【毕业学位论文】（Word原稿）寄主植物对B型烟粉虱种群遗传分化的影响农业昆虫与害虫防治硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 硕士学位论文 寄主植物对 on 要 烟粉虱 复合种是一种在世界各地广泛分布的重要农业害虫并包括许多生物型。 其中 一种入侵性较强的致害类型，也是近年来传入我国的入侵生物型。自 20 世纪 90年代中后期入侵我国以来，在许多地区暴发危害，造成了严重经济损失。现已成为我国蔬菜、花卉和棉花等经济作物上的主要害虫。 目前 , 国内外 对烟粉虱的生物型、生物学特性、寄主范围、危害以及防治方法等都进行了大量的研究报道，在分子生物学水平上也进行了初步探讨， 本论文在调研国内外研究现状和本实验室现有研究工作结果的基础上，应用分子标记手段将地理区域、寄主植物和种群特性三因素相结合研究寄主植物对 B 型烟粉虱种群遗传分化的影响。 应用 子标记方法对 2003间采自北京、天津、山东、山西、河南、河北、上海、武汉、福州等 9 个地区、 10 种寄主的 35 个烟粉虱种群生物型进行鉴定，结果表明，除武汉的黄瓜、番茄、菜豆未获得目的片段外其余均为 B 型烟粉虱。并将其中 9 个列登陆 陆号分别为北京萝卜 津番茄 北棉花 东番茄 西棉花 西西葫芦 海黄瓜 汉南瓜 福州甘蓝 将已确定为 B 型的烟粉虱种群作为供试种群，应用 子标记分别对北京（甘蓝、黄瓜、番茄、萝卜、西葫芦）、上海（ 甘蓝、番茄、黄瓜、茄子、南瓜、菜豆）和山东（番茄、黄瓜、茄子、萝卜、南瓜、棉花）烟粉虱田间自然种群及 北京温室 (甘蓝、黄瓜、番茄、一品红 )寄主胁迫种群的第五代、第十代样品 进行遗传分化分析。结果表明： （ 1） 北京、上海、山东三地区烟粉虱田间自然种群遗传分化 析结果相似，都表现为同一寄主种群内部多态性和杂合度高于不同寄主种群间多态性和杂合度，不同寄主种群间遗传距离较低，种群内部遗传相似性较低，多态性较高，不同寄主种群间存在一定遗传分化，但程度比较低，种群内部出现一定的遗传分化现象。 （ 2）北京、上海、山东三地区相同寄主黄瓜和番茄种群间 析表明，不同地区，同一寄主种群间存在遗传分化现象，但种群间多态性、杂合度和遗传距离都比较低。 （ 3）温室寄主胁迫烟粉虱种群在甘蓝、黄瓜、番茄、一品红等蔬菜和 花卉寄主植物上，遗传分化存在一定差异，蔬菜与花卉胁迫种群相比种群内杂合度较高。 （ 4）温室寄主胁迫种群继代隔离饲养至第五代和第十代，仍表现为同一寄主种群内部多态性和杂合度高于不同寄主种群间多态性和杂合度，不同寄主种群间遗传距离较低，种群内部遗传相似性较低，不同寄主种群间存在遗传分化，但程度较低，种群内部出现一定的遗传分化现象；第十代较之第五代，不同寄主种群间多态性和杂合度要高一些，种群内部杂合度低一些。 （ 5） 与田间自然种群相比温室寄主胁迫烟粉虱种群第 5 代与第 10 种间多态性、杂合度、遗传距离和种内遗传相似 性均高于北京、上海、山东三地区田间自然种群，并且种内杂合度有所降低。 关键词 : B 型 烟粉虱，不同寄主，寄主胁迫、遗传分化， he . is as a a of is a Its an of 990s, it a it an on A of . on In we of to a of on . of 003 004, we 5 B. on OI to of t We to of of in as of of of of of of to as of of of on of of a of of of of of of of to of of of a of a of of of of of of of a . 