（农业昆虫与害虫防治专业论文）细菌对家蝇幼虫生长发育的影响及其在肠道定殖的研究.pdf

中山人学博l 学位论文 论文题目：细菌对家蝇幼虫生长发育的影响及其在肠道定殖的研究 专业：农业昆虫与害虫防治 博士生：苏志坚 导师：庞义教授 摘要 家蝇( m u s c ad o m e t s t i c a ) ，尽管是多种人畜严重疾病的重要传播媒介之一， 然而，其自身含有丰富的脂肪酸、氨基酸、几丁质、维生素、矿物质等多种营养 物质以及生长迅速、易于饲养的优点，使得家蝇的集约化养殖已经成为现时缓解 世界动物蛋白原料不足的一个重要来源。前人的研究已指出，细菌对家蝇幼虫的 生长发育以及成虫产卵活动有着至关重要的作用，但不同环境中细菌群落的变化 很大，家蝇肠道中的细菌种类也可能不同。因此，本研究通过调查幼虫饲养培养 基( 麦麸) 中含有的细菌种类及其对幼虫生长发育的影响；利用1 6 sr r n a 序列 分析方法比较了麦麸和幼虫肠道中细菌群落结构的差异，了解细菌在幼虫肠道中 的定殖情况；分析新羽化成虫肠道中细菌群落结构以及垂直传播的细菌种类，为 更科学的大规模饲养家蝇提供理论依据。 从饲料用麦麸中一共分离出1 3 种细菌，分别是金黄色葡萄球菌 ( s t a p h y l o c o c c u sa u r e u s ) 、枯草芽孢杆菌( b a c i l l u ss u b t i l i s ) 、松鼠葡萄球菌 ( s t a p h y l o c o c c u ss c i u r i ) 、成团肠杆菌( p a n t o e aa g g l o m e r a n s ) 、聚团肠杆菌 ( e n t e r o b a c t e ra g g l o m e r a n s ) 、大肠杆菌( e s c h e r i c h i ac o l i ) 、香味类香味菌 ( m y r o i d e so d o r a t i m i m u s ) 、奇异变型杆菌( p r o t e u sm i r a b i l i s ) 、醋酸钙不动杆菌 ( a c i n e t o b a c t e rc a l c o a c e t i c u s ) 、藤黄八叠球菌( m i c r o c o c c u sl u t e u s ) 、嗜水汽单胞 菌( a e r o m o n a sh y d r o p h i l a ) 、铜绿假单胞菌( p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s a ) 以及解糖 肠球菌( e n t e r o c o c c u ss a c c h a r o l y t i c u s ) 。尽管这些细菌在生长速度及对环境p h 值的影响方面有着显著的差别，然而，这些变化对幼虫生长发育并没有明显的影 响。除了解糖肠球菌外( 因生长缓慢而没有测定) ，其余十二种细菌均能支持无 苏忠坚细菌对家蝇幼虫生长发育的影响及】e n ：肠道定殖的研究 菌幼虫在胰化酪蛋白大豆卵黄琼脂培养基( t r y p t i c a s es o ye g gy o l ka g a r , t s e y a ) 中完成整个生长发育过程：1 ) 在生长时间方面，幼虫在接种香味类香 味菌的t s e y a 培养基中生长时间最短，仅需9 7 6 14 - 1 1 4h r s ；2 ) 在化蛹率方面， 幼虫在接种醋酸钙不动杆菌的t s e y a 培养基中可以达到8 6 8 1 ；3 ) 在蛹重方 面，从接种嗜水汽单胞菌的t s e y a 培养基中得到的蝇蛹重量最高，达到2 0 1 54 - 0 2 3m e , 个；4 ) 在成虫羽化率方面，除铜绿假单胞菌以外( 6 0 8 7 ) ，其余各种 细菌之间均没有显著差异( 8 4 3 3 9 7 4 7 ) 。此外，枯草芽孢杆菌、香味类香味 菌、聚团肠杆菌以及成团肠杆菌可以作为单一的营养来源支持幼虫完成整个生长 发育过程。 对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、成团肠杆菌、大肠杆菌、奇异变形杆菌 以及香味类香味菌进行氨基酸、脂肪酸以及维生素b 3 含量进行分析，结果发现， 这六种细菌均能提供大量的维生素b 3 ( 0 1 0 5 1 0 8g k g ) 。在昆虫必需十种氨基酸 含量与总氨基酸含量比例方面，最高的是香味类香味菌和枯草芽孢杆菌，最低的 则为金黄色葡萄球菌。统计分析显示，这个比例与蛹重有相关性( p = 0 0 3 1 ) ， 但与幼虫的生长时间( p = 0 0 6 3 ) 以及化蛹率( p = 0 4 1 8 ) 没有相关。在脂肪酸 相对含量方面，金黄色葡萄球菌具有最高的饱和脂肪酸含量( 7 6 3 8 ) ，香味类 香味菌含有5 6 7 9 的不饱矛i 1 一i - - , 肪酸，而枯草芽孢杆菌则具有最高的支链脂肪酸 含量( 4 2 1 6 ) 。 利用e t h i d i u mm o n o a z i d e ( e m a ) 抑制死细菌d n a 的回收以及1 6 sr r n a 序 列分析方法，比较了麦麸以及幼虫肠道中细菌群落的结构。结果发现，麦麸中细 菌群落的多样性极显著高于家蝇幼虫肠道中的细菌群落( p 0 0 0 0 1 ) 。在麦麸细 菌克隆文库中，所得到的序列共有2 4 种显性，分属于1 7 个属。其中有4 个属， p s e u d o m a n o s 、h a l o m o n a s 、m v f d e n c i a 和i g n a t z s c h i e r i a ，占有统治地位，共占 全部序列的7 6 。在幼虫肠道细菌克隆文库中，所得序列共1 1 种显性，分属于 7 个属，其中m o r g a n e l l a 、p r o v i d e n c i a 和i g n a t z s c h i e r i a 共占总序列的9 7 2 9 。 两个细菌文库中，变形菌门的细菌都占有绝对的统治地位。此外，m o r g a n e l l a m o r g a n i i 、i g n a t z s c h i n e r i al a r v a e 和p r o v i d e n c i a 属细菌在幼虫肠道中发生定殖。 