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锹甲(Lucanidae)作为鞘翅目(Coleoptera)金龟总科(Scarabaeoidae)中一种常见的腐栖类(Saprophytic)甲虫。幼虫栖身于腐烂的木头或泥土中,通过分解朽木、腐殖质获得生长发育的营养物质,成虫则以树汁、花蜜和腐烂的果实为食。它们对栖息地的要求十分严格,对气候的变迁和森林生态系统的环境变化非常敏感,因而有助于维持生态系统的动态平衡,也可以作为森林生态系统健康状况的指示生物。彩虹锹甲(Phalacrognathus muelleri),由于其五彩缤纷的身体和有趣的雄性上颚,广受人们的喜爱,现已建立了成熟的人工繁育体系,幼虫以腐烂的木屑为食,成虫食用甲虫果冻。本研究将以人工饲养条件下的彩虹锹甲Phalacrognathus muelleri为对象,采用高通量测序(Illumina Mi Seq)技术,以细菌16S r RNA基因以及真菌内部转录间隔(ITS)基因为标记分析研究彩虹锹甲幼虫(一龄,二龄,三龄)和成虫四个发育阶段肠道细菌,真菌的多样性和群落组成以及不同性别(雌雄)间的微生物菌群,分析比较彩虹锹甲不同发育阶段和两种性别的肠道微生物群落结构组成差异。主要研究结果如下:1、彩虹锹甲整个生命阶段的肠道细菌优势门分别为厚壁菌门(Firmicutes)(74.72%),变形菌门(Proteobacteria)(12.67%),拟杆菌门(Bacteroidetes)(10.81%)和柔膜菌门(Tenericutes)(1.80%)。优势门相对丰度分析显示:厚壁菌门的丰度最大,柔膜菌门的丰度最小;从一龄幼虫到成虫阶段,厚壁菌门的相对丰度呈下降趋势,幼虫丰度高于成虫,变形菌门和拟杆菌门丰度增加,成虫丰度高于幼虫。这三大优势门在幼虫阶段和成虫阶段的都存在显著差异(单因素方差分析:P<0.05)。柔膜菌门在整个生命阶段保持稳定状态,各个阶段间并无显著差异。彩虹锹甲的肠道真菌优势门为子囊菌门(Ascomycota)(80.86%)和担子菌门(Basidiomycota)(12.36%),子囊菌门的相对丰度显著高于担子菌门,子囊菌门在成虫阶段的和一龄幼虫阶段相对丰度显著不同(单因素方差分析:P<0.05),二龄和三龄与成虫阶段相比并无显著差异(单因素方差分析:P>0.05);同时,担子菌门在一龄幼虫时期与其他时期的差异明显(单因素方差分析:P<0.05)。2、不同发育阶段alpha多样性分析显示,从一龄到成虫,肠道细菌的alpha多样性先增加后减少,三龄最高,成虫最低;肠道真菌alpha多样性分析表明幼虫多样性也高于成虫,这是由于三龄阶段幼虫体型最大,摄食量多,多样性也随之增大,且成虫羽化后很少进食,多样性较小。Beta多样性分析显示,幼虫与成虫的微生物群落组成存在明显差异(细菌ANOSIM:P=0.001;真菌ANOSIM:P=0.001),一龄幼虫与二龄幼虫微生物群落分析中:细菌存在显著差异,真菌中差异并不显著(细菌ANOSIM:P=0.007;真菌ANOSIM:P=0.039);二龄和三龄幼虫的微生物群落组成差异较小(细菌ANOSIM:P=0.059;真菌ANOSIM:P=0.037),表明不同发育阶段由于肠道理化条件等的不同造成肠道微生物的差异。不同性别的彩虹锹甲肠道微生物群落结构没有显著的差异,在三龄幼虫中,雌性和雄性之间的差异不显著(细菌ANOSIM:P=0.047;真菌ANOSIM:P=0.431)。成虫阶段雌性和雄性之间的差异也很小(细菌ANOSIM:P=0.578;真菌ANOSIM:P=0.258)。总体而言,幼虫和成虫之间以及一龄幼虫和三龄幼虫之间的微生物群落组成存在显著差异,不同性别的肠道微生物群落组成没有显著差异。3、本研究分析结果表明幼虫与成虫肠道微生物存在显著差异,包括优势门的相对丰度,alpha多样性,beta多样性等。这是由于在人工饲养条件下的彩虹锹甲幼虫以腐烂的木屑为食,成虫以甲虫果冻为食,两个阶段的饮食不同,肠道微生物群落结构的组成随着饮食的变化也发生了变化,这表明饮食是影响肠道微生物群落结构的因素;此外,锹甲属于完全变态昆虫,蛹期肠道结构形态发生了很大的变化,使得幼虫和成虫的食性,肠道形态等显著不同,对它们的肠道微生物产生很大的影响,这也是导致幼虫和成虫的群落结构差异的一个重要因素。早龄幼虫(一龄)和晚龄幼虫(三龄)的微生物群落结构组成存在显著差异,表明某些生命阶段与特定的微生物群落有关,不同发育阶段会影响肠道微生物菌属的组成。本研究中性别对于锹甲肠道微生物组成和丰富度并无影响,我们推测这是由于高度标准的人工饲养模式,饮食均匀,生活环境的相同,并且锹甲没有经历蛰伏期,性器官没有达到成熟,内源性和外源性的微生物数量并没有增加或者发生变化,导致了肠道微生物群落也高度保守,彩虹锹甲的雌雄肠道微生物群落组成并没有太大的差异。研究人工饲养条件下不同发育阶段,不同性别彩虹锹甲肠道微生物群落结构,了解饮食,发育阶段,性别对彩虹锹甲微生物群落结构的影响。为人工饲养条件下的锹甲保育提供了依据,有助于更好地了解昆虫与其定殖微生物形成的共生关系,对生物质能源的利用,废弃物的回收利用等方面具有重要意义。