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东北林业大学JAFC速递:美国白蛾丝网构建的物理庇护所:应对高温和农药胁迫的重要策略

  • 2026-10-14 07:06:47
东北林业大学JAFC速递:美国白蛾丝网构建的物理庇护所:应对高温和农药胁迫的重要策略

题目:The Physical Shelter Constructed by the Silk Web of Hyphantria cunea: An Important Strategy to Cope with High-Temperature and Pesticide Stress

期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry

影响因子及中科院分区:6.2/一区TOP

发表日期:2025年11月10日

DOI:10.1021/acs.jafc.5c08694

第一作者:姜虹

通讯作者:严善春、姜礅

主要通讯单位:东北林业大学、黑龙江省农垦科学院

Abstract
摘要

丝网是保护社会性昆虫免受外界胁迫的物理屏障 。本研究证明,丝网提供的物理屏障有效地降低了高效氯氰菊酯(β-cypermethrin)防治美国白蛾(Hyphantria cunea)幼虫的药效 。去除丝网增加了幼虫对高效氯氰菊酯的接触暴露 。由于缺乏丝网保护,幼虫在高效氯氰菊酯胁迫下的生理紊乱加剧,这是导致幼虫死亡率增加的主要因素。此外,丝网在高温环境中充当关键的热缓冲器,显著缓解了幼虫的热应激。去除丝网后,美国白蛾幼虫对高温胁迫的抗氧化防御能力减弱,导致活性氧积累和细胞凋亡加剧 。这些发现为理解暂时性社会性昆虫的生态适应策略提供了新的视角。

Research contents
主要研究内容

(一)丝网对高效氯氰菊酯和高温胁迫的拦截

1. 氯氰菊酯

药效拦截: 实验发现,在接触高效氯氰菊酯 6、12 和 24 小时后,去除丝网组 (RSW) 的幼虫死亡率显著高于保留丝网组 (SW),死亡率增加了约 8.17% 至 18.5% 。

拦截率: 通过滤纸称重法测定,丝网对高效氯氰菊酯悬浮液的平均拦截率为 32.62%。这证实了丝网减少了幼虫与农药的接触面积和剂量 。

2. 高温胁迫

隔热效果: 丝网内部温度始终低于外部环境温度。例如在 42°C 胁迫下,丝网内部温度为 40°C 至 41.2°C,起到了热绝缘作用 。

死亡率差异: 在 38°C (5h) 和 42°C (3h, 5h) 胁迫下,去除丝网组幼虫死亡率显著高于保留丝网组。

长期影响: 经历 42°C 高温后恢复饲养 7 天,去除丝网组的幼虫死亡率依然显著更高,说明高温造成了不可逆的损伤。

图1. 去除丝网后经高效氯氰菊酯处理 (A) 和高温处理 (C) 下美国白蛾的死亡率,以及丝网拦截效率的评价 (B)。经历 42 °C 高温胁迫后的存活幼虫在 25 °C 下饲养 7 天后的死亡率 (D)。*, P < 0.05; **, P < 0.01; ns, 差异不显著。

(二)农药胁迫下的生理生化响应

长期影响: 去除丝网后,幼虫体内的 H2O2 和 MDA(丙二醛)含量显著升高,表明幼虫遭受了更严重的氧化应激。

细胞凋亡: 去除丝网组中,多个凋亡相关基因(如 Caspase-1, Caspase3-1, BCL11A)显著上调,说明农药暴露加速了细胞凋亡程序的启动。

抗氧化与解毒酶:短期激增,长期衰竭: 去除丝网组的抗氧化酶(SOD, CAT, POD)和解毒酶(CarE, GST)活性呈现“先升后降”的趋势。在胁迫初期(6h)显著升高以应对高剂量农药,但随着时间延长(24h),系统崩溃,活性显著低于对照组。

