昆虫的耐寒性及其影响因素

昆虫是变温动物,种群的繁衍面临如何安全度过漫长而寒冷的冬季的挑战.为了安全越冬,昆虫必须适应冬季的低温,增强耐寒能力是昆虫的一种重要的季节适应机制.近年来,关于昆虫耐寒性的研究不断开展,研究内容涉及影响耐寒性的因素、耐寒性的机制等方面.影响昆虫耐寒性的因素包括环境因素,如气候的季节变化、纬度或海拔的差异等,以及昆虫自身的发育阶段、滞育发生等.     

过冷却和昆虫的耐寒性

过冷却（超冷,supercooling）现象,由Fahrenheit（1842）发现,即为在一定的条件下,当温度低于水的冰点时,水仍能保持液体状态的现象。1过却点及测定方法Beclune6Cw（1901）利用电热测温,首次发现动物在结冰时的过冷却现象。过冷却点是指在逐步冷却过程中自发地结冰产生时的温度。过冷却的能力是指液体的熔点与过冷却点倍CPsllpereoolingpoint）间的差异,通常用过冷却点来表示。当自发的结冰发生时,通过测定潜热的消政。能够准确地测定SCP。特别是陆生节肢动物的超冷极限,可以方便地以过冷却点的形式测到。过冷却点测定最常用的…     

松突圆蚧种群耐寒性的季节变化

采用过冷却点、低温暴露死亡率、冷识别温度和致死中低温累积等指标评价不同季节松突圆蚧的耐寒性.结果表明:各季节松突圆蚧的过冷却点波动在-22.4～-3.1 ℃之间,以冬季雌成虫的平均过冷却点最低(-14.83 ℃),显著低于夏季雌成虫、冬季1龄若虫和初孵若虫(P＜0.01),但其它发育阶段在冬、夏季之间均无显著差异;冬季1龄若虫、2龄性分化前若虫、2龄性分化后雄若虫、雌成虫和种群总体在-20～0 ℃下的死亡率、冷识别温度和致死中低温累积均明显低于夏季;1龄若虫、2龄性分化后雄若虫和种群总体的致死中低温累积与季节性平均气温均呈显著正相关(R＞R0.05=0.950,n-2=2),但各发育阶段的过冷却点与其致死中低温累积的相关性均未达显著水平.松突圆蚧冬季种群耐寒性最强,夏季种群最弱;该虫耐寒性的这一季节适应性并不依赖于过冷却点,而与气温的季节变化密切相关.     

昆虫耐寒性的测定与评价方法

昆虫耐寒性因其重要的理论和实践意义成为当前生态学研究中一个热点领域。近年来 ,大量的文献从不同的角度报道了昆虫耐寒性及其生态学意义。该文根据近期昆虫耐寒性研究的文献并结合作者的实验结果 ,从研究方法的角度概述昆虫耐寒性实验研究中应注意的几个问题 ,包括持续低温和瞬间低温 ,恒定低温和变化的低温 ,以及冷却速率对昆虫耐寒性的影响。同时介绍评价昆虫耐寒性的几个参数和模型 ,并对耐寒性的定量表达和评价方法进行讨论。     

水稻二化螟越冬幼虫耐寒性物质的动态变化

为从生理生化水平上探讨二化螟越冬幼虫耐寒机制,分别对不同时期采集的二化螟越冬幼虫过冷却点及水、灰分、元素、脂肪、脂肪酸、甘油、总糖和蛋白质含量进行了测定.结果表明：越冬期幼虫过冷却点及游离水、游离脂肪、总糖和蛋白质含量变化均呈先减后增,而结合水、灰分、高含量元素（K、Na、Mg、Fe、Ni和Cr）、结合脂肪和甘油含量则呈相反变化;越冬期幼虫脂肪酸组分出现变化,但主要成分均为9-十六碳烯酸、9-十六烷酸和9-十八碳烯酸,其中前二者含量呈先减后增变化而后者则相反.越冬幼虫体内理化成分含量的动态变化可以反映其耐寒性强弱.     

