稻飛虱是亞洲稻區(qū)危害水稻最為嚴重的害蟲,多年研究表明提高稻田生態(tài)系統(tǒng)的自然調控功能是治理稻飛虱的有效途徑。水稻生態(tài)系統(tǒng)中有豐富的捕食和寄生稻飛虱的天敵,它們能顯著控制稻飛虱種群的發(fā)展,而捕食性天敵具有更大的控制作用。本論文在比較熱帶和亞熱帶稻區(qū)節(jié)肢動物群落結構的基礎上,通過多重熒光定量和功能反應方法研究了稻田主要天敵對兩種飛虱的捕食作用。同時,利用Metabarcoding技術檢測稻田生態(tài)系統(tǒng)五種主要捕食性天敵擬環(huán)紋豹蛛Paadosa pseudoannulata、錐腹肖蛸Teetraagnatha maxillosa、食蟲瘤胸蛛 Ummelita insecticeps、八斑球腹蛛 Coleosoma octomaculatum 和黑肩綠盲蝽Cyrtorrhinus lividipennis等五種重要捕食性天敵的獵物譜和捕食動態(tài),比較了各種天敵的獵物轉換及其調控稻飛虱種群數量動態(tài)的機制,探索增強農田生態(tài)系統(tǒng)中廣食性捕食天敵對害蟲種群數量調控功能的途徑,豐富自然調控理論,為提升農田生態(tài)系統(tǒng)捕食性天敵控害功能提供參考。本文主要研究結果如下:1)進一步揭示了熱帶和亞熱帶稻區(qū)稻飛虱種群動態(tài)規(guī)律與治理策略的生態(tài)學機理。連續(xù)兩年用相同的水稻品種、田間農事操作方式以及調查取樣方法,比較研究了熱帶菲律賓Los Bannos國際水稻所和亞熱帶富陽中國水稻所兩年兩地稻田主要害蟲白背飛虱和褐飛虱種群動態(tài)、節(jié)肢動物群落結構,以探索我國稻飛虱頻繁災變的生態(tài)學機理。結果表明盡管兩年兩地稻飛虱初始蟲量相當,但亞熱帶地區(qū)稻飛虱種群增長倍數較熱帶地區(qū)高數倍,乃至數十倍。同時,熱帶稻區(qū)感性品種田間白背飛虱和褐飛虱的高峰蟲量與抗性品種田間相應飛虱高峰蟲量差異并不顯著。但在我國亞熱帶稻區(qū)感性品種田間白背飛虱和褐飛虱的高峰蟲量均顯著高于抗性品種田間相應飛虱的高峰蟲量。研究表明兩地節(jié)肢動物群落結構的差異是導致這一現象的主要原因。以上結果客觀地反映了熱帶稻區(qū)和亞熱帶稻區(qū)稻飛虱種群動態(tài)機制,表明亞熱帶稻區(qū)具有極大的提升自然調控功能的潛力,也揭示了在現有條件下,發(fā)展抗性品種對于亞熱帶稻區(qū)的稻飛虱可持續(xù)治理具有極為重要的意義;2)比較了不同種類蜘蛛田間控制稻飛虱的功能,并提出了四種主要蜘蛛對兩種稻飛虱的田間功能反應方程:根據已優(yōu)化的兩種飛虱的ALLglo探針,得到了 2011和2012年富陽中國水稻所SY63稻田和IR64稻田皿蛛科、球腹蛛科、狼蛛科、肖蛸科、跳蛛科、園蛛科和其它蜘蛛(包括蟹蛛科、管巢蛛科和盜蛛科)對白背飛虱、褐飛虱捕食的陽性率。結果表明跳蛛科蜘蛛對兩種飛虱具有較高的捕食陽性率;發(fā)現所有捕食性天敵的飛虱殘留量陽性率不僅與獵物密度相關,而且也與天敵的生態(tài)位相關。同時,研究建立了田間自然條件下擬環(huán)紋豹蛛、錐腹肖蛸、八斑球腹蛛和食蟲瘤胸蛛捕食兩種稻飛虱的功能反應方程;3)初步建立了稻田節(jié)肢動物條形碼數據庫。