地老虎类害虫迁飞定向行为及其相关调控基因研究

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地老虎属鳞翅目夜蛾科,是我国重要的农业害虫。其中,以小地老虎和黄地老虎分布最广,危害最重。迁飞可导致害虫的突然暴发,小地老虎和黄地老虎具有远距离迁飞习性,迁飞可导致它们在部分地区突然暴发。对小地老虎和黄地老虎迁飞定向行为及相关调控基因进行研究,可为小地老虎和黄地老虎的预测预报和异地防治提供理论依据。本文利用自制的昆虫飞行方向选择装置测定迁飞小地老虎的定向行为;通过研究黄地老虎在迁飞过程中携带的花粉种类,明确黄地老虎的来源地及飞行方向;分析隐花色素和磁感应基在小地老虎和黄地老虎室内种群和迁飞种群中的表达差异,同时研究它们在小地老虎和黄地老虎不同组织、发育阶段和光照条件下的表达差异,为明确它们在小地老虎和黄地老虎迁飞过程中起调控作用提供理论依据。主要研究结果如下:  (1)利用自制的昆虫飞行方向选择装置,测定处于不同迁飞期的小地老虎对方向的选择偏好性。结果表明,处于第一迁飞期的小地老虎存在明显的定向行为,即由南向北迁飞;第二迁飞期无明显的定向行为,即为混迁期,既包括由南向北的迁飞种群,又含有由北向南的迁飞种群;第三迁飞期存在明显的定向行为,即由北向南迁飞。  (2)利用植物DNA条形码技术,结合花粉的形态特征,对迁飞黄地老虎喙部携带的花粉种类进行鉴定,结果显示黄地老虎携带的花粉共计40种。第一迁飞期携带甜橙、刺槐、苦楝、锥栗、油橄榄、短刺栲、女贞、紫穗槐、牛奶子、水胡桃、芸薹属、罂粟属、松科和蔷薇科等28种寄主植物的花粉;第二迁飞期携带藜、荠苨、向日葵属、鼠曲草属,猪殃殃属,山桃草属,艾属,假紫槿属等11种寄主植物的花粉;第三迁飞期花粉源植物为藜、菊属、冷水花属、菊科、樟科等8种寄主植物的花粉。分析迁飞黄地老虎花粉源植物的特征,结果显示黄地老虎喜好访问被子植物门双子叶植物纲的花粉源植物,且访问草本植物的种类显著多于木本植物。  (3)对黄地老虎雌雄蛾携带花粉的比率进行分析,四年度雌雄蛾花粉携带率分别为10.86%和11.46%,说明雌雄蛾间的花粉携带率无明显差异。分析黄地老虎在不同迁飞期携带花粉的种类和比率,第一迁飞期、第二迁飞期和第三迁飞期携带量最高的花粉分别为松属植物、十字花科植物和菊科植物的花粉;且第一迁飞期携带的花粉种类和比率均高于第二迁飞期和第三迁飞期。  (4)依据花粉源植物特有的地理分布区,推测黄地老虎在不同迁飞期的来源地,其中第一迁飞期黄地老虎携带的甜橙,刺槐,苦楝,锥栗,油橄榄,短刺栲,女贞,紫穗槐等寄主植物,主要分布区位于我国华中、华南和西南等省区,据此推测第一迁飞期的部分黄地老虎可能来自我国华中,西南或华南等地区;第二迁飞期携带的向日葵,荠苨等植物,主要分布在我国华北和东北等省区,说明第二迁飞期的部分黄地老虎可能来自华北或东北地区;而第三迁飞期携带的花粉源植物,均为全国性分布,对黄地老虎虫源地的指示作用不明确。第一迁飞期的部分黄地老虎来自我国南部,由南向北迁飞,为北迁种群;第二迁飞期的部分黄地老虎来自我国北部,由北向南迁飞,为南迁种群,其余黄地老虎的来源地未知,有待进一步研究。  (5)利用荧光定量PCR技术,分析隐花色素和磁感应基因在小地老虎和黄地老虎不同组织和不同发育阶段的表达差异,不同光周期对其表达的影响,以及这些基因在室内种群和迁飞种群中的表达差异,结果表明,它们在小地老虎和黄地老虎中的表达无组织和发育阶段特异性,且在成虫期的表达最高。在正常生长的光照条件下,它们表现出明显的节律性;持续光照和黑暗可扰乱该节律性。隐花色素和磁感应基因在小地老虎和黄地老虎迁飞种群中的表达量显著高于室内种群,且南迁种群的表达量显著高于北迁种群。此外,隐花色素和磁感应基因在小地老虎和黄地老虎同一处理组中具有相似的表达模式。研究结果表明隐花色素和磁感应蛋白在小地老虎和黄地老虎的远距离迁飞过程中起关键作用。
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