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家蚕(Bombyx mori)作为重要的经济昆虫,在我国约有8500年驯养历史。长期的室内饲养降低了家蚕对不良环境的抵抗力。家蚕属变温动物,对环境温度改变极为敏感,养蚕过程中易受到高温天气的影响,降低家蚕的生命力与茧丝产量,影响蚕丝产业的经济效益。在我国“东桑西移”的政策背景下,蚕桑产业逐渐向西部及西南部蚕区转移,但西南地区属于亚热带气候,温度偏高,夏秋季温度常常高于30℃甚至40℃,严重影响蚕丝业生产,目前仍缺乏应对高温胁迫的有效措施。纳米二氧化钛(Titanium dioxide nanoparticles,TiO2 NPs)作为一种性能优异的纳米材料,粒径1nm～100 nm,因其具有尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应,作为涂料、颜料、化妆品等化学添加剂广泛应用于轻工业、环境治理及抗菌消毒、医学与农业等领域。研究表明,低剂量TiO2 NPs可促进家蚕幼虫生长发育,提高丝蛋白基因表达,提高家蚕脂肪体抗氧化能力并缓解农药辛硫磷中毒引起的氧化应激损伤。为探究TiO2NPs处理是否能够缓解家蚕高温胁迫造成的损伤,本研究以家蚕品种“菁松×皓月”为实验材料,研究添食TiO2NPs对高温胁迫下家蚕生命力及茧质的影响。1.TiO2 NPs处理对高温胁迫下家蚕幼虫生命力的影响本研究以家蚕5龄幼虫为材料,探究TiO2 NPs处理对不同高温胁迫下家蚕幼虫生命力的影响。结果表明,36℃高温胁迫降低家蚕幼虫体重和生命力,36℃+TiO2NPs处理不能显著缓解高温对家蚕体重和生命力的影响(P>0.05)。30℃高温胁迫下,家蚕幼虫体重和生命力显著下降(P<0.05);30℃+TiO2NPs处理后家蚕幼虫体重和生命率显著提高(P<0.05)。表明,TiO2NPs处理可以有效缓解30℃高温对家蚕的影响,对36℃高温的缓解效果不明显。为了研究30℃高温胁迫下家蚕生命力提高的原因,本研究检测了脂肪体中氧化水平。结果表明,30℃+TiO2NPs处理后,ROS(Reactive oxygen species)及过氧化氢(H2O2)水平显著下降(P<0.05)。抗氧化通路BmCncC/Keap1被激活,关键基因(BmCncC和Keap1)的转录水平表达量显著上调(P<0.05),下游过氧化氢酶基因(Catalase,CAT)及超氧化物歧化酶基因(Superoxide dismutase,SOD)转录水平显著升高。热激蛋白Hsp 70及Hsp90表达量显著上调(P<0.05)。结果表明30℃高温胁迫下,TiO2NPs处理降低脂肪体过氧化水平,促进抗氧化酶及热激蛋白基因的表达,缓解高温对家蚕的氧化损伤,是提高家蚕幼虫生命力的原因。2.TiO2 NPs处理对高温胁迫下家蚕茧质的影响研究表明,30℃高温胁迫下,家蚕茧层量和茧层率显著下降(P<0.05),出现不规则蚕茧,表明高温胁迫对家蚕结茧能力产生影响。后部丝腺中氧化水平显著升高,ROS、H202及 MDA(Malondialdehyde)水平显著上调 1.56、1.76和 2.13 倍(P<0.05)。Ti02 NPs处理后,家蚕茧层率显著提高(P<0.05),后部丝腺中氧化水平下降,丝素基因Fib-H及P25转录表达量显著上升(P<0.05),丝蛋白合成调控因子Bmsage和Bmdimm表达量显著上调(P<0.05)。Ti02 NPs处理后,丝腺中热激蛋白基因Hsp70、Hsp90和sHsp21.1转录表达显著上调(P<0.05)。结果表明,Ti02NPs处理可以降低家蚕后部丝腺氧化水平,促进丝蛋白相关基因的转录,缓解30℃高温胁迫对家蚕茧质的影响。3.TiO2 NPs促进高温胁迫下家蚕BmGrpE基因的表达高温应激基因GrpE在细胞应对高温胁迫时发挥重要的作用。本研究以家蚕脂肪体cDNA为模板扩增获得BmGrpE基因的编码区ORF序列,共644 bp,编码蛋白分子量为24.1 kd。该基因响应高温应激的诱导,启动子上游-1440 bp存在热激转录因子Hsf1的结合位点。BmGrpE基因在家蚕卵及蛹期表达量较低,5龄幼虫表达量较高;5龄第3天幼虫的中肠、丝腺和脂肪体转录水平较高,在血淋巴中表达较低。DsRNA处理后,家蚕BmN细胞在高温及H2O2胁迫下细胞活力显著下降(P<0.05)。BmGrpE第163位氨基酸H突变为L后,增强高温条件下BmN细胞活力。30℃高温胁迫下,Ti02 NPs处理促进家蚕脂肪体及丝腺中BmGrpE基因的转录表达。本研究为阐明家蚕抗高温机制及BmGrpE基因对家蚕高温抗性的影响提供新的途径。本研究阐明了 Ti02 NPs处理提高30℃高温胁迫下家蚕生命力与茧质的机制,研究了家蚕高温应激基因BmGrpE的功能及在高温胁迫下的作用。研究结果为提高家蚕高温胁迫下茧丝产量提供了新的途径,为Ti02NPs在茧丝业生产上的应用提供支撑。