镉和氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟生长发育和解毒酶活性的影响.pdf

月 ():昆 虫 学 报 :.:./.基金项目:国家自然科学基金项目()江西省教育厅科学技术研究项目()作者简介:徐凡舒 男 年 月生 陕西汉中人 硕士研究生 研究方向为农业昆虫与害虫防治:.通讯作者 :.收稿日期:接受日期:镉和氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟生长发育和解毒酶活性的影响徐凡舒 郭 欣 柴钲淏 叶丽文 程丹芽 魏洪义 陈丽慧(江西农业大学农学院 昆虫研究所 南昌)摘要:【目的】明确亚洲玉米螟 对镉和氯虫苯甲酰胺的防御机制评价重金属和农药污染对昆虫的累积效应【方法】将亚洲玉米螟初孵幼虫接入含 /镉、./氯虫苯甲酰胺以及/镉./氯虫苯甲酰胺的人工饲料中饲养以正常饲料饲养作为对照 记录发育历期、体重、成虫羽化率和畸形蛹率测定不同发育阶段(龄幼虫、雌雄蛹和雌雄成虫)中解毒酶谷胱甘肽转移酶()、羧酸酯酶()和乙酰胆碱酯酶()活性【结果】/镉、./氯虫苯甲酰胺及其复合处理(/镉./氯虫苯甲酰胺)对亚洲玉米螟的生长发育均产生影响氯虫苯甲酰胺处理组亚洲玉米螟幼虫历期最长较对照组显著延长.其蛹重、成虫重和成虫羽化率最低 较对照组分别显著降低 和 镉 氯虫苯甲酰胺处理组亚洲玉米螟幼虫历期比氯虫苯甲酰胺处理组缩短.其畸形蛹率最高较对照组显著上升 成虫历期最短较对照组显著降低.镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟的解毒酶活性也有影响与对照相比镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟 龄幼虫、雌雄蛹和雄成虫中 活性均表现为诱导作用且镉 氯虫苯甲酰胺处理组不同发育阶段亚洲玉米螟的 活性均显著高于其他处理组和对照组与对照相比镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺对不同发育阶段亚洲玉米螟的 活性表现为抑制作用且镉 氯虫苯甲酰胺处理对各发育阶段亚洲玉米螟 活性的抑制作用最强 与对照相比镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟 龄幼虫 活性表现为诱导作用而对蛹和成虫中 活性的作用不一【结论】/镉、./氯虫苯甲酰胺及其复合处理均能够影响亚洲玉米螟的生长发育对其解毒酶活性有不同程度的影响关键词:亚洲玉米螟 镉 氯虫苯甲酰胺 生长发育 解毒酶中图分类号:文献标识码:文章编号:()(:)():【】.【】.期徐凡舒等:镉和氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟生长发育和解毒酶活性的影响/.()()().().【】(/)(./)(/./).【】(/)(./).:亚洲玉米螟 是我国玉米生产的历史性、灾害性害虫严重威胁我国玉米产量和品质(李妍颖等)对于亚洲玉米螟的暴发应及时施用杀虫剂进行化学防治(王振营和王晓鸣)但由于农事操作不规范等问题过量的杀虫剂被投入使用残留杀虫剂通过多种方式进入土壤直接或间接地对不同生物产生毒性效应()同时工业化、城市化的推进及对可持续发展的不重视导致部分地区重金属、农药污染问题愈发严重(王颜昊等)农药产品中也常检测出重金属或类金属已有报道在多种草甘膦制剂中检测出砷()、铅()、镍()等重金属(.)