在农药和化肥过量使用、城市污水等大量排放以及金属矿业飞速发展等人类活动的强烈影响下,重金属污染已经成为最严重的全球环境问题之一,威胁着生态系统的平衡与发展。前人已经进行了大量有关短期重金属胁迫的研究,证明重金属对生物生长发育繁殖有显著影响,但重金属长期胁迫影响和机理如何,尚不清楚。麦长管蚜(Sitobion avenae)是重要的农业害虫,其典型的R对策特征,使其能快速适应环境而进化,成为应对环境变化的很好的实验材料,因此,研究重金属长期胁迫下蚜虫防御机制以及适应机理不仅具有重要的理论意义而且在防治农业害虫方面具有重要的应用价值。本研究在实验室条件下,模拟麦长管蚜种群在重金属胁迫条件下,研究短期Cd和Zn处理后麦长管蚜生长发育和种群的变化、长期胁迫下麦长管蚜体内抗氧化酶体系、羧酸酯酶(CarE)和乙酰胆碱酯酶(AchE)的活性和基因表达规律,从而探索麦长管蚜在长期Cd和Zn胁迫下的防御机制。主要研究结论如下：1、小麦对土壤中重金属的吸收呈Holling Ⅱ型规律,即吸收量随土壤中Cd和Zn含量的增加而增加,当达到一定剂量时,植物的吸收量趋于稳定。根据Holling Ⅱ得出,其最大吸收量分别为97.087mg/kg和1000mg/kg。由此可知,在一定的含量范围之内,寄主植物会积累土壤中的重金属。2、Cd短期胁迫对麦长管蚜种群参数有显著影响：净增殖率(R0)、内禀增长率(r)和周限增长率(λ)有所下降,并且在20mg/kg的处理下最低。表明Cd短期胁迫抑制麦长管蚜的生存和繁殖；20mg/kg的浓度处理为敏感阂值。3、Cd长期胁迫对麦长管蚜体内超氧化物歧化酶(SOD)活性、基因相对转录水平有显著影响,随着世代的增加呈现先上升后下降的趋势；连续处理5代时,酶活性和基因表达水平受到抑制,Cd浓度高于40mg/kg时,抑制作用更明显；第10代的时候均高于对照,但是在10代之后,不仅酶活性受到抑制,基因的转录也从上调模式转变为下调模式。表明：40mg/kg的Cd是影响酶活性和基因表达的阈值剂量；重金属胁迫影响的关键世代是第10代。4、Cd长期胁迫对麦长管蚜体内解毒酶——羧酸酯酶CarE活性和基因的相对转录水平有显著的影响,随世代增加表现出先升高后降低的趋势。CarE基因表达在10代时出现上调模式；处理至20代的时候,高浓度Cd胁迫下,CarE活性与对照已无显著差异。表明：重金属Cd提高了CarE活性和基因表达水平；低剂量Cd胁迫下,CarE发挥了很重要的解毒作用。5、Zn长期胁迫对麦长管蚜体内SOD活性和基因相对转录水平有显著影响：随着世代增加,Zn对酶活性的影响逐渐下降,到30代时已经与对照无显著差异；而SOD基因相对转录水平在较低世代时呈现上调的表达模式,其中第5代,高浓度的Zn增加基因表达水平会更显著。但是15代之后,麦长管蚜对1600mg/kg的Zn的敏感性下降,在25和30代时已经与对照无显著差异。6、Zn长期胁迫条件下,麦长管蚜体内CarE活性受Zn浓度和处理世代显著影响：低世代酶活性有所升高,但随着世代增加,活性逐渐下降；高于15代之后,高浓度的Zn则抑制CarE的活性。CarE基因表达模式与对照相比呈现出上调模式,但到高世代,上调现象并不显著。表明,CarE可以作为麦长管蚜对重金属产生调控及适应的生物指标,在选择压力长期存在的情况下,会有自身特定的基因表达模式。7、重金属Cd长期胁迫下,麦长管蚜体内POD和CAT活性受到了显著地影响：Cd在所有世代中均抑制了POD活性；连续处理低世代抑制了CAT酶的活性,随着世代的增加,表现出先升高后降低的趋势,虽然在15代时其活性有所升高,但到20代时仍然受到抑制。重金属Zn长期胁迫下,15代之前的麦长管蚜体内POD和CAT活性均显著增加,高浓度的Zn诱导作用更明显,但随着世代增加均有递减的趋势,在30代时,Zn对POD的活性已无显著影响,CAT的活性甚至低于对照。因此,短期Cd和Zn处理之后,麦长管蚜会通过提高抗氧化酶的活性来防御重金属的危害,但长期高剂量胁迫,其解毒作用会受到限制。8、Cd和Zn长期胁迫下,麦长管蚜体内AchE基因表达水平随Cd和Zn处理时间和浓度的增加有先上升后下降的趋势。Cd和Zn连续处理低世代均抑制了AchE表达;而Cd处理10代之后,基因表达出现上调模式,但是达到20代连续处理时,表现为下调模式；40mg/kg是Cd胁迫下转变表达模式的关键浓度,与SOD和CarE的关键浓度一致；而Zn胁迫15代是关键世代,高于15代后,基因表达出现显著的下调模式。表明：乙酰胆碱酯酶的防御作用在10-15代时发挥了最有效的作用,但是随着世代的增加,其水解作用受到了限制。综上所述：土壤重金属Cd和Zn通过小麦显著影响麦长管蚜的生长发育和种群数量；诱导麦长管蚜体内抗氧化酶、羧酸酯酶、乙酰胆碱酯酶的表达活性,补偿重金属造成的损害。长期重金属胁迫导致蚜虫体内毒性剂量不断的增加,限制了体内抗氧化酶、羧酸酯酶、乙酰胆碱酯酶的防御作用,表明,长期胁迫使蚜虫自身产生了新的适应机制以应对自然选择和维持正常的代谢。