录 第一章 文献综述 1 侵生物学研究概况 1 物入侵 1 物入侵危害 1 物入侵特征 1 侵种群的遗传学和快速进化 2 物入侵机制 3 群生态学 3 态学 3 虫种群生态学 3 子生态学研究进展 5 子生态学 5 子生态学研究现状 5 子标记技术在分子生态学研究中的应用 6 粉虱研究进展 10 粉虱起源与分布 10 粉虱生物型 11 粉虱的危害及寄主范围 11 文设计 12 题依据 12 究内容和方法 13 新点 13 术路线 14 第二章 烟粉虱生物型鉴定 15 料 15 法 17 头烟粉虱 取 17 脂糖凝胶 收 17 子标记体系 18 果分析 18 头烟粉虱 取 18 粉虱种群 增结果 19 序结果及 对 19 陆序列 20 果分析 21 第三章 烟粉虱田间自然种群遗传分化 析 23 料 23 京地区供试昆虫 23 海地区供试昆虫 24 东地区供试昆虫 24 要试剂 24 要仪器设备 25 法 25 头烟粉虱 取 25 头烟粉虱 取 25 记体系建立 26 据统计分析 27 果分析 28 因组 取 28 切连接与预扩增 28 物筛选 28 京地区不同寄主烟粉虱种群遗传分化分析 29 海地区不同寄主烟粉虱种 群遗传分化分析 33 东地区不同寄主烟粉虱种群遗传分化分析 37 京、上海山东三地区同一寄主烟粉虱种群遗传分化分析 41 结分析 43 第四章 寄主胁迫烟粉虱种群遗传分化 析 44 料 44 京温室寄主胁迫种群供试昆虫 44 法 46 果分析 45 京温室寄主胁迫种群第五代遗传分化分析 45 京温室寄主胁迫种群第十代遗传分化分析 48 结分析 52 第五章 全文结论分析 53 参考文 献 55 附录 61 致谢 72 作者简介 73 英文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 增片段长度多态性 线粒体细胞色素氧化酶 因 制性片段长度多态性 机 扩增多态性 异性序列扩增 单序列重复 数平均值不加权两两聚类法 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 1 第一章 文献综述 侵生物学研 究概况 入侵生物学是近年来发展起来的， 系统研究入侵生物暴发成灾规律与机制，入侵生物的早期预警和风险，入侵生物的预防、扑灭和控制等一门新兴学科，是当今国际、国内研究的热点和焦点。 物入侵 生物入侵是指某种生物从原来的分布区域扩展到一个新的（通常也是遥远的）地区，在新的区域里，其后代可以繁殖、扩散并维持下去（ et 2001; 958）。生物入侵是一个复杂的链式过程，主要包括外来种的引入、定居与建立种群、时滞阶段、扩散及爆发。 外来种不一定都是入侵种，与之相关的两个重 要概念是外来种（ 入侵种（ 外来种是指相对于本地种，是指对某一区域或特定生态系统而言，不是该区域或生态系统本地的任何物种（包括其种子、卵、孢子或其他可以使该物种繁衍的物质）。入侵种是指由于其引入已经、或即将使经济或环境受到损害，或危及人类健康的外来物种。 从生态学角度定义的生物入侵是一直存在的，并非偶然事件。 在传入的生物中，只有很少的一部分生物能够建立种群，成为入侵生物或者称为外来入侵种 (简称 因此外来入侵种应满足以下基本条件：首先，不属于所考虑国家或生物地理区域原产的物种 ； 其次，已在新的入侵区域归化，且正在逐渐增加其丰度或分布越来越广 ； 再次，在某种程度上已成为有害物种，或至少给人类的某些经济活动带来一定的负面影响或麻烦 ； 最后，人类往往是这些物种最初的有意或无意引种的责任者。 物入侵危害 生物入侵带来的经济损失是巨大的， 1999 年美国总统克林顿在签发总统令时提到（ 999），按照一些专家的估计，生物入侵每年对美国造成的损失可高达 1230 亿美元。