全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
林业科学研究　2007, 20 (3) : 381～384
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2007) 0320381204
松墨天牛纤维素酶的研究
Ⅳ. 取食条件对松墨天牛纤维素酶活性的影响
索风梅 1, 2 , 王浩杰 13 , 丁中文 3 , 徐天森 1
(1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所 ,浙江 富阳　311400; 2. 中国医学科学院、中国协和医科大学
药用植物研究所 ,北京　100094; 3. 浙江省富阳市林业局 ,浙江 富阳　311400)
摘要 :纤维素酶是天牛体内重要的消化酶类 ,本文以松墨天牛为对象 ,研究了该虫肠道纤维素酶随禁食时间、取食时
间不同的变化规律。结果显示 ,随着禁食时间的延长 ,纤维素酶 3种组分酶活性均表现为先升高 ,后降低 ;而随着取
食时间的延长 ,松墨天牛体内的纤维素 3种组分酶活性变化规律相一致 ,由开始的低活性逐渐升高 ,并最终趋于
稳定。
关键词 :松墨天牛 ;纤维素酶 ;取食条件
中图分类号 : S763. 7 文献标识码 : A
收稿日期 : 2006211214
基金项目 : 浙江省自然科学基金项目“松墨天牛消化酶演变规律和抑制效应的研究”(303318)
作者简介 : 索风梅 (1977—) ,女 ,河北邯郸人 ,现为中国医学科学院、中国协和医科大学药用植物研究所研究实习员.3 通讯作者 :王浩杰 (1961—) ,男 ,江苏东台人 ,研究员.
Study on the Character of Cellula se in M onocham us a lte rna tus
Ⅳ. Effect of Feed ing Cond ition s on the M onocham us a lte rna tus Cellula se Activ ity
SUO Feng2m ei1, 2 , WANG Hao2jie1 , D ING Zhong2wen3 , XU Tian2sen1
( 1. Research Institute of Subtrop ical Forestry, CAF, Fuyang　311400, Zhejiang, China;
2. Institute ofMedicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences, Chinese Peking Union Medical College, Beijing　100094, China;
3. Forestry Bureau of Fuyang City, Zhejiang Province, Fuyang　311400, Zhejiang, China )
Abstract: Cellulase is an important enzyme in the M onocham us a lterna tus. The effect of feeding time, no2feeding
time and other conditions on cellulase of M. alterna tus showed cellulase activity increased in the initial stage and
then declined under the controlled conditions. A t the same time, the cellulase activity was p roportional to the abun2
dance of twigs. A long with extend of the feeding time, cellulase ( Cx2ase, C1 2ase andβ21, 42glucosidase) activity
ofM. alterna tus increased in the initial stage and then declined, and eventully tented be stable.
Key words:M onocham us a lterna tus; cellulase; feeding conditions
