昆虫作为地球上数量最多的动物类群,不断与其周围环境(生物因素和非生物因素)相互作用,这正是昆虫生态学的主要研究内容,也是昆虫进化的主要动力之一。基于昆虫生态学,通过研究生物和非生物因素对昆虫的影响可以探索昆虫对环境的适应策略及其响应机制,进而为生物防治和物理防治策略的探索提供新思路。稻飞虱(主要包括褐飞虱Nilaparvata lugens,白背飞虱Sogotalla furcifera和灰飞虱Laodelphax striatellus)是亚洲地区发生的严重危害水稻生产的迁飞性害虫。此外,稻飞虱还可通过传播植物病毒为害粮食作物,其中尤以灰飞虱传播的水稻条纹病毒(Rice stripe virus,RSV)最为典型,开展RSV感染对灰飞虱发育生理及其行为的影响研究,有望揭示昆虫和病毒之间的相互适应机制,发掘防治植物病毒和传毒害虫的新策略。关于三种主要稻飞虱的迁飞特性,目前主要认为其随气流飞行。最近,长距离迁飞昆虫帝王蝶(Danaus plexippus)磁定向行为的发现为稻飞虱的磁定向和磁生物学效应研究提供了依据。长久以来,地球磁场(Geomagnetic field,GMF)作为易被忽视却无处不在的非生物因素,除被证明能为一些生物提供定向信息外,其强度变化对生物产生的磁生物学效应也日益引起人们的广泛关注。作为可模拟GMF减弱和外太空零磁空间环境的近零磁场(Near-zero magnetic field,NZMF),虽然利用其对昆虫开展的磁生物学效应研究尚处于起步阶段,但对于发掘GMF减弱下昆虫的响应方式和磁感受机制有重要意义。本论文基于昆虫生态学,以稻飞虱为模式生物,从生理和行为两个方面,分别开展了作为生物因素的RSV病毒与介体灰飞虱之间的互作研究,以及作为非生物因素的近零磁场对三种主要稻飞虱的磁生物学效应研究,主要研究结果如下:1.水稻条纹病毒(RSV)对其传毒介体灰飞虱发育和生殖的影响本研究以RSV-灰飞虱-类酵母共生菌(Yeast-like symbionts,YLS)系统为研究对象,研究发现:RSV感染引起灰飞虱5龄若虫蜕皮激素合成关键基因CYP307A1表达量上调,同时保幼激素合成关键基因JHAMT表达量下调,这与携毒灰飞虱的若虫历期缩短的表型一致;而若虫发育历期的缩短有利于灰飞虱种群的扩大和RSV病毒的水平传播。此外,RSV感染增加了灰飞虱初羽化成虫的体重,这又与携毒灰飞虱体内YLS含量增多的结果一致,而这两种表型对灰飞虱和RSV的适合度均有利。除了RSV感染引起的以上有利效应外,RSV感染显著降低了灰飞虱雌虫的生殖力,这可能与携毒灰飞虱初羽化雌虫的卵黄原蛋白基因(Vitellogenin,Vg)表达量显著下调有关。基于昆虫进化过程中适合度最优原则,RSV感染引起的这一不利效应与以上有利效应可能是RSV-灰飞虱-YLS系统在协同进化过程中形成的Trade-off策略。2.水稻条纹病毒(RSV)对其传毒介体灰飞虱取食行为和飞行能力的影响通过参考其他稻飞虱和蚜虫等刺吸类昆虫的取食行为特征波型,本研究系统鉴定出灰飞虱取食过程中的8种取食波型;其中,包括首次发现的推测为取食细胞过程中口针穿透细胞的Nx波型。对灰飞虱刺吸波型总次数的分析发现,感染RSV的灰飞虱雌虫P波型显著少于未感染的个体,表明感染RSV后灰飞虱刺探成功率提高。对灰飞虱刺吸波型总时长的分析发现,感染RSV的灰飞虱成虫传播持久性病毒的关键波型N4a的持续时长高于未感染的个体,表明RSV感染使灰飞虱成虫的取食行为倾向于有利于RSV的水平传播。此外,相对于未感染的灰飞虱雌虫,感染RSV的雌虫NP波型持续时长显著减少,而N4b(取食韧皮部)波型显著增加。