杜軍利，武德功，詹秋文，黃保宏，倪 鶴

(1.安徽科技學(xué)院 農(nóng)學(xué)院，安徽 鳳陽(yáng)233100； 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，江蘇 南京 210095； 3.鳳陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，安徽 鳳陽(yáng)233100)

高粱[Sorghumbicolor(L.) Moench]是重要的糧食作物、釀酒作物和飼料作物[1-2]，其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中受多種環(huán)境因子的影響，包括溫、光、水、氣等，其中，光照時(shí)間的長(zhǎng)短即光周期對(duì)植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的形成起著至關(guān)重要的作用[3-6]。劉明等[7]研究表明，光周期處理直接影響小豆(Rufusfaba)花器官的關(guān)鍵生理指標(biāo)和產(chǎn)量；袁娟等[8]報(bào)道了光周期對(duì)扁豆[Lablabpurpureus(L.)]發(fā)育進(jìn)程的影響，并測(cè)定了扁豆真葉內(nèi)的游離氨基酸含量；劉莎莎等[9]測(cè)量了光周期對(duì)菠菜(SpinaciaoleraceaL.)中糖和蛋白質(zhì)含量的影響；王成章等[10]研究了光周期對(duì)苜蓿(MedicagosativaL.)酶活性的影響。以上研究顯示，光周期對(duì)植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或酶活性有一定的影響。

高粱蚜[Melanaphissacchari(Zehntner)]是高粱(Sorghumbicolor)、甘蔗(SaccharumofficenarumL.)等作物上的重要害蟲之一，主要通過(guò)刺吸對(duì)植物造成直接傷害，降低高粱的產(chǎn)量和品質(zhì)[11]。光周期對(duì)昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育和體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也具有明顯的影響[12-13]。近年來(lái)，有關(guān)溫度對(duì)蚜蟲生長(zhǎng)發(fā)育影響的報(bào)道較多[14]，少量文獻(xiàn)報(bào)道了濕度和光周期對(duì)蚜蟲生命參數(shù)的影響[15-19]。光周期會(huì)影響昆蟲的體質(zhì)量、產(chǎn)卵期和雌蟲生殖力[20-21]；短日照可延長(zhǎng)昆蟲的幼蟲期和成蟲期[22]。不同光周期對(duì)蚜蟲的生殖力和生命參數(shù)均有影響，蚜蟲體內(nèi)的物質(zhì)含量也會(huì)發(fā)生變化，呂寧[23]研究了抗生素對(duì)豌豆蚜[Acyrthosiphonpisum(Harris)]體內(nèi)物質(zhì)含量的影響，姜文虎等[24]研究了桃蚜(Myzuspersicae)的酶(SOD、POD、CarE、GSTs)活性對(duì)SO2脅迫的響應(yīng)。目前，光周期對(duì)高粱和高粱蚜的體內(nèi)物質(zhì)含量影響的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本文擬研究不同光周期條件下高粱葉片和高粱蚜體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)變化，明確光周期對(duì)高粱和高粱蚜生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

1 材料與方法

1.1 供試蚜蟲和植物

高粱蚜采集于鳳陽(yáng)縣安徽科技學(xué)院西區(qū)種植園，室內(nèi)飼養(yǎng)于人工氣候箱中，溫度為(24±1)℃，濕度為(60±10)%，光周期為14L∶10D；高粱蚜飼養(yǎng)于甜高粱系列品種上，種植于直徑15 cm、高10 cm的營(yíng)養(yǎng)缽中，待植株長(zhǎng)至三葉期時(shí)用于試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 不同光周期和蚜蟲脅迫處理高粱

將人工氣候箱中的光周期分別設(shè)置為2L∶22D、6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D，溫度為(24±1)℃。將剛出苗的高粱移至不同光周期的人工氣候箱，每個(gè)處理種6盆高粱苗。7 d后將高粱蚜以10頭·株-1的密度接至其中3盆高粱苗上，另外3盆高粱苗作為對(duì)照，蚜蟲刺吸4 d后，采集處理和對(duì)照高粱植株進(jìn)行檢測(cè)，分別測(cè)定高粱葉片的可溶性糖、游離氨基酸、淀粉、可溶性蛋白和葉綠素含量。

1.2.2 不同光周期條件下處理蚜蟲

氣候箱的光周期分別設(shè)置為2L∶22D、6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D，溫度(24±1)℃，濕度(60±10)%。將剛出苗的高粱移至不同光周期的氣候箱，每個(gè)處理重復(fù)3次，待高粱苗長(zhǎng)至3葉期時(shí)，向高粱苗接入100頭母蚜，24 h后剔除母蚜，留下1齡仔蚜，7 d后仔蚜長(zhǎng)至高齡若蚜或成蚜，即可測(cè)定高粱蚜的酶活性與各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.3 高粱葉片物質(zhì)含量測(cè)定