松墨天牛 (M onocham us a lterna tus Hope)幼虫主
要在松树 ( P inus spp. )树干和枝条的韧皮部及木质
部蛀食危害。在松材线虫 (B ursaphelenchus xy loph ilus
( Steiner et Buhrer) N ickle)病疫区 ,松墨天牛还是松
材线虫的主要携带者和传播者 ,已成为我国南方广
大松林最具危险性的天牛 ”[ 1 ]。天牛具有较完善的
保护机制 ,尤其是其幼虫期长 ,活动较隐蔽 ,因此传
统的防治方法往往效果不佳。对松墨天牛虽然通过
诸多防治措施在一定程度上遏制了其成灾蔓延的速
度 ,但猖獗危害的局面尚未得到有效控制。该虫主
要以马尾松 ( P inus m asson iana Lamb. )为主的林木
韧皮部和木质部为食物 ,通过消化其中的纤维素获
得养分 ,而纤维素酶是其肠道内消化纤维素的重要
消化酶类。目前 ,有关纤维素酶在微生物 (真菌和细
菌 )方面研究得较为深入 [ 2～4 ] ,而在天牛上的研究较
少 ,而且这些研究大多局限在松墨天牛作为松材线
虫病的传播媒介方面 ,而对于作为松墨天牛重要消
化酶 ———纤维素酶的性质及其机理方面没有进行深
入的研究 ,尤其对松墨天牛取食特征的研究更是空
白。本文研究禁食、取食时间长短对松墨天牛消化
道纤维素酶的影响 ,以进一步揭示松墨天牛的取食
规律及其取食效应和体内纤维素酶活性的相关性。
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 20卷
1　材料与方法
1. 1　材料来源
虫源 :马尾松虫害木采集于浙江省富阳市郊区 ,
于 2002年 8月从虫害木段中收集个体均匀、龄期一
致的松墨天牛大龄幼虫供试 (头壳宽度 0. 342 ～
0. 418 cm,于木质部中取食 )。置一定数量的马尾松
虫害木于 250 m2养虫室内 ,次年初锯成小段 ,放入纱
笼内 ,收集刚羽化的松墨天牛成虫供试。
试剂 :羧甲基纤维素钠为实验试剂 LR,中国医
药 (集团 )上海化学试剂公司 2002年 8月产 ;水杨
素 ,进口分装 ,由上海化学试剂采购供应站分装厂
1986年 12月产 ;微晶纤维素由上海化学试剂公司
1985年 9月产 ;其它试剂均为分析纯。
1. 2　试验设计
松墨天牛 (幼虫、成虫 )不同禁食时间纤维素酶
活性变化测定 :取松墨天牛 3龄 (头壳宽度 0. 201～
0. 285 cm )和 4龄 (头壳宽度 0. 287～0. 341 cm )幼
虫若干头 ,室温下根据禁食时间梯度 (0、1、2、4、12、
24、48、120 h、死亡 )分别按幼虫纤维素酶液制备方
法 [ 5～7 ]进行处理 ,测定其纤维素酶活性。
采用已经人工喂养 1周、大小一致的一批松墨
天牛成虫 ,按照不同禁食时间 (0、1、2、3、4、5、6 d)分
别按成虫纤维素酶液制备方法 [ 5～7 ]进行处理 ,测定
其纤维素酶活性。
松墨天牛成虫不同取食时间纤维素酶活性变化测
定 :收集刚羽化出孔且大小一致的松墨天牛成虫 ,取食
时间设 0、0. 25、0. 5、1. 5、2. 5、3. 5、6. 0、48. 0 h,到时间后 ,
立即测定其体内纤维素酶活性 ,数据均取平均值。
1. 3　纤维素酶活性测定
用 DNS法 [ 8 ]测定纤维素酶的活性。以 1%微晶
纤维素 (MC)、1%羧甲基纤维素钠 (CMC2Na)和 1%
水杨素 ( Salicin ) 作底物分别测定 45 ℃下外切
2β21, 42葡聚糖酶 (C1酶 )、内切 2β21, 42葡聚糖酶 ( Cx
酶 )和β2l, 42葡萄糖苷酶的活性。3种底物均用乙
酸 2乙酸钠缓冲液 (pH值约为 4)配制。
上述 3种底物各取 2 mL, 3种酶液各取 0. 1 mL
混匀 , 45 ℃水浴保温 1 h后 ,加入 DNS显色剂 2 mL,
立即放入沸水浴显色 5 m in,流水冷却 ,定容至 25 mL。
于 490 nm处测 OD值。每个处理重复 3次 ,同时设空
白对照。以实验条件下单位虫体鲜质量 ( g)单位时间
(m in)酶促反应生成的还原糖 (葡萄糖 )量 (μmol)计
算酶活性 ,单位为 :μmol(葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1。
2　结果与分析
2. 1　禁食对松墨天牛幼虫体内纤维素酶活性的影响
松墨天牛幼虫经过不同时间梯度的禁食处理后
体内纤维素酶活性变化如图 1。从图 1可以看出 ,松
