喬 利, 趙筱岑, 陳 磊, 周 洲, 耿書寶, 武予清, 張方梅,*

(1. 信陽農(nóng)林學院農(nóng)學院, 信陽 464000; 2. 河南省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所, 鄭州 450002)

灰茶尺蠖Ectropisgrisescens屬于鱗翅目(Lepidoptera)尺蛾科(Geometridae),俗名拱拱蟲、拱背蟲、吊絲蟲,是中國茶樹主要害蟲之一(陳宗懋等, 2020),分布廣泛,全國各產(chǎn)茶區(qū)均有發(fā)生(王定鋒等, 2021)。該蟲食量大,繁殖速度快,以幼蟲取食茶樹幼嫩部分,大發(fā)生時可將葉片吃光,嚴重影響茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)(羅宗秀等, 2018; Lietal., 2019)。昆蟲復眼對黃綠光敏感,在夜晚給予蛾類昆蟲一定強度黃綠光照射,可影響其取食、交尾和產(chǎn)卵等活動,從而控制其種群發(fā)展(Shimoda and Honda, 2013; 蔣月麗等, 2018)。利用害蟲對光的反應或光對其生理特征的影響減少害蟲發(fā)生量,是一種便捷有效的防治措施,既節(jié)能環(huán)保又可控制害蟲種群數(shù)量(Infusinoetal., 2017; Kimetal., 2019; Qiaoetal., 2020; Camachoetal., 2021)。

光對昆蟲行為的影響取決于光照波長、光照強度及光照時間(Yangetal., 2012)。夜晚采用波長為565～585 nm,光照強度為10和100 lx的黃光照射10 h,甜菜夜蛾Spodopteraexigua單雌產(chǎn)卵量、產(chǎn)卵歷期和成蟲壽命顯著低于對照組(蔣月麗等, 2020a);夜晚采用光照強度為80 lx的黃光或綠光照射10 h,草地貪夜蛾S.frugiperda成蟲壽命、產(chǎn)卵量、孵化率顯著降低(蔣月麗等, 2020b);夜間黃光(波長590～595 nm)持續(xù)照射(光照強度為50～100 lx) 12 h,灰茶尺蠖的羽化率、產(chǎn)卵量及孵化率均顯著低于對照組(喬利等, 2021)。

昆蟲受到逆境脅迫時,體內(nèi)過氧化氫酶(catalase, CAT)、過氧化物酶(peroxidase, POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)等保護酶和總抗氧化能力(total antioxidant capacity, T-AOC)可以調(diào)節(jié)自由基的變化,降低活性氧等其他氧化物質(zhì)對細胞膜系統(tǒng)的破壞(張蕓等, 2010; 周冬等, 2014; 方程, 2015; 李品武等, 2016; 盧亞菲等, 2019)。如盧亞菲等(2019)研究發(fā)現(xiàn),短時間紫外輻射能顯著提高三葉草彩斑蚜Therioaphistrifolii體內(nèi)SOD, CAT和POD等保護酶的活性;周冬等(2014)研究發(fā)現(xiàn),麥長管蚜Sitobionavenae受到短期UV-B(280～320 nm)脅迫時,其體內(nèi)SOD, POD和CAT 3種保護酶活性均升高;方程(2015)研究表明,綠光照射梨小食心蟲Grapholitamolesta雌、雄成蟲,其體內(nèi)SOD活性增強;喬利等(2020和2021)研究表明,不同波長的單色光均可引起灰茶尺蠖成蟲趨光和避光行為反應,且在波長590～595和520～525 nm條件下灰茶尺蠖成蟲單雌產(chǎn)卵量、產(chǎn)卵率和卵孵化率均顯著下降。不同波長、不同強度和不同處理時間對灰尺蠖成蟲酶活性的影響尚未見報道。本研究以灰茶尺蠖為對象,在LED光兩種波長不同光照強度和不同照射時間下,檢測雌、雄成蟲體內(nèi)總蛋白含量,POD, SOD和CAT活性及T-AOC在光脅迫下的變化,以闡明其抗逆生理機制,為灰茶尺蠖的綜合治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

灰茶尺蠖試驗種群采自河南省信陽市浉河港鄉(xiāng)白廟村茶園,于室內(nèi)人工氣候培養(yǎng)箱新鮮茶葉枝條(福鼎大白茶)進行續(xù)代飼養(yǎng),試驗用蟲為第5代成蟲。飼養(yǎng)環(huán)境溫度為(25±1) ℃,相對濕度為70%±5%,光周期為12L∶12D,光照強度為100～150 lx。

