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褐飞虱和白背飞虱体内金属元素分布及富集特性研究

时嵩  
【摘要】:本研究由国家高技术发展计划(863计划)项目“褐飞虱地理种群指纹图谱分析及模式识别技术”(项目编号:2006AA102217)资助。本研究通过运用修正指数模型模拟褐飞虱Nilaparvata lugens (Stal)和白背飞虱Sogatella furcifera (Horv a th)的体重变化过程,将褐飞虱和白背飞虱的有机体和体内内容物进行有效的区分。再通过ICP-MS技术检测经过实验处理后的褐飞虱和白背飞虱体内化学元素随时间的浓度变化,最后通过模型将体重变化和元素浓度变化结合,分析褐飞虱和白背飞虱体内化学元素的分布与富集特性。 褐飞虱和白背飞虱均是取食水稻并具有远距离迁飞能力的害虫,严重威胁水稻生长、粮食生产。本研究目的是通过生物建模与实验数据结合建立金属元素富集特性研究的新方法;通过对褐飞虱和白背飞虱生物体内的化学元素分析,确定不同元素在其体内的分布和富集特性。研究结果有可能在未来的研究中为褐飞虱和白背飞虱长距离迁飞路径的确定提供依据。本研究主要结果如下: 1.本实验将供试褐飞虱和白背飞虱在实验室中分别用超纯水饲养24,48,96小时,并用ICP-MS技术检测各个时期体内金属元素浓度的变化。并利用修正指数模型表达体重变化的动态。模型将褐飞虱和白背飞虱生物体总重量假设成两部分组成,一部分为有机体重量O,另一部分为体内内容物重量E,其内容物随时间t的降解速度为r,模型形式为Wt=O+E(1-r)t。并对不同发育历期的稻飞虱成虫进行超纯水饲养实验,以验证模型有效性。模拟结果表明,应用该模型可有效地估计飞虱体内有机体重量和内容物重量,以及分别占总体重的比例。 2.褐飞虱研究结果表明:褐飞虱体内的金属元素可分为三种情况:生物富集效应、动态平衡和非生物富集效应。元素Na、Zn和Cd分别显示出了明显的富集趋势(p值0.05)。这可能是这些元素的摄取量高于其排泄量,并且这些元素在生物体内以稳定的状态存在。九种元素如K、Mg、Ca、Fe、Cu、Ba、Sr、Ni和Sn在生物体组织内和内容物中的浓度没有很显著的区别,以动态平衡的方式存在于体内。而Al、Mn、Rb、Pb和V,这五种元素在褐飞虱体内表现出显著下降趋势。这些元素可能主要存在于消化道或排泄系统中,而只有很小的一部分存在于身体其他器官。模型结果反应了褐飞虱体内金属元素的大致分布和富集特性。 3.白背飞虱研究结果表明Cu、Zn、Cd、Mn和Ca,这5种元素在白背飞虱组织内的浓度显著高于内容物中的浓度(统计检验p0.05),表现出显著的“富集”作用。Fe、Na、As、U、Mg、K和Pb,这7种元素在白背飞虱组织内的含量与其内容物中的含量差异不显著,排泄或富集趋势不明显,以动态平衡的方式存在于白背飞虱体内。 该研究建立了描述褐飞虱和白背飞虱体内内容物动态变化过程的修正指数模型,并且揭示了不同元素在褐飞虱和白背飞虱体内具有不同的分布位置及富集特性(如Zn、Cd),这对其它类似昆虫与环境化学元素关系的研究具有借鉴作用及重要意义。


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