發(fā)布時(shí)間：2020-10-08 21:11

　　 全球氣候變化導(dǎo)致地表溫度升高,影響植物的物候、地理分布以及豐富度,這能嚴(yán)重干擾自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。然而,關(guān)于蚜蟲(chóng)響應(yīng)氣候變化的研究較少。因此,本研究結(jié)合生態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)方法,測(cè)定了我國(guó)秦嶺不同海拔麥長(zhǎng)管蚜(Sitobion avenae)在15℃、22℃和29℃處理?xiàng)l件下的生活史性狀,比較了不同海拔麥長(zhǎng)管蚜在麥類和草類寄主植物上的適應(yīng)性,分析了不同海拔麥長(zhǎng)管蚜體內(nèi)共生菌組成和含量以及種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu),檢測(cè)了不同海拔麥長(zhǎng)管蚜在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)溫度和寄主植物變化的響應(yīng),旨在明確秦嶺不同海拔麥長(zhǎng)管蚜對(duì)溫度和寄主植物變化的響應(yīng)情況及其遺傳和分子基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:1、高溫(即29℃)條件下,高海拔麥長(zhǎng)管蚜的存活率顯著低于中海拔或低海拔麥長(zhǎng)管蚜,而且高海拔麥長(zhǎng)管蚜比低海拔和中海拔麥長(zhǎng)管蚜更易發(fā)育為有翅蚜。生活史性狀可塑性分析顯示,低溫(即15℃)條件下低海拔麥長(zhǎng)管蚜一齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期、四齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期、若蟲(chóng)總發(fā)育歷期和繁殖前期的可塑性顯著高于中海拔或高海拔麥長(zhǎng)管蚜;高溫(即29℃)處理下低海拔麥長(zhǎng)管蚜二齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期、三齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期、繁殖前期和十天產(chǎn)蚜量的可塑性顯著低于中海拔或高海拔麥長(zhǎng)管蚜;說(shuō)明不同海拔麥長(zhǎng)管蚜應(yīng)對(duì)溫度變化時(shí)其可塑性存在顯著差異,并能發(fā)揮重要作用。而且,低溫(即15℃)對(duì)中海拔麥長(zhǎng)管蚜的一齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期可塑性、三齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期可塑性或若蟲(chóng)總發(fā)育歷期可塑性具有直接選擇作用;高溫(即29℃)對(duì)高海拔麥長(zhǎng)管蚜一齡、三齡和四齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期的可塑性有直接正向選擇作用。另外,相比于高海拔麥長(zhǎng)管蚜,低海拔麥長(zhǎng)管蚜在22℃下的若蟲(chóng)發(fā)育歷期和繁殖前期顯著縮短,繁殖力(即十天產(chǎn)蚜量)顯著增強(qiáng);表明不同海拔麥長(zhǎng)管蚜對(duì)特定溫度條件的適應(yīng)性存在明顯差異。上述結(jié)果說(shuō)明,不同海拔麥長(zhǎng)管蚜對(duì)全球變暖背景下溫度變化的響應(yīng)會(huì)明顯不同。2、低海拔麥長(zhǎng)管蚜在雀麥和黑麥上若蟲(chóng)發(fā)育遲緩、繁殖前期延長(zhǎng)、死亡率升高以及繁殖力降低,說(shuō)明低海拔麥長(zhǎng)管蚜對(duì)雀麥和黑麥的適應(yīng)性低于小麥和大麥;而較長(zhǎng)的一齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期、若蟲(chóng)總發(fā)育歷期和繁殖前期以及較低的存活率和繁殖力說(shuō)明高海拔麥長(zhǎng)管蚜在大麥和黑麥上的適合度較低。另外,相比于高海拔麥長(zhǎng)管蚜,低海拔麥長(zhǎng)管蚜在小麥、大麥或黑麥上的若蟲(chóng)發(fā)育歷期和繁殖前期顯著縮短,十天產(chǎn)蚜量顯著增加;說(shuō)明低海拔麥長(zhǎng)管蚜對(duì)三種測(cè)試寄主的適應(yīng)性較強(qiáng)。生活史性狀可塑性分析顯示,雀麥上低海拔麥長(zhǎng)管蚜一齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期、三齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期和繁殖前期的可塑性顯著高于高海拔麥長(zhǎng)管蚜;相比于高海拔麥長(zhǎng)管蚜,低海拔麥長(zhǎng)管蚜在大麥上呈現(xiàn)較高的四齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期和繁殖前期可塑性;黑麥上高海拔麥長(zhǎng)管蚜三齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期、四齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期、若蟲(chóng)總發(fā)育歷期、繁殖前期或十天產(chǎn)蚜量的可塑性顯著高于低海拔麥長(zhǎng)管蚜;這說(shuō)明不同海拔麥長(zhǎng)管蚜在應(yīng)對(duì)寄主植物變化時(shí)其可塑性也存在顯著差異。而且,大麥的直接選擇能導(dǎo)致低海拔麥長(zhǎng)管蚜的四齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期可塑性和10天產(chǎn)蚜量可塑性降低;黑麥的直接選擇可增加低海拔麥長(zhǎng)管蚜的四齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期可塑性,但會(huì)降低一齡若蟲(chóng)發(fā)育歷期可塑性;在多數(shù)情況下,環(huán)境變化(即寄主植物改變)未對(duì)高海拔麥長(zhǎng)管蚜生活史性狀的可塑性表現(xiàn)出直接選擇作用,僅黑麥對(duì)其成蟲(chóng)體重可塑性具有直接、正向的選擇作用。