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粘虫迁飞行为的生理、遗传特征以及遗传多样性的AFLP分析

江幸福  
【摘要】:迁飞是昆虫在长期适应多变的环境过程中进化形成的一种行为对策,也是昆虫的种类和数量繁多,以及迁飞害虫经常暴发成灾的主要原因。因此,昆虫迁飞行为的发生与调控,迁飞与生殖的互作关系。以及迁飞行为的生理及遗传特征一直是国内外昆虫迁飞研究领域中的热点问题。但是,目前昆虫迁飞行为生理特征的研究主要是以室内研究为主,因而较难反映昆虫实际迁飞过程中行为生理特征的变异。另外,关于昆虫迁飞行为的遗传特征,以及分子生物学技术在大型昆虫迁飞规律中的应用等方面的研究均比较少,因此限制了人们对昆虫迁飞行为机制的了解。本文应用室内与室外相结合,传统生理、遗传与分子生物学(AFLP)相结合的方法,对粘虫Mythimna separata(Walker)田间迁出与迁入种群的生理和生殖特征,室内种群产卵前期与飞行能力的遗传特征,不同基因型(正常与黑化型)以及不同地理(区)种群的遗传多样性等开展了较为系统、深入的研究,取得了一些原始性创新结果。现将其总结于下: 对江苏赣榆(东经122°25′,北纬34°50)和辽宁沈阳(东经119°68′,北纬41°11′)两地田间迁入和迁出种群的飞行能力、飞行能源物质(甘油三酯)含量、飞行(背纵)肌重量,卵巢发育的程度(卵小管长度、宽度以及卵巢大小等)及交配(交配率、交配次数),保幼激素滴度等与迁飞行为密切相关的参数进行研究的结果表明:迁出种群的飞行能力(飞行时间、距离)均显著高于迁入种群的:迁出种群的平均飞行距离和时间分别为13.6 km和153.1 min,而迁入种群的分别仅为6.0 km和64.3 min。迁出种群中胸背纵肌的平均重量(6.53 mg)也显著高于迁入种群的(5.92mg),尽管飞行能源物质(甘油三酯)含量的结果有些意外。但是,迁出种群的卵巢发育程度较低,无论是卵巢小管基部的宽度、长度以及卵巢的鲜重均显著低于迁入种群的。另外,迁出种群的交配率以及交配次数也比迁入种群的低,仅为27.5%,交配次数平均仅为0.32次,迁入种群的交配率为98%,交配次数1.44次。第三,迁入种群的卵巢发育和交配率还会随迁入时间的延长而增加。迁出种群与迁入种群的内分泌激素也存在着显著的差异:迁出种群雌蛾的保幼激素(JHⅡ)滴度平均仅为4.63 ng/mg,显著低于迁入种群的(8.69 ng/mg)。这些结果表明,粘虫迁飞前后的生理和生殖行为特征具有明显的变化:迁出种群具有较强的飞行潜力、较强的飞行系统,而生殖系统的发育及生殖行为的发生由于受到暂时的抑制,因而发生的程度较低;迁入种群的飞行能力下降,卵巢发育成熟,交配率增加。这是粘虫的生活史对策由迁飞转向生殖的结果。飞行肌重量的下降也是迁入种群飞行肌产生降解并把资源投入到生殖的重要证据;保幼激素在粘虫迁飞与生殖的转换过程中起着重要的作用。早期迁入种群的卵巢发育程度较低,表明粘虫的迁飞是发生在成虫发育的早期,迁飞过程中卵巢受到暂时性抑制,迁入以后便迅速发育并开始生殖;粘虫迁飞行为的生理特征与“卵子发生-飞行拮抗综合症(oogenesisi-flight syndrome)”相符。 应用数量遗传学理论和方法对粘虫蛾飞行能力与产卵前期的遗传参数,其中包括成虫产卵前 中国农业科学院博士学位论文摘要 坦旦旦旦里旦里里旦旦旦旦旦旦里里 期、飞行距离和飞行时间的全遗传力和亲本影响遗传力、选择响应以及产卵前期的遗传基础,飞 行距离、飞行时间与产卵量、产卵前期的遗传相关进行定量分析的主要结果为:1).应用亲子回 归法估算产卵前期遗传力为0.2899,表明粘虫产卵前期受遗传因子的影响作用较小。但是在一定 的选择压力下,对单雌系的双向选择有利于产卵前期长的个体,虽然连续选择的响应较低。此外, 产卵前期在很大程度上受雄性亲本的影响,即可能受位于X一性染色体上的基因所调控。2).田间采 集的粘虫种群在室内条件下饲养1代后,个体间的飞行能力(距离和时间)也有显著的差异,这 种差异主要是由于遗传因子的作用所致。亲子回归法估算的粘虫飞行距离和飞行时间的全遗传力 分别为0.365和0.428,表明遗传因子对成虫飞行能力具有一定的影响作用。当后代单一性别分别 回归于母本和父本时,飞行能力的遗传力为0.28刃.45之间,且飞行距离遗传表现出一定的母性效 应。对飞行能力进行双向选择的结果还表明,上向选择的响应显著,而下向选择的响应相对较低, 上向选择的现实遗传力也显著高于下向选择的.这表明在既定的选择压力下,飞行能力强的个体 在进化速度上要快于飞行能力弱的个体,因此选择有利于飞行能力强的个体。3).对飞行能力与 生殖能力进行遗传相关分析的结果表明,飞行能力与成虫产卵前期存在一定程度的正相关,即生 殖前期长的个体飞行能力也较强.虽然飞行能力与产卵量具有一定程度的负相关,但其相关程度 较低(遗传相关系数绝对值为0.22一33)。因此,选择飞行能力强的粘虫个体不会影响其生殖潜 力。这些结果表明,虽然粘虫迁飞行为的产生过程中遗传因子起着一定的作用,但是环境因子也 起着很大的作用。正是这种遗传加环境的机制,保证了粘虫生活史对环境的适应性和弹性,也保 证了粘虫在选择留在本地生殖和还是迁飞到它处进行生殖时具有较大的灵活性。 应用分子遗传标记(AFL


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