雌雄意大利蝗耐高温差异及其生理生化响应对策

【目的】意大利蝗Calliptamus italicus(L.)是新疆荒漠、半荒漠草原优势危害种类之一,前期研究表明其发生与新疆同期气候变暖显著相关,且野外自然种群雌性个体数量明显多于雄性。本研究进一步探讨了雌雄意大利蝗高温耐受性差异及其生理生化机制。【方法】采用生理生化研究方法,研究了在27、30、33、36、39、42、45和48℃不同温度处理下,雌雄意大利蝗体内自由水/结合水、海藻糖、游离蛋白质、不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸和亚麻酸)6种抗逆保护物质的含量变化。【结果】不超过39℃时,雌雄死亡率差异不显著(P>0.05),超过39℃后雄虫死亡率显著高于雌虫(P<0.05),51℃时死亡率达到100%;随温度升高,雌雄意大利蝗体内6种物质的含量均呈先增后减的变化趋势。但不同温度处理下,雌雄成虫的自由水/结合水比值差异均不显著(P>0.05),海藻糖、油酸的含量差异均显著(P<0.05)。除45℃,雌雄体内亚麻酸的含量差异均显著(P<0.05);除27℃、48℃,雌雄体内游离蛋白质含量差异均显著(P<0.05),亚油酸的含量变化则无明显规律。不同温度胁迫下,雌雄意大利蝗体内6种物质增减速率不同,以不饱和脂肪酸物质积累速率最大,分别为82.53%(雌)、117.13%(雄)。【结论】雌、雄意大利蝗个体可通过积累不同种类的抗逆保护物质,以度过阶段性高温胁迫,且雌性具有较强的高温耐受能力。     

温度对西伯利亚蝗呼吸代谢关键酶活性的影响

【目的】明确温度对西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus成虫呼吸代谢关键酶活性的影响。【方法】18~42℃范围内,以3℃为梯度,将西伯利亚蝗成虫置于光照培养箱黑暗条件下处理4 h后,利用生化方法测定3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)、3-磷酸甘油脱氢酶(GPDH)、3-羟酰辅酶A脱氢酶(HOAD)、柠檬酸合成酶(CS)和乳酸脱氢酶(LDH)5种呼吸代谢关键酶活性。【结果】随温度升高,西伯利亚蝗成虫体内5种呼吸代谢关键酶活性先增后减,相同温度下雄虫的酶活性均高于雌虫;18℃下雌雄成虫的5种关键代谢酶活性最低,39℃下雌虫的GAPDH和CS活性最高,雄虫CS活性在36℃时最高;不同处理温度下,雌虫之间、雄虫之间关键代谢酶活性差异均显著(P0.05)。不同处理温度下雌雄虫GAPDH与HOAD活性比值均大于或接近于1.0,说明低温阶段西伯利亚蝗呼吸代谢消耗以糖类为主,高温胁迫下糖类和脂类同时被利用。【结论】温度对西伯利亚蝗成虫体内呼吸代谢关键酶活性有显著影响,高温胁迫下西伯利亚蝗可通过调整呼吸代谢强度和改变消耗底物种类提高自身的适应能力。     

西伯利亚蝗气门结构及呼吸代谢对高温胁迫的响应

【目的】掌握西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus的气门结构和呼吸代谢应对高温胁迫的响应策略。【方法】运用扫描电镜观察西伯利亚蝗气门超显微结构,多通道昆虫呼吸仪测定18~42℃处理下西伯利亚蝗的O_2吸收率、CO_2释放率、代谢率和呼吸商。【结果】西伯利亚蝗共有10对气门,胸部2对,腹部8对,呈圆形或椭圆形,内侧着生有筛板,呈刺凸状,分布密集。18~42℃范围内,随温度升高,西伯利亚蝗呼吸代谢呈先上升后下降的趋势。18℃时西伯利亚蝗雌雄成虫的O_2吸收率、CO_2释放率和代谢率值显著小于其他温度下的相应值(P<0.05),雌虫分别为0.0022 m L/min、0.0019 m L/min和0.0210 m L/(g·min),雄虫分别为0.0016 m L/min、0.0016 m L/min和0.0236 m L/(g·min);21~27℃范围内,西伯利亚蝗雌雄成虫的呼吸代谢变化平稳,超过30℃呼吸代谢各指标值迅速上升,至36℃时雌雄成虫的O_2吸收率和代谢率值均显著大于其他温度下的相应值(P<0.05);雌虫分别为0.0071 m L/min和0.0592 m L/(g·min),雄虫分别为0.0089 m L/min和0.1108 m L/(g·min),39℃时CO_2释放率显著大于其他温度下的相应值(P<0.05),雌雄成虫分别为0.0074 m L/min和0.0067 m L/min。【结论】依据西伯利亚蝗呼吸代谢随温度变化特征可以判断,随气候持续变暖,西伯利亚蝗仍将是新疆高山、亚高山草原的重要致灾类群。     

