白蜡窄吉丁成虫对短时高温的生理响应_党英侨.pdf

doi：10.11707/j.1001-7488.LYKX20210691白蜡窄吉丁成虫对短时高温的生理响应*党英侨王小艺张彦龙魏可曹亮明（中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林保护学重点实验室北京 100091）摘要：【目的】从生理水平上探究白蜡窄吉丁成虫温度耐受性形成的原因，为揭示昆虫环境抗逆性形成机制提供参考。【方法】以 25 为对照，室内设置温度分别为 30、33、37 和 41 的高温条件，分别于 4、8 和 12 h 后收集放置于上述不同条件下的白蜡窄吉丁雌雄成虫。测定各处理样品的含水量、含脂量、糖原、葡萄糖、海藻糖和蛋白质含量的变化。【结果】随着温度升高和高温持续时间延长，白蜡窄吉丁雌雄成虫体内水分和脂类含量都大致呈下降趋势。温度越高时，雌雄虫体内糖原含量越高；而葡萄糖和海藻糖含量则先升高后降低，于 3337 时达到最大值。随着雌雄虫经历高温持续时间的延长，其体内糖原、葡萄糖和海藻糖含量都大致呈增长趋势。雌雄虫体内蛋白质含量随温度升高波动性增加，而随高温持续时间延长表现出逐渐下降趋势。白蜡窄吉丁雄虫体内水分、脂类和糖原含量明显高于雌虫，而海藻糖和蛋白质含量与雌虫相比则相对较低。【结论】短时高温条件下，白蜡窄吉丁雌雄成虫体内含脂量、多种糖类和蛋白质含量均在一定程度上发生明显变化，水分和脂类含量受温度及其持续时间影响较小，糖类和蛋白质含量则受影响相对较大。糖类和蛋白质等多种抗逆物质都在白蜡窄吉丁成虫抵御高温胁迫时发挥了重要的调节作用。关键词：白蜡窄吉丁；耐热性；短时高温胁迫；生理生化指标中图分类号：S718.7文献标识码：A文章编号：10017488(2023)02011209Physiological Responses of Agrilus planipennis Adults to Short-Time High-Temperature ConditionsDang YingqiaoWang XiaoyiZhang YanlongWei KeCao Liangming（Key Laboratory of Forest Protection of National Forestry and Grassland AdministrationEcology and Nature Conservation Institute,Chinese Academy of ForestryBeijing 100091）Abstract：【Objective】This study aims to explore the cause of heat tolerance formation in Agrilus planipennis(emerald ashborer,EAB)adults from the physiological level,so as to provide guidance for revealing the formation mechanism of insectresistance to environmental stress.【Method】EAB male and female adults were incubated in different high temperature(30,33,37 and 41)and 25 (served as the control)conditions for 4,8 and 12 h,respectively,and the insects were collected to measurethe water content,fat content,and glycogen,glucose,trehalose,and protein content.【Result】With the increase of temperatureand the extension of the duration of high temperature,the contents of water and fat in both male and female adults of EAB showeda downward trend.With temperature increasing,the glycogen content was increased,while the contents of glucose and trehaloseincreased first and then decreased,reaching the highest level at 3337.The contents of glycogen,glucose and trehalose in themale and female adults all generally showed an upward trend with increasing time under high temperature.The protein content inthe male and female adults increased with fluctuation with the increase of temperature,but gradually decreased with the extensionof high temperature duration.The contents of water,fat and glycogen in EAB male adults were significantly higher than those inthe female adults,while the contents of trehalose and protein were relatively lower than those in female adults.