發(fā)布時間：2019-04-10 17:42

【摘要】：全球氣候的變化導(dǎo)致干旱事件的增加,水分的缺乏不僅對植物有影響,對于以植物作為取食對象的植食性昆蟲來說影響更大,特別是蚜蟲這類取食植物韌皮部汁液的昆蟲。麥長管蚜Sitobion avenae(Fabricius),在我國麥區(qū)廣泛分布,是小麥蚜蟲中的優(yōu)勢種。近年的研究表明,環(huán)境壓力與麥長管蚜的寄主適應(yīng)性和種群分化等密切相關(guān),但研究并不全面,其作用機理也尚不清楚。特別是長期水分缺乏的環(huán)境壓力下蚜蟲的生活史和行為學(xué)演變規(guī)律、種群遺傳分化及其適應(yīng)機理等方面的系統(tǒng)研究較少。本研究利用生態(tài)學(xué)、行為學(xué)方法及微衛(wèi)星分子標(biāo)記等技術(shù)對來源于不同干旱水平地區(qū)的麥長管蚜種群進行了較為全面系統(tǒng)的比較,并通過長期觀察不同種群在缺水脅迫下的變化,以明確麥長管蚜對水分缺乏脅迫的響應(yīng)規(guī)律及其種群遺傳分化和環(huán)境適應(yīng)性的機理,主要研究結(jié)果如下:在實驗室條件下,通過對土壤的水分含量和寄主植物葉片水勢的控制,摸索出一套可以對麥長管蚜及其寄主植物進行不同程度短期和長期脅迫的缺水策略。本研究中共設(shè)置三個缺水處理策略:對照(田間持水量的70%~80%,土壤水勢范圍為-0.0025 MPa~-0.02 MPa,葉片水勢為-0.12 MPa~-0.2 Mpa)、中度缺水脅迫(田間持水量的55%~65%,土壤水勢范圍為-0.02 MPa~-0.035 MPa,葉片水勢為-0.2 MPa~-0.6 MPa)和重度缺水脅迫(田間持水量的35%~45%,土壤水勢范圍為-0.045 MPa,葉片水勢為-0.6 MPa~-0.8 MPa)。對寄主植物(小麥)在不同缺水脅迫下的表現(xiàn)進行評估發(fā)現(xiàn):中度和重度缺水脅迫不僅會使小麥葉片的水勢下降、發(fā)育遲緩、分蘗數(shù)和地上鮮物質(zhì)的量減少,還會使小麥葉片的葉溫和氮元素含量升高。并且這種變化與其受到的脅迫程度和脅迫時間呈顯著正相關(guān)。對來自濕潤地區(qū)和半干旱地區(qū)的麥長管蚜種群進行了生活史特征評估,結(jié)果表明:不論缺水脅迫處理與否,相比濕潤地區(qū)的蚜蟲,半干旱地區(qū)的麥長管蚜克隆都表現(xiàn)出明顯的發(fā)育時間的延長、繁殖時間的縮短、繁殖力和凈生殖率下降,且濕潤地區(qū)蚜蟲克隆的特定齡期繁殖率顯著高于半干旱地區(qū)的蚜蟲克隆。通過對主要生活史適應(yīng)性特征進行相關(guān)性分析來推測,不同地區(qū)蚜蟲種群間存在明顯分化(如一生繁殖力與若蟲總發(fā)育時間相關(guān)性分析等)�！胺N群來源”和“克隆”兩者占生活史特征的總變異的62.74%~96.56%,表明濕潤地區(qū)和半干旱地區(qū)的麥長管蚜克隆的種群分化和遺傳背景密切相關(guān)。通過對麥長管蚜在缺水脅迫前后對不同缺水脅迫條件下的寄主植物的選擇,并利用epg(electricalpenetrationgraph)技術(shù),對麥長管蚜在不同缺水脅迫處理下取食行為進行分析發(fā)現(xiàn):麥長管蚜水分脅迫前后對寄主植物的選擇,無論是無翅成蚜還是有翅成蚜,經(jīng)歷5代的中度缺水脅迫后,雖然都能夠提高濕潤地區(qū)和干旱地區(qū)的蚜蟲對重度缺水脅迫寄主的選擇率(除了干旱地區(qū)有翅成蚜),但還是選擇對照的更多,說明短期的缺水經(jīng)歷并不能改變這兩個地區(qū)蚜蟲對寄主植物的選擇。對于半干旱地區(qū)的麥長管蚜,5代的缺水脅迫均顯著提高了無翅成蚜和有翅成蚜對重度缺水脅迫寄主植物的選擇,說明在缺水條件下,半干旱地區(qū)的蚜蟲能夠更快的產(chǎn)生響應(yīng)從而適應(yīng)水分條件的變化。取食行為(epg)的結(jié)果表明,相比在對照處理下,在重度缺水脅迫處理下的植物葉片上三個地區(qū)的麥長管蚜均表現(xiàn)為:c波和pd波持續(xù)時間增加,總刺探次數(shù)增多,且e2波時間均顯著縮短。半干旱和干旱地區(qū)的蚜蟲在對照植物上c波持續(xù)時間顯著低于濕潤地區(qū)的蚜蟲,但e2波持續(xù)時間相比濕潤地區(qū)的蚜蟲顯著增多,說明干旱地區(qū)的蚜蟲比濕潤地區(qū)的蚜蟲需要耗費更多的時間在取食上。濕潤地區(qū)的麥長管蚜在重度缺水脅迫處理下的g波持續(xù)時間顯著延長,而半干旱地區(qū)和干旱地區(qū)的蚜蟲g波取食時間在兩種處理間均無顯著差異,說明這兩個地區(qū)的蚜蟲可能對于取食過程中寄主植物的水分缺乏有一定經(jīng)歷,因此并未產(chǎn)生明顯變化。