高压静电场长期胁迫对麦长管蚜取食行为及生理生化影响的研究

发布时间：2020-05-09 02:46

【摘要】：地球是一个负电球体,地球上的生物长期生存在这个静电场中,体内均分布着一定的电荷物质,并与其生长发育息息相关。然而近年来高压直流输电线等一系列大型电力工程的建设不断增加,导致自然界电场环境发生变化,且这类高压电设施一般都建立在农田等空旷地,因此其产生的高压静电效应对于动植物具有什么样的影响引起研究人员的重视。目前农业领域的研究表明高压静电对生物具有不同的正负生物学效应,但由于动植物具有复杂的生理代谢机制,因此其具体的作用机理尚不清楚,且前人对于高压静电的研究多集中在医学和植物种子萌发等方面,在昆虫方面以及胁迫下昆虫与植物互作方面的影响研究较少,更缺乏长期环境胁迫下昆虫遗传变异及应对胁迫规律。麦长管蚜作为小麦作物上的重要害虫,具有个体较小、世代周期短、繁殖力强等特点,因此这类昆虫对于环境变化反应更为灵敏,是研究生态胁迫的理想实验材料。由此可见,该研究不仅具有重要的理论意义,而且具有重要的实践价值。基于上述科学问题,在本团队前人研究的基础上,模拟自然环境高压静电对动植物同时造成辐射的现象,按照前人对高压静电处理剂量的研究结果,对小麦种子和出生12小时内的麦长管蚜一龄若虫均分别在4 KV/cm强度的高压静电下处理20 min,在5 KV/cm强度下处理40 min,不经高压静电处理的为对照组(0 KV/cm),所有处理组合(4KV/cm-20 min、5KV/cm-40 min)都经过40代处理。采用刺探电位图谱技术(EPG)对其中第5代、第10代、第15代、第20代、第27代、第33代和第39代蚜虫的取食行为进行了监测,并测定了同世代蚜虫的相对日均体重增长率(MRGR),来探究麦长管蚜和寄主小麦经高压静电辐射后对其取食刺探行为和生长的影响;另外由于前期研究表明高压静电胁迫下会影响麦长管蚜的抗氧化酶活性的变化,为了从分子水平上进一步探究长期高压静电环境下麦长管蚜抗氧化酶(CuZnSOD、MnSOD、CAT、POD)基因的应对胁迫环境时变化规律,本研究通过RT-PCR扩增得到CuZnSOD、MnSOD基因中间片段,并用qRT-PCR的方法对连续处理第4代、第11代、第21代、第31代、第40代的麦长管蚜进行抗氧化酶基因表达量的测定。通过上述研究以期为生物生态遗传与进化提供理论基础,为蚜虫的生态调节提供理论依据。研究结果表明:1.随麦长管蚜世代的延长,高压静电对其体重的增长呈先促进后抑制的变化趋势。高压静电处理对麦长管蚜体重增长的促进主要表现在高压静电处理组在第10-33代之间麦长管蚜体重差及相对日均体重增长率与对照组相比均有所增高,且在第15代、第20代和第33代差异显著。而当持续处理至39代时,麦长管蚜的体重增长则严重受到抑制,尤其在4 KV/cm-20 min处理强度下最为显著,说明高压静电辐射在一定世代内(如第10-33代)有助于麦长管蚜生长,但超出一定期限(第33代后)将不利于麦长管蚜的生长。2.通过对受高压静电处理后麦长管蚜多世代取食行为参数的分析,结果发现,高压静电处理至第10-15代时,麦长管蚜的非刺探时间缩短,而随着世代的延长,两处理强度下非刺探时间均增加,同样证明了短期静电处理对麦长管蚜的取食行为发生有促进作用,而随高压静电处理时间的延长促进作用逐渐消失,这与麦长管蚜体重随世代的变化规律相一致。此外,对麦长管蚜韧皮部取食行为同样表明,随高压静电处理世代的延长,麦长管蚜在韧皮部刺探数目整体呈先增加后降低的趋势,尤其在4 KV/cm-20min处理强度下表现更显著。3.经短期高压静电胁迫后(表现在第四代),抗氧化酶基因均呈现上调模式,随着胁迫时间的延长,四代以后四种抗氧化酶基因的表达开始下调。当持续高压静电处理至第40代时两种SOD基因表达量均明显升高;相同世代下,POD基因的表达水平在处理组也显著上调,进一步说明了两种抗氧化酶的相互协调作用,同时POD基因表达升高也进一步弥补了由于CAT基因表达受抑制对H_20_2的清除能力。4.综上,对两种不同处理组合比较结果表明,4 KV/cm-20 min强度下的高压静电处理对麦长管蚜刺探数目影响较大,效应更显著。而5 KV/cm-40 min处理强度下麦长管蚜抗氧化酶基因表达受高压静电和世代变化更显著,对超氧自由基的清除能力更强,也正是由于其对胁迫更迅速的反应能力,使得高强度下对麦长管蚜表观生长发育和行为状况影响较小。
【图文】：

高压直流输电线路电环境（Schmiedchenetal.2018）

高压静电场长期胁迫对麦长管蚜取食行为及生理生化影响的研究

麦长管蚜四种抗氧化酶基因PCR扩增的电泳图
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S435.122.2

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