荒漠甲虫光滑鳖甲和小胸鳖甲抗冻蛋白基因及其3'-UTR的序列分析

拟步甲科昆虫光滑鳖甲Anatolica polita Kaszab和小胸鳖甲Microdera punctipennis Kaszab分别是新疆准噶尔盆地荒漠地区的广布种和特有种。它们的生活习性有很大差异,光滑鳖甲白天活动,且活动范围广,而小胸鳖甲喜阴避光夜晚活动,活动范围小,但在两者体内都发现有多拷贝的抗冻蛋白基因,并且抗冻蛋白基因在夏季也有表达。为了比较这两种昆虫的抗冻蛋白序列以及不同时期表达的抗冻蛋白序列的差异情况,本研究分别以光滑鳖甲和小胸鳖甲的过冬和夏季成虫为材料,根据已克隆的抗冻蛋白基因序列设计通用引物,扩增新的抗冻蛋白基因及其3'-非翻译区(3'-UTR)。序列分析结果表明,无论是冬季还是夏季表达的抗冻蛋白在两种昆虫中都具有拟步甲科昆虫抗冻蛋白的特点,即含有不同数量的"TCTXSXXCXXAX"12个氨基酸的重复序列;光滑鳖甲抗冻蛋白基因的变异性大于小胸鳖甲,并且在重复基序的保守位点都有突变现象。小胸鳖甲抗冻蛋白在C末端有较大变异。光滑鳖甲抗冻蛋白基因的3'-UTR区变异较大,而小胸鳖甲抗冻蛋白基因的3'-UTR区几乎没有变异。推测两种昆虫抗冻蛋白及抗冻蛋白基因3'-UTR的变异性可能与抗冻蛋白的表达调控以及昆虫对微环境的适应性有关。     

新疆荒漠昆虫光滑鳖甲cDNA文库的构建及功能基因筛选

以过冬后早春的新疆荒漠拟步甲属昆虫光滑鳖甲(Anatolica Polita borealis)成虫为研究材料,应用SMARTTM cDNA Library Construction技术,通过总RNA提取,反转录合成cDNA,定向构建至噬菌体载体λTripEx2,经体外包装构建了光滑鳖甲的cDNA表达文库。测试结果表明库容量为2.2×106,重组率为84.8%。通过对cDNA文库克隆的序列测定和初步生物信息学分析,获得28个光滑鳖甲表达序列标签(ESTs),包括17个EST(60.7%)与NCBI中已注册的已知功能基因相似性较高,另外的11个EST(39.3%)则没有发现与之相似的序列,推测可能是功能未知的新基因。同时,利用PCR扩增文库技术从cDNA文库中克隆获得了光滑鳖甲的抗冻蛋白基因,初步表明光滑鳖甲cDNA表达文库构建的成功,为深入研究新疆荒漠昆虫的抗冻机理及发现新的昆虫功能基因奠定了基础。     

外源海藻糖对花绒寄甲成虫存活和耐寒性的影响

【目的】探讨取食不同浓度外源海藻糖对室内饲养的花绒寄甲 Dastarcus helophoroides 成虫存活和耐寒性的影响。【方法】在室内分别用含3%, 6%和9%海藻糖的半人工饲料饲养花绒寄甲成虫,以取食不含海藻糖的半人工饲料的花绒寄甲成虫为对照组,统计饲养10周后的存活率,测定未经低温处理和10℃低温处理3 d的成虫过冷却点和含水量。【结果】取食含6%海藻糖的半人工饲料的花绒寄甲成虫存活率最高,为86.67%。不管是否经低温处理,取食含9%海藻糖的半人工饲料的成虫与取食含3%和6%海藻糖的半人工饲料的成虫以及不含海藻糖的半人工饲料的成虫(对照)相比,其过冷却点均最低,其中未经低温处理的成虫过冷却点为-19.30℃,而经低温处理的成虫过冷却点为-21.60℃。低温处理对取食不含海藻糖的半人工饲料的成虫的含水量有显著影响,而对取食含海藻糖的半人工饲料的成虫含水量无显著影响。【结论】外源海藻糖对花绒寄甲成虫的存活和过冷却点有显著影响,可以利用外源海藻糖提高室内饲养花绒寄甲成虫的存活率和耐寒性。     