镉()是常见、分布广的重金属通过表皮渗透、取食、呼吸等方式进入昆虫体内影响昆虫生长发育及各种活动(孙虹霞等)一般情况下镉会导致动物的能量储存减少并加快新陈代谢速率(付伟利等)这种能量代谢异常又可影 响 昆 虫 的 正 常 生 长 发 育(.)氯虫苯甲酰胺()是双酰胺类新型杀虫剂通过激活昆虫鱼尼丁受体使细胞内的 过度释放导致昆虫死亡(.昆虫学报 卷)具有对害虫高效且对鱼、蜂及哺乳动物低毒等特性(.)对亚洲玉米螟也具有良好的室内及田间防治效果(王猛等)但随着氯虫苯甲酰胺的推广使用一些重要农业害虫如甜菜夜蛾 、小菜蛾 、沟金针虫 等对该杀虫剂已产生中等至高水平抗性(.何发林等)重金属与杀虫剂对昆虫产生的效应与施用毒剂的种类、浓度、受药昆虫的种类等有关 当昆虫取食带毒饲料时能够诱导昆虫体内谷胱甘肽转移酶()、羧 酸 酯 酶()、乙 酰 胆 碱 酯 酶()等酶的活性这对昆虫应对化学农药及重金属维持正常生理代谢具有重要作用(.)可增加虫体对有毒物质的可溶性将其排出体外从而达到解毒代谢的作用在受到外界有毒物质刺激时体 内 的 活 性 会 发 生 变 化(蒋 兴 川 等)例如镉处理后中华稻蝗 体内 活性显著上升(刘耀明等)不仅能够调节昆虫的生长发育过程还在代谢化学药剂中起着重要作用(全林发等)害虫可以通过大量产生 使其与杀虫剂结合使杀虫剂在到达靶标位点之前被阻断或降解(唐培安等)小菜蛾 龄幼虫经溴氰虫酰胺处理后 和 内对 表现为先诱导后抑制即短时间内药剂摄入量较少解毒酶被激活参与药剂代谢随着取食量增加酶活性将逐渐被抑制(.)能 够 迅 速 水 解 兴 奋 神 经 递 质 乙 酰 胆 碱()而保持神经突触传递的正常功能 杀虫剂通过与 不可逆结合降低其水解能力造成突触间隙的 大量累积使昆虫的正常神经系统严重紊乱从而达到杀虫的目的(孟祥坤等)低剂量氯虫苯甲酰胺处理可导致小菜蛾体内 活性显著降低(尹飞等)低浓度人参皂苷对桃蚜 的 有明显抑制作用(李海涛等)而乙基多杀菌素处理棉铃虫 导致 活性随剂量增加逐渐升高(谢丙堂等)重金属农药作为经常共存广泛存在的环境污染物(.)两者之间的相互作用将产生复合效应(陈晨和钱永忠)如果只关注单一毒性效应而忽视联合毒性效应将导致复合污染物的危害风险和潜在威胁被低估只考虑急性暴露下污染物对昆虫的致死效应将忽略污染物在较低浓度时使昆虫抗逆性增强引起适应性进化(.)最终导致害虫的猖獗发生(齐浩亮等)当前农药与重金属互作已有一定程度的研究证明部分农药与重金属之间存在拮抗作用(杨永猛等)如 与毒死蜱、阿维菌素复合处理和单一处理相比会降低其对赤子爱胜蚓 的毒性表明三者之间存在拮抗作用(.)铅()可与草甘膦络合形成稳定的化合物从而降低游离的 对蚯蚓的毒性(.)但迄今为止尚未发现重金属和氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟复合处理的报道因此研究重金属镉与农药氯虫苯甲酰胺复合污染的毒理学效应具有重要意义本研究以亚洲玉米螟为实验对象通过向人工饲料添加镉、氯虫苯甲酰胺设置镉、氯虫苯甲酰胺、镉 氯虫苯甲酰胺和空白对照(不添加任何杀虫剂或重金属)个处理 测定各处理对亚洲玉米螟发育历期、体重、羽化率、畸形蛹率及 和 活性的影响探究其解毒机理旨在为评价重金属、农药污染对亚洲玉米螟长期、累积效应提供依据 材料与方法.