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粘虫迁飞型转为居留型的关键时期和调控基础

张蕾  
【摘要】:迁飞是昆虫适应环境变化,维持种群繁衍的主要行为对策,也是动物界中昆虫种类和个体数量最大、以及迁飞害虫经常暴发成灾的主要原因。迁飞种群中通常存在着迁飞到他处生殖的迁飞型以及留在本地生殖的居留型,其比例因所处的环境因子不同而异。目前已知迁飞与居留型的分化存在着一个关键时期,即在这个时期内昆虫个体的发育途径是朝着迁飞型或居留型发展就被会确定。但是,所有已知存在关键时期的种类全部属于外翅类(如直翅目、同翅目和半翅目)昆虫,而在内翅类(鳞翅目,鞘翅目等)昆虫中尚未见到报道。本文在前人已有的工作基础上,应用生理、生态和分子生物学相结合的方法,研究确定了粘虫Mythimna separata(Walker)迁飞与生殖的关键时期及其在进化上的适应意义,明确了可对关键时期起作用的三种环境因子及其相应的作用,确定了保幼激素(JH)释放量的增加是迁飞个体转化为居留个体的主要原因,克隆和鉴定了对JH具有调控作用的粘虫促咽侧体激素(Mytse-AT)基因,并获得了该基因编码区的全序列,明确了Mytse-AT基因的半表达量和相对表达量与JH滴度的关系,得到了对粘虫具有生物活性即可以对其关键时期起作用的AT重组蛋白,为全面阐明粘虫的迁飞行为机制提供了新的科学依据,为深化昆虫迁飞研究的理论与应用实践开辟了新的途径。主要的研究结果如下: 研究确定了粘虫迁飞个体转化为居留个体的关键时期及其在进化适应中的意义。以迁飞个体的产卵前期较长飞行能力越强的理论为依据,对室内诱导的迁飞个体羽化后的不同时期进行饥饿处理的结果表明,成虫羽化后的24—30小时内进行超过12小时的饥饿,可以使处理成虫的求偶和产卵前期缩短,产卵量增加,而在其它时间进行处理则没有这种效果。表明成虫羽化后的24小时是粘虫迁飞与生殖调控的关键时期。即在成虫羽化前的发育过程中形成的迁飞行为在羽化以后的24小时内依然可以改变。但是,同样的环境因子对不同发育阶段的居留型成虫个体则没能产生相同的影响作用:羽化后24小时处理的成虫与2、3日龄处理的产卵前期虽然比对照的有所延长,但1—3日龄之间的处理并没有显著差异,另外,1日龄处理的产卵量及寿命等与对照的也没有显著的差异。这些结果表明,虽然迁飞个体可以在可操纵因素的影响下向非迁飞个体转变,非迁飞个体转化为迁飞个体的过程可能是不可逆的,因此,迁飞个体要比居留型的生活史弹性要强。这些结果较好地回答了迁飞种群较非迁飞种群的适应能力更强的问题。 研究明确了对关键时期可以起作用的一些环境因子及相应的影响作用。进一步就低温、光照等环境因子对处于不同发育阶段的迁飞个体进行处理的结果也表明,光照和低温与饥饿处理一样,对羽化后24小时内的迁飞个体的产卵前期具有影响作用,即可以显著地缩短成虫的生殖前期,并使产卵量增加。这样,低温和光照处理处理都可以使迁飞个体转变为生殖个体,但对羽化24小时以后的成虫进行同样的处理则对其产卵前期没有影响,表明处于关键时期的迁飞成虫个体对于来自不同的环境生理因子的刺激十分敏感。但是,这些环境因子的刺激必须要达到一定的程度才能产生作用:温度必须在5℃的条件下才能发生作用,而在10℃和15℃的条件下没有作用;饥饿则必须大于6小时才会发生作用,光照只有在24小时长光照的条件下才能发生作用,而在24小时全黑暗或在短光照的条件下没有作用。但是,相同强度的低温和光照对居留型相同时期进行的处


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