西藏飞蝗各发育阶段的耐寒性

西藏飞蝗Locusta migratoria tibetensis Chen是青藏高原的重要农牧业害虫。对该虫各发育阶段的过冷却点和结冰点的测定表明,西藏飞蝗卵的过冷却点和结冰点为最低,分别为-22.02℃、-16.36℃,4龄蝻的过冷却点和结冰点最高,分别是-6.46℃和-5.05℃,西藏飞蝗在甘孜以卵越冬。     

荒漠昆虫光滑鳖甲（鞘翅目：拟步甲科：鳖甲族）的人工饲养方法

为了解决深入研究荒漠甲虫环境适应机制时所遇到的各发育阶段试虫材料短缺的问题,本文介绍了饲养拟步甲科鳖甲族昆虫光滑鳖甲Anatolicapolita Kaszab的有效方法。将早春季节在野外采集的成虫饲养在2L的塑料烧杯中,收集卵。用玻璃培养皿孵育卵;用改装的盛有沙土的矿泉水瓶单只饲养3龄以上幼虫,以防止幼虫自相残杀。为保持幼虫饲养瓶内的适当湿度,在瓶子底部加入72mL的水,再装入800g沙子,借助毛细现象,形成渐变式含水基质,在最上层的干沙表面加麦麸以饲养幼虫。如需观察计数,可将预蛹、蛹和初孵成虫置于玻璃培养皿中培养。采用此方法饲养的光滑鳖甲可顺利完成生活史,其卵的孵化率为68．67％±2．45％,1—2龄幼虫的存活率为82．95％±7．72％,3～9龄幼虫的存活率为73．80％±4．95％;预蛹、蛹和幼嫩成虫的存活率分别为84．68％±2．55％、88．45％±2．75％和90．56％±4．20％。该方法可以有效实现光滑鳖甲的室内饲养,并可用于其他一些沙栖拟步甲科昆虫的人工饲养。     

光滑鳖甲热休克蛋白70基因的克隆及表达

根据GenBank中发表的昆虫热休克蛋白70 (heat shock protein 70, HSP70) 基因的保守序列设计引物,利用PCR结合RACE扩增的方法,获得新疆荒漠昆虫光滑鳖甲Anatolica polita borealis热休克蛋白70基因,命名为APhsp70 (GenBank注册号为EF569673)。测序结果表明,序列长为2 092 bp,由核酸序列推演出的蛋白质分子量为70 kD,含653个氨基酸残基。基因结构分析表明APhsp70不含内含子序列。通过Northern blotting和半定量RT-PCR技术研究昆虫在受到不同温度胁迫时该基因的表达规律,结果表明：在45℃处理时,昆虫体内该基因的表达水平显著上升。并且,当机体受到-5℃低温胁迫并在室温恢复15 min后APhsp70的表达量也显著升高;但是4℃和-10℃低温处理组APhsp70的表达未见明显变化。     

