重金属对麦长管蚜生态遗传学参数，保护酶活性，蛋白质含量及遗传进化的影响

论文摘要

重金属污染对昆虫种群的遗传进化施加着强大的选择压。分析重金属胁迫条件对麦长管蚜的影响,为研究重金属产生毒性效应的分子机理及麦长管蚜的解毒抗性机制提供依据;为蚜虫生态遗传与进化及害虫综合治理提供理论依据。本研究用不同浓度重金属浇灌小麦幼苗,在其叶片上饲养麦长管蚜及其后代,研究Zn2+、Cu2+和Pb2+对麦长管蚜及其后代生态遗传学参数、抗氧化酶活力、蛋白质含量以及DNA遗传变异的影响,结果显示:1.重金属离子对麦长管蚜及其后代生态遗传学参数影响显著。不同浓度Zn2+处理对蚜虫及后代平均世代周期T有显著影响,规律是低浓度下T延长,高浓度下T缩短,且第三代明显短于亲代;各代麦长管蚜的净增殖率R0、内秉增长力Rm和周限增长率λ均随Zn2+浓度的增加而降低,且均显著低于对照;各参数在不同处理间差异显著,但在不同世代间差异不显著。Cu2+处理后,世代间T差异显著,F3较对照显著延长;各处理后代的R0、Rm和λ和对照相比均显著降低,F3代Rm和λ在所有处理中最低。Pb2+处理后,世代间麦长管蚜T、R0和λ差异显著;R0和λ显著低于对照,且不同浓度对R0的影响差异显著;Rm均低于对照。Cu2+和Pb2+处理后,T值F1<F3,R0、Rm和λ值F1> F3,且两代之间的差异极显著。2.重金属离子Zn2+对麦长管蚜及其后代抗氧化酶活力有显著影响。Zn2+抑制各代蚜虫CAT活性,且抑制程度与Zn2+浓度显著正相关;10.0mmol/L Zn2+处理后CAT活性显著低于对照和2.5和5.0mmol/L Zn2+处理;POD活性在处理各代蚜虫间存在显著差异,F3>F2>F1;不同浓度Zn2+处理后,SOD活性表现为低浓度处理酶活升高,高浓度处理酶活降低;除2.5mmol/L处理的F1稍低于对照外,其他处理的F1、F2、F3代麦长管蚜的CarE活性均高于对照,F1、F2代麦长管蚜的CarE活性与Zn2+浓度显著正相关。3.重金属离子Cu2+对麦长管蚜及其后代抗氧化酶活力有显著影响。除0.05mmol/L处理的F3外,其他各处理对蚜虫CAT活性均有抑制作用,且抑制程度与浓度明显正相关。不同浓度Cu2+对POD活性影响差异显著,且F3>F2>F1;不同浓度对蚜虫SOD活性的影响存在显著差异,低浓度处理的SOD活性较对照显著升高;高浓度处理酶活显著低于对照;CarE活性显著高于对照,且不同浓度、不同世代间均存在显著差异。4.重金属离子Pb2+对麦长管蚜及其后代抗氧化酶活力有显著影响。Pb2+处理后麦长管蚜CAT和POD活性显著低于对照,且各浓度处理后F1<F3;SOD活性较对照显著降低,且浓度越高, SOD活性越低;不同浓度Pb2+对麦长管蚜SOD活性的影响存在显著差异;CarE活性显著高于对照,在不同世代之间差异显著,F3>F2>F1。5.重金属离子处理后,麦长管蚜及其后代的蛋白质含量明显升高; Zn2+和Cu2+处理后,不同浓度间蛋白质含量差异显著,但Pb2+处理差异不显著。Zn2+处理后,各世代间蛋白质含量差异显著F3>F2>F1;高浓度10.0 mmol/L处理后蛋白质含量明显高于对照和低浓度处理。Cu2+处理后,极端浓度0.05和0.10mmol/LCu2+处理后蛋白质含量显著高于中浓度0.20和0.40mmol/LCu2+处理。6.重金属Zn2+对麦长管蚜CarE基因的影响显著。Zn2+处理后,麦长管蚜CarE基因片段（450—500bp）亮度明显强于对照,表明CarE基因大量表达。反转录产物出现1条长度为250bp左右的明显特异带,很可能是重金属Zn2+胁迫诱导而产生的新基因。综上所述,重金属对麦长管蚜的显著影响表现在世代历期、繁殖能力、保护酶活性、蛋白质代谢和昆虫保护酶系的基因变异等各个方面。麦长管蚜受影响的程度与重金属浓度相关,且高浓度对麦长管蚜的影响显著强于低浓度。第一代和第三代蚜虫在多个参数之间差异显著。同时,麦长管蚜重金属毒害后,体内保护酶体系和蛋白质代谢系统对生物体的正常发育和生理功能起到了一定保护作用,表现出对重金属毒害的缓慢适应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 麦长管蚜的生物学和生态学特性