可溶性蛋白測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法，可溶性糖測(cè)定采用蒽酮比色法，游離氨基酸測(cè)定采用水合茚三酮方法[25]。葉綠素測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[26]。對(duì)不同光周期處理的葉片，1個(gè)重復(fù)選取5片葉片，使用SPAD-502葉綠素測(cè)定儀測(cè)定10次，求平均值，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.4 高粱蚜體內(nèi)物質(zhì)含量的測(cè)定

高粱蚜體內(nèi)SOD、CAT活性測(cè)定方法參考曹傳旺等[27]的方法。谷草轉(zhuǎn)氨酶(aspartate aminotransferase，AST)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(alanine transaminase，ALT)活性測(cè)定參考呂寧[23]的方法。

可溶性蛋白、可溶性糖、游離氨基酸測(cè)定參考呂寧[23]的方法，高粱蚜體內(nèi)總脂肪測(cè)定參考曹傳旺等[27]的方法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excel 2007進(jìn)行整理和制圖，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析(ANOVA)，用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，各參數(shù)均值之間顯著性用SSR法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 光周期和蚜蟲刺吸對(duì)高粱葉片淀粉和可溶性蛋白含量的影響

在不同光周期條件下，以無(wú)蚜刺吸脅迫作為對(duì)照，比較了高粱葉片淀粉、可溶性蛋白含量的變化，結(jié)果見(jiàn)圖1。長(zhǎng)光照(10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D)條件下被高粱蚜刺吸和無(wú)蚜刺吸的高粱葉片的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均高于短光照(2L∶22D、6L∶18D)；光周期為2L∶22D時(shí)，被高粱蚜刺吸的高粱葉片淀粉含量顯著(P<0.05)低于無(wú)蚜脅迫；光周期為6L∶18D時(shí)，被高粱蚜刺吸和無(wú)蚜刺吸的高粱葉片淀粉含量無(wú)顯著差異(P>0.05)；光周期為10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D時(shí)，被高粱蚜刺吸的高粱葉片淀粉含量顯著(P<0.05)高于無(wú)蚜刺吸的高粱葉片。短光照(2L∶22D)和最適光照(14L∶10D)條件下高粱葉片的可溶性蛋白含量低于其他光周期。所有光周期處理下，被高粱蚜刺吸和無(wú)蚜刺吸的高粱葉片可溶性蛋白含量均無(wú)顯著差異(P>0.05)。

2.2 光周期和蚜蟲對(duì)高粱葉片可溶性糖、游離氨基酸和葉綠素含量的影響

數(shù)據(jù)間沒(méi)有相同字母表示差異顯著(P<0.05)。數(shù)據(jù)以鮮質(zhì)量計(jì)。Values without the same lowercase letters showed the significant difference (P<0.05). Data was detected based on fresh weight.圖1 光周期和高粱蚜對(duì)高粱葉片淀粉和可溶性蛋白含量的影響Fig.1 Effects of photoperiod and sorghum aphid on contents of starch and soluble protein in sorghum leaves

由圖2可知：光周期為2L∶22D、6L∶18D、14L∶10D時(shí)，被蚜蟲刺吸的高粱葉片可溶性糖含量與無(wú)蚜蟲刺吸之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，光周期為10L∶14D、18L∶6D時(shí)被蚜蟲刺吸的高粱葉片內(nèi)可溶性糖含量顯著(P<0.05)低于無(wú)蚜蟲刺吸的高粱葉片；光周期為2L∶22D、6L∶18D、10L∶14D、18L∶6D時(shí)被蚜蟲刺吸的高粱葉片內(nèi)游離氨基酸含量與無(wú)蚜蟲刺吸的葉片無(wú)顯著差異(P>0.05)，而在光周期為14L∶10D時(shí)被高粱蚜刺吸的高粱葉片內(nèi)游離氨基酸的含量顯著低

數(shù)據(jù)以鮮質(zhì)量計(jì)。Data was detected based on fresh weight.圖2 光周期和高粱蚜對(duì)高粱葉片中可溶性糖、游離氨基酸和葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of photoperiod and sorghum aphid on contents of soluble sugar， free amino acid and chlorophyll in sorghum leaves

于無(wú)蚜蟲刺吸的葉片(P<0.05)；光周期為6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D時(shí)被蚜蟲刺吸與無(wú)蚜刺吸的高粱葉片葉綠素含量之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，而在極端光周期2L∶22D、18L∶6D時(shí)高粱蚜刺吸的高粱葉片葉綠素含量顯著低于無(wú)蚜蟲刺吸葉片(P<0.05)。

