CO2和热浪胁迫下豚草次生代谢物变化对广聚萤叶甲的毒害作用

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生物防治可以有效的节省资源,防止环境污染。广聚萤叶甲(Ophraella communa)属鞘翅目(Coleoptera)叶甲科(Chrysomelidae)是一种防治豚草的有效的生防昆虫,全球温室气体浓度持续升高,温室效应日益严重,相伴随的热浪事件频繁发生。有研究表明,高浓度CO2能促进植物产生对昆虫具有防御作用的次生代谢物,而热浪能够消除这种诱导效应。为了探究CO2和热浪对广聚萤叶甲的综合影响,本文设置高浓度CO2和热浪两个因素处理豚草,检测其体内代谢物成分的变化,及这种变化对取食豚草的广聚萤叶甲体内生理代谢物质和生长发育的影响。研究结果为后续进行豚草和广聚萤叶甲的代谢关系以及营养关系的研究提供了初步的理论和数据支持。主要结果如下:1高浓度CO2和热浪处理对豚草代谢组的影响进行高浓度CO2和热浪处理后,两组豚草叶片的代谢组共有163种代谢物出现了明显差异,其中88种物质含量显著上调,75种代谢物质显著下调。含量显著上调的前十种物质的种类包括;色胺及其衍生物、糖类、奎宁酸及其衍生物、黄酮、异黄酮、有机酸及其衍生物、氨基酸衍生物。差异代谢产物的KEGG通路富集显示,富集显著的通路为萜类和类固醇的生物合成代谢途径、异黄酮的生物合成代谢途径、芳香族化合物的降解代谢途径、酪氨酸代谢途径、类固醇激素生物合成代谢途径、类固醇降解代谢途径、血清素受体激动剂代谢途径、多环芳烃降解代谢途径等20个代谢通路。2取食高浓度CO2和热浪处理后的豚草对广聚萤叶甲发育与繁殖的影响无论是否对豚草进行热浪处理,取食高浓度CO2处理的豚草后,广聚萤叶甲的一龄幼虫、幼虫期、蛹期以及整个未成熟虫态的发育历期显著延长,蛹期存活率显著降低,成虫寿命显著缩短且产卵量降低。种群生命表参数显示,取食高浓度CO2处理的豚草后,广聚萤叶甲种群的内禀增长率和净繁殖率显著降低,世代历期显著延长,但是种群的周限增长率没有受到太大的影响。豚草在进行高浓度的CO2处理后,对取食的广聚萤叶甲生长发育以及种群繁衍产生了不利的影响,且热浪处理促进了高浓度CO2引起的这种不利影响。3取食高浓度CO2和热浪处理后的豚草对广聚萤叶甲体内酶活性的影响在取食高浓度CO2条件下种植的豚草后,广聚萤叶甲体内过氧化物酶、超氧化物歧化酶、乙酰胆碱酯酶、羧酸酯酶、胰蛋白酶、脂肪酶活性均显著升高,而胃蛋白酶活性显著降低,试验结果表明热浪能够促进这种效应。雌雄虫之间的对比显示,雌虫体内的酶活性均高于雄虫,高浓度CO2和热浪对这种活性关系没有明显的影响。4取食八种差异代谢物对广聚萤叶甲的影响通过使用差异代谢物的标准品对广聚萤叶甲进行饲喂生测试验,其中取食4个不同浓度梯度的4-O-咖啡酰奎宁酸和肉桂酰五羟色胺后,广聚萤叶甲的幼虫期和未成熟期的死亡率相较于对照组显著上升。对广聚萤叶甲的产卵量、雌性性比、成虫寿命和成虫体重未出现影响。其余六种物质对广聚萤叶甲未产生明显的影响。综上所述,取食高浓度CO2和热浪处理的豚草,可影响广聚萤叶甲的生长发育、繁殖能力和体内生理代谢相关酶活性,引起这种变化的原因可能是高浓度CO2和热浪处理提高了豚草体内对广聚萤叶甲生长发育不利的次生代谢产物的含量。上述研究结果为后续更好的利用广聚萤叶甲对豚草的防治的工作提供新的理论基础。
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