利用馬氏網、陷阱法、盆拍法、吸蟲器等方法,采集稻田節(jié)肢動物種類,用COI基因的通用引物對LCO1490和HC02198,經過PCR擴增得到了 131種稻田節(jié)肢動物種類的條形碼,為后面高通量測序建立了比較完整的參考庫;通過對該基因序列構建系統(tǒng)發(fā)育樹發(fā)現,COI基因能把近緣的種類聚為一支,與傳統(tǒng)的分類系統(tǒng)相一致;而且也能把近緣的種類通過該基因分開。鑒于稻田生態(tài)系統(tǒng)還沒有完整的種類資源庫來應對這些變化,我們建立的條形碼數據庫不僅有利于本研究利用metabarcoding的方法來監(jiān)測稻田物種的多樣性,并且為以后的動物分類學研究提供了信息。4)篩選出商通量測序引物。根據PCR擴增得到的稻田節(jié)肢動物條形碼庫,以及NCBI上已有的稻田節(jié)肢動物DNA序列,并結合發(fā)表文獻中所記載的引物,設計了一對比較好的minibarcode測序引物。對該引物進行擴增效率的評估表明,Mod1490F2-ZBJR引物對可擴增的物種占評估種類數的87.67%,平均亮度為2.77個“＋”表明引物的通用性和擴增效率已基本達到研究要求。5)基本明確了五種主要天敵的獵物譜及獵物轉換機制。本研究采用高通量測序和宏條形碼的方法,比較了稻田生態(tài)系統(tǒng)主要捕食性天敵擬環(huán)紋豹蛛、錐腹肖蛸、食蟲瘤胸蛛、八斑球腹蛛和黑肩綠盲蝽對稻田主要害蟲白背飛虱和褐飛虱的生態(tài)控害功能、獵物多樣性和獵物轉換動態(tài),表明擬環(huán)紋豹蛛具有較強的群內捕食行為,而黑肩綠盲蝽和錐腹肖蛸具有較高的稻飛虱捕食率。綜上所述,本文利用探針法定量研究了不同科蜘蛛對兩種飛虱的捕食作用,并得到四種蜘蛛田間的功能反應方程。同時,利用高通量測序和宏條形碼技術研究了五種天敵的獵物譜,發(fā)現這五種天敵在水稻移栽前期均能捕食中性昆蟲;在水稻生育中后期,對白背飛虱和褐飛虱捕食量大。在不同的農田系統(tǒng),稻田捕食性天敵對害蟲的捕食及其獵物的轉換機制表現出顯著的差異,這種差異為我們更好的保護天敵,并發(fā)揮其控制作用提供了依據。上述結果表明近年發(fā)展的新型分子生物學技術的應用有助于我們加深對田間捕食性天敵對有害生物的控制作用和機制的了解。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S476.2;S435.112.3
【部分圖文】：

（Ｂ）邋ａｎｄ邋Ｉｏｎ邋Ｔｏｒｒｅｎｔ邋（Ｃ）邋（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ邋ｆｒｏｍ邋Ｃｈｉｅｒｉｃｏ邋ｅｔ邋ａｌ．）逡逑Ｉｏｎ邋Ｔｏｒｒｅｎｔ測序原理是在半導體芯片的微孔中固定納米尺度的連接Ｕ）（）萬條相同逡逑Ｉ）ＮＡ片段的磁珠（丨ｏｎ邋Ｓｐｈｅｒｅ？）形成撖型反應池（圖１．１Ｃ中模板制備），枿后依次摻入逡逑ＡＣＧＴ。隨著每個堿基的摻入，釋放出氫離子，改變反應溶液的ｐＨ值，離子傳感器檢逡逑測到ｐＨ變化后，實時判讀堿基，即刻從化學信息轉變?yōu)閿底蛛娮有畔ⅲ▓D１．１Ｃ中測序逡逑技術）（Ｆｌｕｓｂｅｒｇｅｒａ／．，２０１０）。這種方法直接檢測ＤＮＡ的合成，少了邋ＣＣＤ掃描，熒光激逡逑發(fā)等環(huán)節(jié)，大大縮短了運行時間。