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《西北农林科技大学》 2012年
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环境胁迫条件下麦长管蚜种下体色型分化生态机理研究

胡祖庆  
【摘要】:麦长管蚜Sitobion avenae (Fabricius),属半翅目Hemiptera,蚜科Aphididae,是国内外重要的农业害虫。当今气候环境的变化对生物特别是R-生态对策的蚜虫产生着强大选择压,使其进化更为迅速。麦长管蚜有红、绿两种体色生物型,其红色型可能就是紫外线增强等诱因产生的新的种下型。种下体色生物型分化是导致麦长管蚜广泛成灾的内在因素之一。本文在前人的研究基础上,用紫外线UV-B、脱共生菌及寄主植物感染病毒(谷类黄矮病CYDV-PRV和小麦矮缩病WDV)等环境胁迫,对两种体色型麦长管蚜的生长发育、繁殖、种内竞争等生态学参数进行了研究,并利用刺探电位图谱技术(EPG)对上述环境胁迫条件下两种体色型麦长管蚜的取食行为学机制进行了研究,以期证明麦长管蚜种下体色型分化的生态机理。得到如下结果: 1.紫外线直接照射是麦长管蚜种下体色型分化的动力之一 在不同剂量(0,216,432,864kJ/m~2)紫外照射两种体色型麦长管蚜初生若蚜后,对其生长发育、繁殖参数和取食行为进行了测定。生长发育和繁殖参数的结果表明:低剂量紫外辐射(216kJ/m~2)能够促进两种体色型麦长管蚜的生长发育和繁殖;而高剂量紫外辐射(432,864kJ/m~2)能够抑制两种体色型麦长管蚜的生长发育和繁殖,且红色型对高剂量紫外直接照射的适应能力较绿色型强。取食行为EPG研究表明其机理在于:高剂量紫外辐射不仅抑制两种体色型麦长管蚜口针在寄主植物韧皮部的取食,还增加蚜虫口针穿过表皮/叶肉细胞的时间,且绿色型麦长管蚜口针穿过寄主植物表皮/叶肉细胞和取食韧皮部汁液的难度均高于红色型。说明红色型麦长管蚜是适应紫外增强的一种进化生物型。 2.紫外线照射寄主植物对蚜虫的间接影响是麦长管蚜种下体色型分化的又一动力 不同剂量(对照剂量0kJ/m~2,环境正常辐射剂量600kJ/m~2,加倍辐射剂量1200kJ/m~2)紫外照射寄主植物大麦后,对两种体色型麦长管蚜的生长发育、繁殖参数和取食行为进行了测定。生长发育和繁殖参数的结果表明:当寄主植物受到加倍强度紫外照射后,两种体色型麦长管蚜的生长发育和繁殖均受到抑制,且红色型麦长管蚜对加倍紫外强度照射后植物的适应能力较绿色型强。EPG研究结果表明其机理在于:加倍强度紫外照射寄主植物后,均能增加寄主植物对两种体色型麦长管蚜的表面抗性、表皮/叶肉抗性和韧皮部抗性,且寄主植物对绿色型麦长管蚜上述三个方面的抗性均比高于红色型。进一步说明红色型是适应紫外增强的一种进化生物型。 3.麦长管蚜体内共生菌在其种下体色型分化过程中起着重要作用 利用广谱性抗生素利福平脱除两种体色型麦长管蚜胞内共生菌后,对两种体色型麦长管蚜的生长发育、繁殖参数和取食行为进行了测定。生长发育和繁殖参数的结果表明:脱共生对两种体色型麦长管蚜的生长发育和繁殖都造成了不利的影响,且脱共生对红色型麦长管蚜的不利影响要比绿色型大。EPG研究结果表明其机理在于:脱共生蚜虫口针穿过植物表皮/叶肉细胞难度增加,在韧皮部的取食时间缩短,且红色型脱共生麦长管蚜上述阶段的取食难度均高于绿色型。表明蚜虫体内共生菌参与控制麦长管蚜种下体色型分化进程。 4.寄主植物体内植物病毒对麦长管蚜的种下体色型分化有重要影响 寄主植物大麦感染CYDV-PRV和WDV病毒后,对两种体色型麦长管蚜(非介体昆虫)的生长发育和繁殖起了促进作用,且对绿色型麦长管蚜的生长发育的促进作用较红色型强。EPG研究结果表明其机理在于:非传播性植物病毒显著减弱了植物表面、表皮/叶肉组织、韧皮部组织对两种体色型麦长管蚜的抗性,且感染植物病毒的寄主植物对绿色型韧皮部取食阶段的抗性显著低于红色型。证明寄主植物体内的植物病毒对麦长管蚜的种下体色分化有重要影响。 5.环境胁迫影响两种体色型麦长管蚜的竞争力从而影响麦长管蚜的种下体色分化 在环境胁迫(正常对照、加倍剂量紫外线照射、CYDV-RPV病毒)寄主植物条件下,单独和混合饲养(一头绿色型和一头红色型罩在同一微笼罩内)不同体色型麦长管蚜,分析竞争结果发现:正常饲养条件下,两种体色型麦长管蚜竞争力相当;紫外胁迫下红色型麦长管蚜的竞争力比绿色型强;而植物病毒胁迫下绿色型麦长管蚜的竞争力比红色型强。证明环境胁迫通过影响两种体色型麦长管蚜的竞争力从而影响麦长管蚜的种下体色分化,且环境胁迫因子不同其效应不同。 总之,环境胁迫条件下两种体色型麦长管蚜适应性和竞争力具有显著差异,且胁迫因子不同其效应和生态学机理均不相同,说明环境胁迫是导致麦长管蚜种下体色型分化的主要原因。这对阐明麦长管蚜虫种下分化的机制具有重要意义,由此也可折射出R对策昆虫进化加剧的原因,并为全球环境变化加剧这一大背景下麦长管蚜和植物病毒的综合治理提供理论依据。 本研究有以下四个方面的创新: 1.证明紫外线、植物病毒胁迫是麦长管蚜种下体色型分化的重要动力; 2.证明麦长管蚜体内共生菌在其种下体色型分化过程中起着重要作用; 3.揭示出环境胁迫条件下麦长管蚜种下体色型分化的生态机理; 4.证明紫外胁迫下红色型麦长管蚜的竞争力比绿色型强,而植物病毒胁迫下绿色型麦长管蚜的竞争力比红色型强。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S433.3

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