材料.供试虫源及饲养条件:亚洲玉米螟卵块由中国农业科学院植物保护研究所玉米害虫研究组提供经室内人工饲料饲养建立实验种群 幼虫放置于圆形玻璃罐(直径 、高 )中用人工饲料饲养(乔利等)每罐饲养 头待长至老熟后挑至铺有草纸的长方形塑料盒中化蛹化蛹后放置于另一长方形塑料盒中待其羽化羽化后套入长 宽 高 的塑料盒中使其交配产卵 后剪下卵块放置于玻璃罐中孵化幼虫孵化后立即放入人工饲料 饲养条件:温度()相对湿度 光周期 选其中一代卵放至培养皿中将每日孵化幼虫作为试虫并标记.供试药剂:氯化镉()购自天津科密欧化学试剂纯度为.溶于蒸馏水中制成母液氯虫苯甲酰胺购自上海安谱实验科技股份有限公司为分析纯标准品溶于丙酮制成氯虫苯甲酰胺 期徐凡舒等:镉和氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟生长发育和解毒酶活性的影响母液均置于冰箱中备用.饲料配制:参照乔利等()的人工饲料配方根据课题组前期工作(曹红妹等)及预实验确定亚洲玉米螟人工饲料中镉、氯虫苯甲酰胺、镉 氯虫苯甲酰胺的浓度在配制饲料时加入相应剂量试剂并迅速混匀以不添加的正常饲料作为对照待冷却至室温后放置于 冰箱中待用.亚洲玉米螟生长发育指标测定将同一天孵化的亚洲玉米螟初孵幼虫分别接入含 /镉、./氯虫苯甲酰胺和 /镉./氯虫苯甲酰胺的人工饲料以及正常人工饲料的玻璃罐中并标记好日期各处理饲养 罐 每天观察记录亚洲玉米螟的发育进度最终记录以下生长发育参数:幼虫历期、蛹重(化蛹后第 天体重)、蛹历期、成虫重(羽化当天体重)、成虫历期、成虫羽化率和畸形蛹率.亚洲玉米螟酶活性测定.酶液制备:随机挑选经镉、氯中苯甲酸胺和镉 氯虫苯甲酰胺及正常人工饲料饲喂后外观一致的 龄幼虫、雄蛹、雌蛹、雄成虫及雌成虫用液氮速冻后放入 冰箱保存备用 每个处理 个重复(龄幼虫视 头为 个重复蛹和成虫视 头为 个重复)取待试处理于匀浆器内分别加入.不同酶的提取液进行匀浆用于 和 活性测定 匀浆液于 离心 后取上清液即为酶原液 保存待测.酶活性测定:和 活性的测定采用上海生工生物工程股份有限公司生产的试剂盒进行编号分别为 和 具体方法参照试剂盒说明书进行.总蛋白()含量测定:采用蛋白定量测定试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定蛋白浓度 具体方法按照试剂盒说明书进行.数据分析数据处理采用 .分析软件对各数据进行单因素方差分析用 氏检验进行差异显著性分析 结果.镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟生长发育的影响与取食正常饲料的亚洲玉米螟对照()相比在亚洲玉米螟初孵幼虫取食含 /镉、./氯虫苯甲酰胺和 /镉 ./氯虫苯甲酰胺的人工饲料后其生长发育受到一定影响(表)镉、氯虫苯甲酰胺和镉 氯虫苯甲酰胺处理组幼虫历期分别较对照组显著延长.和.(.)镉处理导致蛹历期较对照显著降低.(.)氯虫苯甲酰胺、镉 氯虫苯甲酰胺处理导致蛹历期较对照显著延长.和.(.)镉和氯虫苯甲酰胺处理组成虫历期较对照组分别显著延长.和.(.)镉 氯虫苯甲酰胺处理却导致成虫历期较对照显著降低.(.)种处理均导致亚洲玉米螟蛹重较对照显著降低(镉 镉 氯虫苯甲酰胺 氯虫苯甲酰胺成虫重也均降低但镉处理组与对照组间成虫重无显著差异()氯虫苯甲酰胺、镉 氯虫苯甲酰胺处理组成虫重较对照组显著降低.