篩豆龜蝽是大豆等豆科農(nóng)作物的重要害蟲,以成蟲、若蟲聚集在寄主植株的莖稈、葉片背面和嫩莢上吸取汁液為害,同時其排泄物引起植株霉污,影響光合作用,可對寄主植物造成嚴重危害。該害蟲主要分布于澳洲、亞洲及北美洲,近年來其危害區(qū)域呈進一步擴展蔓延趨勢。環(huán)境溫度是影響昆蟲生長發(fā)育、存活、繁殖、發(fā)生規(guī)律、分布以及擴散區(qū)域范圍的主要環(huán)境因素。在全球氣候變暖的大背景下,深入了解篩豆龜蝽對環(huán)境溫度變化的響應(yīng)及其發(fā)生動態(tài),對其潛在分布區(qū)的預(yù)警和綜合管理具有重要意義。本文從篩豆龜蝽對環(huán)境溫度適應(yīng)性的角度,系統(tǒng)開展溫度對篩豆龜蝽實驗種群生長發(fā)育主要生物學(xué)、生態(tài)學(xué)指標影響及其生理生化機制的相關(guān)研究,以期為詮釋篩豆龜蝽自然種群對氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)機制,為其種群動態(tài)的預(yù)測預(yù)報、環(huán)境適生性評價及科學(xué)防控提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:1、篩豆龜蝽成蟲溫區(qū)的劃分和過冷卻點。曬豆龜蝽成蟲溫區(qū)劃分為:低溫致死區(qū)-5.30℃,亞低溫致死區(qū)-5.84℃~2.82℃,適溫區(qū)2.10℃~34.64℃,亞高溫致死區(qū)34.64℃~41.40℃,高溫致死區(qū)41.40℃。雌、雄成蟲過冷卻點為分別為-8.48℃和-7.71℃。篩豆龜蝽雌成蟲對高、低溫耐受力均強于雄成蟲。2、溫度對篩豆龜蝽生長發(fā)育有顯著影響。在19℃~31℃范圍內(nèi),隨著溫度的升高,卵及各齡若蟲發(fā)育歷期縮短,當溫度達到一定高度時有所延長。篩豆龜蝽完成整個世代需要的發(fā)育起點溫度和有效積溫分別為12.52℃和2595.73 CDD。篩豆龜蝽發(fā)育和繁殖的適宜溫度范圍為19℃~28℃。生命表分析結(jié)果顯示,25℃時篩豆龜蝽種群趨勢指數(shù)、凈增殖率和內(nèi)稟增長率均為最高,最有利于其種群增長。3、篩豆龜蝽成蟲能源物質(zhì)、代謝關(guān)鍵酶及抗氧化酶均受溫度顯著影響。篩豆龜蝽可以通過積累體內(nèi)的能源物質(zhì)以提高自身對階段性高溫的耐受能力,通過調(diào)節(jié)呼吸代謝強度適應(yīng)溫度變化,呼吸代謝消耗以糖類為主。篩豆龜蝽的SOD、CAT、POD 3種抗氧化酶的活力、T-AOC總抗氧化能力和MDA含量在不同溫度和時間之間均存在顯著變化,但不同指標對溫度脅迫具有不同的響應(yīng),篩豆龜蝽成蟲可以有效處理熱應(yīng)激誘導(dǎo)的ROS。4、本試驗采用高通量測序平臺(Illumina Hiseq)對篩豆龜蝽成蟲進行轉(zhuǎn)錄組測序、序列組裝及生物信息學(xué)分析。一共獲得了93959條Unigenes,N50長度為1368 bp,最終獲得14073個有注釋信息的Unigenes。25℃和37℃溫度處理響應(yīng)差異表達基因一共有267條,上調(diào)表達176條,下調(diào)表達91條。16℃與25℃相比,有9條上調(diào)表達基因。而16℃和37℃響應(yīng)差異表達基因一共有531條,其中上調(diào)表達256條,下調(diào)表達275條。KEGG代謝途徑分析表明,高溫差異表達基因主要富集在氨基酸的生物合成,氧化磷酸化,心肌收縮,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)過程等代謝通路上。篩選出16條熱激蛋白相關(guān)的差異基因,主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工通路上和內(nèi)吞作用通路上。該研究結(jié)果為后續(xù)生物信息學(xué)分析及篩豆龜蝽對溫度適應(yīng)性關(guān)鍵基因發(fā)掘及機制的揭示提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。5、利用iTRAQ技術(shù)對篩豆龜蝽成蟲25℃和37℃處理后的蛋白質(zhì)組學(xué)分析,共獲得2105個具有能注釋的蛋白質(zhì)。通過分析,得到12個差異蛋白,其中6個上調(diào)表達,6個下調(diào)表達。通過生物信息學(xué)對差異蛋白進行功能分析,這些差異蛋白主要參與到了剪接體、FoxO信號通路、核糖體、ABC轉(zhuǎn)運蛋白、過氧化物酶體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)加工等代謝等通路上。對其轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn),蛋白和mRNA差異表達的基因有25個,其中蛋白和mRNA表達趨勢相同的基因1個。這些差異基因/蛋白功能涉及MAPK信號傳導(dǎo),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工,內(nèi)吞作用,纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的生物合成,花生四烯酸代謝及ABC轉(zhuǎn)運蛋白代謝等,為后續(xù)基因功能研究和代謝通路研究奠定基礎(chǔ)。6、篩豆龜蝽對溫度變化響應(yīng)的生理生化機制:在最適溫區(qū),篩豆龜蝽各種代謝環(huán)節(jié)處于最協(xié)調(diào)狀態(tài),能量的消耗最低。當溫度升高或降低時,為適應(yīng)新的環(huán)境溫度,篩豆龜蝽會調(diào)節(jié)呼吸強度,協(xié)同體內(nèi)多種抗氧化酶,調(diào)動能量代謝以抵御不良環(huán)境溫度的脅迫。在高溫壓力下,篩豆龜蝽會加快呼吸速率,以消耗糖類物質(zhì)為主,提高抗氧化酶活性。分子方面,與能量生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換、糖類轉(zhuǎn)運和代謝等相關(guān)的差異基因在氨基酸的生物合成,氧化磷酸化和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)過程的富集,糖酵解代謝關(guān)鍵酶GAPDH顯著上調(diào)表達。SOD蛋白顯著富集,可能在篩豆龜蝽氧化還原狀態(tài)調(diào)控上發(fā)揮了更重要的作用。另一方面熱激蛋白迅速積累也在高溫條件下發(fā)揮重要作用。在低溫壓力下,篩豆龜蝽呼吸速率降低,代謝減緩,相關(guān)酶活力下降。本研究僅初步探討了篩豆龜蝽對環(huán)境溫度響應(yīng)的生理生化機制,進一步的深入了解還需要在組織、細胞和分子水平上展開系統(tǒng)研究探索。
【學(xué)位單位】：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S433.3
【部分圖文】：

