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引起昆虫自然流行病的昆虫病原真菌种群遗传结构研究

栾丰刚  
【摘要】:昆虫病原真菌作为最早被鉴定的昆虫病原微生物,其许多种类在自然界中对昆虫种群的调控发挥着重要作用。昆虫疾病流行学发展至今,依靠传统的微生物与昆虫生态学技术已经取得了大量的成果并已用来指导制定害虫微生物防治策略。开展害虫流行病学及分子生态学研究,以系统地进行昆虫疾病流行发生特点及机理的研究,明确引起昆虫自然流行病的昆虫病原真菌种群分化情况,进一步揭示其遗传变异规律,用以指导害虫微生物防治和益虫保护利用工作已势在必行。本论文在昆虫病原真菌种群遗传结构结合宏观生态调查水平上对昆虫流行病的发生进行了探讨,研究分析了10个引起昆虫自然流行病的昆虫病原真菌种群的遗传结构,并结合分子生态学理论,探讨种群或亚种群间基因流强度等指标对昆虫病原真菌种群遗传分化及昆虫疾病流行的影响。本研究获得以下结果: 1、不同昆虫病原真菌使用ISSR-PCR扩增结果表明,本研究中的10个昆虫病原真菌种群内的菌株呈现丰富的ISSR分子标记多态性,而且可重复性较好,说明ISSR分子标记是评估昆虫病原真菌种群遗传多样性的有效方法。应用Shannon信息指数和Nei基因多样性指数统计昆虫病原真菌种群遗传多样性,结果显示两个指标的大小顺序一致,但前者更为敏感。通过UPGMA聚类及主坐标分析较好地识别和区分了不同株系及种群内/间内分化情况;而引起不同昆虫自然流行病的(亚)种群间遗传分化系数反映出不同病原真菌的种群分化情况存在较大的差异(0.1137<Gst<0.9101)。 2、对在安徽省引起螳螂流行病的球孢白僵菌种群结构进行分析,分子证据表明,引起皖西南潜山9月份和皖北皇藏峪10月份螳螂流行病的病原菌种群间可能存在广泛的基因交换或长距离的基因流(Nm=1.032);安徽省螳螂白僵病是由一场大范围的流行病和局部的地方病共同构成的泛流行病;球孢白僵菌分生孢子在安徽螳螂栖息地间传播,且传播受从南向北的季风影响。引起安徽省螳螂泛流行病的球孢白僵菌的种群异质性的成因是多方面的,包括空间异质性、时间异质性和寄主专化性。 3、研究分析了引起浙江千岛湖小皱蝽流行病的球孢白僵菌种群结构,UPGMA聚类和主坐标分析数据表明:引起小皱蝽流行病具有明显的发病中心,僵虫高密度集中出现的原因是小皱蝽若虫的群集行为尚未扩散所致。分子数据表明该球孢白僵菌种群具有由中心向外扩散的趋势。 4、引起皖东明光马尾松毛虫流行病的球孢白僵菌种群在三个不同时间的群体遗传分化系数Gst很小,在0.0986和0.0818之间变动,基因流Nm很大,在2.2857和2.8048之间变动;2006年4月13的群体、2007年4月28日的群体和2006年6月22日的群体的91.9%菌株聚在一起,遗传相似度超过80%。3个群体间总的遗传分化系数为0.1137,仅为轻度分化;而上述3个群体与当地释放过的生产菌株Bb13之间遗传分化较大,均超过0.6,充分证明引起2006年和2007年的马尾松毛虫流行病的不是由外来的生产菌株Bb13,而是由包括这三个群体以及离散于它们之外的另外三个菌株的土著菌株引起,它们在当地有效地持续控制了松毛虫。 5、引起皖东南敬亭山根土蝽绿僵病流行的金龟子绿僵菌小孢变种种群遗传结构分析结果表明:在遗传相似系数为0.837处可将菌株分为两个主要分支,可以将采自不同时间的70%以上的绿僵菌菌株分开,表现出较为明显的时间异质性;分子变异分析进一步证明了该金龟子绿僵菌小孢变种种群分化明显,异质性的金龟子绿僵菌小孢变种种群有利于持续控制根土蝽。 6、引起皖西漫水河鳞翅目昆虫幼虫及皖北皇藏峪鳞翅目昆虫蛹流行病的细脚棒束孢种群、皖西西山林场鳞翅目昆虫蛹流行病的粉棒束孢种群、湘西新晃一种同翅目昆虫及内蒙古准格尔旗木蠹蛾流行病的球孢白僵菌种群的菌株均可通过UPGMA聚类和主坐标分析并归为两个主要分支,尽管这5个特定寄主昆虫流行病的昆虫病原真菌种群均处于范围有限的寄主栖息地内,然而5个昆虫病原真菌种群均为分化明显的异质性种群。 7、引起皖东南敬亭山及国内其他9个流行区蝉若虫流行病的蝉棒束孢种群遗传结构分析结构表明:研究中所用的10个种群中除分离自牯牛降土壤的2株菌外,其余遗传相似度超过80%的47株菌聚为一类;种群的聚类与地理来源、采样时间和分离载体均无关。 综合10个昆虫自然流行病案例发现:本论文中的引起昆虫自然流行病的15个昆虫病原真菌种群均为异质性种群,然而异质性高低差别较大:异质性最高的为漫水河的细脚棒束孢种群(Gst=0.9101),最低的为明光的球孢白僵菌种群(Gst=0.1137),但绝大多数种群的Gst均超过重度分化的指标0.25。大多数种群中均并存着数个或单个优势类群与一些分化明显的较小类群或离散菌株;这种分化增加了种群的异质性,提高了昆虫病原真菌种群的环境适应能力。优势类群有利于迅速提高致病率,在寄主种群中形成流行病,而非优势类群所占比例小,因此以地方病形式影响寄主种群,有利于长期的生态平衡。这些异质性的昆虫病原真菌种群引起的昆虫疾病的流行病学特征为流行病和地方病共存;异质的昆虫病原真菌种群对昆虫自然流行病的发生、延续和下次爆发可能是必要的。


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