烟蚜Myzus persicae(Sulzer)在我国各烟区均有发生,繁殖周期短,发生量大,通过刺吸寄主汁液直接为害,造成烟叶产量降低和质量下降;并可传播多种植物病毒病,严重时可造成毁灭性灾害。近年来山东烟区烟蚜的发生规律从原来的双峰型转变为单峰型,即7月份的第二个发生高峰消失,分析原因可能与近年来高温天气的出现有关。本研究借助生物学、生理学及分子生物学方法,分析了高温对烟蚜的发育、繁殖、取食、生理及相关基因表达的影响,基本明确了烟蚜对短时高温胁迫的响应机制。主要结果如下:(1)短时高温对烟蚜的发育、繁殖及取食的影响:在室内测定初产若蚜每天在30℃、35℃和40℃下处理1、2和4 h的发育历期及成蚜的繁殖力,并应用刺吸电位图谱(EPG)技术测定和分析了成蚜在30℃和35℃下处理1和2 h后及在25,28,30和35℃恒温下的取食行为。结果表明短时高温胁迫使若蚜存活率及成蚜寿命和繁殖历期显著降低,促进成蚜取食但抑制其繁殖力。(2)烟蚜在短时高温胁迫下的抗氧化反应:测定了烟蚜成蚜在30℃、35℃和40℃下处理1、2和4 h的MDA含量、T-AOC、SOD、CAT和POD等抗氧化酶的活力。结果表明短时高温胁迫后烟蚜体内MDA含量增加,说明高温胁迫会导致氧化胁迫,而烟蚜会通过提高抗氧化酶的活力来增强其抗氧化能力,从而抵御高温胁迫的危害,特别是CAT、SOD和POD活力在25℃~35℃范围内,随胁迫温度和时间的增加而显著增加。但当温度达40℃,胁迫时间达4 h时,烟蚜的总抗氧化能力及各抗氧化酶活力反而降低,这可能与酶蛋白等大分子的结构遭到破坏有关。(3)烟蚜转录组测序及差异表达基因分析:筛选出短时高温胁迫后烟蚜的55个显著上调unigene,10个显著下调unigene,通过差异表达unigene GO富集分析和KEGG富集分析发现这些差异表达基因多参与转录过程,即烟蚜抗高温胁迫的分子响应机制主要集中在转录过程中。上调unigene中包括8个热激蛋白家族基因,聚类分析表明其中2个属于Hsp90家族,5个属于Hsp70家族,另1个(c36394_g1_i1)因序列过短无法聚类。这表明热激蛋白家族基因在生物抗高温胁迫中起重要作用。(4)烟蚜hsp70基因c DNA片段克隆及表达量分析:为验证RNA-seq的结果并分析热激蛋白家族基因在不同温度下的表达模式,我们挑选转录组测序中上调表达的Hsp70基因(c3602_g1_i1),克隆获得了767 bp的片段序列,并利用实时荧光定量技术分析了其在短时高温胁迫后的表达量变化。结果表明短时高温胁迫后烟蚜的hsp70基因表达量会显著提高,这也支持了RNA-seq的分析结果。综上所述,本研究从多方面研究了烟蚜对短时高温胁迫的响应机制:生物学方面,其寿命及繁殖都会受到抑制,但同时也会加大取食;生理学方面,CAT、SOD和POD等抗氧化酶活力会显著提高;分子生物学方面,以热激蛋白为代表的部分基因表达量显著上升,且多数上调基因集中在转录过程中。该研究结果有助于阐明高温对烟蚜种群的影响,可为烟蚜防治提供理论基础。