和.(.)外氯虫苯甲酰胺、镉 氯虫苯甲酰胺处理组畸形蛹率较对照组显著增加.和.(.)氯虫苯甲酰胺、镉 氯虫苯甲酰胺处理组成虫羽化率较对照组显著降低.和.().镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟解毒酶活性的影响.活性:与取食正常饲料的亚洲玉米螟(对照)相比亚洲玉米螟初孵幼虫取食含 /镉、./氯虫苯甲酰胺和 /镉 /氯虫苯甲酰胺的人工饲料后其 活性较对照有所上升基本表现为诱导(表)镉处理、氯虫苯甲酰胺处理及镉 氯虫苯甲酰胺处理组 龄幼虫中 活性较对照组分别显著增加 和()雌蛹中 活性较对照组分别显著增加 和 (.)雄蛹中 活性较对照组分别增加 和 除氯虫苯甲酰处理组外其余组别雄蛹中 活性与对照组均具有显著差异(.)氯虫苯甲酰胺处理和镉 氯虫苯甲酰胺处理组雌成虫中 活性较对照组分别显著增加 和 ()镉 氯虫苯甲酰胺处理组雄成虫 活性较对照组显著增加(昆虫学报 卷表 亚洲玉米螟初孵幼虫取食含不同毒剂的人工饲料后的生长发育参数 处理幼虫历期()蛹历期()成虫历期()蛹重()成虫重()畸形蛹率 ()成虫羽化率 ().:正常人工饲料 :含/镉的人工饲料 /:含./氯虫苯甲酰胺的人工饲料 ./:含 /镉./氯虫苯甲酰胺的人工饲料 /./.表中数据以平均值 标准误表示同一列数据后不同小写字母代表经 氏检验差异显著(.).()其中镉 氯虫苯甲酰胺对不同发育阶段亚洲玉米螟的 活性诱导作用最强分别较对照组显著提高 和().活性:与取食正常饲料的亚洲玉米螟(对照)相比在亚洲玉米螟初孵幼虫取食含 /镉、./氯虫苯甲酰胺和 /镉 /氯虫苯甲酰胺的人工饲料后其 活性均受到抑制(表)氯虫苯甲酰胺处理组和镉 氯虫苯甲酰胺处理组 龄幼虫 活性较对照组分别显著降低 和 (.)镉和镉 氯虫苯甲酰胺处理组雌蛹 活性较对照组分别显著降低 和 (.)镉、氯虫苯甲酰胺、镉 氯虫苯甲酰胺处理组雄蛹 活性分别较对照组显著降低 和 ()镉、氯虫苯甲酰胺和镉 氯虫苯甲酰胺处理组雌成虫 活性较对照组分别降低 和但只有镉 氯虫苯甲酰胺处理组 活性与对照组具有显著差异(.)镉、氯虫苯甲酰胺和镉 氯虫苯甲酰胺处理组雄成虫 活性较对照组分别降低 和 其中氯虫苯甲酰胺和镉 氯虫苯甲酰胺处理组 活性与对照组间具有显著差异(.)镉 氯虫苯甲酰胺处理对不同发育阶段亚洲玉米螟的 活性的抑制作用最强镉 氯虫苯甲酰胺处理组 龄幼虫、雌蛹、雄蛹、雌成虫和雄成虫 活性分别较对照组显著降低 和 ()低于单一镉、氯虫苯甲酰胺处理组各发育阶段亚洲玉米螟的 活性.活性:与取食正常饲料的亚洲玉米螟(对照)相比在亚洲玉米螟初孵幼虫取食含 /镉、/氯虫苯甲酰胺和 /镉 /氯虫苯甲酰胺的人工饲料后亚洲玉米螟体内 活性变化复杂(表)其中氯虫苯甲酰胺处理组 龄幼虫体内 活性最高较对照组显著增加(.)镉处理组 龄幼虫 期徐凡舒等:镉和氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟生长发育和解毒酶活性的影响表 初孵幼虫取食含不同毒剂的人工饲料后亚洲玉米螟不同发育阶段的 活性 处理不同发育阶段的 活性/()龄幼虫 雌蛹 雄蛹 雌成虫 雄成虫.表 初孵幼虫取食含不同毒剂的人工饲料后亚洲玉米螟不同发育阶段的 活性 处理不同发育阶段的 活性/()龄幼虫 雌蛹 雄蛹 雌成虫 雄成虫.活性较对照组显著增加 (.)