2.3 光周期對(duì)高粱蚜體內(nèi)轉(zhuǎn)氨酶活性的影響

由圖3可知：在光周期為18L∶6D時(shí)高粱蚜體內(nèi)ALT活性最高，為490.95 U·μg-1，顯著(P<0.05)高于其他4個(gè)光周期處理；光周期為2L∶22D、14L∶10D時(shí)高粱蚜體內(nèi)的ALT活性無(wú)顯著差異，但均顯著(P<0.05)高于光周期為6L∶18D和10L∶14D，光周期為6L∶18D和10L∶14D時(shí)高粱蚜體內(nèi)的ALT活性也無(wú)顯著差異(P>0.05)。

不同光周期條件下高粱蚜體內(nèi)的AST活性存在顯著差異(P<0.05)(圖3)，在光周期為2L∶22D時(shí)高粱蚜體內(nèi)AST活性最高(498.78 U·μg-1)，顯著高于其他4個(gè)光周期(P<0.05)；光周期為10L∶14D時(shí)高粱蚜體內(nèi)AST活性最低(301.43 U·μg-1)，顯著低于其他光周期(P<0.05)；光周期為6L∶18D和18L∶6D時(shí)高粱蚜AST活性無(wú)顯著差異(P>0.05)。

數(shù)據(jù)以蛋白質(zhì)量計(jì)。Data was detected based on protein weight.圖3 不同光周期條件下高粱蚜體內(nèi)ALT和AST活性變化Fig.3 Effects of photoperiod on activities of ALT and AST in sorghum aphid

2.4 光周期對(duì)高粱蚜體內(nèi)保護(hù)酶活性的影響

光周期對(duì)高粱蚜體內(nèi)SOD活性的影響見(jiàn)圖4。光周期為2L∶22D時(shí)高粱蚜體內(nèi)SOD活性最高(4 866.42 U·g-1·h-1)，顯著高于其他光周期；光周期為10L∶14D時(shí)高粱蚜體內(nèi)SOD活性最低(135.34 U·g-1·h-1)；光周期為14L∶10D時(shí)高粱蚜體內(nèi)SOD活性顯著(P<0.05)高于光周期為10L∶14D，與光周期6L∶18D、18L∶6D之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。

不同光周期條件下高粱蚜體內(nèi)的CAT活力產(chǎn)生顯著差異(圖4)，光周期為2L∶22D和6L∶18D時(shí)高粱蚜體內(nèi)的CAT活性分別為6 671.48、6 027.78 U·g-1·h-1，顯著(P<0.05)高于其他光周期；光周期為10L∶14D、18L∶6D時(shí)高粱蚜體內(nèi)CAT活性無(wú)顯著差異(P>0.05)。

2.5 光周期對(duì)高粱蚜體內(nèi)可溶性蛋白、可溶性糖的影響

不同光周期下高粱蚜的可溶性蛋白含量不同。光周期為10L∶14D時(shí)高粱蚜的可溶性蛋白含量最高(21.86 μg·頭-1)，顯著(P<0.05)高于其他4個(gè)光周期處理；光周期為14L∶10D、18L∶6D時(shí)高粱蚜的可溶性蛋白含量無(wú)顯著差異，均顯著(P<0.05)高于光周期為2L∶22D、6L∶18D的處理，且光周期為14L∶10D、18L∶6D時(shí)高粱蚜的可溶性蛋白質(zhì)含量之間無(wú)差別(P>0.05)(圖5)。

數(shù)據(jù)以鮮質(zhì)量計(jì)。Data was detected based on fresh weight.圖4 不同光周期對(duì)高粱蚜體內(nèi)SOD、CAT活性的影響Fig.4 Effects of different photoperiods on activities of SOD and CAT of sorghum aphid

光周期為2L∶22D、6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D時(shí)高粱蚜的可溶性糖含量差異(P<0.05)顯著(圖5)，光周期為10L∶14D時(shí)高粱蚜的可溶性糖含量最高，顯著(P<0.05)高于其他4個(gè)光周期處理，極端光周期18L∶6D時(shí)高粱蚜的可溶性糖含量最低。較適光周期條件下(6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D)，高粱蚜體內(nèi)可溶性糖含量顯著(P<0.05)高于極端光周期2L∶22D和18L∶6D。