1.2 儀器和試劑

光照培養(yǎng)箱(寧波萊福科技有限公司),-80 ℃冰箱(青島海信電器股份有限公司), 制冰機(鄭州華豫兄弟制冷設(shè)備有限公司), 酶標儀(賽默飛世爾科技有限公司),TGL-16S高速冷凍離心機(四川蜀科儀器有限公司),總蛋白含量、 POD, SOD和CAT活性及T-AOC試劑盒(南京建成生物科技有限公司)。

1.3 供試光源

590～595 nm黃色LED光和520～525 nm綠色LED光。

1.4 光照處理

將LED燈安裝于紙箱(45 cm×45 cm×37 cm)內(nèi),形成燈光反應裝置。黃光和綠光光照強度均為40, 80和120 lx,取當天羽化的雌、雄成蟲,展翅1 h后,分別置于反應裝置內(nèi),照射時間分別為1, 2和3 h。每個處理各采用雌、雄成蟲20頭單獨放置,每個處理重復3次。對照組為自然光照射,飼養(yǎng)光周期為12L∶12D。處理后的試蟲立即置于液氮中冷凍致死,于-80 ℃超低溫冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.5 酶液提取、總蛋白含量、保護酶活性和T-AOC的測定

將不同波長光照和時間LED光處理后的雌、雄成蟲分別裝入1.5 mL離心管中,每管裝1頭試蟲,各重復3次。加入50 mmol/L pH 7.0的磷酸緩沖液0.7 mL,冰浴充分研磨,混勻后12 000 r/min 4 ℃下離心15 min,上清液即為酶提取液?？偟鞍缀康臏y定采用比色法,比色波長562 nm;POD活性的測定采用比色法,比色波長420 nm;SOD活性的測定采用WST-1法,比色波長450 nm; CAT活性的測定采用鉬酸銨法,比色波長405 nm;T-AOC的測定采用微板法,比色波長405 nm。每樣品重復測定3次。測定具體步驟及計算方法參考試劑盒說明進行。

1.6 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS16.0(SPSS Inc., Chicago, IL)進行數(shù)據(jù)處理。采用單因素方差分析,Duncan氏新復極差法進行差異顯著性檢驗,顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果

2.1 LED光照波長、處理時間和強度對灰茶尺蠖成蟲總蛋白含量的影響

由表1可以看出,黃光和綠光處理下同一光照強度不同處理時間,灰茶尺蠖雌成蟲體內(nèi)總蛋白含量均顯著高于雄成蟲的(P<0.05)。隨著處理時間的延長,黃光和綠光處理下,灰茶尺蠖雌、雄成蟲體內(nèi)總蛋白含量均隨光照強度的增加而呈逐漸增加的趨勢,以120 lx光照強度下總蛋白含量最高。

表1 LED光照波長、處理時間和強度對灰茶尺蠖成蟲總蛋白含量的影響

40 lx光照強度下,除黃光和綠光處理1 h時的雌成蟲總蛋白與對照雌成蟲總蛋白含量差異不顯著(P>0.05)外,其他處理均與對照的總蛋白含量差異顯著(P<0.05);黃光和綠光處理1和3 h時,雌成蟲總蛋白含量差異顯著(P<0.05),其他處理間差異均不顯著(P>0.05);黃光和綠光處理3 h時,雄成蟲體內(nèi)總蛋白含量差異不顯著(P>0.05);綠光處理1 h時,雄成蟲體內(nèi)總蛋白含量與其他處理間差異顯著(P<0.05)。

80 lx光照強度下,黃光和綠光處理2和3 h時,雌成蟲體內(nèi)總蛋白含量無顯著差異(P>0.05),處理1和2 h時雌成蟲體內(nèi)總蛋白含量無顯著差異(P>0.05),處理1和3 h時雌成蟲體內(nèi)總蛋白含量差異顯著(P<0.05);綠光處理1 h時,雄成蟲體內(nèi)總蛋白含量與其他處理間差異顯著(P<0.05)。

120 lx光照強度下,黃光和綠光處理1和3 h時,雌成蟲體內(nèi)總蛋白含量差異顯著(P<0.05),其他處理間差異不顯著(P>0.05);黃光處理1和2 h時,雄成蟲體內(nèi)總蛋白含量無顯著差異(P>0.05);綠光處理1和2 h時,雄成蟲體內(nèi)總蛋白含量差異顯著(P<0.05);黃光和綠光處理2和3 h時,雌、雄成蟲總蛋白含量均差異不顯著(P>0.05);綠光和黃光處理1, 2和3 h時,雌、雄成蟲總蛋白含量均與對照差異顯著(P<0.05)。

