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白背飞虱(white-backed planthopper,WBPH)Sogatella furcifera(Horváth),属同翅目(Homoptera)、飞虱科(Delphacidae),广泛分布于东南亚、南亚及东亚等地区,几乎遍及我国所有稻区,是最重要的水稻害虫之一。白背飞虱成虫和若虫均刺吸水稻韧皮部汁液,从而使得植株生长发育缓慢、分蘖延迟和穗粒空瘪,危害严重时可造成整株枯死,呈现“虱烧”状。除直接危害水稻外,还可同时传播南方水稻黑条矮缩病毒(Southern rice black-streaked dwarf virus,SRBSDV),对水稻产生间接影响。宿主昆虫具有多种共生菌,共生菌对宿主昆虫具有重要的功能作用,如为宿主昆虫提供营养物质和参与物质代谢,影响宿主昆虫的生长发育和生殖,影响宿主昆虫行为,保护宿主昆虫。共生菌对白背飞虱也具有重要作用,如类酵母菌参与白背飞虱的氮素循环,为白背飞虱提供甾醇类物质;共生细菌Wolbahia和Cardinium两者均能调控白背飞虱的生殖,且Cardinium还促进白背飞虱若虫的生长发育。但对白背飞虱共生细菌的系统性研究还严重缺乏。本研究测定了白背飞虱的共生细菌的多样性、种群动态和传播规律以及对白背飞虱的功能作用。具体研究结果如下:1.白背飞虱共生细菌的多样性和种群动态对白背飞虱共生细菌进行16S r DNA高通量测序,结果发现Wolbachia、Cardinium和Asaia的相对丰度达到了97.99%。对6个地区的白背飞虱的共生细菌进行调查显示,Wolbachia在白背飞虱雌雄虫中的感染率差异显著,分别为98.9%和55.0%;Cardinium在白背飞虱雌雄虫中的感染率都达到100%;白背飞虱雌雄虫Asaia的感染率处于动态变化。Wolbachia、Cardinium和Asaia在白背飞虱雌虫的感染密度高于雄虫的共生细菌感染密度,且随着白背飞虱的发育而变化;Wolbachia、Cardinium和Asaia在白背飞虱不同组织中的感染密度也不一样。2.Cardinium对白背飞虱的生物素营养功能作用采用白背飞虱感染Cardinium和不感染Cardinium种群进行生物学测定,发现Cardinium促进白背飞虱的生长发育、延长寿命、增大白背飞虱的体重,从而增强白背飞虱的适合度;利用塑料瓶饲喂白背飞虱的方法,将白背飞虱分别置于无生物素,低、标准及高生物素的人工饲料上取食,结果发现感染Cardinium白背飞虱生长发育显著快于不感染Cardinium的白背飞虱。但是只是在取食无生物素含量的人工饲料时,感染Cardinium白背飞虱体重显著重于不感染Cardinium的白背飞虱。此外,白背飞虱体内的生物素含量随着取食的人工饲料中的生物素含量增加而显著增加。3.寄主植物介导共生细菌的水平传播使用parafilm小袋和塑料双通管接虫的方式探究共生细菌的水平传播途径。结果表明在1对感染Asaia白背飞虱连续取食12 h后,水稻叶鞘全部感染Asaia,而20头白背飞虱雄虫连续取食7 d后,水稻叶鞘才全部感染Cardinium,表明白背飞虱对Asaia比Cardinium有着更高的接菌效率。不感染Cardinium白背飞虱取食已感染Cardinium水稻叶鞘后,73.3%的白背飞虱就能感染Cardinium,连续取食5 d就才能全部感染,而不感染Asaia白背飞虱取食1 d已感染Asaia水稻叶鞘,50%的白背飞虱感染Asaia,连续取食7 d就才能全部感染Asaia。4.寄主植物对白背飞虱及其共生细菌的影响通过白背飞虱取食寄主植物水稻、稗草和小麦,结合高效液相色谱测定寄主植物氨基酸浓度、核黄素浓度和生物素浓度,以及荧光定量PCR测定白背飞虱Wolbachia,Cardinium和Asaia的感染率和密度。结果发现白背飞虱在水稻上的适合度最高,稗草次之,小麦最低。水稻的游离氨基酸总浓度最高,稗草次之,小麦最低;小麦的核黄素浓度最高,稗草次之,水稻最低;水稻的生物素浓度最高,稗草水稻的生物素和小麦的生物素浓度无显著差异。各寄主植物上的白背飞虱Wolbachia、Cardinium和Asaia的感染率无显著差异,但寄主植物的核黄素浓度越低,白背飞虱Wolbachia的感染密度越高;寄主植物的生物素浓度越低,白背飞虱Cardinium的感染密度越高。