光滑鳖甲抗菌肽的原核表达条件优化及其抗菌活性

【目的】本研究旨在探索光滑鳖甲Anatolica polita borealis抗菌肽Ap AMP1015的最佳原核表达条件及其抗菌活性。【方法】利用生物信息学方法对得到的Ap AMP1015基因序列和蛋白结构进行分析,运用原核表达技术表达Trx A-Ap AMP1015融合蛋白,通过Western blot方法鉴定蛋白,并利用亲和层析的方法获得纯化的Trx A-Ap AMP1015融合蛋白,抑菌圈实验验证蛋白抗菌活性。【结果】克隆得到光滑鳖甲抗菌肽基因Ap AMP1015,其开放阅读框长387 bp,编码128个氨基酸,其中包含由19个氨基酸组成的信号肽和75个氨基酸组成的成熟肽。NCBI数据库同源序列比对结果显示该蛋白属Coleoptericin抗菌肽家族。确定了蛋白表达的最佳条件:0.1 mmol/L IPTG 150 r/min 25℃诱导4 h。肠激酶切割后的Ap AMP1015能够有效抑制大肠杆菌Escherichia coli的生长。【结论】克隆得到光滑鳖甲抗菌肽基因Ap AMP1015,获得了其编码蛋白的最优表达条件,研究发现Ap AMP1015能够有效抑制大肠杆菌的生长。本研究为光滑鳖甲抗菌肽Ap AMP1015的应用和进一步研究奠定了基础。     

光滑鳖甲肽聚糖识别蛋白ApPGRP的表达与功能分析

【目的】旨在研究光滑鳖甲Anatolica polita肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition proteins, PGRPs)基因ApPGRP表达模式及其对下游免疫相关基因的表达调控,以及重组蛋白ApPGRP与细菌的结合能力。【方法】构建原核表达载体pET-28a-ApPGRP,转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),诱导表达并纯化重组蛋白His-ApPGRP,分别测定其与金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus和肽聚糖(peptidoglycan, PGN)的结合能力。金黄色葡萄球菌S.aureus刺激后,利用qRT-PCR检测光滑鳖甲6龄幼虫体内ApPGRP、抗菌肽基因ApAttacin2和ApAttacin1、防御素基因ApDefensin、丝氨酸蛋白酶基因ApSP和丝氨酸蛋白酶抑制剂基因ApSerpin等免疫相关基因的表达水平;采用RNAi技术沉默光滑鳖甲6龄幼虫体内ApPGRP基因的表达,并利用qRT-PCR分别检测RNAi处理以及RNAi后再用S.aureus刺激时幼虫体内上述基因的表达水平变化。【结果】通过原核表达获得了重组蛋白His-ApPGRP,其具有结合金黄色葡萄球菌和肽聚糖的能力。注射金黄色葡萄球菌后,检测的光滑鳖甲6龄幼虫免疫相关基因(ApSP除外)的表达都显著上调;RNAi沉默光滑鳖甲6龄幼虫ApPGRP后,其他免疫相关基因表达量均显著降低,其响应金黄色葡萄球菌刺激后的表达量也显著低于对照组。【结论】这些结果表明,ApPGRP在光滑鳖甲免疫防御中起着识别外源微生物,激活信号通路并调控抗菌肽表达的作用。     

异色瓢虫成虫耐寒能力的季节性变化

为研究异色瓢虫Harmonia axyridis自然种群耐寒能力的季节性变化,测定了其过冷却点、体内含水量及总脂肪含量和低温存活力。结果表明：异色瓢虫成虫低温存活力呈现出明显的季节性变化,越冬前成虫的耐寒性显著强于夏季成虫和越冬后成虫。冷驯化（5℃, 5 d）可以显著提高夏季成虫的低温存活力。雌雄成虫过冷却点和体内含水量随气温的降低而降低,升高而升高。过冷却点7月份最高,分别为−7.6℃和−8.0℃;越冬中期（2008-01-15）最低,分别为−18.1℃ 和−16.9℃。雌雄成虫体内含水量9月份最高,分别为66.87%和68.01%,10月份显著降低,越冬后期（2008-02-19）最低,分别为52.94%和51.53%。越冬期间过冷却点和体内含水量显著低于其他时期。而雌雄成虫体内总脂肪含量在越冬开始就达到最高,分别为50.07%和47.93%,随后又逐渐降低,越冬期间显著高于其他时期。由此可知异色瓢虫自然种群的耐寒性呈现出明显的季节性变化,文中还就异色瓢虫自然种群耐寒性影响因素及其越冬策略进行了讨论。     

