摘要: 麦红吸浆虫Sitodiplosismosellana是世界小麦生产中间隙性猖獗成灾的毁灭性害虫，以幼虫潜伏在颖壳内吸食正在发育的小麦籽粒，造成籽粒干瘪或发霉，给小麦生产造成巨大损失。近年来，麦红吸浆虫在我国许多地区仍然严重发生。多年来的研究表明，麦红吸... 展开 麦红吸浆虫Sitodiplosismosellana是世界小麦生产中间隙性猖獗成灾的毁灭性害虫，以幼虫潜伏在颖壳内吸食正在发育的小麦籽粒，造成籽粒干瘪或发霉，给小麦生产造成巨大损失。近年来，麦红吸浆虫在我国许多地区仍然严重发生。多年来的研究表明，麦红吸浆虫特有的滞育及滞育多态性是引起其间歇性暴发的关键因素之一，但关于其滞育的物质和能量代谢机制仍知之甚少。鉴于此，本文在前人研究的基础上，采用代谢组学、实时荧光定量PCR和Western-blot等技术和方法，从生理生化和分子水平等角度对滞育机理进行了研究。研究结果为阐明其滞育机理，弄清其成灾规律和制定有效的综合治理策略具有重要意义。主要结果如下： 1.麦红吸浆虫滞育前、滞育和滞育后幼虫比较代谢组分析 采用气相色谱-飞行时间-质谱（GC-TOF/MS）结合主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）等多元统计分析技术，对麦红吸浆虫滞育前（麦穗幼虫）、在土壤中滞育（8月）、滞育后静息（12月）和发育（3月）4个典型生理阶段幼虫的代谢谱进行了分析。结果共检测到94种代谢物，以OPLS-DA模型变量权重（VIP＞1）、t检验P值（＜0.05）及差异倍数（≥2.0或≤0.5）为依据，在各比较组鉴定到54种差异代谢物（DMs），其中大部分氨基酸、碳水化合物、4个TCA中间代谢物（柠檬酸、延胡索酸、苹果酸、α-酮戊二酸）和2个饱和脂肪酸（硬脂酸和棕榈酸）在滞育和低温静息阶段含量显著低于滞育前和发育幼虫，而脯氨酸、丙氨酸、2个不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸）、海藻糖、海藻糖-6-磷酸、甘露醇和甘油等在滞育和静息阶段含量显著较高；海藻糖、脯氨酸和甘油含量在冬季显著最高；β-丙氨酸和谷氨酸在滞育期显著降低，但在冬季明显升高。DMs代谢通路富集分析表明，氨基酸代谢、TCA循环、淀粉和蔗糖代谢、不饱和脂肪酸合成等通路显著富集。据此推测，该虫滞育期代谢降低、能量储存和抗逆性增强与TCA循环关闭，海藻糖、脯氨酸、甘油和不饱和脂肪酸等的大量合成密切相关。 2.麦红吸浆虫滞育进程中海藻糖代谢的生化和分子机制 为探讨海藻糖在滞育中的累积的机理，对滞育前（5月），进入滞育后不同阶段（6-11月）、滞育后静息（12月-翌年2月）和发育幼虫（3月）体内海藻糖和葡萄糖含量，海藻糖代谢通路关键酶—海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）、海藻糖-6-磷酸酯酶（TPP）和海藻糖酶（Treh）的活性，及3个酶编码基因（TPS、TPPB/C和Treh1-1/2）结构和mRNA表达水平进行了分析。结果表明，幼虫入土进入滞育后，海藻糖含量及其合成酶TPS和TPP活性显著升高，并在冬季升至最高；幼虫恢复发育后，海藻糖含量和2个酶的活性显著下降。与之完全相反，海藻糖降解酶Treh的活性进入滞育后显著降低，冬季降至最低，发育恢复后显著升高；该结果其产物葡萄糖含量的变化趋势总体一致。克隆获得了全长分别为2472、891、903、1731和1698bp的麦红吸浆虫TPS、TPPB、TPPC、Treh1-1和Treh1-2基因（登录号分别为MW489487、MW489488、MW489489、MW489490和MW489491），其编码蛋白均含有其他昆虫对应蛋白保守的功能域、基序和底物结合位点；TPS、TPPB/C和Treh1-2在滞育进程中表达水平变化与对应酶活性高度一致（Treh1-1在冬季除外）。以上结果表明，合成途径（酶活性和基因表达）激活与降解途径（Treh活性和Treh1-2表达）抑制的协同作用是滞育期海藻糖累积的主要原因，含量的增加不仅为滞育后发育提供能量储备，且在耐寒性中发挥作用。 3.麦红吸浆虫滞育进程中ATP含量及相关基因和酶活研究 高能化合物ATP含量、ATP合酶合成和水解活性变化与麦红吸浆虫滞育发育进程密切相关，滞育前较高，进入滞育后显著降低，整个滞育期较低，12月后升高，随后的低温静息期维持相对平稳水平，发育恢复后再次升高。ATP合酶α亚基（ATP5A）mRNA表达水平和Western-blot蛋白检测结果与ATP含量和酶活性变化高度一致，说明ATP5A和ATP合酶在滞育进程中ATP含量变化和能量代谢中发挥重要作用。 4.麦红吸浆虫COX1和COX2基因的克隆及其在滞育进程中的表达和酶活变化 麦红吸浆虫线粒体细胞色素C氧化酶（COX）活性变化与滞育发育阶段高度相关，滞育前和滞育后发育幼虫中显著最高，其次为低温静息阶段，滞育期显著最低。其COX催化核心亚基COX1和COX2基因编码蛋白具有昆虫相应蛋白典型的结构功能域，mRNA表达水平在滞育进程中变化趋势与COX活性基本一致。 综上所述，麦红吸浆虫滞育进程中物质和能量代谢发生了明显变化，滞育期TCA循环的关闭，ATP和COX活性及相关基因表达水平的降低为滞育后发育保存了能量，冬季酶活性和基因水平的提高为抗寒物质如海藻糖的大量合成提供了保障，研究结果加深了麦红吸浆虫的滞育和耐寒性机制的理解，为进一步研究相关基因的功能奠定了基础。 收起