意大利蝗和西伯利亚蝗高温耐受能力及酶活性比较研究

【目的】阐明意大利蝗Calliptamus italicus和西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus高温耐受能力及酶活性差异。【方法】以3℃为间隔,将意大利蝗和西伯利亚蝗成虫分别在27~48℃、24~42℃下处理4 h后测定死亡率及POD、SOD和CAT活性值。【结果】27~42℃处理下,意大利蝗存活率显著大于西伯利亚蝗(P<0.05)。雌性意大利蝗的LT50、LT90分别为48.76℃和50.67℃,雄虫则分别为47.90℃和50.53℃;雌性西伯利亚蝗的LT50、LT90分别为39.21℃和42.10℃,雄虫则分别为36.11℃和41.43℃。随着温度升高,雄性意大利蝗和雌、雄西伯利亚蝗体内POD、SOD、CAT活性先升高后降低,雌性意大利蝗体内POD活性则先降低后升高。27~42℃范围内,西伯利亚蝗体内POD和SOD活性值增幅较大,分别达到54.69%、23.54%;意大利蝗体内则以CAT活性值增幅最大,为27.02%。【结论】两种蝗虫耐高温能力存在差异,意大利蝗具有更强的耐热能力。     

盐碱胁迫下西伯利亚蓼体内无机离子的变化

研究了碳酸氢钠溶液处理后西伯利亚蓼营养器官内部无机离子含量的变化。实验结果表明碳酸氢钠溶液处理前西伯利亚蓼茎部认为是“K+库”;碳酸氢钠溶液处理过程中“K+库”转变成为“Na+库”,以维持叶部的正常生理功能,并且“Na+库”具有一定的限度;碳酸氢钠溶液处理后,西伯利亚蓼不同部位对外界盐碱胁迫的反应存在多样性。植株在“Na+库”达到限度之前进行旺盛的光合作用,在有限的时间内向地下组织输送更多的有机养分,用以繁殖后代。     

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。     

种群密度对亚洲小车蝗能源物质含量的影响及飞行能耗与动态

对亚洲小车蝗Oedaleus asiaticus B.Bienko能源物质含量和消耗情况及种群密度对能源物质含量的影响进行了研究。结果表明,能源物质含量随成虫日龄的增加而发生变化,初羽化时含量较低,在10或13日龄达到最大值,之后开始下降。不同种群密度下亚洲小车蝗同日龄体内能源物质含量存在较大差异,高密度种群甘油酯含量显著的大于低密度种群,亚洲小车蝗飞行过程中主要利用糖类和脂类,但脂类是其远距离飞行的能量保证。     

梨小食心虫滞育与非滞育幼虫过冷却能力与体内主要生化物质含量

梨小食心虫Grapholitha molesta(Busck)是我国北方果园中重要的果树害虫,现已成为泰安肥城桃园中为害最为严重的一种食心虫。本文主要测定了梨小食心虫滞育与非滞育幼虫的过冷却能力与体内主要生化物质的含量。研究结果表明;在26℃的温度条件下,滞育幼虫的过冷却点与结冰点均低于非滞育幼虫,但差异均不显著。滞育幼虫体内的含水量、糖原和蛋白质含量均极显著低于非滞育幼虫,但是滞育幼虫体内的总脂肪、甘油和海藻糖含量均极显著高于非滞育幼虫。研究结果说明,滞育幼虫在体内生理生化代谢做了调整,以应对不利环境条件的来临。     