墨天牛 3龄幼虫经过短暂 (4 h)禁食处理后 ,其体内
纤维素酶 3种组分酶 (Cx酶、C1酶和β21, 42葡萄糖苷
酶 )活性均有不同程度的增加 (Cx酶由 4. 211 3增至
9. 048 6μmol(葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1 ; C1酶由 0. 544 4
增至 1. 943 2μmol (葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1 ;β21, 42葡
萄糖苷酶由 0. 962 1增至 3. 822 8μmol (葡萄糖 ) ·
g- 1 ·m in - 1 ) ,其中 Cx尤其显著 ,酶活性增加 1倍以
上 ,在曲线上表现为上升趋势 ;但是随着禁食时间的
延长 , 3种组分酶活性都表现为不同程度的下降趋势
(Cx酶由 9. 048 6减至 6. 557 1μmol (葡萄糖 ) ·g- 1
·m in - 1 , C1酶由 1. 943 2μmol(葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1
减至 0. 000 1μmol(葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1 ,β - 1, 42葡
萄糖苷酶由 3. 822 8μmol(葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1减至
1. 831 5μmol(葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1 )。禁食处理导
致松墨天牛纤维素酶活性的这种变化趋势在 4龄幼
虫也有所体现 ,且变化规律大致相同 (图 2)。
图 1　禁食处理对松墨天牛 3龄幼虫纤维素酶活性的影响 图 2　禁食处理对松墨天牛 4龄幼虫纤维素酶活性的影响
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第 3期 索风梅等 :松墨天牛纤维素酶的研究 Ⅳ. 取食条件对松墨天牛纤维素酶活性的影响
2. 2　禁食对松墨天牛成虫体内纤维素酶活性的
影响
图 3反映了不同时间梯度禁食处理对松墨天牛
成虫纤维素酶活性的影响。在初期 ,禁食处理对松
墨天牛成虫纤维素酶具有刺激作用 ,表现为体内活
性增强 ,但是随着禁食时间的延长 ,纤维素酶活性开
始减弱 ,最终其活性低于未禁食处理时的活性 ,这种
变化趋势在纤维素酶的 3个组分酶中均有不同程度
的体现 ,也与禁食处理对松墨天牛幼虫纤维素酶活
性影响趋势一致。以对松墨天牛消化纤维素具有重
要作用的 C1酶为例 ,在禁食处理的初期该酶的活性
增强 ,表现为 0. 135 (未经禁食处理时的酶活性 ) →
0. 143→0. 149μmol(葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1 ,具有明
显的上升趋势 ;但是随着禁食时间的进一步延长 ,该
酶的活性减弱 ,其酶活性变化为 0. 149→0. 133→
0. 130→0. 124 →0. 111 μmol (葡萄糖 ) · g- 1 ·
m in - 1 ,最终低于没有经过禁食处理时的酶活性。
图 3　禁食处理对松墨天牛成虫纤维素酶活性的影响
此外 ,图 3还揭示 ,不论是在同一时间梯度的禁
食处理 ,还是基于整体上禁食时间处理 ,松墨天牛成
虫纤维素酶各组分酶的活性大小都是 : C1酶 > Cx酶
>β21, 42葡萄糖苷酶 ,这与文献 [ 5 ]研究松墨天牛纤
维素酶的性质时发现的规律具有一致性 [ 6 ] ,也说明
禁食处理对松墨天牛纤维素酶的 3种组分酶 (C1酶、
Cx酶和β21, 42葡萄糖苷酶 )具有相同的效应。
2. 3　松墨天牛成虫取食时间长短对纤维素酶活性
的影响
不仅不同时间梯度的禁食处理会影响松墨天牛
(幼虫、成虫 )体内纤维素酶的活性 ,研究表明 ,取食
时间长短的改变也会导致松墨天牛纤维素酶活性的
变化。表 1显示了不同取食时间条件下松墨天牛纤
维素酶活性的测定结果。从表 1可以看出 ,在松墨
天牛刚取食之时 ,体内纤维素酶的活性相对较低 , C1
酶、Cx 酶和 β21, 42葡萄糖苷酶的活性分别为
0. 133 9、0. 074 5、0. 017 7μmol (葡萄糖 ) ·g- 1 ·
m in - 1 ,随着取食时间的延长 ,肠道内积累的纤维素