2.2 LED光照波長、處理時間和強度對灰茶尺蠖成蟲POD活性的影響

由表2可知,黃光和綠光不同光照強度處理下,隨著處理時間的延長,灰茶尺蠖成蟲POD活性呈逐漸增加的趨勢,除個別雄蟲處理1 h之外均高于對照的。同一處理時間隨著光照強度的增加,雌、雄成蟲POD活性均呈逐漸增加的趨勢,且雌成蟲中POD活性均顯著高于雄成蟲中的(P<0.05)。

表2 LED光照波長、處理時間和強度對灰茶尺蠖成蟲過氧化物酶(POD)活性的影響

40 lx光照強度下,黃光和綠光處理3 h時灰茶尺蠖成蟲POD活性均顯著高于對照的(P<0.05);雌成蟲在黃光和綠光處理1 h時其POD活性無顯著差異(P>0.05),且均顯著高于對照的(P<0.05);黃光和綠光處理1 h時,雄成蟲體內(nèi)POD活性均與對照無顯著差異(P>0.05)。

80 lx光照強度下,兩種光處理3 h時POD活性均最高,與其他處理間差異顯著(P<0.05);綠光處理1和2 h時,雌成蟲體內(nèi)POD活性差異不顯著(P>0.05),雄成蟲體內(nèi)POD活性差異顯著(P<0.05);黃光處理1和2 h時,雌成蟲體內(nèi)POD活性差異顯著(P<0.05),雄成蟲體內(nèi)POD活性差異不顯著(P>0.05)。

120 lx光照強度下,黃光和綠光處理3 h時POD活性均最高,各處理組POD活性均顯著高于對照的(P<0.05);黃光處理1和2 h時,雌成蟲體內(nèi)POD活性無顯著差異(P>0.05),雄成蟲體內(nèi)POD活性差異顯著(P<0.05),均與處理3 h時差異顯著(P<0.05);綠光處理下雄成蟲體內(nèi)POD活性的變化趨勢同黃光處理下的雄成蟲體內(nèi)POD活性一樣,處理1, 2和3 h時,體內(nèi)POD活性差異均達顯著水平(P<0.05);黃光處理下雌成蟲體內(nèi)POD活性表現(xiàn)為處理1和2 h間無顯著差異(P>0.05),與處理3 h時差異顯著(P<0.05),綠光處理2和3 h間無顯著差異(P>0.05),均與處理1 h時差異顯著(P<0.05)。

2.3 LED光照波長、處理時間和強度對灰茶尺蠖成蟲體內(nèi)SOD活性的影響

由表3可以看出,在黃光和綠光不同光照強度處理下,灰茶尺蠖雌、雄成蟲體內(nèi)SOD活性隨著光照強度的增加呈逐漸增加的趨勢,以120 lx光照強度處理下的SOD活性最高,與其他光照強度處理間差異顯著(P<0.05)。不同處理下雄成蟲體內(nèi)SOD活性均高于雌成蟲體內(nèi)SOD活性,各處理的雌、雄成蟲間SOD活性均差異顯著(P<0.05)。3種光照強度處理下,黃光和綠光均表現(xiàn)為隨著處理時間的延長SOD活性呈逐漸增加的趨勢,各處理組SOD活性均高于對照組的,且各處理以3 h時SOD活性最高。

表3 LED光照波長、處理時間和強度對灰茶尺蠖成蟲體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

40 lx光照強度下,黃光和綠光處理的雌、雄成蟲體內(nèi)SOD活性均與對照差異顯著(P<0.05);黃光處理2和3 h時,雌成蟲體內(nèi)SOD活性無顯著差異(P>0.05),與處理1 h時的SOD活性差異顯著(P<0.05);雄成蟲處理3 h時的SOD活性顯著高于1和2 h時的(P<0.05);綠光處理2和3 h時,雄成蟲間的SOD活性無顯著差異(P>0.05),均與處理1 h時的SOD活性差異顯著(P<0.05)。

80 lx光照強度下,黃光處理2和3 h時,雌、雄成蟲SOD活性無顯著差異(P>0.05), 均與處理1 h時雌、雄成蟲SOD活性差異顯著(P<0.05);綠光處理1, 2和3 h時雌、雄成蟲SOD活性差異顯著(P<0.05)。

