幼虫中肠液特性在稻纵卷叶螟适应Bt蛋白过程的潜在作用

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稻纵卷叶螟（Cnaphalocrocis medinalis Guenée）属鳞翅目（Lepidoptera）螟蛾科（Pyralidae），为水稻最主要的害虫之一，是一种分布地域广、对环境适应性强的迁飞性害虫，会影响水稻的光合作用，甚至严重影响水稻生长发育，造成瘪谷率增加、千粒重降低。苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）的杀虫基因被成功地转入水稻中以防治水稻鳞翅目害虫。本文综述了稻纵卷叶螟发生概况与防治措施、Bt蛋白结构、发展概况、作用机制以及Bt蛋白与害虫之间相互作用的基础上，并通过研究Bt水稻对稻纵卷叶螟的多代作用后稻纵卷叶螟生长发育和中肠主要蛋白酶的变化、稻纵卷叶螟种群中肠液特性和中肠液对Bt蛋白的降解作用，探讨幼虫中肠液特性在稻纵卷叶螟适应Bt蛋白过程中的潜在作用，为Bt水稻种植后稻纵卷叶螟的抗性管理提供理论依据和技术指导。本研究主要内容包括：
　　⑴经Bt水稻多代处理的稻纵卷叶螟生长发育与主要酶的变化。为明确稻纵卷叶螟对Bt水稻的适应能力，用转cry2A基因水稻T2A-1低强度连续处理（每代饲喂5h）稻纵卷叶螟三代，观察了其幼虫3-5龄主要生长发育指标和高龄幼虫体内主要中肠酶的活性。与未经Bt水稻处理的稻纵卷叶螟相比，Bt水稻处理的第一代稻纵卷叶螟3-5龄历期显著延长，蛹羽化率显著降低，但随着处理代别的增加，这两个指标均能恢复至未处理水平；Bt水稻处理第一代的3-5龄幼虫存活率、雌蛹重均低于对照，雄蛹重与对照无显著差异，但这些指标并未随饲养代数的增加而恢复至对照水平或维持对照水平，且第三代均低于对照。经处理后稻纵卷叶螟高龄幼虫中肠总蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶较未处理稻纵卷叶螟活性有所降低，但随着处理代数的增加其总蛋白酶活性呈上升趋势。经处理后稻纵卷叶螟高龄幼虫中肠内强碱性类胰蛋白酶和游离氨肽酶较未处理组活性有所增加，且随着处理代数的增加其活性继续增强。这些结果表明稻纵卷叶螟对低强度的Cry2A蛋白处理具有一定的应对能力，这对于深入研究稻纵卷叶螟对Bt蛋白的适应性发展有重要启示意义。
　　⑵稻纵卷叶螟高龄幼虫中肠液特性。为了探究稻纵卷叶螟中肠液特性，研究了不同pH值和抑制剂对稻纵卷叶螟中肠蛋白酶活性的影响。结果表明：稻纵卷叶螟中肠总蛋白酶活性、类胰凝乳蛋白酶活性随着酶液pH值的升高总体呈上升趋势。而不同pH值中肠液中类胰蛋白酶活性间无显著性差异，但最高值在pH值为10.5时。不同pH值缓冲液的反应体系下稻纵卷叶螟总蛋白酶活性和类胰凝乳蛋白酶活性总体随pH值的升高而升高；其类胰蛋白酶在反应缓冲液pH值为10.0、9.0、9.5时活性较高。稻纵卷叶螟中肠液与不同抑制剂作用后，总蛋白酶活性较未处理的活性有所降低，PMSF、TLCK、Pepstatin A和Leupeptin处理后总蛋白酶活性与未处理组有显著性差异；经处理后类胰凝乳蛋白酶活性较未处理的活性有所降低，其中PMSF对类胰凝乳蛋白酶活性有较强的抑制作用；类胰凝乳蛋白酶活性较未处理的活性有所降低，其中EDTA、PMSF、TPCK、TLCK和E-64对类胰蛋白酶活性有较强的抑制作用。这些结果表明稻纵卷叶螟幼虫中肠蛋白酶对pH和抑制剂处理具有一定的应对能力，这对于深入研究稻纵卷叶螟幼虫中肠液特性有重要启示意义。
　　⑶稻纵卷叶螟高龄幼虫中肠液对Bt毒素的降解作用。了了解稻纵卷叶螟中肠液对Bt蛋白的降解作用，研究了酸碱度和抑制剂对稻纵卷叶螟中肠液降解Bt蛋白作用的影响。结果表明：中肠酶液对Cry毒素蛋白有一定的降解作用，且因pH值和抑制剂的不同降解程度不一。中肠酶液于pH值为8.0-10.5的弱碱性条件下对Bt蛋白的降解作用强。不同抑制剂对中肠液降解Bt蛋白的抑制作用程度不一，且随着Bt蛋白的不同而有所变化。EDTA对稻纵卷叶螟降解Cry2A具有明显的抑制作用；稻纵卷叶螟对Cry1C降解能力不同程度地受EDTA、PMSF、TPCK、TLCK、的抑制作用；稻纵卷叶螟对Cry1Aa降解能力不同程度地受EDTA、PMSF、TPCK、TLCK的抑制作用；稻纵卷叶螟对Cry1Ac降解能力不同程度地受EDTA、PMSF、TPCK、TLCK、E64的抑制作用。稻纵卷叶螟中肠液对Bt蛋白具有一定的降解作用，稻纵卷叶螟中肠液相关特性的变化可能与稻纵卷叶螟对Bt蛋白的潜在适应性或者抗性相关。Bt水稻在整个生育期高强度表达Bt蛋白，尽管稻纵卷叶螟对Bt水稻产生抗性的可能性较小，从实验结果仍能看出稻纵卷叶螟在一定程度上受到Bt蛋白的影响。因此了解和研究幼虫中肠液特性在稻纵卷叶螟适应Bt蛋白过程的潜在作用，对深入研究稻纵卷叶螟对Bt蛋白的适应性发展有重要启示意义。然而害虫对Bt蛋白的抗性产生是多方面因素形成的结果，为了明确稻纵卷叶螟对Bt蛋白的适应状况和抗性发展状况，仍需进行长期系统的监测和深入的研究。

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作者
吴志红;
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作者单位

杭州师范大学;

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授予单位杭州师范大学;
学科生态学
授予学位硕士
导师姓名吕仲贤;
年度 2015
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类螟蛾科;昆虫生态学;
关键词
水稻害虫; 稻纵卷叶螟; 幼虫发育; 昆虫生态学;

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