雄虫相应取食波型的变化与雌虫恰恰相反,表明感染RSV后灰飞虱取食行为表现为雌雄二型现象。由于RSV的适合度很大程度取决于灰飞虱对其水平传播的能力,因此灰飞虱取食行为的改变可能是生物因素RSV与灰飞虱协同进化的结果。另一方面,研究还发现灰飞虱初羽化2日龄长翅雄虫感染RSV后其飞行速度显著低于未感染个体,而飞行距离相对于未感染的灰飞虱有明显缩短达11.76%(P>0.05),结果表明RSV感染可能对灰飞虱雄虫的飞行能力产生不利影响。3.近零磁场(NZMF)对褐飞虱、灰飞虱和白背飞虱发育和生殖的影响本试验比较研究了近零磁场(NZMF)和地磁场(GMF)两种环境下三种主要稻飞虱发育和生殖的影响。与对照GMF相比,试验结果表明:(1)灰飞虱:NZMF对卵期影响不显著,但显著延长了若虫发育历期。NZMF还导致初羽化成虫体重显著降低,且显著降低了雌虫产卵量。此外,NZMF还使Vg表达量下调,这可能是雌虫生殖力下降的原因。(2)褐飞虱:NZMF显著延长了卵期,对雌性若虫的发育历期影响不显著,但显著延长了雄性若虫的发育历期。NZMF还使初羽化成虫体重显著降低,且显著降低了雌成虫产卵量。此外,NZMF使Vg表达量下调,这也可能是雌虫生殖力下降的原因。(3)白背飞虱:NZMF显著延长了卵期,同时显著延长了若虫的发育历期。此外,NZMF仅使初羽化短翅雌成虫体重显著降低,且仅明显降低了雌虫的产卵量。通过对Vg的时间动态表达分析发现,NZMF可能影响了Vg的转录表达节律。另一方面,以白背飞虱为例开展了近零磁场(NZMF)对稻飞虱发育影响的分子机制探究。通过对白背飞虱5龄若虫磁感受关键基因Cryptochromes(Cry1和Cry2)、保幼激素合成通路关键基因JHAMT,FAMeT和JHEH和蜕皮激素合成通路关键基因CYP307A1的时间动态表达分析发现,NZMF处理使Cry1和Cry2在第一个取样点的表达量显著上调,反映了其二者在白背飞虱磁感受中的上游作用;NZMF对激素合成关键基因的影响反映出保幼激素和蜕皮激素滴度变化与NZMF引起的若虫发育延缓一致。本研究首次提出了非生物因素NZMF引起的磁生物学效应背后的潜在机制,即Cryptochromes介导的激素信号转导机制,反映了昆虫在适应非生物环境因素变化中激素调节所起的潜在的重要作用。4.近零磁场(NZMF)对稻飞虱正趋光性和飞行能力的影响——以白背飞虱为例相对于正常磁场(GMF)对照组,NZMF处理后白背飞虱短翅型比例显著增高,初羽化成虫前两日总的上灯个体比例亦显著增高。进一步通过对白背飞虱长翅雌成虫兼具磁感受、光受体和生物钟等功能的多功能基因Cryptochromes(Cry1和Cry2)的时间动态表达分析发现,NZMF处理使Cry1和Cry2在第一个取样点表达量显著下调,其正趋光性的变化可能由多功能基因Cryptochromes的感光功能受到影响导致。此外,NZMF处理后白背飞虱飞行速度显著降低,飞行时间和飞行距离显著增加。这一表型的改变可能和脂类能量代谢有关的激脂激素合成关键基因AKH和AKHR以及与飞行活性有关的章鱼胺合成关键基因OAR的转录表达有关。此结果也可能由Cryptochromes介导的激素信号转导途径调控。由于稻飞虱虫源地为低纬度地区磁场相对GMF平均值偏弱,但该地区温度高,可能弥补了磁场强度减弱对稻飞虱发育历期延长和体重降低的不利因素。因此,以上结果也体现了稻飞虱对非生物因素NZMF的适应策略。综上所述,本文系统探究了稻飞虱对环境因素的适应策略及其潜在机制,无论是生物因素还是非生物因素,激素调节都在其适应环境过程中发挥着重要作用。