【毕业学位论文】（Word原稿）粘虫迁飞行为的生理、遗传特征以及遗传多样性的AFLP分析农业昆虫与害虫防治博士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 粘虫迁飞行为的生理、遗传特征以及遗传 多样性的 析 of as in D. he of as in 中国农业科学院博士学位论文 摘要 i 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（ 结合的方法，对粘虫 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 12225，北纬 3450）和辽宁沈阳（东经 11968，北纬 4111）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 53.1 迁入种群的分别仅为 6.0 4.3 出种群 中胸背纵肌的平均重量（ 显著高于迁入种群的（ 尽管飞行能源物质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 交配次数平均仅为 入种群的交配率为 98%，交配次数 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（ ng/著低于迁入种群的（ ng/ 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；粘虫的迁飞行为特征与“卵子发生 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，飞中国农业科学院博士学位论文 摘要 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 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 2)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 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 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 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（ 术及聚丙烯酰胺凝胶电泳对黑 化型 粘虫 分子标记进行筛选，并成功地将 黑化粘虫的产生主要是受常染色体上单隐性基因调控，符合孟德尔一对等位基因遗传分离定律。通过杂交、回交和自交选择获得了粘虫黑化型近等基因系的同时，应用 16 对引物组合对黑化型和近等基因系正常型以及二者的杂合体进行基因组 析，筛选出特异于黑化型 2 条 带分别为 113(7)、 113(8)。通过回收、纯化、测序并根据 断序列 ，设计出两对特定的 物。通过优化 件及扩增，成功地将一条特异于黑化粘虫、分子量为 214 记（ 113(7)）转化为记。对近等基因系黑化型和 10 个黑化粘虫个体 行回检的准确率分别达 100%和90%，因而可以认为 113(7)可作为粘虫黑化型的特异性 记。对 辽宁沈阳、河南郑州和江苏赣榆 3 个地区粘虫正常型种群和 1 个黑化型种群共 30 个个体的 行遗传多样性分析，并根据多态性 纹图谱，用系统聚类法对这些个体进行聚类分析的结果表明，粘虫自然群体中存在较高程度的遗传多样性，种群内多样性由高到低分别为辽宁沈阳 江苏赣榆 河南郑州 黑化型，而黑化粘虫个体间遗传多样性较低，且与 3 个正常型种群遗传分化较大，系统聚类能与正常型种群明确区分，而 3 个正常型种群间的遗传分化较低，系统聚类不能将同一种群内所有个体都明确分组， 从而从分子遗传变异的角度证明了粘虫是一种远距离迁飞昆虫。 鉴于 黑化型粘虫符合滞留型特征，而正常型符合迁飞型特征，黑化型 记可为粘虫迁飞型分化的标中国农业科学院博士学位论文 摘要 提供借鉴。 本文的创新之处主要体现为： 系统地对粘虫田间迁出和迁入种群的行为生理特征进 行分析，在验证和充实了前人研究结果的基础上，首次揭示了迁入和迁出种群保幼激素滴度的差异，深化了迁出种群和迁入种群的行为生理特征，完善了“卵子发生 的概念，并为改善和提高粘虫的预测、防治水平提供了新的实验依据。 系统地阐明了粘虫迁飞能力的遗传特征。在分别阐明了产卵前期和飞行能力的遗传力和遗传基础的同时，首次明确了对产卵前期和飞行能力的双向选择所产生的遗传响应以及飞行与生殖的遗传相关性，并阐明了遗传因子在迁飞行为形成或产生过程中所起的作用。 应用 的特异性 记，并成功地将 次找到了黑化粘虫的特异性基因片断，从 平上揭示了黑化粘虫的遗传本质。 应用 从分子遗传和变异的角度证明了粘虫是一种远距离迁飞昆虫，同时，还表明了具有不同生活史对策的黑化粘虫与正常型粘虫的遗传分化较大，是正常型粘虫演变成的不同基因型。为大 (中 )型昆虫迁飞规律的探索以及不同基因型的鉴定开辟了新的途径。 