图2.去除丝网后的美国白蛾幼虫氧化损伤和凋亡相关基因表达水平,随后进行高效氯氰菊酯处理。(A) H2O2, (B) MDA; Caspase-1 (C), Caspase3-1 (D), Caspase3-2 (E), Caspase4-1 (F), Caspase4-2 (G), Caspase-6 (H), AIFM3 (I), 和 BCL11A (J)。 *, P < 0.05; **, P < 0.01, P < 0.001; ns, 差异不显著。

图3. 去除丝网并经高效氯氰菊酯处理后美国白蛾幼虫体内抗氧化防御酶 (A) SOD、(B) CAT、(C) POD、(D) T-AOC 的活性,以及抗氧化酶基因 CAT1 (E)、CAT2 (F)、SOD1 (G)、SOD2 (H)、POD1 (I) 和 POD2 (J) 的表达量。*, P < 0.05; **, P < 0.01, P < 0.001; ns, 差异不显著。

图4. 去除丝网后,美国白蛾幼虫体内解毒代谢酶活性及相关基因表达情况,随后用高效氯氰菊酯处理。(G) CarE;(H) GST;(A) Car E1;(B) Car E2;(C) CarE3;(D) GST1;(E) GST2;(F) Gst3。*, P < 0.05; **, P < 0.01, P < 0.001; ns, 差异不显著。

(三)高温胁迫下的生理生化响应

氧化与凋亡: 与农药胁迫类似,去除丝网导致高温下的氧化损伤加剧,且凋亡基因(Caspase 系列)在高温 5 小时后显著上调。

热激蛋白: 去除丝网组的幼虫体内,热激蛋白基因(如 Hsp70, Hsp90, Hsp68)的表达量显著高于保留丝网组 。这反向证明了去除丝网组遭受了更强烈的热刺激,需要合成更多 HSPs 来维持生存,而保留丝网组因为有物理隔热,受到的胁迫较小。

图5.  去除丝网并经高温处理后美国白蛾幼虫的氧化损伤和细胞凋亡相关基因表达水平。H2O2 (A), MDA (B); Caspase-1 (C), Caspase3-1 (D), Caspase3-2 (E), Caspase4-1 (F), Caspase4-2 (G), 和 Caspase-6 (H)。*, P < 0.05; **, P < 0.01, P < 0.001; ns, 差异不显著。

图6.  去除丝网后高温处理对美国白蛾幼虫抗氧化防御酶( A ) SOD、( B ) CAT、( C ) POD、( D ) T - AOC活性及抗氧化酶基因( E-J )表达量的影响。*, P < 0.05; **, P < 0.01, P < 0.001; ns, 差异不显著。

图7. 去除丝网并经高温处理后美国白蛾幼虫体内热激蛋白基因 HspA4 (A)、Hsp29 (B)、Hsp60 (C)、Hsp68 (D)、Hsp70 (E)、Hsp83 (F) 和 Hsp90 (G) 的表达量。*, P < 0.05; **, P < 0.01, P < 0.001; ns, 差异不显著。

Conlusion
结论

美国白蛾的丝网具有双重防御功能:一是物理拦截约 32% 的农药悬浮液,二是作为热缓冲层降低微环境温度 。去除丝网会导致幼虫直接暴露于更强的胁迫下,引发剧烈的氧化应激和细胞凋亡,并导致抗氧化及解毒代谢系统的过早崩溃(短期升高,长期丧失)。丝网是美国白蛾暴发和耐受逆境的关键,未来的防控策略应包括:RNAi 技术: 开发靶向丝蛋白基因的 RNAi 生物农药,从源头破坏网幕构建。助剂改进: 使用表面活性剂降低界面张力,帮助农药穿透丝网。

编者注:本文由“森度昆虫”整理编译,旨在传播昆虫学前沿知识,仅供学习交流。版权属于原作者,文中观点不代表本平台立场。由于学识有限,编译难免有误,恳请各位专家学者指正。如涉及版权问题,请联系后台处理。

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