瓜实蝇耐低温相关生理指标的测定

【目的】了解瓜实蝇Bactrocera cucurbitae(Coquillett)对低温的耐受性,分析其不同发育阶段耐寒力差异。【方法】以不同发育阶段瓜实蝇为实验材料,分别测定并比较了过冷却点、水分、脂肪、甘油和糖类含量的变化情况。【结果】其不同龄期的过冷却点差异显著,5日龄蛹的过冷却点最低,为﹣17.04℃,1日龄幼虫的过冷却点最高,为﹣11.82℃,同一日龄的雌、雄成虫之间的过冷却点无显著差异;其幼虫期和蛹期虫体的含水量随着龄期的增长而下降,从1日龄幼虫79.64%下降到5日龄蛹65.31%,5日龄蛹的含水量显著低于其他龄期瓜实蝇,成虫期各龄期雌成虫含水量均显著高于雄成虫;5日龄幼虫脂肪含量最高,为32.90%,1日龄雄成虫和14日龄雄成虫脂肪含量最低,均为15%;幼虫期甘油含量随着龄期的增长而下降,从3.32μg/mg下降到1.12μg/mg,而蛹期逐渐上升,14日龄雌成虫甘油含量最高,为5.90μg/mg;1日龄幼虫总糖、海藻糖和糖原含量均最高,分别为7.51、0.94和1.93μg/mg,显著高于其他龄期瓜实蝇,蛹期糖类含量逐渐下降,而成虫期糖类含量随龄期增长而逐渐升高。【结论】本研究结果可为正确评估瓜实蝇的地理适应性和低温检疫处理提供依据。     

不同强度快速冷驯化对广聚萤叶甲成虫耐寒性生理指标的影响

【目的】快速冷驯化能在短时间内迅速提高昆虫的耐寒性,是昆虫应对外界温度急剧变化以及短时低温胁迫的重要途径。本研究旨在探究入侵杂草豚草Ambrosia artemisiifolia生防天敌广聚萤叶甲Ophraella communa对不同强度快速冷驯化的生理响应机制。【方法】分别对广聚萤叶甲成虫进行了不同温度（-4, 0, 4和8℃）下4 h及0℃下不同时间（1, 4 , 8和16 h）的快速冷驯化处理,并对其体内的生理物质含量和保护酶活性进行了测定。【结果】除8℃/4 h,0℃/1 h和0℃/8 h外,其余冷驯化处理均使广聚萤叶甲成虫过冷却点显著降低（P<0.05）,其中0℃/4 h处理组最低。而且,随着冷驯化温度降低、持续时间的增长,广聚萤叶甲成虫体甘油含量以及过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性呈曲线变化,并于0℃/4 h处理时达到极值,但冷驯化处理对虫体自由水和总糖含量的影响并不显著（P≥0.05）。【结论】广聚萤叶甲快速冷驯化的诱导具有其临界强度值和最适条件,过大强度的驯化处理反而不利于其耐寒性的提高。本研究结果对于深入阐明广聚萤叶甲越冬策略以及人工培育耐寒种群的实践具有一定参考价值。     