高温胁迫下西伯利亚蝗体内抗逆物质含量变化

【目的】新疆气候变暖是导致西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus (L.)持续严重发生的重要原因之一,前期研究表明近40年来西伯利亚蝗严重发生与新疆同期气候变暖有显著相关性,本研究进一步探讨了温度升高条件下西伯利亚蝗的生理生化适应机理。【方法】采用生理生化研究方法,研究了24, 27, 30, 33, 36, 39和42℃下西伯利亚蝗体内海藻糖、甘油、油酸、亚油酸和亚麻酸5种抗逆物质的积累与变化过程。【结果】在24~42℃范围内,西伯利亚蝗体内5种物质的积累量随温度的升高呈现出先增后减的变化趋势。海藻糖、甘油、油酸、亚油酸和亚麻酸含量在30℃时含量最高,分别为18.691 μg/g, 261.432 μg/g, 79.063 mg/g, 78.664 mg/g和227.593 mg/g;42℃高温时为最低,含量依次为18.218 μg/g, 104.588 μg/g, 4.343 mg/g, 3.039 mg/g和11.067 mg/g。5种抗逆物质积累的速率不同,其中随温度升高亚油酸含量增、减速率最快,分别为832.189%和63.988%,海藻糖含量增、减速率最慢,分别为 0.893%和0.224%。【结论】在24~30℃之间,随着温度升高,西伯利亚蝗可以通过积累体内抗逆物质,尤其通过快速积累不饱和脂肪酸以提高自身对阶段性高温的耐受能力;超过30℃,蝗虫体内抗逆物质积累下降,死亡率增加,虫体对高温胁迫失去耐受力。这预示着在气候变暖趋势下,西伯利亚蝗仍将是新疆草原最重要的生物灾害之一。     

意大利蝗交配行为观察

通过昆虫行为观测仪与室外饲养观察,分析意大利蝗Calliptamus italicus的交配行为,阐明交配经历和温度对意大利蝗交配持续时间的影响。结果发现:(1)意大利蝗的交配行为包括相遇和交配两个阶段。相遇行为包括避让、打斗和交配3种类型,其中打斗多发生在雄雄相遇、雄虫与一对正在交配成虫相遇情况。避让和交配则多发生在雌雌相遇、雌雄相遇、雌虫与一对正在交配成虫相遇情况。雄虫在交配过程中占据主动。意大利蝗的交配行为包括曲腹、爬背、抱对和交配4个过程,平均时间为11.25±1.40 min。(2)雌雄虫初次交配的持续时间(12.88±0.67 min)显著长于雌雄虫均有交配经历的时间(10.47±0.39 min)(P0.05);初次交配雌虫和有交配经历雄虫的交配持续时间(11.00±0.75 min),与初次交配雄虫和有交配经历雌虫的时间(12.12±0.67 min)无显著差异(P0.05)。(3)随温度升高意大利蝗的交配持续时间缩短,27℃时交配持续时间最长(15.93±2.25 min),且与36℃、42℃时的时间差异显著(P0.05),42℃时的交配持续时间最短,为6.01±0.43 min,与36℃时的时间(7.47±0.52 min)差异不显著(P0.05)。     