而镉、氯虫苯甲酰胺和镉 氯虫苯甲酰胺处理组其他发育阶段(雌蛹、雄蛹、雌成虫、雄成虫)亚洲玉米螟体内 活性较对照组变化有增有减 氯虫苯甲酰胺处理组雌蛹体内 活性较对照组显著降低而镉处理组和镉 氯虫苯甲酰胺处理组较对照上升(.)和(.)镉 氯虫苯甲酰胺处理组雄蛹 活性最高较对照组显著增加(.)镉处理组雄成虫体内 活性最高较对照组增加 二者间亦无显著性差异(.)但镉 氯虫苯甲酰胺处理组雄成虫体内 活性最低较对照组显著降低(.)讨论研究重金属、农药的联合毒性效应对于合理使用杀虫剂等方面具有重要意义 本研究结果表明镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟的生长发育造成负面影响这可能与其体内不同酶系活性的改变有关 镉、氯虫苯甲酰胺及其复合处理均导致亚洲玉米螟幼虫历期延长(表)这与已有报道 和 处理均显著延长二化螟 的幼虫历期(张宇瑶等)桃小食心虫 (刘宴弟等)、棉铃虫 (欧善生等)经低浓度氯虫苯甲酰胺处理后幼虫历期延长等结果一致 但本研究发现镉 氯虫苯甲酰胺处理的幼虫历期较氯虫苯甲酰胺单一处理的幼虫历期显著缩短表现为 镉 镉 氯虫苯甲酰胺 氯虫苯甲酰胺可以看出镉的加入使氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟幼虫生长的影响减弱(表)可能是镉的加入抑制亚洲玉米螟幼虫对氯虫苯甲酰胺的吸收产生拮抗作用但镉 氯虫苯甲酰胺处理的亚洲玉米螟成虫历期显著低于对照且显著低于镉、氯虫苯甲酰胺单一处理(表)说明镉的加入并未缓和氯虫苯甲酰胺的毒害作用反而对亚洲玉米螟成虫造成危害 幼虫历期的显著延长可能是因为亚洲玉米螟在抵御毒物过程中产生适合度代价摄入的能量一部分被用于毒物的解毒代谢而剩下的部分才被用于自身生长发育从而对昆虫的生理功能造成影响这一反应也可能导致昆虫的体重降低(.)这昆虫学报 卷与本研究得出的镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺处理组亚洲玉米螟蛹重、成虫重数值均小于对照组(表)相符 综上所述用含镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺的人工饲料饲养亚洲玉米螟的对其生长发育造成抑制作用昆虫适应外界不良环境的重要生理生化机制之一是昆虫的解毒酶系的活性会被各种内源、外源毒物诱导 本研究通过测定昆虫体内酶活性的变化发现亚洲玉米螟经镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺处理后除镉处理组的成虫、氯虫苯甲酰胺处理组的雄成虫中外其余处理组其他发育阶段亚洲玉米螟的 活性均显著高于对照组(表)这与伊米果蝇 经低浓度的乙基多杀菌素处理后 活性显著高于其他处理(刘倩等)氯虫苯甲酰胺处理后甜菜夜蛾体内 活性显著增加(陈羿渠等)等结果相符不仅可以调节昆虫的生长发育还在代谢化合药剂中发挥着重要作用(全林发等)有研究报道低浓度的氯虫苯甲酰胺对旋幽夜蛾 幼虫 活性表现出抑制趋势(张航等)本研究也表明氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟 活性表现为抑制(表)并且由于 底物广泛可以水解多种含酯键的外源毒物也可作为结合蛋白与外源毒物不可逆结合使其不能达到靶标从而起到对外源毒物的隔离作用()在靶标抗性中 