120 lx光照強度下,黃光和綠光處理1, 2和3 h時,雌、雄成蟲SOD活性差異顯著(P<0.05),且均與對照的SOD活性差異顯著(P<0.05)。

2.4 LED光照波長、處理時間和強度對灰茶尺蠖成蟲CAT活性的影響

由表4可以看出,不同波長和不同光照強度處理不同時間,灰茶尺蠖成蟲CAT活性隨著光照強度的增加呈逐漸增加的趨勢,120 lx處理不同時間雌、雄成蟲體內(nèi)CAT活性均最高,且各處理均表現(xiàn)為雄成蟲體內(nèi)CAT活性均高于雌成蟲的。隨著處理時間的延長,CAT活性也呈逐漸增加的趨勢,處理3 h時CAT活性最高,且各處理組CAT活性均高于對照組的。

表4 LED光照波長、處理時間和強度對灰茶尺蠖成蟲過氧化氫酶(CAT)活性的影響

40 lx光照強度下,黃光處理不同時間雌成蟲體內(nèi)CAT活性無顯著差異(P>0.05);處理2和3 h時雄成蟲體內(nèi)CAT活性無顯著差異(P>0.05),處理1和2 h間CAT活性差異顯著(P<0.05);綠光處理2和3 h時雌成蟲體內(nèi)CAT活性無顯著差異(P>0.05),處理1和2 h間CAT活性差異顯著(P<0.05),3個處理時間雄成蟲體內(nèi)CAT活性差異不顯著(P>0.05)。

80 lx光照強度下,黃光處理3 h時雌成蟲體內(nèi)CAT活性與處理1和2 h間差異顯著(P<0.05),雄成蟲體內(nèi)CAT活性在各處理間無顯著差異(P>0.05);綠光處理2和3 h時雌成蟲體內(nèi)CAT活性無顯著差異(P>0.05),均與處理1 h時差異顯著(P<0.05);綠光處理不同時間雄成蟲體內(nèi)CAT活性差異顯著(P<0.05)。

120 lx強度處理下,黃光處理后雌、雄成蟲體內(nèi)CAT活性的變化趨勢表現(xiàn)一致,均表現(xiàn)為1和2 h處理間無顯著差異(P>0.05),均與處理3 h時差異顯著(P<0.05);綠光處理下雌成蟲CAT活性變化趨勢同黃光處理下的,各處理時間雄成蟲體內(nèi)CAT活性差異顯著(P<0.05)。

2.5 LED光照波長、處理時間和強度對灰茶尺蠖成蟲T-AOC的影響

由表5可以看出,灰茶尺蠖雌、雄成蟲在黃光和綠光處理下,隨著光照強度的增加T-AOC呈逐漸增加的趨勢,以120 lx處理時最高,且雄成蟲中T-AOC均高于雌成蟲中的。隨著處理時間的增加,不同光照強度處理下的雌、雄成蟲T-AOC也呈逐漸增加的趨勢,處理3 h時最高,且各處理組T-AOC均高于對照的。

表5 LED光照波長、處理時間和強度對灰茶尺蠖成蟲總抗氧化能力(T-AOC)的影響

40 lx光照強度下,黃光處理雌、雄成蟲后,T-AOC均表現(xiàn)為處理3 h時與處理1和2 h時差異顯著(P<0.05);綠光處理2 和3 h時,雌成蟲體內(nèi)T-AOC無顯著差異(P>0.05),與處理1 h時差異顯著(P<0.05),雄成蟲體內(nèi)T-AOC則表現(xiàn)為處理1, 2和3 h間差異顯著(P<0.05)。

80 lx光照強度下,除綠光處理1, 2和3 h時雌成蟲體內(nèi)T-AOC差異顯著(P<0.05)外,其他處理T-AOC均表現(xiàn)為處理1和2 h間無顯著差異(P>0.05),均與處理3 h時差異顯著(P<0.05)。