篩豆龜蝽成蟲背面觀（A）和腹面觀（B）

圖 2 篩豆龜蝽若蟲（2-5 齡）Fig.2 Development of M. cribraria nymphs from secend instar (left) to fifth instar (right)卵：長 0.5～0.8 mm，寬 0.2～0.4 mm，略呈圓桶狀，一端為假卵蓋，微拱起，另一端鈍圓，表面具縱溝。初產(chǎn)時為白色，之后顏色逐漸變深，到孵化前為褐色，孵化后卵殼為初產(chǎn)時的白色[29]。圖 3 篩豆龜蝽卵和初孵若蟲

圖 3 篩豆龜蝽卵和初孵若蟲Fig.3 Egg(A) and newly emerged(B) M. cribraria first instars.3 年生活史篩豆龜蝽在浙江蘭溪年發(fā)生 3 代，河南年發(fā)生 2～3 代[17]，在美國，一年發(fā)生 2 代[30]成蟲在寄主植物附近的枯枝落葉下或者附近的房屋越冬。在浙江，篩豆龜蝽第二年 5 開始活動，5 月中旬開始交尾，5 月下旬陸續(xù)遷入春大豆田，6 月中旬為第 1 代若蟲期，7 月上旬出現(xiàn)第 1 代成蟲高峰，7 月下旬至 8 月上旬為第 2 代若蟲高峰期，8 月
【參考文獻】

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本文編號：2890081