异色瓢虫成虫冷驯化反应及体内几种酶活力的相关变化

为明确冷驯化反应对异色瓢虫Harmonia axyridis (Pallas) 实验种群成虫耐寒性及其生殖能力的影响, 本研究测定了成虫低温存活率、过冷却点(supercooling point, SCP)、体内含水量及雌虫繁殖能力等。结果表明: 冷驯化（在5℃下诱导3 d, 5 d）后, 成虫再在-5℃下暴露3 d的存活率由对照（预先未进行冷驯化）的46%分别提高至60%和67%, 而诱导10 d后的存活率(51%)反而下降。冷驯化效应在其成虫转移至饲养条件下7 d后就消失。随着低温诱导时间的延长过冷却点及体内含水量均呈现下降趋势, 短时间(5, 10 d)的诱导不能使成虫的SCP明显降低, 但可以使含水量极显著下降。冷驯化后异色瓢虫雌虫产卵前期延长; 虽然冷驯化对雌虫首次产卵量没有影响, 但是随着诱导时间的延长连续观察72 h内单头雌虫累计产卵量却降低。冷驯化过程中成虫体内几种酶活力的检测结果表明: 两种细胞保护酶超氧化物歧化酶(SOD)与过氧化氢酶(CAT)活性升高, 与新陈代谢有关的乳酸脱氢酶(LDH)及Na⁺, K⁺-ATP酶活性却降低。结果显示, 低温胁迫前异色瓢虫成虫经过不同时间的诱导后有可能提高其低温抵抗能力, 而且冷驯化诱导成虫耐寒性增加是一种复杂的生理生化过程, 这一过程对其生存和繁殖具有重要的适应意义。     

Seasonal changes in cold hardiness of Ophraella communa

Insects can prepare themselves to tolerate subzero temperatures through various physiological changes, such as the alteration in body water or glycerol content. Indeed, it has been hypothesized that increasing glycerol body content has the benefit of decreasing the temperature necessary to freeze their body water and therefore increasing the supercooling point (SCP) and the cold hardiness. We here studied physiological plasticity in cold tolerance in Ophraella communa LeSage (Coleoptera: Chrysomelidae), a potential biological control agent of an invasive plant, the common ragweed, Ambrosia artemisiifolia L. (Asteraceae). Pupae of O. communa were collected from June to October, and the water and glycerol contents and the SCP of emerging adults were assessed. We found that SCP, water, and glycerol contents of beetles fluctuated significantly with season. Glycerol content of males and females increased with decreasing temperature between July and October, and glycerol content reached a maximum in October in the field. The lowest SCP was observed in adults in October prior to overwintering, and the highest SCP was evident in the summer population in July. Thus, cold hardiness of the beetles in the autumn population was significantly higher than in the summer population. We therefore conclude that cold tolerance, via changes in the relative composition of their body fluids and fats, is a plastic trait that can be influenced by fluctuations in abiotic factors (e.g., temperature) throughout the breeding season of the insect.     

蠋蝽抗寒性对快速冷驯化的响应及其生理机制

快速冷驯化可以提高某些昆虫的耐寒性.为了探讨不同冷驯化诱导温度对蝎蝽抗寒性的影响及其生理机制,以室内人工饲养的第3代蝎蝽成虫为对象,利用热电偶、液相色谱分析等技术手段,测定了经15、10、4℃冷驯化4h和梯度降温(依次在15、10、4℃各驯化4h)冷驯化后,蠋蝽成虫过冷却点、虫体含水率及小分子碳水化合物、甘油和氨基酸含量,及其在不同暴露温度(0、-5、-10℃)下的耐寒性.结果表明:处理后暴露在-10℃时,梯度处理组和4℃冷驯化处理组的蝎蝽成虫存活率为58.3％,其他处理组及对照组(室温饲养)的存活率显著降低,平均为8.9％;梯度处理组与4℃冷驯化处理组蠋蝽成虫过冷却点平均为-15.6℃,比其他处理平均降低1.3℃;各处理虫体含水率无显著差异,平均为61.8％;与其他各组相比,梯度处理组和4℃冷驯化组蠋蝽成虫的葡萄糖、山梨醇和甘油含量分别增加2.82、2.65和3.49倍,丙氨酸和谷氨酸含量分别增加51.3％和80.2％,海藻糖、甘露糖和脯氨酸含量分别下降68.4％、52.2％和30.2％,而果糖含量各组间无显著差异.快速冷驯化对蠋蝽成虫具有临界诱导温度值,梯度降温驯化不能在快速冷驯化的基础上提高蠋蝽成虫的抗寒性.     

Metabolism and cold tolerance of Chinese white pine beetle Dendroctonus armandi (Coleoptera: Curculionidae: Scolytinae) during the overwintering period

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