棉鈴蟲(chóng)對(duì)超聲波的生理生化反應(yīng)及其聽(tīng)覺(jué)的分子基礎(chǔ)研究.pdf

1、棉鈴蟲(chóng)Helicoverpa armigera（Hüber），屬于夜蛾科（Noctuidae），是我國(guó)乃至世界上的重要農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)。由于它具有寄主范圍廣、繁殖潛能大、種群能遠(yuǎn)距離遷移和對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，條件適宜時(shí)常大面積爆發(fā)成災(zāi)，造成多種經(jīng)濟(jì)作物的嚴(yán)重?fù)p失。棉鈴蟲(chóng)和其他夜蛾一樣具有聽(tīng)器，位于后胸兩側(cè)，并且最佳調(diào)諧頻率范圍是15-30 KHz。當(dāng)棉鈴蟲(chóng)成蟲(chóng)飛翔時(shí)可以發(fā)出主頻在20-40 kHz范圍內(nèi)的超聲脈沖。為了詳細(xì)地了解棉鈴蟲(chóng)的聽(tīng)覺(jué)

2、機(jī)理，為治理棉鈴蟲(chóng)提供聽(tīng)覺(jué)方面相關(guān)的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。本文主要研究了棉鈴蟲(chóng)對(duì)非蝙蝠特征的超聲波生理生化反應(yīng)以及棉鈴蟲(chóng)偵測(cè)超聲波的分子基礎(chǔ)。主要結(jié)果如下：
　　 1．超聲波對(duì)棉鈴蟲(chóng)生殖及生長(zhǎng)發(fā)育的影響
　　 無(wú)論是有或無(wú)超聲波輻照的棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)在前4天的產(chǎn)卵數(shù)是逐漸增加的，而后的幾天產(chǎn)卵量逐漸下降。暴露于超聲波輻照下的棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)產(chǎn)卵集中在開(kāi)始產(chǎn)卵的第3天至第6天，對(duì)照組的棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)產(chǎn)卵高峰要比前者延長(zhǎng)一天。超聲波輻照的棉

3、鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)產(chǎn)卵量要高于對(duì)照組的，且達(dá)到了顯著差異水平。測(cè)試組的棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)產(chǎn)卵量比對(duì)照組的增加了54.5％。對(duì)照組的棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)所產(chǎn)的卵孵化率為61.5％，而測(cè)試組的為67.6％，兩者之間無(wú)顯著差異。測(cè)試組的雌蛾具有1.43個(gè)精包，要多于對(duì)照組的1.28個(gè)。
　　 暴露于超聲波輻照下的幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)情況和對(duì)照組幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)情況無(wú)顯著差異。測(cè)試組的幼蟲(chóng)化蛹率要低于對(duì)照組的，前者為77.7％，而后者為92.2％，兩者之間達(dá)到了顯著差異水平

4、。暴露于超聲波輻照下的蛹羽化率要低于無(wú)超聲波輻照蛹的羽化率，但是沒(méi)有達(dá)到顯著差異水平。
　　 2．超聲波對(duì)棉鈴蟲(chóng)乙酰膽堿酯酶（AChE）活性的影響
　　 長(zhǎng)時(shí)間暴露于超聲波影響下，棉鈴蟲(chóng)的AChE活性異常升高。處理12 h測(cè)試組的棉鈴蟲(chóng)AChE活性增長(zhǎng)最大，達(dá)到了顯著水平，是對(duì)照組活性的2.61倍。其次是處理6 h測(cè)試組的棉鈴蟲(chóng)AChE活性增長(zhǎng)，達(dá)到了顯著水平，比對(duì)照組酶活增長(zhǎng)了149％。處理時(shí)間最長(zhǎng)的24 h測(cè)試組的棉

5、鈴蟲(chóng)AChE活性增長(zhǎng)幅度很小，同對(duì)照組相比僅僅增長(zhǎng)了16％。
　　 在短時(shí)間超聲波刺激試驗(yàn)中，超聲波對(duì)棉鈴蟲(chóng)成蟲(chóng)的AChE活性影響顯著。棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)在暴露于超聲波20 min時(shí)，AChE活性變化最大，與對(duì)照組相比增長(zhǎng)了74％，達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著水平。其他測(cè)試組的AChE活性變化不顯著，僅在對(duì)照組AChE活性的86％-103％之間變動(dòng)。與對(duì)棉鈴蟲(chóng)成蟲(chóng)的影響不同的是，超聲波對(duì)棉鈴蟲(chóng)蛹的AChE活性主要起到抑制作用；當(dāng)在30 min時(shí)棉鈴

6、蟲(chóng)蛹的AChE活性達(dá)到最低為0.085 U/mg prot，是對(duì)照組的56％，差異顯著。其次在50 min時(shí)，棉鈴蟲(chóng)蛹的AChE活性為0.0947 U/mg prot，是對(duì)照組的63％，差異顯著。當(dāng)超聲波處理棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)達(dá)20 min時(shí)，有一個(gè)顯著的抑制作用，AChE活性?xún)H為0.018 U/mg prot，是對(duì)照組活性的15％。然而在40 min和60 min時(shí)超聲波又刺激棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)AChE活性顯著增強(qiáng)，分別為0.285 U/mg pro

