【摘要】：植物作為重要的生態(tài)因子和食物資源,顯著影響昆蟲的發(fā)生與分布。亞洲小車蝗Oedaleus asiaticus Bey-Bienko是我國北方草原重要害蟲,具有特定的食物結(jié)構(gòu)和適應(yīng)性,其發(fā)生與植物密切相關(guān)。目前,食物驅(qū)動的種群遷移與成災(zāi)機(jī)制尚不明確。為此,本文通過化學(xué)生態(tài)學(xué)和分子生態(tài)學(xué)方法研究了其食物適應(yīng)性,明確了其解毒、營養(yǎng)、能量“折中優(yōu)選”機(jī)制,揭示了植物介導(dǎo)類胰島素信號途徑(ILP)調(diào)控其食物適應(yīng)的進(jìn)化關(guān)系。結(jié)果如下:1.生態(tài)適應(yīng)導(dǎo)致了亞洲小車蝗發(fā)生與分布差異。亞洲小車蝗發(fā)生密度與羊草生物量顯著負(fù)相關(guān),與針茅生物量、植被總生物量顯著正相關(guān),在針茅草地存活率、生長速率最高。針茅飼喂的亞洲小車蝗取食量、消化率、利用率、轉(zhuǎn)化率、發(fā)育速率最高,隱子草、羊草次之,取食冷蒿、小葉錦雞兒不能完成生活史。對食物的生態(tài)適應(yīng)差異發(fā)揮了“推—拉”作用,驅(qū)動了亞洲小車蝗的種群遷移、聚集為害。2.生理適應(yīng)導(dǎo)致了解毒、營養(yǎng)“折中優(yōu)選”機(jī)制的形成。針茅糖類、脂肪、蛋白質(zhì)含量高,黃酮、萜類、生物堿、酚類、單寧含量低,亞洲小車蝗取食后消化相關(guān)的酶活性顯著升高,ROS濃度、解毒酶、保護(hù)酶活性顯著降低,表明其為優(yōu)質(zhì)食物資源;羊草、冷蒿則相反。亞洲小車蝗種群遷移與聚集為害的本質(zhì)是其食物和棲境的選擇遵循最高營養(yǎng)攝入和最低解毒代謝的“折中優(yōu)選”規(guī)律。3.基因適應(yīng)是生理適應(yīng)的本質(zhì)。針茅飼喂的亞洲小車蝗腸道中糖類、脂類、蛋白質(zhì)消化與利用代謝通路88個(gè)基因上調(diào)表達(dá)。冷蒿飼喂的蟲體中表皮生長、DNA復(fù)制、能量代謝通路等相關(guān)基因166個(gè)下調(diào)表達(dá);解毒、抗逆、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等相關(guān)基因133個(gè)上調(diào)表達(dá)。相關(guān)差異基因構(gòu)成了亞洲小車蝗食物適應(yīng)的分子基礎(chǔ)。4.植物介導(dǎo)ILP途徑調(diào)控亞洲小車蝗發(fā)育。植物營養(yǎng)、苷元等解毒代謝產(chǎn)物可介導(dǎo)類胰島素信號途徑(ILP),影響昆蟲生長發(fā)育。作為最優(yōu)食物資源,針茅調(diào)控ILP途徑中INSR、IRS、PI3K、AKT基因轉(zhuǎn)錄和蛋白磷酸化水平上調(diào)表達(dá),加速發(fā)育,羊草、冷蒿則相反,表明亞洲小車蝗進(jìn)化出了主動適應(yīng)機(jī)制,可利用植物營養(yǎng)、解毒代謝調(diào)控發(fā)育進(jìn)度,以適應(yīng)更廣泛的生態(tài)區(qū)域,這可能是其分布廣、易暴發(fā)成災(zāi)的根本原因。本研究揭示了亞洲小車蝗解毒、營養(yǎng)、能量“折中優(yōu)選”的被動適應(yīng)機(jī)制,以及利用植物調(diào)控發(fā)育的主動適應(yīng)機(jī)制。為昆蟲環(huán)境適應(yīng)機(jī)制研究與可持續(xù)治理提供了理論支撐。
【圖文】：

圖 1-1 亞洲小車蝗及主要發(fā)生區(qū)域（紅色部分，M 代表蒙古高原）-1 Oedaleus asiaticus species and main distribution in China (the red section, M: Mongolia pl性昆蟲與寄主植物關(guān)系為昆蟲提供了食物資源、交配場所和產(chǎn)卵場所等（Simon et al., 2015）。作年的協(xié)同進(jìn)化過程中，植食性昆蟲對不同植物形成了特定的取食偏好性和et al., 2007; Ehrlich & Raven, 1964）。許多植物形成了抵御昆蟲取食的防御機(jī)打破植物防御系統(tǒng)的適應(yīng)機(jī)制（Baldwin, 2001; Despres et al., 2007）。植食