在我国，仅粗略统计，几 种主要入侵种每年所造成的损失就高达 574 亿元，入侵种造成的总体损失可达到数千亿人民币（中国环境与发展国际合作委员会，生态安全课题组 2002）。 生物入侵对环境和生物多样性也是一个极其严重的威胁。专家们估计，在美国，入侵植物已侵染了 1 亿英亩以上。每年因入侵植物而损失达 300 万英亩土地，是特拉华州面积的 2 倍。据分析，造成当地许多物种灭绝，从而使得生物多样性丧失的第一位导因是生境的被破坏和生境的破碎化。第二个最重要的因素，则是生物入侵（ et 1998），它对生物多样性、生态系统的稳定性 ，以及所有物种都赖以生存的自然界的平衡，造成了长期的威胁。正由于生物入侵是在全球的尺度上发生，因而，它还有造成全球植物系统和动物系统均匀化的趋势（ et 2000）。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 2 预测什么样的物种有可能成为入侵者，一直是生态学家们长期奋斗的目标。 1996）于 书中，总结性地论述了“十分之一法则”。即可以把生物入侵过程，划分为三次转移。第一次转移，是从进口到引入，称为逃逸。第二次转移，是从引入到建立种群，简称为建群。 第三次转移，是从建群到变成 经济上有副作用的有害生物，即成为入侵生物。“十分之一法则”，即每次转移的概率是 10%左右，范围大致在 5%和 20%之间。很粗糙地接近于 10%左右。 “十分之一法则”是通过大量收集数据，进行归类和统计而得出的。如英国的被子植物，从进口到逃逸成功比例为 从逃逸到建群为 其中成为严重有害生物的为 美国有重大影响的非本地生物中，如陆地脊椎动物、昆虫、软体动物和植物病菌等，成为有害生物的为 4% 10%左右）。 1992）的 数据也显示，夏威仪火山公园里 475 种外来植物中， 53 种成为有害生物，也就是 约 10%左右。 很难想象一切类群、一切被入侵的生态系统，入侵的成功率都恰恰是 10%，但 工作提示我们，生物入侵是一个小概率事件。 (2000)提出了成功入侵的五条生态学规则即具有较低多样性的孤立环境对入侵有不同的敏感性、成功的入侵者大多是陆地上的本地种和非孤立陆地环境中的种类、原产地与入侵地的物理条件具有相似性、本地种不占据与入侵种类似的生态位、栖息于受干扰环境的种类和那些与人类活动相关的种类 易于在人工生态系统中入侵。 侵种群的遗传学和快速进化 入侵有三种类型：一是外来种入侵；二是本地种大范围的扩张；三是本地种和外来种杂交，然后爆发和大范围扩张。尽管生物入侵遗传学已受到重视，但遗传学对外来物种的时滞效应、突然爆发生长和扩张的生物学基础仍然不是很清楚。 对入侵者来说，入侵成功与否，受资源种群遗传结构的影响很大。研究证明，许多进化上具有重要意义的性状都是由多基因控制或是多基因的适应。多基因位点间的相互作用往往可以决定进化的轨迹。资源种群具有丰富的遗传变异是快速进化的基础，通 过种内和种间杂交，是产生遗传变异的最快途径，此外，少数特殊基因对快速进化有直接的作用。 快速进化的遗传基础主要有以下几方面： 1） 足够的加性遗传方差，加性遗传方差是由于多基因控制的累加效应造成的遗传变异，能为选择提供主要的遗传物质； 2） 上位遗传方差，上位作用有助于适合度性状的变异。在没有新的突变产生时，上位作用能够在种群间或种群内为选择提供新的遗传变异； 3） 杂交和基因渗透，许多研究表明，杂交和基因渗透是新变异的来源和新物种的起源。虽然杂交在许多情况下是有害的，但是成功的入侵很可能是通过许多杂合子的选择而产生的； 4） 特殊基因，少数基因能够对种群的建群能力及行为产生深刻的影响。