的敏感性降低是抗性产生的主要原因之一(魏秋学等)本研究发现亚洲玉米螟 龄幼虫经镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺处理后 活性均上升除镉 氯虫苯甲酰胺处理与对照无显著差异外镉、氯虫苯甲酰胺单独处理均较对照显著增加(表)刘丹等()研究表明黄褐天幕毛虫 幼虫经多杀菌素处理 和 活性均显著高于对照这与本实验结果(表)基本一致 和 这 种酶均不同程度参与对亚洲玉米螟的解毒代谢过程低浓度镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺处理会影响昆虫的生理代谢主要表现为对不同解毒酶的诱导作用不同具体机制仍需要进一步开展研究本研究通过采用带毒饲料饲喂亚洲玉米螟初孵幼虫明确了镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺影响亚洲玉米螟的生长发育及解毒酶活性 单一氯虫苯甲酰胺处理会显著增长亚洲玉米螟的幼虫历期与成虫历期加入镉后反而显著缩短亚洲玉米螟幼虫历期与成虫历期 种处理后亚洲玉米螟不同发育阶段 活性基本升高、活性基本降低、活性变化复杂究其原因可能是由于受药昆虫的生理状况、使用的毒剂类型、浓度及处理方法引起的 亚洲玉米螟经镉、氯虫苯甲酰胺及镉 氯虫苯甲酰胺处理引起的解毒酶活性改变的分子机制有待进一步探明 在害虫的防治过程中需要针对具体的害虫和药剂品种结合当地重金属污染情况考虑选择更为合适的治理策略 在实际生产中对于已经存在镉污染的地区更应注意农事操作、同时配合其他防治措施参考文献().:.:.(:).():.曹红妹 魏洪义.和 对亚洲玉米螟求偶行为的影响.应用昆虫学报():.():.陈晨 钱永忠.农药残留混合污染联合效应风险评估研究进展.农产品质量与安全():.():.陈羿渠 向兴 贡常委 王学贵.氯虫苯甲酰胺亚致死剂量对甜菜夜蛾主要解毒酶活性与生长繁殖的影响.中国农业科学():.:.:.():.():.付伟利 杜移珍 张敏.镉胁迫对昆虫的毒性效应及昆虫防御机制的研究进展.中国药理学与毒理学杂志():.():.期徐凡舒等:镉和氯虫苯甲酰胺对亚洲玉米螟生长发育和解毒酶活性的影响.():.何发林 孙石昂 谭海丽 孙晓 尚佃龙 姚晨涛 姜兴印.氯虫苯甲酰胺与高效氯氟氰菊酯复配防治沟金针虫配方筛选与田间应用效果.植物保护学报():.():.():.蒋兴川 沈怿丹 孙劲超 李秀霞 黄勇 董永成 操海群.氯虫苯甲酰胺和甲维盐对草地贪夜蛾幼虫的毒力及解毒酶活性的影响.环境昆虫学报():.:.().:.(:).():.():.李海涛黄曦漫李玉刘广娜奚广生.人参单体皂苷对桃蚜取食、解毒酶及乙酰胆碱酯酶活性的影响.中国农业科技导报():.().:.():.().():.李妍颖 李梅梅 杨琪 陈丽慧 李伯辽 房爱省 何柯杭 董继广 赵玉婉 于志浩 郝引川 仵均祥.亚洲玉米螟为害对玉米产量的影响与防治指标研究.植物保护():.():.刘丹 严善春 曹传旺 廖月枝.多杀菌素对黄褐天幕毛虫解毒酶及保护酶的影响.林业科学():.():.刘倩 高欢欢 翟一凡 陈浩 郑礼 于毅.六种农药对两种果蝇成虫室内毒力和主要解毒酶活性的影响.植物保护学报():.(:).():.():.刘宴弟 孙丽娜 张怀江 闫文涛 岳强 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