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甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hübner)化学感受基础的研究

李建勋  
【摘要】: 80年代中后期以来,甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hübner)在我国逐渐成为一种危害农作物,特别是多种蔬菜的重要害虫,经常暴发成灾,给农业生产造成严重损失。由于我国农业生产长期形成的用药习惯,造成甜菜夜蛾对化学防治的抗性上升较快,防治十分困难。因此,运用化学生态学原理,探索研究甜菜夜蛾化学感受机制,阐明甜菜夜蛾与寄主植物之间的相互关系,对于甜菜夜蛾的可持续控制具有重要的理论和实践意义。 本学位论文基于昆虫化学生态学的理论与方法,利用光学显微镜、扫描电镜、触角电位仪、PCR等技术和方法,在改进甜菜夜蛾室内饲养方法的基础上,系统研究了甜菜夜蛾成虫头部的化学感器的主要形态、特征、数量和分布,成虫生物学习性以及幼虫头部化学感器;进一步从化学感受的分子基础研究了甜菜夜蛾触角气味结合蛋白;运用触角电位技术研究了甜菜夜蛾的化学感受的电生理反应,并对甜菜夜蛾化学感受的机理进行了探讨,通过研究获得了以下主要结果。 1.首先改进了甜菜夜蛾的室内饲养技术,对甜菜夜蛾蛹的保存技术及定量饲养进行了研究。实验结果表明,在冰箱冷藏室(4℃)条件下甜菜夜蛾的蛹基本上不能有效保存;而在人工气候箱内16℃条件下,甜菜夜蛾的蛹可以较好地保,羽化率达到49.81%,虽然与未处理的蛹羽化率差异显著,但对成虫的生殖力无显著的影响,可以满足后续研究的需求。 饲养空间对甜菜夜蛾种群动态的影响研究结果表明,不同的生存空间对甜菜夜蛾种群增长有明显的影响。生存空间在一定范围内的变化直接影响着甜菜夜蛾的种群增长。采用一次性塑料杯室内饲养甜菜夜蛾时,在每杯饲养15头的密度下种群具有较高的繁殖指数,但考虑到在饲养过程中发现高龄幼虫有自残现象,因此提出每杯饲养以10头为宜。 2.在室内观察了甜菜夜蛾化蛹、羽化、求偶、交配、产卵等的日节律及时辰节律。结果表明,甜菜夜蛾化蛹的性比和羽化的性比均接近1:1;甜菜夜蛾羽化具有明显的昼夜节律,其中晚上00:00-8:00羽化率最高,达到总羽化数量的一半以上,且和其它时间段差异显著,而且羽化集中在蛹期第4-8d(占95%左右),时间上雄蛹有滞后现象;甜菜夜蛾成虫交配具有显著昼夜节律,交配主要发生在02:00-07:00时之间,发生的概率超过85%;单次交配持续时间40-100min的发生率为70.44%;甜菜夜蛾产卵集中在夜晚,其中00:00-5:00所产卵量占总产卵数的65.46%,该段时间是甜菜夜蛾集中产卵时段。 3.通过扫描电镜观察了甜菜夜蛾成虫触角及头部感器。结果表明,甜菜夜蛾雌虫触角显著长于雄虫,但鞭节数却显著少于雄虫,说明雄虫鞭节较为粗短;在触角表面共观察到8种感器,分别是毛形感器、刺形感器、锥形感器、腔锥形感器、耳形感器、鳞形感器、柱锥形感器和花形感器。其中毛形感器数量最多,花形感器最少;在喙及下唇须上共观察到3种感器,分别是刺形感器、锥形感器和花形感器。 4.甜菜夜蛾幼虫头部感器扫描电镜的观察结果表明,幼虫头部感器较为丰富,其头部毛序即为一种刺形感器。相对于成虫触角,幼虫触角感器无论是种类、还是数量要少于成虫,幼虫触角上仅有1个栓状感器、5个锥状感器及2根毛形感器。幼虫口器跗肢下颚须上有8个丹锥感受器,排列为3-2-3;外颚叶有2个较大栓锥形感器及1个丹锥感受器;负须节有4根毛形感器。下唇须有栓锥形感受器和锥形感受器各1个。 5.采用RT-PCR等克隆技术,通过提取甜菜夜蛾成虫触角总RNA,根据鳞翅目气味结合蛋白记忆序列设计引物,克隆获得了甜菜夜蛾PBP1和PBP2的基因序列。并以此推导出其氨基酸序列,并进行了序列比对。结果表明,甜菜夜蛾PBP1的cDNA具有一个492bp的开放阅读框,编码164个氨基酸,前23个氨基酸残基具有真核生物分泌蛋白信号肽的典型特征。甜菜夜蛾PBP1前体和成熟蛋白分别包括164个氨基酸残基和141个氨基酸残基,预测的分子量分别为18.9kD和16.4kD,预测的等电点分别为5.56和5.27。甜菜夜蛾PBP2序的cDNA具有一个510bp的开放阅读框,编码170个氨基酸,前27个氨基酸残基具有真核生物分泌蛋白信号肽的典型特征。甜菜夜蛾PBP2前体和成熟蛋白分别包括170个氨基酸残基和143个氨基酸残基,预测的分子量分别为18.9kD和16.1kD,预测的等电点分别为5.6和4.98。PBP1和PBP2蛋白均具有真核生物信息素结合肽的共同特征,序列中含有6个半胱氨酸位点,形成两个二硫键。最后通过构建系统发育树分析了其同源性。 6.利用触角电位(EAG)电生理技术测定了甜菜夜蛾对植物挥发性气味物质的电生理反应。结果表明,甜菜夜峨对葱的6种气味物质有不同程度的EAG峰值,雄蛾较雌蛾反应强烈,雌蛾引发触角电位的反应强度依次为:甲基丙基二硫醚>二烯丙基二硫醚>二丙基二硫醚>2-甲基-2-戊烯醛>2-十三酮>2-十一酮;雄蛾引发触角电位的反应强度依次为:2-甲基-2-戊烯醛>二烯丙基二硫醚>二丙基二硫醚>甲基丙基二硫醚>2-十一酮>2-十三酮,且雌雄蛾间差异较大。 总体来看,本学位论文首次从昆虫生理学、分子生物学、电生理学等方面较为全面地研究了甜菜夜蛾的化学感受机理,这不仅丰富和发展了昆虫化学生态学研究内容,为阐明害虫行为反应的本质做了有益探讨,而且对于农业害虫的可持续治理具有指导意义。


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