如火蚁的多蚁后社群中的工蚁具有特别的 个基因与它紧密连接的基因能编码一种外激素蛋白，能影响工蚁对蚁后的辨别能力，并调控它们的数量； 5） 基因型和环境的相互作用 不同的生境中适合度的权衡，基因和遗传结构受环境的影响很大，基因和环境的相互作用导致入侵种群在不中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 3 同生境中的分异选择。例如萍绕实蝇通过不同寄主的适合度的权衡选择，导致在表型和生理上分化的产生。 物入侵机制 外来生物的入侵机制是入侵生物学的重要组成部分。近年 来，大量的研究表明生物入侵机制是极为多样的，可能没有一般的、通用的机制（徐承远等， 2001）。其研究的热点主要集中在外来种本身的特性和被入侵栖息地的环境特征上 (2000)。 研究认为， 该入侵种群对 土著昆虫的竞争取代密切相关 ( 1996; 2002)。 B 型烟粉虱抗药性的形成在其入侵过程中也起到了重要的作用 (et 2000; 2002)。同时 ,一些研究表明生态环境 (包括寄主植物、气候因子、越冬场所等 ) 的影响也不容忽视 ,它们也是 B 型烟粉虱成功入侵的重要影响因素 (et 1995; et 1998; 张芝利 ， 2000)。 入侵生物的种群遗传结构是生物入侵机制研究的一个新领域 ,可以进一步明确入侵生物内在遗传特性与其成功入侵的关系 (徐承远等 ， 2001)。因此 ,B 型烟粉虱入侵种群遗传结构的研究 ,对于从遗传特性来揭示成功入侵机制具有重要的意义。通过研究入侵种群在入侵不同地理群体遗传结构多态性特征、遗 传分化与生物入侵的关系 ,以揭示入侵过程中的种群系统发育地理格局与演变机制。应用分子标记体系 ,研究烟粉虱不同生物型种群间基因交流与杂交带模式 ,可以探讨生物型间控制寄主选择适应性等性状基因的交流与分化机制 ,从而揭示其新致害类群形成的遗传基础（禇栋等， 2004）。 群生态学 系统生态学的创始人之一 1963)认为生态学是对自然界结构和功能的研究。我国著名生态学家马世骏认为：“生态学是研究生物的生存条件，生物群落与环境系统之间相互作用的过程及其规律的科学”。两个定义反映了生 态学的现代发展趋势，将系统科学的概念引入了生态学的研究。强调了生态系统与其环境系统之间的相互作用和对生态系统的结构、功能分析。 虫种群生态学 昆虫种群生态学是以昆虫为研究对象，在种群（ 集成水平上进行研究的生态学。 其研究范围主要是个体、种群、群落和生态系统四个水平。 传多样性 遗传多样性被认为是生物多样性的核心问题。蕴藏于物种内或种间的分子、细胞和个体水平的遗传变异，是遗传多样性的基础，也是物种保持进化潜能的基本条件，与生物多样性的形成、消失和发 展休戚相关。然而，由于人类活动的加剧，引起了全球环境的迅速恶化。最大限度地保护生物多样性已成为国际社会关注的热点。 从广义上讲遗传多样性是指种内或种间表现在分子、细胞、个体三个水平的遗传变异度，狭中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 4 义上则主要是指种内不同群体和个体间的遗传多态性程度。从某种意义上来看，一个物种就是一个独特基因的多样性。但我们所说的基因多样性或遗传多样性又远远超出了物种多样性的范围，或者说物种的多样性还远远不能包含全部基因多样性的内容。基因多样性或遗传多样性的表现是多层次、多水平的。在讨论遗传多样性时，我们首先考虑种内或种以下分 类阶元，即亚种间或亚种内、群体间或群体内丰富多样的遗传变异。种内的遗传变异或遗传多样性即遗传学中所称的多态性，又表现在生物的不同组织水平。首先是外部形态。