轮纹异痂蝗卵的过冷却能力与其体内水分和生化物质含量的关系

【目的】低温是影响昆虫生长发育和存活的关键因子之一。为明确轮纹异痂蝗Bryodemella tuberculatum dilutum卵的抗寒性及其机理, 研究了其过冷却能力与其体内水分及其他抗寒性相关生化物质含量的关系。【方法】采用热电偶法测定了轮纹异痂蝗卵的过冷却点,同时采用烘干法、残余法、氨基酸自动分析仪和高效液相色谱法分别测定了其卵的含水量、脂肪、氨基酸及小分子糖醇的含量。【结果】土壤含水量对轮纹异痂蝗滞育前卵的含水量、脂肪含量（鲜重）及过冷却点有极显著的影响(P<0.01)。随着土壤含水量从4%增加到13%,卵含水量从45.12%上升到55.25%,卵脂肪含量（鲜重）从10.39%下降到9.39%,而过冷却点从-30.11℃上升到-25.69℃。不同发育阶段卵的过冷却点、含水量、脂肪、氨基酸及小分子糖醇含量存在极显著差异(P<0.01)。从卵产下当天至120 d,卵过冷却点从-26.78℃下降至-30.18℃,含水量从51.93%下降至46.69%,脂肪含量分别从9.99%（鲜重）和17.37%（干重）上升至13.92%(鲜重)和25.29%（干重）。滞育卵的过冷却点显著低于滞育前卵的过冷却点。从卵中共检测到17种氨基酸,其中5种与过冷却点存在显著的相关关系(P<0.05)。卵过冷却点随着甘氨酸和脯氨酸含量的升高而降低,而随着胱氨酸、亮氨酸及天冬氨酸含量的增加而升高。随着卵的发育,海藻糖、甘油、肌醇和山梨醇含量逐渐上升,而葡萄糖和果糖含量逐渐下降。在卵发育过程中,海藻糖和甘油的含量显著高于其他4种物质的含量。卵过冷却点与上述6种小分子糖醇均存在显著的相关关系,其中与海藻糖和葡萄糖的相关性最强。过冷却点随海藻糖、甘油、肌醇和山梨醇含量的升高而降低,而随葡萄糖和果糖含量的升高而上升。【结论】轮纹异痂蝗卵在发育过程中,通过降低含水量,积累脂肪、脯氨酸、甘氨酸及海藻糖、甘油、肌醇和山梨醇等抗寒物质,从而提高其过冷却能力。     

盐胁迫下不同基因型番茄可溶性物质含量的变化

以两种野生番茄秘鲁番茄(Lycopersicon peruvianum LAlll)、潘那利番茄(Lycopersicon pennellii LA716)和两种栽培番茄"鲜丰98-7"、"交农1号"为材料,用NaCl 150 mmol/L进行盐胁迫,测定及分析了植株体内Na 、K 、Ca2 等无机离子和某些有机溶质游离脯氨酸、可溶性糖的含量.结果表明,盐胁迫条件下,野生番茄在新叶中积累了大量的Na 等无机离子,而栽培番茄新叶内脯氨酸和可溶性糖的含量却显著提高,且它具有将吸收的Na 区域化到老叶中的能力.说明野生番茄和栽培番茄在可溶性物质的合成和积累能力上有明显差异,它们是通过不同代谢途径和机理来适应盐环境的.     

低温驯化后水椰八角铁甲生理活性物质含量的变化

【目的】分析低温驯化后水椰八角铁甲Octodonta nipae体内各种生理活性物质含量的变化,为揭示水椰八角铁甲耐寒机制提供理论基础。【方法】以25℃处理为对照,将水椰八角铁甲各虫态于12.5, 15, 17.5和20℃驯化处理10 d后,比较其体内的游离水、蛋白质、氨基酸、粗脂肪、甘油和可溶性糖原等生理活性物质含量的变化。【结果】低温驯化显著影响铁甲体内上述物质的含量水平。低温驯化能提高该铁甲体内甘油和游离氨基酸的含量,降低游离水、蛋白质、粗脂肪、可溶性糖原的含量。与对照相比,12.5℃驯化对该铁甲各虫态体内游离水含量存在显著影响(P<0.01);经12.5, 15, 17.5和20.0℃驯化后,该铁甲各虫态体内蛋白质、粗脂肪含量与对照相比均存在显著差异(P<0.01);经125,150和175℃驯化后,该铁甲各虫态体内游离氨基酸含量与对照存在显著差异(P<0.01);经12.5,15.0,17.5和20℃驯化后,该铁甲各虫态（2龄幼虫除外）体内甘油含量与对照相比存在显著差异(P<0.01);12.5, 15.0, 17.5和20℃驯化对除2龄幼虫、蛹和成虫外的铁甲其他各虫态体内可溶性糖原含量存在显著影响。经15.0℃驯化处理后铁甲各虫态体内平均甘油含量最高,比对照25℃的平均甘油含量高出约9.4倍,而经12.5℃驯化处理的虫体内的平均甘油含量仅增加3.5倍。【结论】低温驯化对水椰八角铁甲体内相关生理活性物质含量的影响效能是有限的;水椰八角铁甲可以根据不良的环境条件调节最佳的生理状况,以适应未来的环境和达到最强的适应性。     

NaHCO3胁迫下朝鲜接骨木膜脂过氧化和渗透调节物质含量的变化

采用盆栽试验的方法研究NaHCO₃不同浓度和不同胁迫时间对朝鲜接骨木（Sambucus coreana(Nakai)Kom.et Alis.）叶片的膜脂过氧化和渗透调节物质含量的影响。研究表明,随盐浓度的增加和胁迫时间的延长,MDA含量和相对电导率明显升高,可溶性蛋白含量整体均呈上升趋势;随盐浓度的增加,脯氨酸含量上升趋势明显,可溶性糖含量也呈上升趋势。研究结果显示,朝鲜接骨木在低浓度（1 g·kg^-1）盐胁迫下相关生理指标相对稳定,且随胁迫时间延长变化相对较小,可在轻度盐碱化地区应用。     