這種技術跟芯片連接在一起，使得生物學和計算機學逡逑完全融為一體，創(chuàng)造了技術上的革新。逡逑Ｉｏｎ邋Ｔｏｒｒｅｎｔ邋測序平臺有邋Ｉｏｎ邋Ｔｏｒｒｅｎｔ邋ＰＣＪＭ邋（Ｐｅｒｓｏｎａｌ邋Ｇｅｎｏｍｅ邋Ｍａｃｈｉｎｅ）和邋Ｉｏｎ邋Ｐｒｏｔｏｎ邋兩逡逑種測序儀。ＰＧＭ有３種芯片可供選擇，丨ｏｎ邋Ｐｒｏｔｏｎ目前僅有Ｐ丨芯片。芯片技術的發(fā)展逡逑使測序儀２邋ｈ堿基產量從１０邋Ｍｂ提升到１０邋Ｇｂ。伴隨著試劑的優(yōu)化和測序通量的提高，逡逑Ｉｏｎ邋Ｔｏｒｒｅｎｔ讀取長度也從２０１１年的２００邋ｂｐ提升到目前的４（）（）邋ｂｐ。不斷提高的芯片密度、逡逑讀取長度和優(yōu)化的數據處理方式

究了亞熱帶稻田生態(tài)系統(tǒng)主要捕食性天敵獵物多樣性、食物網結構及功能、獵物逡逑轉化及機制，為增強稻田生態(tài)系統(tǒng)廣食性天敵對稻飛虱等害蟲的控制作用提供理逡逑論基礎和增效途徑，其技術路線如圖２．１所示。逡逑１９逡逑

比值在移栽后６３天達到最大值１１．２１±１．３３，但與移栽后３５天（９．９４±１．０１）沒有顯逡逑著性差異。白背飛虱占總節(jié)肢動物百分比在移栽后６３天達到最大值６７．３７±３．０４，逡逑顯著高于水稻其它各個生育時期（圖４．３）。逡逑１５０邋ａＤＡＴ７邋ＣＩＤＡＴ２１邋＿ＤＡＴ３５邋ＢＤＡＴ４９邋＿ＤＡＴ６３邋ＥＩＤＡＴ７７邋＿ＤＡＴ９１逡逑１２０邋■邐］ａａｂ逡逑§：邋ｊ邐ｌｈ逡逑－ｍ邐ｋ邋Ｉ邋ｉｌ邋ｄ逡逑Ｊ逡逑／邋／邋／邋／＂邋／逡逑密度／比值逡逑圖４．３白背飛虱密度、蜘蛛密度、節(jié)肢動物密度、蜘蛛對白背飛虱的比值和白背飛虱占總節(jié)逡逑肢動物百分比五個參數在水稻不同生育期的數量動態(tài)比較逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋４．３邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｑｕａｎｔｉｔｉｖｅ邋ｄｙｎａｍｉｃｓ邋ｏｆ邋ＷＢＰＨ，邋ｓｐｉｄｅｒｓ，邋ｔｏｔａｌ邋ａｒｔｈｒｏｐｏｄｓ，邋ｔｈｅ邋ｒａｔｉｏ邋ｏｆ逡逑ｓｐｉｄｅｒｓ邋ｔｏ邋ＷＢＰＨ邋ａｎｄ邋ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｓ邋ｏｆ邋ＷＢＰＨ邋ｉｎ邋ｔｏｔａｌ邋ａｒｔｈｒｏｐｏｄｓ邋ａｍｏｎｇ邋ｃｒｏｐ邋ｓｔａｇｅｓ．邋Ｌｅｔｔｅｒｓ邋ａ—ｄ逡逑ｉｎｄｉｃａｔｅ邋ａ邋ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ａｍｏｎｇ邋ｔｈｅ邋ｃｒｏｐ邋ｓｔａｇｅ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋０．０５邋ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ邋ｌｅｖｅｌ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｓａｍｅ逡逑ｐａｒａｍｅｔｅｒ．逡逑褐飛虱密度在移栽后９１天（ＤＡＴ９１）達到最高峰７６．２９±５６．２１頭／叢，顯著高逡逑于移栽后７－４９天

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本文編號：2826266