本文關(guān)鍵詞：櫻紅劍尾蟋與扁蚊蝎蛉交配行為研究　出處：《西北農(nóng)林科技大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：交配行為是有性生殖動物普遍存在的現(xiàn)象。在許多昆蟲中,雄蟲在交配前、交配中、或交配后會提供獻禮給雌蟲。在這種求偶與交配的過程中,雄蟲獻禮的大小、多少,雌、雄性生殖器及相關(guān)結(jié)構(gòu)發(fā)揮著重要作用。然而,獻禮大小與獻禮雄蟲父權(quán)額度的關(guān)系、交配中相關(guān)結(jié)構(gòu)與交配行為的協(xié)同演化、精子的傳輸機制、獻禮的作用等方面的研究仍然比較缺乏。蟋蟀科Gryllidae屬于直翅目Orthoptera蟋蟀總科Grylloidea,是不完全變態(tài)類昆蟲,由于其特殊的交配鳴曲行為而常常被廣泛關(guān)注。此外,夏威夷劍尾蟋Laupala是目前發(fā)現(xiàn)的節(jié)肢動物中物種形成速率最快的類群之一。蚊蝎蛉科Bittacidae是完全變態(tài)類昆蟲長翅目Mecoptera第二大科,成蟲靜止時以捕捉式前足懸掛于植物枝條或葉片邊緣,不能在表面行走。因其對環(huán)境條件要求嚴格,在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和生物多樣性保護中具有重要意義。雖然昆蟲的交配行為在不完全變態(tài)類和完全變態(tài)類昆蟲中均有較多研究,但對兩者交配行為的比較研究卻很少。因此,不全變態(tài)類昆蟲中,我們選用夏威夷島分布最廣的的櫻紅劍尾蟋Laupala cerasina Otte,1994為研究對象,通過室內(nèi)飼養(yǎng),研究了其詳細的求偶和交配行為;通過競爭性交配研究,利用統(tǒng)計學方法檢測了多次交配中,雄蟲獻禮的禮物大小/多少與其父權(quán)額度的關(guān)系,揭示了多次交配中雌蟲的精子利用模式。全變態(tài)類昆蟲中,我們以中國秦嶺山區(qū)的優(yōu)勢種扁蚊蝎蛉Bittacus planus Cheng,1949為研究對象,通過野外行為學觀察,記錄了蚊蝎蛉求偶與交配行為的詳細過程,并通過光鏡和電子顯微鏡技術(shù),從解剖學和組織學等方面首次對扁蚊蝎蛉的交配方式及其與外生殖器的協(xié)同演化,以及蚊蝎蛉精子泵的活動機制進行了全面研究。主要結(jié)果如下:1.櫻紅劍尾蟋交配行為:櫻紅劍尾蟋的求偶和交配行為非常復雜,每次交配可持續(xù)一天時間。雄蟲首先利用歌聲吸引雌蟲,然后雌、雄蟲利用觸角進行交流,隨后雄蟲會相繼產(chǎn)生并傳遞一系列不含精子的小精包給雌蟲,雌蟲在接收到小精包并附著一段時間后會將其移除并取食,這種不含精子的小精包的傳遞與取食是一種獻禮行為。在天黑前約一個小時左右,雄蟲會產(chǎn)生一個含有精子的直徑約為小精包3倍的大精包,真正的精子傳輸發(fā)生在大精包傳遞之后;雌蟲將精子吸收完成后會移除并取食大精包殘余物。2.櫻紅劍尾蟋精子利用模式及獻禮大小與獻禮雄蟲父權(quán)額度的關(guān)系:通過競爭性交配實驗,我們發(fā)現(xiàn)櫻紅劍尾蟋在忽略獻禮多少的情況下,其明顯的精子利用模式是第一個交配雄蟲精子使用優(yōu)先。在子代中,出生較晚的子代為第二個交配雄蟲后代的可能性較大,并且這些子代所屬的家系一般也比較龐大。然而,不可思議的是,在櫻紅劍尾蟋中我們并未發(fā)現(xiàn)獻禮大小與獻禮雄蟲父權(quán)額度之間存在很明確的相關(guān)性,因此獻禮行為在櫻紅劍尾蟋中到底起什么作用,目前仍不十分清楚。3.扁蚊蝎蛉交配行為與外生殖器的協(xié)同演化:扁蚊蝎蛉在求偶過程中,雄蟲要為雌蟲提供一個獵物作為彩禮。在交配過程中,雌、雄蟲均懸掛于植物上,采取面對面的交配姿勢。為適應(yīng)這種特殊的交配姿勢,雄蟲腹部臨時扭轉(zhuǎn)180°。同時,雄蟲陽莖復合體中有一個極度延長的陽莖絲,正好與雌蟲體內(nèi)極長的受精囊管相對應(yīng)。在蚊蝎蛉科昆蟲中,雄性外生殖器的生殖刺突極度退化,而由腹部第9節(jié)背板演化而來的上生殖瓣卻非常發(fā)達。我們認為,其發(fā)達的上生殖瓣在交配過程中代替了生殖刺突的作用,行使雄性抱握器的功能,在交配過程中抱握雌蟲的下生殖板,完成配對過程。雄蟲特化的載肛突(特化為上瓣和下瓣)協(xié)助陽莖絲完成向受精囊導管的插入。4.扁蚊蝎蛉雄性精子泵結(jié)構(gòu)與其射精機制:扁蚊蝎蛉在交配過程中,精子以液體的形式,通過一個特殊的精子泵被傳送到雌蟲生殖道內(nèi)。扁蚊蝎蛉的精子泵主要由以下幾個部分組成:一個由活塞和活塞承載骨片愈合而成的骨片、一個由生殖節(jié)結(jié)構(gòu)(包含射精囊后段、射精囊撐片、陽莖基)折疊形成的泵腔,以及一些其他的附屬結(jié)構(gòu)和肌肉�；钊^在活塞運動中起著重要作用,但在活塞上未發(fā)現(xiàn)收縮肌附著。射精囊撐片作為排出閥,被一對拮抗的肌肉系統(tǒng)所控制。我們推測,雄蟲的射精活動主要由活塞升肌和射精囊撐片前拽肌及收縮肌所控制。最后,簡要討論了劍尾蟋與蚊蝎蛉交配行為的比較與獻禮行為的演化,以及昆蟲雌、雄蟲生殖器的演化。
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【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q968
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本文編號：1349952