种子引发对盐胁迫下高粱幼苗生物量分配和渗透物质含量的影响

以Tx623A×89-363和黑30A×大粒早2个高粱杂交组合为试验材料,100mmol.L-1NaCl溶液对种子进行引发处理。设计0、50、100和150mmol·L-1NaCl溶液模拟盐胁迫,研究种子引发对盐胁迫下高粱幼苗不同器官生物量分配、可溶性物质含量和Na+、K+离子吸收的影响。结果表明:种子引发处理促进了幼苗生长,幼苗总干物质量增加,根系生物量比和根冠比也不同程度增大;150mmol·L-1盐胁迫下,引发处理,Tx623A×89-363根系生物量比、根冠比和总干物质量分别比其未引发处理高5.4%、6.2%和7.5%,黑30A×大粒早总干物质量也比其未引发处理高10.9%,引发处理显著提高了幼苗叶片和根系可溶性糖和脯氨酸的含量;150mmol·L-1盐胁迫下,Tx623A×89-363引发处理幼苗叶片和根系可溶性糖和脯氨酸含量分别比其未引发处理高9.4%、10.0%和8.5%、20.2%,黑30A×大粒早则高4.8%、7.1%和19.3%、26.4%;引发处理还显著降低了2品种幼苗茎叶和根系的Na+/K+值,150mmol·L-1盐胁迫下,Tx623A×89-363幼苗茎叶和根系Na+/K+降低了16.7%和20.6%,黑30A×大粒早降低了5.5%和13.2%。试验结果证明,引发处理在一定程度上提高了高粱幼苗对盐胁迫的适应性,引发处理在品种间产生的效应不同,对弱耐盐性品种效应优于耐盐性品种。     

西伯利亚蝗卵发育过程的比较转录组分析及滞育关联基因筛选

【目的】通过筛选西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus卵滞育基因及代谢通路,初步明确西伯利亚蝗卵滞育分子机理。【方法】利用Illumina NovaSeq 6000测序平台对西伯利亚蝗早期发育(ES)、滞育(DS)和滞育后发育阶段(PS)的卵进行转录组测序;采用GO和KEGG富集分析并结合文献,预测滞育相关通路并聚类热图分析,筛选蝗卵滞育关联基因,并选取其中6个重要基因进行qRT-PCR验证。【结果】DSvs ES和PS vs DS两比较组分别富集到12 419和4 789个差异表达基因,且多上调表达;两比较组共表达差异基因为2 206个,主要与糖代谢、环境胁迫和生长发育相关。DS vs ES组富集最显著的GO条目为蛋白结合,PS vs DS组GO条目主要包含酶活性、细胞骨架构建及蛋白结合等过程。滞育关联基因主要集中在Wnt信号通路、胰岛素信号通路、细胞周期通路以及昆虫激素生物合成等通路。6个重要的滞育关联基因的表达量变化趋势与转录组数据结果基本一致。【结论】本研究初步明确了西伯利亚蝗卵滞育调控的重要代谢途径,并筛选出20个滞育关联基因,为后续深入研究该物种的适应机理奠定了基础。     

Extra heterochromatin in natural populations of Gomphocerus sibiricus (Orthoptera: Acrididae)

Two types of extra heterochromatin, in the form of either supernumerary segments or B-chromosomes, have been observed in natural populations of Gomphocerus sibiricus. The presence of a heterochromatic supernumerary segment affecting the M₇ pair in a population from the Valle de Arán disturbs the normal separation of this bivalent at anaphase I of meiosis and non-disjunction products, respectively deficient or duplicate for the M₇, are present at metaphase II.A stable B_m chromosome has been detected in a second population from Formigal. In a single individual where a B_m is present together with a small unstable B_s supernumerary chromosome both the B_m and the M₅ are unstable in the germ line and in the case of the M₅ this unstability leads to a state of germ line polysomy.     

The complete mitochondrial genome of Gomphocerus tibetanus Uvarov, 1935 (Orthoptera: Acrididae: Gomphocerinae)

The complete nucleotide sequence of the mitochondrial genome (mitogenome) of Gomphocerus tibetanus Uvarov, 1935 (Orthoptera: Acrididae: Gomphocerinae) was determined. It is 15,571 bp in length and contains 74.8% A + T. All Gomphocerus tibetanus protein-coding sequences start with a typical ATN codon. The usual termination codons (TAA and TAG) were found from 13 PCGs except COI and COII which took incomplete codon T as termination codons. All tRNA genes could be folded into the typical cloverleaf secondary structure, except tRNA^Ser(AGN) lacking of dihydrouridine (D) arm. The sizes of the large and small ribosomal RNA genes are 1313 and 822 bp, respectively. The A + T content of the A + T-rich region is 82.3%. A preliminary analysis on characteristics of Gomphocerinae mitogenome was made by comparision among three Gomphocerinae mitogenomes and Locusta migratoria.     

