的代谢,能够帮助其适应花椒毒素的危害[35]。 取食
Bt 转基因棉的甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)幼虫体内 AChE 的比活力比取食普通棉花及其它植物的明显增
高[36]。 同样本研究也表明斜纹夜蛾取食肉桂酸、花椒毒素、槲皮素和香豆素等植物次生物质使其头部 AChE
活性增强。
植物次生物质种类繁多,目前已经分离鉴定的物质超过 20 万种,它们在昆虫与植物协同进化过程中具有
重要的作用[5,11]。 进一步探明次生物质对昆虫解毒酶系的诱导调控机制,不仅有利于揭示植物与昆虫间复杂
的协同进化关系,对于制定害虫防治策略具有重要的指导作用。
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 冯宗炜
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
主摇 摇 办摇 中国生态学学会
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