意大利蝗不连续气体交换循环(DGC)呼吸周期历时对高温胁迫的响应

【目的】在前期研究高温胁迫下意大利蝗Calliptamus italicus呼吸代谢的变化特征基础上,为探明相关变化机制,本研究进一步从不连续气体交换循环(DGC)呼吸周期历时阐明其对高温胁迫的响应机制。【方法】以源自新疆伊犁察布查尔蝗区野生种群的意大利蝗成虫为材料,应用多通道昆虫呼吸仪测定意大利蝗DGC暴发间期、暴发期和呼吸周期三者历时随温度变化(21~42℃区间,3℃温度梯度)的响应特征。【结果】雌雄意大利蝗DGC呼吸周期中暴发间期历时随温度升高而缩短,21℃时暴发间期历时最长,雌雄分别为7.29±0.31和7.05±0.37 min,与24,27,30和33℃差异不显著(P0.05),超过33℃后迅速缩短;至39℃时最短,雌雄分别为0.42±0.01和0.70±0.03 min,与其他温度下的历时差异显著(P0.05)。暴发期历时亦随温度升高而缩短,21和39℃时,雌虫暴发期历时分别达到最长和最短,依次为1.55±0.14和0.45±0.01 min,与其他温度下的历时差异显著(P0.05);24和39℃时,雄虫暴发期历时分别达到最长和最短,依次为1.61±0.10和0.68±0.02 min,与其他温度下的历时差异显著(P0.05)。随温度升高,意大利蝗DGC呼吸周期历时呈减少趋势,且主要由暴发间期历时减少所致。21~33℃范围内,每升高3℃雌雄虫暴发间期历时分别平均减少0.174和0.121 min,DGC呼吸频率增幅一致,均为0.0022 Hz,不同温度间差异不显著(P0.05);超过33℃后,每升高3℃雌雄虫暴发间期历时分别平均减少2.197和2.189 min,DGC呼吸频率分别增加0.0120和0.0085 Hz,不同温度间差异显著(P0.05);39℃时暴发间期历时接近零,42℃时DGC呼吸模式消失。【结论】随温度升高,意大利蝗呈现出O2吸收量和CO2释放量增加的变化特征,这是通过减少暴发间期历时和增加DGC呼吸频率等机制而实现的。     

温度对意大利蝗呼吸代谢的影响

【目的】意大利蝗Calliptamus italicus L.是新疆荒漠、半荒漠草原的主要危害种类,前期研究表明其发生与新疆气候变暖显著相关,本研究进一步探讨气候变暖条件下意大利蝗的呼吸代谢适应机制。【方法】应用多通道昆虫呼吸仪测定了15, 20, 25, 30和35℃不同温度条件下意大利蝗成虫的呼吸率、代谢率、CO₂释放率、Q₁₀(每升高10℃呼吸率的变化幅度)及呼吸商并分析其变化特征。【结果】15℃时意大利蝗成虫的呼吸率、代谢率、CO₂释放率均显著低于其他温度（P<0.01）, 35℃时3项指标值显著高于其他温度（P<0.01）,表明低于15℃和高于35℃的温度条件都对意大利蝗的呼吸代谢产生明显影响;在20~30℃之间,意大利蝗的呼吸率、代谢率及CO2释放率变化幅度小且平稳,差异均不显著（P>0.01）,表明该温度范围是意大利蝗生长发育的适宜温度条件。不同温度下意大利蝗呼吸率的Q₁₀值显示, 20~30℃温度范围内的 Q₁₀值最小,为1.03, 15~25℃的Q10值为1.43, 25~35℃的Q10值最大,为2.42,说明意大利蝗的呼吸代谢活动对温度变化敏感,并表明20~30℃是意大利蝗生长发育的适宜范围。各温度条件下意大利蝗呼吸商的差异不显著（P>0.01）,平均为0.9450,判断意大利蝗呼吸代谢消耗的底物主要为糖类物质。【结论】意大利蝗生长发育的适宜温度范围是20~30℃,预示着在气候持续变暖背景下,意大利蝗仍将是新疆草原最重要的生物灾害之一。     

温度对意大利蝗生长发育的影响

为了全面掌握意大利蝗Calliptamus italicus(L.)生长发育规律,明确该虫的越冬和适宜生长区域,为该虫预测预报和合理防治提供科学依据。本文研究了恒温条件下意大利蝗蝗卵越冬低温、各虫态发育起点温度和有效积温。研究结果表明意大利蝗蝗卵越冬低温高于-20℃;发育速率与温度呈线性正相关:卵、幼虫、雌成虫、雄成虫和雌成虫世代和雄成虫世代发育起点温度为8.62、16.12、17.07、17.82、15.02、16.27℃,有效积温为249.84、397.46、377.9、323.78、1053.82、931.53日·度;发育速率随着温度的升高而加快,同时通过测量发现33℃意大利蝗雌虫和雄虫体重均最大。     

温度对中华稻蝗小分子热休克蛋白基因表达的影响

【目的】小分子热休克蛋白(s HSPs)能够被环境胁迫所诱导,不同温度可诱导中华稻蝗体内sHSPs基因表达。【方法】本文采用实时荧光定量PCR(RT-q PCR)技术,分析不同温度处理后中华稻蝗Oxya chinensis体内6个Ocs HSPs基因的表达。【结果】结果表明,OcHSP19.1、OcHSP19.8、OcHSP20.4和OcHSP20.7基因的表达水平在27、32和37℃相同处理时间没有显著变化,但其表达量均在42℃显著升高,尤其是在42℃处理后2 h表达量升高明显。OcHSP21.1和OcHSP23.8基因的表达水平在不同温度处理后无显著变化。多因素方差分析结果表明,基因与处理温度间具有显著的交互作用。【结论】由此可见,温度能够对中华稻蝗s HSPs基因的表达产生影响,但是,不同温度处理下各基因的表达模式存在差异。     