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。     

Modification of the courtship song by visual stimuli in the grasshopper Gomphocerus rufus (Acrididae)

ABSTRACT. Males of Gomphocerus rufus L. perform a courtship song consisting of repetitive units, each of which is composed of three subunits (S1, S2, S3). S1 is characterized mainly by slow and fast head rolling; S2 and S3 are distinguished by different types of leg-stridulation. These movements and the associated sounds were recorded during presentation of visual stimuli, either linear displacement of a living female or optomotor stimuli generated by a striped drum. Females moved artificially through the binocular visual field of a courting male with a velocity of 1 cm/s or more are mounted by the male from any subunit S1, S2 or S3, although under natural conditions mounting occurs only from S2. Thus above a critical velocity the courtship programme can be modified. Rotation of a striped drum about the yaw axis of the male during the slow S1 induces asymmetrical leg position, following movements of the head, and prolongation of S1. During S2 the male is especially sensitive to optomotor stimuli and responds with marked changes in body position. In S3 the intensity of the song is reduced, and its duration shortened. Fast drum movements interrupt the courtship programme. Rotation of the drum about the roll axis elicits optomotor head turning that interferes with the head rolling of S1. The fast phase of S1 and the frequency of head-rolling during S1 cannot be modified by optomotor stimulation. The results can be interpreted by assuming certain interactions between three central nervous elements: a calling-song generator, a head-rolling generator, and an optomotor centre.     

短时高温暴露下东亚飞蝗雌虫血淋巴蛋白表达分析及质谱鉴定

为研究短时高温对东亚飞蝗Locusta migratoria manilensis Meyen血淋巴蛋白的影响,采用Bradford法、SDSPAGE电泳和质谱等方法,对东亚飞蝗雌虫血淋巴样品进行检测。结果表明:短时高温对血淋巴蛋白含量有显著影响(P0.01),36℃-42℃范围内,随温度升高,血淋巴蛋白浓度亦升高,其中39℃、42℃处理组与对照组差异显著(P0.01);短时高温对血淋巴蛋白种类存在一定影响,对照组雌虫血淋巴中存在11种蛋白,高温处理后,4种蛋白含量逐渐增加,6种蛋白含量没有明显变化,1种蛋白消失;经质谱检测,鉴定了5种蛋白,分别为载脂蛋白前体、酚氧化酶原、2个储存蛋白和19 kDa血淋巴蛋白,另外6条蛋白未被鉴定。推测载脂蛋白前体、酚氧化酶原、储存蛋白在东亚飞蝗应对高温胁迫过程中发挥重要作用。     

iTRAQ-based proteomic analysis reveals proteins associated with cold stress response in two different populations of Manila clam (Ruditapes philippinarum)

Water temperature is one of the key environmental factors for marine ectotherms and a change in temperature beyond and organism's capacity limits can cause a series of changes to physiological state and damage to the organism. Understanding how organisms adapt to complex environments is a central goal of evolutionary biology and ecology. Ruditapes philippinarum is an ecologically and scientifically important marine bivalve species. To uncover the molecular mechanisms of acclimation of R. philippinarum to low-temperature stress, iTRAQ-based quantitative proteomics was conducted to compare the proteomes of the north and south populations of R. philippinarum under low-temperature stress. The results showed a total of 6355 and 6352 proteins were identified in two populations, respectively. Among these, 94 and 83 were differentially abundant proteins (DAPs), and most of DAPs were related to oxidation-process, protein binding, or an integral component of membrane. According to the results of KEGG pathway enrichment analysis, most of DAPs in both populations are involved in immune-related pathways, while other population-specific significant abundance proteins of south population and north population were enriched in biosynthesis of amino acids (Enolase, Glutamine synthetase) and unsaturated fatty acids pathways (3-ketoacyl-CoA thiolase, Stearoyl-CoA desaturase), respectively, indicating that two population of clams may have different cold-stress regulation mechanisms. Our study provides new insights into different cold stress tolerance mechanisms in northern and southern populations of R. philippinarum using iTRAQ-based proteomics. This work contributes to a better understanding of molecular basis on cold stress response and adaptations, which shed lights on evolutionary biology and general ecophysiology of R. philippinarum.