7、t和0.2553 U/mg prot，是對(duì)照組活性的2.3倍和2.1倍。
　　 3．超聲波對(duì)棉鈴蟲(chóng)抗氧化酶活性的影響
　　 當(dāng)棉鈴蟲(chóng)長(zhǎng)時(shí)間暴露于超聲波輻照下，其超氧化物歧化酶（SOD）活性沒(méi)有發(fā)生顯著的變化。長(zhǎng)時(shí)間暴露于超聲波輻照下，棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)的過(guò)氧化氫酶（CAT）活性變化達(dá)到了顯著水平。當(dāng)棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)被超聲波輻照6 h時(shí)CAT活性顯著增加，是對(duì)照組的2.2倍。超聲波輻照棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)12 h也使得CAT活性顯著增加，比

8、對(duì)照組增長(zhǎng)了38.5％。經(jīng)過(guò)24 h的超聲波輻照，棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)CAT活性反而開(kāi)始下降，并達(dá)到了統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異水平。長(zhǎng)時(shí)間暴露于超聲波輻照下，棉鈴蟲(chóng)的過(guò)氧化物酶（POD）活性也發(fā)生了顯著變化。超聲波輻照6 h后，棉鈴蟲(chóng)POD活性顯著增加，為對(duì)照組的124.3％。棉鈴蟲(chóng)經(jīng)過(guò)超聲波輻照12 h，POD活性同對(duì)照組相比有所增加，雖然增長(zhǎng)幅度小于6 b超聲波輻照，但仍然達(dá)到了極顯著差異水平。經(jīng)過(guò)24 h的超聲波輻照，棉鈴蟲(chóng)POD活性同CAT活性變

9、化一樣，反而開(kāi)始下降，但沒(méi)有達(dá)到了統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異水平。
　　 當(dāng)短時(shí)間暴露于超聲波輻照下，棉鈴蟲(chóng)成蟲(chóng)、蛹和幼蟲(chóng)的SOD和CAT以及棉鈴蟲(chóng)蛹短時(shí)間POD活性均沒(méi)有發(fā)生顯著變化。當(dāng)棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)短時(shí)間暴露于超聲波輻照下，其POD活性變化達(dá)到了顯著差異水平。在超聲波輻照20 min和40 min時(shí)，棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)POD活性達(dá)到波峰，其中40 min時(shí)棉鈴蟲(chóng)雌成蟲(chóng)POD活性與對(duì)照組相比達(dá)到了極顯著差異。短時(shí)間的超聲波輻照對(duì)于棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)的PO

10、D活性具有極顯著的影響。除了10 min和60 min是略高于對(duì)照組外，其他處理時(shí)間長(zhǎng)度的超聲波輻照使棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)的POD活性顯著增強(qiáng)。
　　 4．棉鈴蟲(chóng)Nanchung（Nan）基因全長(zhǎng)cDNA克隆及序列分析
　　 利用RT-PCR和RACE的方法從棉鈴蟲(chóng)中得到Nan基因全長(zhǎng)cDNA序列。該序列蛋白編碼區(qū)長(zhǎng)1020 bp。由該序列推定的蛋白序列由339個(gè)氨基酸殘基組成。利用DNAStar軟件分析，推測(cè)蛋白的分子量39.1

11、91 kDa，等電點(diǎn)為6.76。對(duì)氨基酸序列進(jìn)行疏水性分析，說(shuō)明其氨基酸序列具有親水性。對(duì)蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果表明該蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要為α-螺旋結(jié)構(gòu)。利用生物軟件DNAStar分析以下無(wú)脊椎動(dòng)物間的演化關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：棉鈴蟲(chóng)與家蠶的遺傳距離最近，其次是膜翅目的意大利蜜蜂和麗蠅蛹集金小蜂、鞘翅目的赤擬谷盜、雙翅目的黑腹果蠅、岡比亞按蚊、致倦庫(kù)蚊和埃及伊蚊，最后是外群秀麗隱桿線蟲(chóng)。
　　 5．棉鈴蟲(chóng)Inactive（Iav）

12、基因部分cDNA克隆及序列分析
　　 利用RT-PCR和RACE的方法從棉鈴蟲(chóng)中得到Iav基因部分cDNA序列。該序列蛋白編碼區(qū)長(zhǎng)1209 bp。由該序列推定的蛋白序列由402個(gè)氨基酸殘基組成。利用DNAStar軟件分析，推測(cè)蛋白的分子量45.132 kDa，等電點(diǎn)為6.65。對(duì)氨基酸序列進(jìn)行疏水性分析，疏水性平均值為-1.75，說(shuō)明其氨基酸序列具有親水性。對(duì)蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果表明該蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要為α-螺旋結(jié)構(gòu)。利