如分布于苏联亚洲部分以及中国、朝鲜、日本等地的亚洲瓢虫（ 其不同的地理群体显示了丰富而又有规律的鞘翅变异，这是遗传学中熟悉的遗传多态性的典型例子。其次是染色体水平。一个物种的核型特征即染色体数目、形态及行为的稳定是相对的，种内染色体的多态性是广泛存在的现象。 群的遗传与变异 一个种群的遗传结构受到许多 因子的影响，正是由于这些因子的影响，才导致种群发生进化，进化是等位基因频率发生变化的过程。导致种群遗传变异的遗传因子主要有： 1） 突变，由于 因的点突变和染色体结构或数目的改变是种群遗传变异的源泉，为进化提供了所需的原料； 2） 自然选择，当种群的遗传结构具有一定的变异，能造成个体在表型上的差异，并影响个体的适合度时，自然选择通过对个体表型的选择而间接作用于基因，通过对个体的选择而改变种群的基因库，造成种群基因频率的改变。其选择方式主要有三种：定向选择、稳定选择和歧化选择； 3） 迁移与基因漂流 ，当种群间发生一定的迁移后，等位基因频率在一组种群中将会呈现一种梯度分布，即在某个种群中某个等位基因的频率最高，然后慢慢向另一个种群进行梯度递减，形成一个渐变群； 4） 遗传漂变，在小种群中，由于随机误差所造成的种群中基因频率的随机波动，称为随机遗传漂变。基因频率随机变化的结果，随着世代的积累，种群中的遗传变异将会逐渐消失。新建立的种群可能源于少量个体，由于奠基者所携带的等位基因是同源等位基因库中容量很小的一次抽样，所以奠基者通常会与同源种群在等位基因频率上略有差异。在瓶颈期间，遗传漂变作用在很大程度上改变了新 种群的等位基因频率，因而，重新恢复起来的种群中的等位基因频率就发生了改变。 虫与植物的协同进化 协同进化是组建地球上生物多样性的主要过程之一，其最初定义是：一个物种或一组物种的遗传组成的改变，是由于其它物种的遗传改变而引起的，即在相互作用的物种中发生一些交互的进化改变。这个定义范围较广， 1980） 给协同进化下了一个严格的定义：一个种群的个体性状受另一个种群的个体性状的影响而产生进化改变，紧接着第二个种群又对第一个种群的改变产生相应的进化反应。 协同进化主要有两种 形式：一是对抗性协同进化，即植物表现出的物理或化学性状能影响植食性昆虫的嗜好或种群动态。这种对抗性的协同进化最早是由 1946） 观察发现的，并提出一个重要的协同进化过程： 1） 植物通过突变或重组产生新的次生化合物； 2） 新的次中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 5 生化合物减少这些植物对昆虫的可口性，因此，通过自然选择被保留下来； 3） 具有这些新的次生化合物的植物通过进化辐射形成一个适应带，在这个适应带内没有以前的植食性昆虫存在，种化导致享有相同化学物质的植物形成一个新的分类单元； 4） 在昆虫种群内一个新的突变或重组出现，这些个 体能够克服新植物的防御； 5） 然后，这些个体形成它们自己的新的适应带，并在先前辐射的具有新的化合物的植物种上大量的辐射演化，因而形成一个新的分类单元。二是互惠性协同进化。生物之间的互惠共生不可避免地需要相关种之间的适应调节，因此，有人认为互惠性的相互关系是最可靠的协同进化。其最典型的实例是榕小蜂和榕树间的关系，二者之间近乎完美的匹配是惊人的平衡演化实例。例如，由榕树所产生出来的具有专一性的挥发性的引诱剂，使榕小蜂寻找另一株榕树时完全准确无误。因为榕小蜂的感觉器只对榕树所散发的挥发性化学物质有反应，而榕果口上的 护鳞大小与形态也只允许正确大小及形状的榕小蜂进入。二者相互适应，共同进化，保证了两个种的繁殖和发育。 子生态学研究进展 分子生态学是 90 年代初新兴的一门生态学学科分支，它一经产生就引起了人们的广泛重视。不同的学者从各自的研究