【Conclusion】Under short-time high-temperature conditions,the fat content,and various sugars and protein contents of EAB adults have changedobviously to some extent.The water and fat contents are less affected by temperature and the treatment duration,while the sugarand protein contents are significantly influenced by temperature and the treatment duration.Many stress-resistant substances,suchas sugar and protein,play an important role in regulating the resistance of EAB adults against high temperature conditions.Key words：emerald ash borer；heat tolerance；high-temperature short-time stress；physiological and biochemical indices 昆虫的季节性活动、地理分布范围和种群发展动态等都会受到温度和湿度等气候条件影响（Tusong et al.，2017）。温湿度等外界环境条件作用于昆虫的方式可能存在差异，但往往通过昆虫的行为活动、能量变化 收稿日期：20210913；修回日期：20220321。基金项目：国家自然科学基金项目(31971666)；中国林科院基本科研业务费专项(CAFYBB2017ZF002)。*王小艺为通讯作者。第 59 卷 第 2 期林业科学 Vol.59，No.22 0 2 3 年 2 月SCIENTIA SILVAE SINICAEFeb.，2 0 2 3和生理代谢等表现出来，虫体内水分、脂类、糖类和蛋白质等物质的变化就是几个常见的重要指标（Zhang et al.，2015；Gonzlez-Tokman et al.，2020）。为避免高温对虫体造成伤害，昆虫会加快自身水分的蒸发来降低体温（Chown et al.，2011）。受高温影响，昆虫体内多种脂肪酸含量发生变化（van Dooremalenet al.，2011；Hubhachen et al.，2018）。为有效抵御高温高湿不利环境，一些昆虫会通过调整体内各物质占比、合成热激蛋白（HSP）等抗逆物质来提高自身温湿度耐受性（Su et al.，2021）。海藻糖等糖类物质的积累是一些昆虫遭遇高温高湿环境时实现能量和物质转化、产生抵御不利环境物质的重要基础，可以在一定程度上有效提高昆虫耐热性（Noer et al.，2020）。已有研究发现，短时间直接暴露于高温等极端环境中，昆虫的生长发育和繁殖就可能会受到一定影响（Zhang et al.，2013；Gou et al.，2020）。面对不利的气候条件，昆虫也可能在短时间内就在行为、生理生化等方面产生一定的应激反应，以最大限度减少可能对自身造成的损伤（Nauen et al.，2021）。悬铃木方翅网蝽（Corythucha ciliata）在室内经历 2 h 的高温处理后，迅速启动体内的代谢防御系统，体内水分含量显著下降，总蛋白、过氧化氢酶等物质的含量则明显升高（鞠瑞亭，2012）。中华地鳖（Eupolyphaga sinensis）在 2937 短时高温条件的作用下体内蛋白质和多种氨基酸含量均发生明显变化（李越等，2020）。白蜡窄吉丁（Agrilus planipennis）是一种原产我国的蛀干害虫，20 世纪 60 年代以来逐渐被发现在我国东北、华北、西北等 10 个省市区发生危害（王小艺等，2015）。2002 年起又发现该虫入侵美国、加拿大、俄罗斯欧洲部分和乌克兰，已逐渐发展成一种重大的危险性害虫（Musolin et al.，2021）。在入侵地，白蜡窄吉丁最南已分布到 30左右（USDA，2021），相当于我国的西藏南部、四川中部、重庆中部、湖北南部、安徽南部和浙江北部等地区；而在我国等原产地，该虫最南则只分布到山东青岛（约 36）。白蜡窄吉丁在我国的分布南界受到一定限制，但这与南方高温高湿条件对其可能产生的抑制作用并无直接关联。前期研究已经发现，该虫对高温高湿具有较强耐受性，尽管 42 起雄虫很快出现大量死亡的现象，但在室内40 以上的持续高温高湿环境下雌雄虫仍然可以交配、保证卵粒发育成熟和正常孵化（党英侨等，2021）。然而，白蜡窄吉丁成虫面对高温等不利环境其机体在生理生化水平上产生的变化，抗逆物质在该虫应对极端环境条件时发挥的重要作用尚不清楚。因此，明确白蜡窄吉丁成虫在短时高温条件下的生理生化反应，对于预测其扩散到我国南方的风险和可能性，理解其对高温不利环境的生理适应过程，解析该虫温湿度耐受性形成的可能原因，并进一步推动从分子遗传水平探究昆虫环境抗逆性形成的机制具有重要的指导意义。1材料与方法 1.1供试虫源以北京地区白蜡窄吉丁种群为例，2019 年春季，于白蜡窄吉丁羽化前砍伐受该虫危害的洋白蜡（Fraxinus pennsylvanica）木段（采集地经纬度：40.14N，116.98E），带回实验室后置于室温下饲养。每日不定期观察并及时收集刚羽化的白蜡窄吉丁成虫，将雌雄虫分别置于不同的养虫罐内，并提供新鲜洋白蜡叶片供其取食。考虑我国南方地区夏季每日高温及其持续时间，设置不同处理温度和高温持续时间进行研究。选择5 个光照培养箱（PRX-250B，宁波赛福实验仪器有限公司）并对其参数进行设置，温度分别为 25（对照）、30、3