关键词： 粘虫，迁飞行为， “卵子发生 ，遗传力，遗 传相关，选择响应，黑化型， 传多样性中国农业科学院博士学位论文 摘要 he of as in an in to to of so of of in of of of to of in is of to so on in of as as on of in at of as as In 3.6 153.1 .0 64.3 in of in of in mg mg in of in or no in as in ) ng/mg in of of at of in 国农业科学院博士学位论文 摘要 v of to a in in It is is by as is by in on to of OP by of on a in OP . of in is to OP it is of is by on on 5 on a of in to of is of of OP it a of is on of a . As of it or up to NA in of of a to of by of 国农业科学院博士学位论文 摘要 vi to by A 6 to NA NA 113+on of NA by NA to NA 113(7) in in NA NA of 0 of 9 of NA no in of to 0%, 113+) be to of As of so be to of . we to 3 in a 5 on to in of It be by of to . is a of as on . H a . . OP OP NA of . 中国农业科学院博士学位论文 摘要 . NA “ 国农业科学院博士学位论文 目录 录 第一章 引言 1 研究目的、意义 1 国内外研究现状 3 昆虫迁飞的行为、生理特 征 3 昆虫迁飞行为的发生与调控 9 昆虫种群的遗传变异及多样性 15 昆虫种群遗传多样性分子标记技术的应用 16 研究内容和方法 19 第二章 粘虫迁出与迁入种群的生理特征 20 引言 20 材料与 方法 20 验虫源 20 行能力、飞行能源物质含量和飞行肌干重测定 21 殖及交配行为特征 22 蛾保幼激素滴度测定 22 据处理 22 结果与分析 22 行能力 22 行能源物质 23 行肌 24 巢发育及交配 26 幼激素滴度 28 中国农业科学院博士学位论文 目录 讨论 29 第三章 粘虫产卵前期的遗传特征 31 引言 31 材料与方法 31 验虫源及饲养方法 31 32 卵前期的双向选择 32 互杂交设计 32 结果与分析 32 卵前期的遗传变异 32 卵前期 遗传力 33 交双向选择响应 34 互杂交 34 讨论 37 第四章 粘虫飞行能力的遗传特征 38 引言 38 材料与方法 38 验虫源及饲养方法 38 行能力的测试 38 传力和遗传相关估计 39 行能力的双向选择响应 39 结果与分析 39 行能力的遗传变异 39 中国农业科学院博士学位论文 目录 x 行能力 遗传力 41 向选择的响应 43 行与生殖的遗传相关 43 讨论 44 第五章 粘虫黑化型 记的建立 46 引言 46 材料与方法 46 的建立 46 49 因组 提取 50 因组 浓度和纯度的检测 52 制性酶切和接头连接 52 切片断的预扩增和选择性扩增 53 增产物的电泳检测 55 记的建立 56 结果与分析 58 等基因系 （ 及 的 取 58 化型特异性 记的筛选 59 化型特异性 记 的回收 61 化型特异性 记的序列测定 61 化型 记的建立 63 讨论 66 用 66 中国农业科学院博士学位论文 目录 粘虫 66 粘虫黑化型分子标记研究的生物学意义 68 第六章 不同地区及黑化粘虫遗传多样性的 析 69 引言 70 材料与方法 70 试虫源 70 体 取及 70 据分析 70 结果与分析 70 增结果 70 群内和种群间遗传相似性 78 讨论 81 第七章 结论 82 出种群与迁入种群的生理特征 82 卵前期的遗传特征 82 行能力的 遗传特征 82 化粘虫 记的建立 83 同地区及黑化 粘虫遗传多样性 83 参考文献 84 附录 1 析中主要试剂的配制 101 附录 2 析中接头及选择性扩增引物 103 致谢 104 作者简历 105中国农业科学院博士学位论文 第一章 引言 1 第一章 引 言 究目的、意义 粘虫 是一种典型的季节性迁飞害虫，最远的迁飞距离可达 1400 光博等， 1964），同时也是我国及其它亚洲国家粮食作物的主要害虫之一（ et 1983; et 1995; 1995）。每年在我国南北地区往返迁飞为害，给农业生产 造成重大损失。随着粘虫在我国越冬 与迁飞行为规律的揭示以及在此基础上建立起来的异地预测预报及综合防治技术的成功应用、越冬区小麦种植面积的压缩（李光博等， 1979），粘虫在我国的危害基本上得到了控制，但目前仍在局部地区暴发成灾，造成严重损失。 在迁飞行为研究方面， 20世纪 60取得了一系列重要研究成果，特别是田间形态标记 回收技术的成功实施，摸清了我国东部地区粘虫发生的来龙去脉，使我国在昆虫迁飞研究方面处于当时世界先进水平（李光博等， 1964）。90年代对粘虫迁飞行为机制以及飞行与生殖 的互作关系等进