意大利蝗Calliptamus italicus(L.)飞行能力的研究

【目的】明确意大利蝗Calliptamus italicus(L.)飞行能力,丰富意大利蝗迁飞生物学,提高预测预报水平。【方法】2014年6—9月间利用昆虫飞行磨测定意大利蝗的飞行能力,研究其不同日龄、卵巢发育等级的飞行能力。【结果】白日(8:00—20:00),意大利蝗雌成虫自2日龄开始飞行,至6日龄(飞行时间18.22 min,飞行距离231.01 m,飞行速度12.59 m·min-1,飞行百分比76.00%)飞行能力达显著最高(P<0.05),6~10日龄飞行能力逐渐降低;雄成虫2日龄的飞行能力显著最高(P<0.05),其飞行时间、飞行距离、飞行速度和飞行百分比分别为0.64 min、13.34 m、15.70 m·min-1、14.29%,2~10日龄的飞行能力逐渐降低。不同等级卵巢与不同日龄的飞行能力的变化规律一致,其中Ⅱ级卵巢(6日龄)的飞行能力显著最高(P<0.05)。【结论】意大利蝗乌鲁木齐地理种成虫具有一定的飞行能力。     

温度胁迫对茶淡黄刺蛾四种保护酶活力和总抗氧化力的影响

【目的】温度适应性是决定昆虫分布和扩散的重要因素。为探索茶淡黄刺蛾Darna trima(Moore)对温度胁迫的耐受性,本研究测定了温度胁迫对4种抗氧化酶的活力和总抗氧化能力的影响。【方法】分别将茶淡黄刺蛾老熟幼虫置于﹣5、0、5、26(对照)、35、37.5、40℃下处理2、4、6 h,测定其体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽巯基转移酶(GST)和总抗氧化能力(T-AOC)的活力变化。【结果】茶淡黄刺蛾的4种抗氧化酶的活力和总抗氧化能力在不同温度和时间之间均存在显著变化,但不同指标对温度胁迫具有不同的响应模式。低温胁迫尤其是﹣5℃对各指标影响最为显著,而高温胁迫影响较小。【结论】SOD、CAT、POD、GST和T-AOC在茶淡黄刺蛾应对温度胁迫中具有重要作用,本研究可为判断茶淡黄刺蛾在茶区的分布范围提供一定的理论依据。     

不同温度对木瓜秀粉蚧保护酶活性影响

为初步探讨木瓜秀粉蚧的温度适应性机理,本研究采用紫外分光光度法测定分析了不同温度饲养条件下木瓜秀粉蚧体内过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性差异。保护酶活性测定结果表明,与28℃相比,12℃、16℃、36℃和40℃下的POD、PPO、CAT和SOD的活性显著增加,分别为28℃的195.5%、187.7%、154.5%和162.1%,182.5%、158.6%、137.4%和152.1%,183.3%、166.7%、145.3%和181.8%,193.0%、179.8%、167.1%和191.9%,而20℃、24℃和32℃下各保护酶活性与28℃相比无显著差异。本研究结果表明,16℃以下低温和36℃以上高温可以诱导木瓜秀粉蚧保护酶活性显著提高,可能会对其生长发育产生不利影响,为深入开展木瓜秀粉蚧的生态适应性机理研究提供科学依据。     

多蒴灰藓（苔藓植物门：藓纲）对短期极端温度的生理响应

近年来,藓类植物作为一类模式植物,在分子生物学、抗性生理学研究中受到重视,因此,开展逆境条件下藓类植物渗透调节物质和膜保护系统相关指标变化的研究,将为了解藓类植物对逆境条件适应的生理机制提供基础资料。多蒴灰藓（Hypnum fertile Senden.）分布广泛,生境多样,本文研究了低温(5℃)和高温(40℃和60℃)在不同胁迫时间(0、1、2、4、6、8h)下多蒴灰藓体内可溶性糖、游离脯氨酸、丙二醛（MDA）含量和过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性的变化,以期了解多蒴灰藓对不同温度条件的适应能力和响应的生理机制。结果表明：在5℃低温处理下,随处理时间延长,多蒴灰藓的可溶性糖含量逐渐增加,在高温处理下,呈现先升高后降低的趋势;游离脯氨酸、MDA在低温和高温胁迫下随处理时间延长都逐渐升高。CAT在5℃低温处理下活性逐渐升高,在40℃高温处理下先升高后降低,在60℃高温处理下则迅速降低,6 h后酶完全丧失活性。SOD的活性在5℃低温处理下随处理时间延长逐渐降低,在高温处理下则表现出先升高后降低趋势,40℃高温胁迫下6 h达到最大值,60℃胁迫下0.5 h达到最大值。POD在5℃和40℃处理下活性随处理时间延长逐渐升高,在60℃高温处理下则先升高后降低。这些结果表明,多蒴灰藓适生于20℃左右的温度条件下,60℃高温对多蒴灰藓的伤害明显,与高温相比,多蒴灰藓更适合生长于低温环境;多蒴灰藓通过增加游离脯氨酸以提高对温度逆境的适应;POD和CAT在多蒴灰藓抵御低温胁迫时可能起着主要作用,而SOD则在其抵御高温胁迫时起一定的作用。     

