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高CO_2浓度对棉铃虫适合度及肠道微生物的直接影响

刘金萍  
【摘要】:为探讨大气CO_2浓度升高对昆虫长期的直接影响,本研究以棉铃虫为供试昆虫,利用年龄-龄期两性生命表理论分析3种不同CO_2浓度(380 μ/L、550 μl/L和750 μl/L)对棉铃虫第1、3、6、9、12和15代各阶段发育历期、存活率、繁殖和取食率的影响,并基于两性生命表数据和特定年龄-龄期取食量数据对种群数量和取食量进行模拟。测定了第1代和第15代棉铃虫5龄幼虫生理代谢酶活力对高CO_2浓度的响应特征,同时利用16SrDNA测序技术测定了第15代棉铃虫5龄幼虫肠道微生物多样性,通过KEGG代谢途径分析3种不同CO_2浓度下棉铃虫的代谢途径差异,预测了棉铃虫肠道微生物的功能。本研究旨在预测未来大气CO_2浓度升高环境下棉铃虫种群动态变化及适应机制,为棉铃虫综合防治提供一定理论指导。本研究结果如下:1高CO_2浓度对棉铃虫发育历期、繁殖和蛹重的影响高CO_2浓度下第1代棉铃虫幼虫发育历期较对照CO_2浓度处理显著延长,随着世代的增加,550 μl/L处理下棉铃虫幼虫发育历期越来越趋近于对照处理(380 μl/L),到第15代时,5-6龄幼虫发育历期均显著短于对照CO_2处理,而750 μl/L下棉铃虫幼虫历期显著长于对照CO_2处理。550 μl/L处理下,棉铃虫雌雄蛹期缩短,到第15代时,其显著短于对照CO_2处理。棉铃虫雌成虫对高CO_2浓度较敏感,除第1代和第9代,其寿命都显著短于对照CO_2处理。棉铃虫单雌产卵量在高CO_2浓度下,除第1代和第6代,其他世代都显著低于对照CO_2浓度处理。高CO_2浓度下,雌、雄蛹重随着世代增加越来越趋近对照处理,第9代开始,蛹重大于对照处理。在550μl/L处理下,第1、9、12和15代的棉铃虫内禀增长率和周限增长率都显著低于对照处理。而在750 μl/L处理下,除第9代外,其余5个世代棉铃虫内禀增长率和周限增长率都显著低于对照处理。高CO_2浓度使棉铃虫净繁殖率呈下降趋势。2高CO_2浓度对棉铃虫取食的影响大气CO_2浓度升高对棉铃虫取食速率具有一定影响。在高CO_2浓度下,棉铃虫的净取食量(net consumption rate)、转化率(transformation rate)和周限取食率(finite consumption rate)呈增加趋势。结合生命表数据,对棉铃虫进行为期60 d种群数量和取食量的模拟,结果显示,高CO_2浓度下,棉铃虫种群数量和取食量在发育周期内低于对照CO_2浓度处理。随着世代的增加,550 μl/LCO_2浓度对棉铃虫的直接影响作用减小,其增长速率和取食量偶尔短时间等于或超过对照CO_2浓度处理。3高CO_2浓度对棉铃虫生理代谢酶活力的影响高CO_2浓度下棉铃虫幼虫蔗糖酶和过氧化物酶(CAT)活力与对照CO_2浓度处理相比无显著差异,碱性磷酸酶(AKP)活力显著升高,而第15代棉铃虫超氧化物歧化酶(SOD)活力较对照CO_2浓度处理显著增加,谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活力在高CO_2浓度下降低,高CO_2浓度下棉铃虫幼虫乙酰胆碱酯酶(AChE)活力与羧酸酯酶(CarE)活力与对照CO_2浓度处理相比无显著差异。4高CO_2浓度对棉铃虫肠道微生物多样性的影响3种不同CO_2浓度下的棉铃虫中肠微生物种类及丰度存在一定差异。棉铃虫肠道微生物优势菌群为厚壁菌门(Firmicutes)的乳球菌属和变形菌门(Proteobacteria)的假单胞菌属,芽孢杆菌属、杆菌属和链球菌属相对于其他属所占比例也较大。通过KEGG代谢途径分析,高CO_2浓度下,棉铃虫中肠微生物可能对在氨基酸合成和有毒物质降解具有重要作用,其功能还有待进一步验证。综上所述,本文认为高CO_2浓度对棉铃虫适合度存在强烈的直接影响,特别是750 μl/LCO_2浓度。550 μl/L处理下,随着世代增加,棉铃虫平均世代时间缩短,种群数量和取食量会出现短暂超过对照处理。因此本文预测550μl/L浓度下,棉铃虫一年发生世代数可能增加。棉铃虫对高CO_2浓度的适应机制还有待进一步研究。


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