對9個不同地點來源(濕潤地區(qū)、半濕潤半干旱地區(qū)和干旱地區(qū))的麥長管蚜種群缺水脅迫5代、10代、15代后進行生活史主要參數(shù)的評估,比較其與第1代麥長管蚜生活史數(shù)據(jù)的變化情況。結(jié)果顯示:缺水脅迫5代、10代和15代后,濕潤地區(qū)麥長管蚜在三種水分處理下若蟲各發(fā)育時間大多縮短,但10天產(chǎn)蚜量和成蚜體重卻顯著下降。半干旱地區(qū)的麥長管蚜在缺水脅迫5代后,發(fā)育時間有所延長,但第10代、15代后的若蟲發(fā)育時間在不同缺水處理下均顯著減少,10天產(chǎn)蚜量和成蚜體重隨著脅迫代數(shù)和脅迫程度呈遞減趨勢。說明缺水脅迫對濕潤地區(qū)和半干旱地區(qū)的蚜蟲克隆產(chǎn)生了負面的影響,而且在連續(xù)缺水脅迫多代后,這兩個地區(qū)的蚜蟲克隆對缺水脅迫的適應(yīng)能力并未發(fā)生改變。干旱地區(qū)的麥長管蚜在脅迫5代、10代和15代后的若蟲發(fā)育時間在三個處理下有所增加,但繁殖力和成蚜體重在三種處理下呈上升趨勢,這表明水分缺乏提高了干旱地區(qū)蚜蟲潛在的適應(yīng)能力�？偟膩碚f,這種潛在的適應(yīng)能力可能存在于半干旱或干旱地區(qū)的麥長管蚜克隆中,而不是濕潤地區(qū)的麥長管蚜中,是因為這種潛在的適應(yīng)能力往往與是否有水分缺乏經(jīng)歷或者是與其受到缺水脅迫的強度和持續(xù)時間相關(guān)。利用麥長管蚜的6個微衛(wèi)星位點,對9個不同干旱水平地區(qū)來源的麥長管蚜種群進行遺傳背景及其種群結(jié)構(gòu)和分化情況的研究。結(jié)果表明:不同地區(qū)來源的麥長管蚜種群存在不同的遺傳多樣性及遺傳結(jié)構(gòu);本地氣候和地理隔離可能與其種群結(jié)構(gòu)和分化存在相關(guān)性,是影響麥長管蚜種群遺傳分化的重要因素。本研究中用來評估麥長管蚜種群的6個微衛(wèi)星位點的pic為0.6276~0.7560,均大于0.5,表明各位點的多態(tài)性較高;不同干旱地區(qū)麥長管蚜種群的等位基因數(shù)(na)為3.3333~10.6667,有效等位基因數(shù)(ne)為3.0240~6.7710,并且在不同地區(qū)的麥長管蚜種群內(nèi)差異較大,說明我國這幾個地區(qū)的麥長管蚜種群有較高的遺傳多樣性;不同地區(qū)的麥長管蚜種群絕大多數(shù)都表現(xiàn)為期望雜合度(He)低于觀測雜合度(Ho),可能存在雜合子過剩的現(xiàn)象;所有種群的近交系數(shù)(Fis)都為負值,表明這些地區(qū)的蚜蟲主要行孤雌產(chǎn)雌的生殖方式;干旱地區(qū)種群的香農(nóng)信息指數(shù)(I)均高于其他地區(qū),表明干旱地區(qū)的蚜蟲種群和其他地區(qū)的種群相比有明顯的遺傳多樣性差異。相同干旱水平地區(qū)來源的蚜蟲,種群間的遺傳結(jié)構(gòu)差異不明顯,遺傳分化水平很低,但濕潤地區(qū)的種群之間的遺傳分化水平(Fst=0.0578~0.14231)比半干旱和干旱地區(qū)的種群之間的遺傳分化水平(Fst分別為-0.00476~0.04376和-0.0163~0.06705)要高。這說明濕潤地區(qū)的麥長管蚜種群可能對當(dāng)?shù)丨h(huán)境產(chǎn)生了較高的適應(yīng)性。在本研究中,大部分地區(qū)的麥長管蚜種群之間都存在一定程度的基因交流。分化程度越低的種群之間遺傳相似度較高且遺傳距離較短的,但遺傳分化程度越高(LC-TC和MQXT-MQSL)的種群間基因交流任然頻繁;而LT和MQSL種群間的基因交流最弱,表明這些種群之間存在明顯的遺傳分化。通過STRUCTURE遺傳結(jié)構(gòu)分析對不同干旱地區(qū)的麥長管蚜種群進行了聚類分析,結(jié)果表明不同地區(qū)的麥長管蚜種群結(jié)構(gòu)有明顯差異,而且該蚜蟲種群間的遺傳分化與其相關(guān)地理環(huán)境存在一定的相關(guān)性。主成分分析(PCA)和構(gòu)建系統(tǒng)樹的結(jié)果顯示,濕潤地區(qū)、半干旱地區(qū)和干旱地區(qū)的種群分別聚集在不同區(qū)域,這也進一步說明不同測試種群間產(chǎn)生了明顯的遺傳分化,而這些分化是不同麥長管蚜種群應(yīng)對缺水脅迫的遺傳基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S435.122

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本文編號：2455997