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二化螟(Chilo suppressalis Walker),属鳞翅目(Lepidoptera),草螟蛾科(Crambidae),主要寄主为茭白和水稻;茭白是一种经济效益高的水生蔬菜,水稻是我国最重要的主粮作物。前人研究发现,茭白田和水稻田的二化螟群体在形态测量、交配节律和光周期反应等方面存在一定差异,因而大部分学者认为二化螟存在寄主分化现象,即分化为茭白种群和水稻种群;而遗传学研究却很少揭示出两种群间有遗传差异。二化螟到底能否在两种寄主间自由转换?此问题对二化螟的管理和 Bt水稻庇护所问题至关重要。本课题采集了华中和华东5个地区的二化螟茭白和水稻种群,用行为学和群体遗传学相结合的方法,综合阐述了二化螟茭白种群与水稻种群两者之间的关系,获得了以下结果: 1.首次观察到采自茭白田的群体(F0代)暗期交配节律呈双峰型,而采自水稻田的群体(F0代)暗期交配节律呈单峰型。茭白群体第一个交配高峰是在进入暗期后3.5h,第二个交配高峰是在进入暗期后5.5h;水稻群体的交配高峰是在进入暗期后3.5h,与茭白群体第一个交配高峰重合度很高。 分离了茭白群体两交配高峰区域的成虫,进一步观察了这两部分所产后代(F1代)的暗期交配节律,发现这两部分(F1代)在暗期交配节律上也存在明显差异(p<0.01);暗期前半段交配的成虫(F0代)所产F1代的交配节律同样处于暗期的前半段(4.4±0.2h),暗期后半段交配的成虫(F0代)所产F1代的交配节律同样也处于暗期的后半段(5.8±0.3h)。 F0代茭白群体和F0代水稻群体在交配时长上差异不显著(p>0.05),前者和后者的交配时长分别为2.0±0.1h(n=44)和1.8±0.1h(n=23),分离得到的F1代两群体在交配时长上也没有显著性差异,两者的交配时长分别为1.9±0.1h(n=26)和2.0±0.1h(n=14);F0代茭白群体和F0代水稻群体分别在雌、雄蛹重上差异显著(p<0.01),但是用新鲜茭白饲养的两群体后代(F1代)分别在雌、雄蛹重上差异不显著(p>0.05);茭白群体间的交配率存在明显的差异,F0代茭白群体的交配率为46.81%,茭白群体提纯后的两类F1代之间的交叉交配率为7.14%,卡方检测显示两者交配率之间差异显著(p<0.05)。 2.采用6个微卫星位点检测了我国5个地区的二化螟茭白种群和水稻种群320个样本,共检测出111个等位基因,平均每个位点检测到18.5个等位基因,多态信息含量 PIC分布于0.2866~0.8966之间,平均多态信息含量为0.6324;各种群的平均等位基因数Na从5.3333~9.0000不等,平均期望杂合度HE与平均表观杂合度HO分别介于0.4778~0.6731和0.3281~0.5781之间,平均香农信息指数分布于0.9707~1.5397之间,种群多样性中12个FIS值为负值,表现出杂合度过剩现象,大部分种群所在的6个微卫星位点表现出杂合度缺失现象;6个微卫星位点都显示出较好的遗传多样性,获得的数据均可用于种群遗传结构分析。 哈温平衡与连锁不平衡检测显示,我国5个地理间二化螟茭白种群与水稻种群的哈温平衡偏离常数均发生不同程度的偏离(p<0.05),15个微卫星位点对中共有5个位点对出现了连锁不平衡现象;种群间的遗传分化指数FST分布在0.0147~0.1328之间,基因流Nm分布在1.6325~16.7568之间,遗传距离分布在0.0557~0.2328之间。通过遗传距离构建的 UPGMA树结果显示:武汉茭白种群与武汉水稻种群(FST=0.0412)、台州茭白种群与台州水稻种群(FST=0.0147)、常德茭白种群与常德水稻种群(FST=0.0227)之间遗传距离较小,遗传分化不显著,亲缘关系较近,分别聚为一支;金华茭白种群与金华水稻种群(FST=0.0523)、杭州茭白种群与杭州水稻种群(FST=0.1183)之间遗传距离较大,亲缘关系较远,出现中度遗传分化现象。 基于交配行为和群体遗传结构两方面研究结果表明:1)采自茭白田的二化螟为混合群体,暗期交配的第一个交配高峰区域的二化螟可能来源于旁边的水稻田(即水稻种群),暗期交配的第二个交配高峰区域的二化螟为茭白二化螟(即茭白种群);也即是说,在自然条件下水稻种群可以转移至茭白田危害,而茭白种群不能转移至水稻田危害;茭白田中的水稻种群和茭白种群之间交配率较低,存在一定的生殖隔离,2)我国大部分地区的二化螟茭白种群和水稻种群没有出现明显的遗传分化现象,但是少部分地区可能由于长期种植茭白与水稻的历史比较悠久,已经出现了中度遗传分化现象,相同地理的两种群之间存在着一定的基因交流现象,同时地理因素造成的遗传分化现象大于寄主因素造成的遗传分化现象,3)在茭白和水稻混栽的地区,水稻二化螟种群可以在水稻和茭白两种寄主上转移危害,而茭白种群向水稻转移却受到限制,因此,茭白可作为未来转基因抗虫水稻的天然“庇护所”;在早春长江中下游地区茭白比水稻出苗早,在稻作区插花种植茭白不仅可以提高效益,而且可以把茭白田作为诱集田对一代二化螟进行集中灭杀。