增多 ,这 3种纤维素酶组分酶的活性都有不同程度
的增强 ,最终达到稳定的酶活性 : C1酶、Cx酶和
β21, 42葡萄糖苷酶活性分别为 0. 194 0、0. 155 4、
0. 041 0μmol(葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1。从酶活性的
绝对增量角度比较分析发现 ,三者的增幅大小顺序
依旧是β21, 42葡萄糖苷酶最小 ,仅 0. 023 3μmol (葡
萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1 ,而 Cx酶和 C1酶则分别高达
0. 080 9、0. 054 1μmol (葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1 ;但
是 ,与松墨天牛体内纤维素酶 3种组分酶的活性强
弱顺序 (C1酶 > Cx酶 >β21, 42葡萄糖苷酶 )相反 ,取
食一段时间后这几种酶活性与刚取食时相比 ,β21,
42葡萄糖苷增加最多 ,高达 131. 64% , Cx酶次之 ,而
C1酶最小 ,只有 38. 67% ,这可能也显示 C1酶是松墨
天牛纤维素酶的重要组成部分 ,其活性受体内纤维
素影响相对较小 ,其敏感性没有后两者高 ,但有待于
进一步研究。
表 1　松墨天牛成虫纤维素酶活性
随取食时间长短的变化
取食时间 /
h
纤维素酶活性 / (μmol(葡萄糖 ) ·g - 1 ·m in - 1 )
C1酶 Cx 酶β21, 42葡萄糖苷酶
0. 00 0. 139 9 0. 074 5 0. 017 7
0. 25 0. 167 5 0. 124 4 0. 021 2
0. 50 0. 186 4 0. 122 7 0. 033 2
1. 50 0. 201 9 0. 145 1 0. 047 0
2. 50 0. 179 5 0. 158 8 0. 043 5
3. 50 0. 193 3 0. 153 7 0. 029 8
6. 00 0. 191 5 0. 157 1 0. 041 8
48. 00 0. 194 0 0. 155 4 0. 041 0
3　结论
以松墨天牛幼虫 ( 3、4龄 )、成虫为主要试验材
料 ,研究其在经过禁食处理、不同取食时间受到限制
时体内纤维素酶活性的变化 ,以进一步阐明松墨天
牛活体纤维素酶的性质和对纤维素的消化机理。研
究表明 ,短时间的禁食处理会导致松墨天牛体内纤
维素酶的活性升高 ,但是随着禁食时间的进一步延
长 ,酶活性减弱 ,甚至趋于零 ,这一变化在松墨天牛
幼虫和成虫中均得到一致的体现。同时 ,经过禁食
处理后纤维素酶 3种组分酶活性大小依旧是 : C1酶
> Cx酶 >β21, 42葡萄糖苷酶 ,与文献 [ 5 ]研究松墨
天牛纤维素酶的性质时发现的规律具有一致性 ,说
明禁食处理对松墨天牛纤维素酶 3种组分酶具有相
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同的效应。
通过测定不同取食时间松墨天牛纤维素酶的活
性发现 ,取食时间长短的改变也会导致松墨天牛纤
维素酶活性的变化。在取食初期 ,松墨天牛体内纤
维素酶的活性相对较低 , C1酶、Cx酶和β21, 42葡萄
糖苷酶的活性分别为 0. 133 9、0. 074 5、0. 017 7μmol
(葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1 ;随着取食时间的延长 ,肠道
内积累的纤维素增多 ,这 3种纤维素酶组分酶的活
性都有不同程度的增强 ,并最终达到稳定的酶活性 :
C1酶、Cx酶和 β21, 42葡萄糖苷酶分别为 0. 194 0、
0. 155 4、0. 041 0μmol(葡萄糖 ) ·g- 1 ·m in - 1 ,与刚
取食时相比 ,β21, 42葡萄糖苷酶活性增加最多 ,达
131. 64% , Cx酶次之 , C1酶增加最少 ,仅 38. 67% ,
表明 C1酶活性受取食条件影响较小。此外 ,研究还
发现 ,食物缺乏也会导致松墨天牛体内纤维素酶活
性下降 ,反之 ,松墨天牛得到充足食物后体内消化酶
的活性会不断增强 ,表明活体纤维素酶的活性不仅
随着禁食处理和取食时间的改变而变化 ,而且还会
因为自然条件下食物供给的改变而发生改变。
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