以上結(jié)果說(shuō)明,不同海拔麥長(zhǎng)管蚜對(duì)常見(jiàn)麥類和草類寄主植物的適應(yīng)性明顯不同,而且不同海拔麥長(zhǎng)管蚜通過(guò)改變可塑性應(yīng)對(duì)寄主植物變化的能力也存在差異,從而可能對(duì)氣候變暖背景下麥長(zhǎng)管蚜在秦嶺山脈的寄主轉(zhuǎn)換和垂直分布造成顯著影響。3、16s rDNA V3-V4區(qū)測(cè)序發(fā)現(xiàn),擬桿菌門和芽單胞菌門僅在低海拔蚜蟲(chóng)中被檢測(cè)出,綠彎菌門、異常球菌-棲熱菌門、硝化螺旋菌門和柔膜菌門僅發(fā)現(xiàn)于高海拔蚜蟲(chóng)中;高海拔麥長(zhǎng)管蚜體內(nèi)莫拉菌科的相對(duì)豐度顯著高于中海拔或低海拔麥長(zhǎng)管蚜;與低海拔麥長(zhǎng)管蚜相比,高海拔麥長(zhǎng)管蚜體內(nèi)立克次氏體或U型共生細(xì)菌的相對(duì)豐度顯著降低;這些結(jié)果說(shuō)明不同海拔麥長(zhǎng)管蚜體內(nèi)共生菌的組成和含量存在明顯差異。這會(huì)顯著影響不同海拔麥長(zhǎng)管蚜種群之間的遺傳分化。確實(shí),微衛(wèi)星DNA標(biāo)記分析顯示,平均等位基因(N_A)、基因多樣性(Hs)和基因豐富度(AR)在不同海拔麥長(zhǎng)管蚜之間都存在明顯差異,表明這些麥長(zhǎng)管蚜種群存在高水平的遺傳變異。低海拔地區(qū)仙游寺(XYS)和石龍廟(SLM)種群、中海拔地區(qū)的楊下村種群(YXC)以及高海拔地區(qū)的五里坡種群(WLP)的觀測(cè)雜合度(Ho)高于期望雜合度(He),表現(xiàn)出雜合子過(guò)剩。然而,其它種群的近交系數(shù)(F_(IS))均為正值。高海拔地區(qū)大店子種群(DDZ)與低海拔地區(qū)仙游寺種群(XYS)、高海拔地區(qū)五里坡種群(WLP)與中海拔地區(qū)大梁溝種群(DLG)以及低海拔地區(qū)仙游寺種群(XYS)與中海拔地區(qū)大梁溝種群(DLG)間的分化指數(shù)(F_(ST))大于0.15,種群間具有高水平的遺傳分化。另外,麥長(zhǎng)管蚜從低海拔地區(qū)到高海拔地區(qū)的遷移率遠(yuǎn)高于其反方向的遷移率,麥長(zhǎng)管蚜在中海拔和高海拔地區(qū)也呈現(xiàn)出非對(duì)稱遷移;不一致的遷移可能促進(jìn)麥長(zhǎng)管蚜種群遺傳結(jié)構(gòu)的改變。這些結(jié)果說(shuō)明秦嶺不同海拔麥長(zhǎng)管蚜的遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)存在差異,遺傳分化明顯。因此,不同海拔麥長(zhǎng)管蚜響應(yīng)溫度和寄主植物等環(huán)境變化的能力差異具有明顯的遺傳基礎(chǔ)。4、小麥上麥長(zhǎng)管蚜P450s基因(如SaveCYP6A13、SaveCYP4C1和SaveCYP4G15)的表達(dá)顯著增加,說(shuō)明P450s是麥長(zhǎng)管蚜代謝小麥次生物質(zhì)的關(guān)鍵解毒酶。大麥上麥長(zhǎng)管蚜SaveUGT2B1、SaveUGT2C1和SaveUGT2B4表現(xiàn)出較高的表達(dá)水平;同時(shí),大麥還能顯著誘導(dǎo)SaveABCG1、SaveABCG4、SaveABCB7和SaveABCA5的表達(dá);這表明UGTs和ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可能在麥長(zhǎng)管蚜代謝大麥次生物質(zhì)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。并且,差異表達(dá)基因還包括氧化酶、蛋白酶和表皮蛋白等其它防御相關(guān)蛋白的編碼基因。上述差異表達(dá)基因可能直接影響麥長(zhǎng)管蚜的寄主轉(zhuǎn)換、寄主利用和寄主�；浴RT-PCR分析發(fā)現(xiàn),大麥上低海拔麥長(zhǎng)管蚜SaveCYP4C1、SaveCYP4G15和SaveABCC4-1的表達(dá)量顯著低于小麥或雀麥,而高海拔麥長(zhǎng)管蚜SaveCYP4C1、SaveCYP4G15和SaveABCC4-1的表達(dá)量在大麥和小麥之間、大麥和雀麥之間的差異未達(dá)到顯著水平。小麥、雀麥或黑麥上低海拔麥長(zhǎng)管蚜SaveCYP6A13、SaveCYP4G15和SaveEsterase E4的表達(dá)量顯著高于高海拔麥長(zhǎng)管蚜;在大麥上,高海拔麥長(zhǎng)管蚜SaveEsterase E4的表達(dá)量顯著低于低海拔麥長(zhǎng)管蚜;而且,多元方差分析(MANOVA)顯示解毒基因的表達(dá)量在不同海拔麥長(zhǎng)管蚜之間存在顯著差異。此外,與22℃相比,15℃處理?xiàng)l件下高海拔麥長(zhǎng)管蚜SaveHSP70B2的表達(dá)量顯著增加、SaveHSC70的表達(dá)量顯著降低;但是,15℃和22℃處理?xiàng)l件下低海拔麥長(zhǎng)管蚜SaveHSP70B2和SaveHSC70的表達(dá)量的差異未達(dá)到顯著水平。同時(shí),29℃下高海拔麥長(zhǎng)管蚜SaveHSP60、SaveHSP70或SaveHSC70的表達(dá)量顯著高于低海拔麥長(zhǎng)管蚜;相比于低海拔麥長(zhǎng)管蚜,15℃處理?xiàng)l件下高海拔麥長(zhǎng)管蚜SaveHSC70和SaveHSP83的表達(dá)量顯著降低。因此,不同海拔麥長(zhǎng)管蚜在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)溫度和寄主植物變化的響應(yīng)有明顯區(qū)別,說(shuō)明不同海拔麥長(zhǎng)管蚜對(duì)溫度和寄主植物等環(huán)境變化的響應(yīng)具有明顯的分子基礎(chǔ);研究結(jié)果對(duì)理解蚜蟲(chóng)響應(yīng)環(huán)境變化的分子機(jī)理具有重要意義。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S435.122.2
【部分圖文】：