• 1.2 环境胁迫和重金属污染
• 1.3 重金属对昆虫种群生长发育影响的研究
• 1.4 重金属对蚜虫体内酶系统的影响
• 1.4.1 酶系统在昆虫生长发育中的作用及其特点
• 1.4.2 国内外关于重金属对昆虫酶系统影响的相关研究
• 1.5 重金属对昆虫体内蛋白质代谢的影响
• 1.5.1 金属结合蛋白
• 1.5.2 热休克蛋白
• 1.5.3 国内外关于重金属影响昆虫蛋白质代谢的研究
• 1.6 重金属对昆虫遗传进化的影响
• 1.7 重金属对生物体的致毒机理研究
• 1.8 目前重金属与昆虫相互关系研究中存在的问题
• 1.8.1 研究方法上的不足
• 1.8.2 研究内容上的不足
• 1.9 研究目的和意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 实验设备与耗材
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 麦长管蚜饲养与处理
• 2.2.2 生物学观察
• 2.2.3 酶液提取
• 2.2.4 酶活性测定
• 2.2.5 蛋白质的提取
• 2.2.6 蛋白质含量的测定
• 2.2.7 麦长管蚜总RNA 的提取
• 2.2.8 反转录及麦长管蚜羧酸酯酶基因条带观察
• 2.3 数据分析
• 第三章 结果与分析
• 3.1 重金属对麦长管蚜生态遗传学参数的影响
• 2+对麦长管蚜生态遗传学参数的影响'>3.1.1 Zn²⁺对麦长管蚜生态遗传学参数的影响
• 2+对麦长管蚜生态遗传学参数的影响'>3.1.2 Cu²⁺对麦长管蚜生态遗传学参数的影响
• 2+对麦长管蚜生态遗传学参数的影响'>3.1.3 Pb²⁺对麦长管蚜生态遗传学参数的影响
• 3.2 重金属对麦长管蚜抗氧化酶活性的影响
• 3.2.1 麦长管蚜CarE 活性测定的α-NA 标准曲线
• 2+对麦长管蚜抗氧化酶活性的影响'>3.2.2 Zn²⁺对麦长管蚜抗氧化酶活性的影响
• 2+对麦长管蚜抗氧化酶活性的影响'>3.2.3 Cu²⁺对麦长管蚜抗氧化酶活性的影响
• 2+对麦长管蚜抗氧化酶活性的影响'>3.2.4 Pb²⁺对麦长管蚜抗氧化酶活性的影响
• 3.3 重金属对麦长管蚜体内蛋白质含量的影响
• 3.3.1 牛血清蛋白标准曲线
• 2+对麦长管蚜体内蛋白质含量的影响'>3.3.2 Zn²⁺对麦长管蚜体内蛋白质含量的影响
• 2+对麦长管蚜体内蛋白质含量的影响'>3.3.3 Cu²⁺对麦长管蚜体内蛋白质含量的影响
• 2+对麦长管蚜体内蛋白质含量的影响'>3.3.4 Pb²⁺对麦长管蚜体内蛋白质含量的影响
• 3.4 重金属对麦长管蚜遗传进化的影响
• 3.4.1 麦长管蚜总RNA
• 3.4.2 麦长管蚜的羧酸酯酶反转录特异条带
• 第四章 结论与讨论
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 4.2.1 重金属对昆虫生长发育的影响
• 4.2.2 昆虫对重金属胁迫的应对机制
• 4.2.3 重金属致毒能力和机理
• 4.2.4 重金属离子对蚜虫遗传进化的影响
• 4.2.5 未来研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介