Antioxidant responses of the pest natural enemy Hylyphantes graminicola (Araneae: Linyphiidae) exposed to short-term heat stress

Temperature is a critical abiotic factor that causes physiological changes in arthropods. However, little is known about the effect of heat stress on the antioxidant responses of Araneae species. Hylyphantes graminicola is a dominant predator in many cropping systems in China. In the present study, the effect of short-term heat stress (36, 38, 40 or 42 °C) on the reactive oxygen species (ROS) levels, the activities of antioxidant enzymes (superoxide dismutase [SOD], catalase [CAT], peroxidases [POD] and glutathione-S-transferases GST]), total antioxidant capacity (TAC), malondialdehyde (MDA) concentrations and survival of H. graminicola spiderlings and adults were investigated. The results showed that H. graminicola adults had a significantly higher survival rate compared to spiderlings at 40 °C. The heat stress increased ROS contents in H. graminicola. The SOD, CAT, POD and GST activities increased in spiderlings and adults under heat stress. These data suggest a defensive function for these enzymes in alleviating oxidative damage. Specifically, SOD plays a key role in reducing the high level of superoxide radicals in spiderlings and adults. Moreover, the POD and CAT capabilities for scavenging H₂O₂ in spiderlings were similar, and CAT may play a more important role than POD in scavenging H₂O₂ in adults at 42 °C. The spiderling TAC increased significantly at 40 and 42 °C, and the adult TAC was stable at 36–40 °C but decreased at 42 °C. These data suggest that TAC was insufficient in H. graminicola adults under more severe stress conditions. These results further our understanding of the physiological response of Araneae species exposed to heat stress.     

低温胁迫下喜旱莲子草幼苗膜脂过氧化及保护酶活性的变化

分别在2℃和8℃低温胁迫下,对入侵种喜旱莲子草幼苗抗氧化酶活性进行了研究。与常温28℃的结果相比较,MDA含量、细胞膜透性在8℃条件下变化不明显,2℃处理36h后均显著上升。2℃时SOD、CAT和POD活性在较短时间内(12h)显著升高,随后逐渐下降,CAT活性在48h后受到低温胁迫的严重抑制。8℃处理条件下3种保护酶活性在48h内均有显著升高,但升幅明显小于2℃处理的升幅。8℃低温处理不是抑制而是促进了3种保护酶活性的提高。复温结果显示,8℃低温胁迫的喜旱莲子草幼苗和对照无生长差异,2℃低温胁迫下幼苗表现出形态特征差异。     

Lethal and sublethal effect of heat shock on Phenacoccus solenopsis Tinsley (Hemiptera: Pseudococcidae)

Temperature is an important abiotic environmental factor, and is responsible for various kinds of behavioral and physiological changes in living organisms. Induced heat shock is associated with feeding behaviour, reproduction and reactive oxygen species (ROS) generation that causes oxidative damage. In this experiment, we examined the lethal and sublethal effects of heat shock on reproduction, feeding behaviour and antioxidant enzymes, including catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD) and peroxidases (POD) in P. solenopsis. Results showed that males were highly susceptible to heat shock treatments than females, as LTemp₅₀ values were 43.8 °C for males and 45.11 °C for females. Heat shock events non-significantly affected the fecundity in female only treated adults and significantly affected the both sexes heat treated adults, it increased the xylem feeding duration, percentage of xylem feeding adults and reduce the phloem feeding duration and percentage of phloem feeding adults. Similarly it alter the antioxidant enzymes activities, an increase of CAT, SOD and POD activities were noticed in response to highest intensity of heat shock while a reduction of CAT and SOD activity were noticed in response to lowest intensity of heat shock compared to control (30 °C). These results suggest that heat shock may result in loss of body water and induce oxidative stress in P. solenopsis. However, antioxidant enzymes play a significant role in overcoming the oxidative damage.