西北農(nóng)林科技大學(xué)博士學(xué)位論文而，麥長(zhǎng)管蚜的死亡率在 15℃或 22℃飼養(yǎng)條件下未發(fā)生顯著性變化。在 22℃飼養(yǎng)下，高海拔麥長(zhǎng)管蚜的存活率（97.04%）顯著低于中海拔（99.35%； 2= 4.04；df = 1 = 0.044）或低海拔麥長(zhǎng)管蚜（100%； 2= 9.15；df = 1；P = 0.003），這與 29℃飼養(yǎng)下的表現(xiàn)一致（低海拔：中海拔：高海拔 = 97.78%：95.00%：87.66%； 2= 22.18.61；df = 1；P < 0.01）；然而，在 15℃飼養(yǎng)條件下，不同海拔麥長(zhǎng)管蚜的死亡率相似

第二章 不同海拔麥長(zhǎng)管蚜對(duì)溫度變化的響應(yīng)1；P = 0.027）；高海拔麥長(zhǎng)管蚜在 22℃（28.99%）飼養(yǎng)條件下的有翅率顯著低于 29℃（41.56%； 2= 5.59；df = 1；P = 0.018）。在 29℃飼養(yǎng)條件下，高海拔麥長(zhǎng)管蚜的有翅率（41.56%）顯著高于低海拔（25.28%； 2= 13.57；df = 1；P < 0.001）或中海拔（26.07%； 2= 11.03；df = 1；P < 0.001）麥長(zhǎng)管蚜，而有翅率在中海拔和高海拔麥長(zhǎng)管蚜之間沒(méi)有顯著差異；在 22℃飼養(yǎng)條件下，低海拔麥長(zhǎng)管蚜的有翅率（18.30%）顯著低于高海拔麥長(zhǎng)管蚜（28.99%； 2= 7.23；df = 1；P = 0.007），中海拔與高海拔以及中海拔與低海拔麥長(zhǎng)管蚜有翅率的差異未達(dá)到顯著性水平；在 15℃飼養(yǎng)條件下，不同海拔麥長(zhǎng)管蚜的有翅率未發(fā)生顯著變化。

222-3 不同海拔麥長(zhǎng)管蚜十天產(chǎn)蚜量（A）和成蟲(chóng)體重（B）的比較（柱上不同字母表?yè)?jù)在 = 0.05 水平上存在顯著差異，Tukey 檢驗(yàn)）Fig. 2-3 Comparisons of 10-d fecundity (A) and adult weight (B) for Sitobion avenae fromdifferent altitudes under 15℃, 22℃ and 29℃ treatments (different letters above bar indicasignificant differences at the = 0.05, Tukey tests)

本文編號(hào)：2832761