重危害（Thaler, 1999; Kessler & Baldwin, 2001）。植物對昆蟲的直接防御（Direct defenses）包括物理特征（Physical barrier），如植物葉片或的刺、毛和角質(zhì)；化學(xué)特征，如初生營養(yǎng)物質(zhì)（Nutritional hurdle）和次生代謝物（Secondmetabolites）等化學(xué)特性（Wu & Baldwin, 2010）。次生代謝物作為植物重要的“化學(xué)武器”可制昆蟲的生長發(fā)育和生殖，昆蟲取食為害后這些物質(zhì)在寄主植物體內(nèi)顯著增加或在分子水平上著表達(dá)。根據(jù)其對害蟲的作用方式分為抗消化蛋白、抗?fàn)I養(yǎng)酶類如淀粉酶抑制劑（Inhibitors）蛋白酶抑制劑 PIs、多酚氧化酶 PPO 和植物凝結(jié)素 Lectin 等，以及次生化合物，如酚類、生物堿萜類、類黃酮和單寧等，對昆蟲產(chǎn)生毒害或直接起到阻食、趨避劑作用（Roda & Baldwin, 2003; 新崗等, 2008; Johnson et al., 2015; Zhusalzman & Zeng, 2015）（圖 1-2）。植物對昆蟲的間接防（Indirect defenses）也主要是通過植物揮發(fā)物（Volatiles）來實(shí)現(xiàn)的，即蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物部分萜類物質(zhì)可以引誘寄生性或捕食性天敵，實(shí)現(xiàn)害蟲種群控制，，以減輕為害（Wu & Baldw2010; Johnson et al., 2015）。蟲害誘導(dǎo)的揮發(fā)物作為植物-昆蟲-天敵 3 層營養(yǎng)關(guān)系的信息化合物調(diào)節(jié)著三者的種群關(guān)系。這些植物揮發(fā)物主要包括綠葉性氣味物質(zhì)、萜類化合物、含氮化合物等除了揮發(fā)物成分外，有些植物還可以產(chǎn)生并利用花外蜜露的方式吸引昆蟲寄生性和捕食性天敵來攻擊或捕食害蟲，以降低昆蟲的取食危害（Turlings et al., 1990; Dicke & Loon, 2001; DesplandSimpson, 2005）（圖 1-2）。物理屏障Physical barriers組成型防御Constitutive defenses
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S812.6

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李堯;張娜;;亞洲小車蝗的多尺度分布格局[J];中國科學(xué)院大學(xué)學(xué)報(bào);2017年03期

2 張淑英;亞洲小車蝗發(fā)生規(guī)律初報(bào)[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè);2003年11期

3 阿斯郎;徐紹庭;宋銀芳;劉愛萍;;科爾沁草原的蝗蟲及其防治[J];中國草原;1988年03期

4 關(guān)敬群,魏增柱;亞洲小車蝗食量測定[J];昆蟲知識;1989年01期

5 喬峰;蝗災(zāi)北移的主力軍亞洲小車蝗[J];人與生物圈;2005年03期

6 楊新華;李永丹;田兆豐;史雪巖;高希武;;亞洲小車蝗痘病毒與化學(xué)殺蟲劑混用的殺蟲效果及對寄主主要解毒酶活性的影響[J];昆蟲學(xué)報(bào);2008年05期

7 席瑞華,劉舉鵬;不同食料植物對亞洲小車蝗生長和生殖力的影響[J];昆蟲知識;1984年04期

8 王思芳,李桂舫,王麗英;亞洲小車蝗痘病毒的電子顯微鏡研究[J];萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào);1996年02期

9 許富禎;孟正平;郭永華;申集平;韓常在;;烏蘭察布市農(nóng)牧交錯區(qū)亞洲小車蝗發(fā)生與防治[J];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技;2005年S2期

10 許富禎;孟正平;郭永華;申集平;;烏蘭察布市農(nóng)牧交錯區(qū)亞洲小車蝗生物學(xué)特性觀察及猖獗因素分析[J];中國植保導(dǎo)刊;2006年05期

相關(guān)會議論文 前4條

1 高靈旺;王麗英;王思芳;;亞洲小車蝗痘病毒對蝗蟲作用模型的研究[A];走向21世紀(jì)的中國昆蟲學(xué)——中國昆蟲學(xué)會2000年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2000年

2 高書晶;;種群密度對亞洲小車蝗能源物質(zhì)含量及消耗的影響[A];首屆“全國青年昆蟲學(xué)科技工作者創(chuàng)新論壇”論文摘要集[C];2012年

3 王貴強(qiáng);嚴(yán)毓驊;張龍;;卡死克與微孢子蟲治蝗技術(shù)的協(xié)調(diào)應(yīng)用[A];全國生物防治學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];1995年

4 白鴻巖;張?zhí)炀?孫嵬;董輝;叢斌;;內(nèi)蒙古科爾沁丘陵草甸草原3種優(yōu)勢蝗蟲對植物高度選擇的觀察[A];“創(chuàng)新驅(qū)動與現(xiàn)代植保”——中國植物保護(hù)學(xué)會第十一次全國會員代表大會暨2013年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 黃訓(xùn)兵;亞洲小車蝗食物適應(yīng)機(jī)制研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2018年

2 張未仲;亞洲小車蝗生境適應(yīng)性及代謝相關(guān)基因研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2013年

3 韓海斌;內(nèi)蒙古亞洲小車蝗種群遺傳多樣性的研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

4 孫嵬;科爾沁平原丘陵草甸草原蝗蟲群落結(jié)構(gòu)及亞洲小車蝗、黃脛小車蝗種群遺傳分化的研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張碩;基于轉(zhuǎn)錄組的亞洲小車蝗氣味結(jié)合蛋白基因的鑒定及其表達(dá)譜分析[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 李東偉;內(nèi)蒙古地區(qū)亞洲小車蝗不同地理種群遺傳多樣性研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

3 盧輝;內(nèi)蒙古典型草原亞洲小車蝗防治經(jīng)濟(jì)閾值和生態(tài)閾值研究[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

4 李瑾;寬翅曲背蝗和亞洲小車蝗卵的抗寒性研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

5 陳廣平;溫度和光周期對內(nèi)蒙古3種草原蝗蟲生長發(fā)育及卵滯育的影響[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

6 張寅至;牧草中C、N元素含量的改變與亞洲小車蝗的取食關(guān)系[D];安徽農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

7 董U

本文編號：2679145