2.6 光周期對(duì)高粱蚜體內(nèi)游離氨基酸、總脂肪含量的影響

由圖6可知，光周期為2L∶22D和6L∶18D時(shí)高粱蚜體內(nèi)游離氨基酸含量較高且無(wú)顯著差異，分別為4.44、4.59 μg·頭-1，均顯著(P<0.05)高于光周期為10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D的處理。光周期為10L∶14D、14L∶10D、18L∶6D時(shí)，高粱蚜體內(nèi)氨基酸含量存在顯著差異(P<0.05)。光周期為10L∶14D時(shí)高粱蚜體內(nèi)總脂肪含量最高(2.22 μg·頭-1)，顯著(P<0.05)高于其他光周期處理。光周期為2L∶22D時(shí)高粱蚜體內(nèi)總脂肪含量最低(0.47 μg·頭-1)，與光周期18L∶6D的處理無(wú)顯著差異(P>0.05)，顯著(P<0.05)低于光周期6L∶18D、10L∶14D、14L∶10D處理；光周期為6L∶18D和14L∶10D時(shí)高粱蚜體內(nèi)總脂肪含量無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖5 不同光周期對(duì)高粱蚜體內(nèi)可溶性蛋白和可溶性糖含量的影響Fig.5 Effects of different photoperiods on contents of soluble protein and soluble sugar of sorghum aphid

圖6 不同光周期對(duì)高粱蚜體內(nèi)游離氨基酸、總脂肪含量變化的影響Fig.6 Effects of different photoperiods on contents of free amino acid and total lipids in sorghum aphid

3 討論

光照是維持生物和植物正常生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因子[28]，光周期對(duì)植物的光合作用與生長(zhǎng)發(fā)育均會(huì)造成影響[5-7]，同時(shí)也直接影響植物的產(chǎn)量和品質(zhì)，導(dǎo)致植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生理參數(shù)發(fā)生變化[29-30]。本文研究了不同光周期條件下高粱蚜刺吸和無(wú)蚜刺吸對(duì)植物葉片營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的影響，無(wú)蚜刺吸和被蚜蟲刺吸時(shí)，高粱葉片的物質(zhì)含量均與光照時(shí)間相關(guān)，長(zhǎng)光照條件下高粱葉片各種物質(zhì)含量較高。本研究中的可溶性糖、可溶性蛋白含量與劉莎莎等[9]測(cè)定的結(jié)果一致，葉綠素含量變化與吳飛燕等[4]的研究結(jié)果一致。

光周期直接影響昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育[31]，如昆蟲的體長(zhǎng)、體質(zhì)量、發(fā)育歷期、生殖期、壽命和生殖力[32]。異常光周期會(huì)使昆蟲滯育，最終導(dǎo)致昆蟲種群數(shù)量發(fā)生變化[33-34]。已有文獻(xiàn)研究了不同光周期對(duì)高粱蚜種群參數(shù)的影響[35]，本文測(cè)定了不同光周期條件下高粱蚜的轉(zhuǎn)氨酶、保護(hù)酶活性與體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量變化。不同光周期條件下高粱蚜轉(zhuǎn)氨酶AST和ALT活性的變化趨于一致，在較適光周期10L∶14D時(shí)，高粱蚜體內(nèi)的AST和ALT活性均達(dá)最低值，而在極端光周期2L∶22D時(shí)高粱蚜體內(nèi)AST活性最高，光周期為18L∶6D時(shí)高粱蚜體內(nèi)ALT活性最高，說(shuō)明極端光周期影響了高粱蚜體內(nèi)相關(guān)氨基酸分解合成代謝等生理活動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)氨酶的升高以應(yīng)對(duì)光照變化。呂寧[23]研究表明，抗生素處理綠色型豌豆蚜初期，蚜蟲體內(nèi)AST和ALT活性顯著高于對(duì)照，本試驗(yàn)結(jié)果與此一致，但是試驗(yàn)處理方式不同。在極短光周期2L∶22D時(shí)高粱蚜體內(nèi)的SOD和CAT活性均達(dá)最高值，顯著高于其他光周期。在極端光周期2L∶22D、18L∶6D時(shí)，可能由于光照時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)，直接擾亂了高粱蚜的正常生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致蚜體內(nèi)各種保護(hù)酶發(fā)生了明顯的變化。

可溶性蛋白和總脂肪是昆蟲身體的主要組分和營(yíng)養(yǎng)成分。研究表明，在異常環(huán)境條件下昆蟲體內(nèi)的蛋白質(zhì)和總脂肪含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[25]。本研究中，極端光周期條件下高粱蚜的蛋白質(zhì)和總脂肪含量顯著降低，說(shuō)明極長(zhǎng)或極短光照條件不適宜高粱蚜生長(zhǎng)發(fā)育。極端光周期條件會(huì)影響高粱蚜的生殖能力[35]，可能是因?yàn)榭扇苄蕴桥c蚜蟲的生殖能力有關(guān)[36]。本研究中，在極端光周期時(shí)高粱蚜可溶性糖含量下降，因此，極端光周期不利于蚜蟲的繁殖。