120 lx光照強度下,各處理組T-AOC的表現(xiàn)趨勢同80 lx光照強度下的。

3 討論

昆蟲在尋找寄主、定位、取食、求偶及產(chǎn)卵等行為過程中,視覺發(fā)揮著巨大作用,不同波長的光呈現(xiàn)不同的顏色,使昆蟲選擇及行為習性發(fā)生改變,從而影響成蟲的生長和繁殖(Croninetal., 2014; Kimetal., 2020)。喬利等(2020)研究結(jié)果表明,370～600 nm范圍內(nèi)的18種不同波長的單色光均可引起灰茶尺蠖成蟲趨光和避光反應行為。在波長590～595和520～525 nm,光照強度50～100 lx,持續(xù)處理12 h代替黑暗的條件下飼養(yǎng)一代灰茶尺蠖,發(fā)現(xiàn)其成蟲單雌最高產(chǎn)卵量、產(chǎn)卵率和卵孵化率均顯著下降(喬利等, 2021)。在前期研究的基礎(chǔ)上,深入研究波長、光照強度和照射時間脅迫對灰茶尺蠖保護酶系活力的變化。研究表明,成蟲SOD活性隨LED光照強度的增加及照射時間的延長而上升,說明光脅迫可誘導SOD的抗氧化反應,使其活性升高,以清除超氧陰離子自由基,POD和CAT活性也隨之增強,從而維持其體細胞的動態(tài)平衡,該研究結(jié)果與Park(2009)的研究結(jié)果一致。說明光照脅迫導致其產(chǎn)卵量、產(chǎn)卵率和卵孵化率生命參數(shù)的顯著下降而引發(fā)的灰茶尺蠖保護酶系活力的顯著上升是其加強生化代謝活動以調(diào)控生物學方面損耗的生理基礎(chǔ)之一。

盧亞菲等(2019)研究發(fā)現(xiàn),三葉草彩斑蚜的POD, SOD和CAT活性隨著紫外線的處理時間的增加而增加,在處理時間為40 min出現(xiàn)最大值。本研究中POD, SOD和CAT活性出現(xiàn)最高值的時間為3 h,即處理的最長時間(表2-4);灰茶尺蠖是否隨著處理時間的進一步延長,以上保護酶指標是否存在下降的趨勢還有待進一步研究。麥長管蚜Sitobionavenae經(jīng)過中波紫外線(UV-B)(280～320 nm)照射后,POD, SOD和CAT活性增加(周冬等, 2014);桃蚜Myzuspersicae體內(nèi)CAT, SOD和POD活性隨著短波紫外線UV-C強度的增加而上升(李軍等, 2005),以上研究結(jié)果均與該實驗光脅迫下各項指標呈上升趨勢的表現(xiàn)一致。用紫光、綠光和藍光處理梨小食心蟲成蟲后,其體內(nèi)的CAT, SOD和POD活性隨著處理時間的增加而增加(方程, 2015),該結(jié)果與本研究結(jié)果也一致。本研究中總蛋白與T-AOC也隨著光照強度、光照時間的增加而逐漸增加。

經(jīng)過檢測黃、綠光處理不同時間后茶尺蠖雌、雄成蟲體內(nèi)總蛋白含量, POD, SOD和CAT活性及T-AOC的變化,發(fā)現(xiàn)茶尺蠖雌成蟲體內(nèi)的總蛋白含量和POD活性均大于雄成蟲體內(nèi)的(表1, 2),而雌成蟲體內(nèi)的SOD和CAT活性及T-AOC均小于雄成蟲的(表3-5),可能與雌、雄成蟲趨光的性別差異有關(guān)(Altermattetal., 2009; Garris and Snyder, 2010),即同種昆蟲不同性別對同種光源的敏感性不同(Meyeretal., 1978)。此外,同種昆蟲雌、雄個體最敏感的光強可能不同,在給定光強度下,雌、雄成蟲敏感程度也會不一樣,對光源做出的行為反應就不相同(程文杰等, 2011),導致體內(nèi)保護酶含量存在差異。韓永強等(2022)研究表明,保護酶活性的變化,可影響褐飛虱的生理代謝。喬利等(2021)研究表明,波長590～595和520～525 nm下,灰茶尺蠖成蟲單雌產(chǎn)卵量、產(chǎn)卵率和卵孵化率均顯著下降,兩種光脅迫引發(fā)灰茶尺蠖保護酶系活力的顯著上升,反映了該蟲通過調(diào)控生化代謝活動以應對產(chǎn)卵量、產(chǎn)卵率和卵孵化率顯著下降等生命參數(shù)損耗的生化機制。根據(jù)不同波長及強度光譜對灰茶尺蠖雌、雄成蟲的保護酶含量有明顯影響,尋找打破保護酶活性的最佳波長、強度及照射時間,進而干擾灰茶尺蠖正常的生命活動?？捎诓鑸@內(nèi)特定時間提供特定波長和強度的光源照射,擾亂其發(fā)育節(jié)律,減少其種群數(shù)量,達到綠色防控的目的。本研究是在室內(nèi)條件下進行的,茶園內(nèi)黃光和綠光照射對灰茶尺蠖種群數(shù)量的變化及雌、雄成蟲保護酶活性的影響還在進一步深入研究。