中山人学博十学位论文 新羽化的成虫肠道中只有p r o t e u sm i r a b i l i s 、p r o v i d e n c i aa l c a l i f a c i e n s 、 m o r g a n e l l am o r g a n i i 和p r o v i d e n c i as t u a r t i i 四种显型。与幼虫肠道细菌克隆文库 相比，尽管新羽化成虫肠道中细菌种类较少，但两者间并没有显著差异( p = 0 0 7 3 9 ) 。新羽化成虫肠道中有三种细菌属于幼虫肠道中的定殖菌，这个结果也 说明mm o r g a n i i 和p r o v i d e n c i a 属细菌可以经历幼虫变态过程而残存到成虫肠道 中。 关键词：家蝇，生长发育，细菌群落，营养成分分析，1 6 sr r n a ，定殖 i i i 苏忠坚细菌对家蝇幼虫生长发育的影响及其住肠道定殖的研究 t i t l e ：e f f e c t so fd if f e r e n tb a c t e r i ao nl a r v a ld e v e l o p m e n ta n d c o l o n i z a t i o ni nt h eg u to fl a r v a ea n da d u l t so f h o u s e f l y ( m u s c a d o m e s t i c al ) a b s t r a c t m a j o r ：a g r i c u l t u r a le n t o m o l o g ya n dp e s tc o n t r o l 一一一 n a m e ：s uz h i j i a n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rp a n g y i d e s p i t eb e i n ga ni m p o r t a n tt r a n s m i s s i o nv e c t o ro fm a n yh u m a na n da n i m a l d i s e a s e s ，h o u s e f l y , w h i c hh a st h ea d v a n t a g e so ff a s tg r o w i n ga n dp o s s e s s i n ga b u n d a n t f a t t ya c i d ，a m i n oa c i d ，c h i t i n ，v i t a m i n sa n dm i n e r a l ，h a sb e e nc u l t i v a t e di n t e n s i v e l yi n o r d e rt om e e tt h eh u g en e e d sf o ra n i m a lp r o t e i n s b a c t e r i ap l a ya ni m p o r t a n tr o l eo n t h eg r o w t ha n dd e v e l o p m e n to fh o u s e f l y , b u tt h eb a c t e r i a lc o m m u n i t i e sw e r ed i f f e r e n t s i g n i f i c a n t l yi nd i f f e r e n te n v i r o n m e n t sa n dt h es p e c i e so fb a c t e r i aw h i c hi nt h eg u to f h o u s e f l yw e r eu n c l e a r i nt h et h e s i s ，t h es p e c i e so fb a c t e r i ai nw h e a tb r a na n dt h e i r e f f e c t so nh o u s e f yl a r v a ld e v e l o p m e n tw e r ei n v e s t i g a t e d ；t h eb a c t e r i ac o m p o s i t i o no f t h ew h e a tb r a nw i t ht h a to fl a r v a lg u tb ya n a l y z i n gp c r a m p l i f i e d16 sr r n aw e r e c o m p a r e d ，a n dt h eb a c t e r i ad i v e r s i t yi nt h eg u to fn e we c l o s i o na d u l t sa sw e l la st h e i r p o t e n c y o f c o l o n i z i n gh o u s e f l yp r o g e n i e sw e r ee x a m i n e d at o t a lo f13b a c t e r i as p e c i e sw e r ei d e n t i f i e df r o mw h e a t b r a n t h e ya r eb a c i l l u s s u b t i l i s ，s t a p h y l o c o c c u sa u r e u s ，s t a p h y l o c o c c u ss c i u r i ，a e r o m o n a sh y d r o p h i l a ， a c i n e t o b a c t e rc a l c o a c e t i c u s ，p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s a ，e n t e r o b a c t e ra g g l o m e r a n s ， p r o t e u s m i r a b i l i s ，e s c h e r i c h i ac o l i ，p a n t o e a a g g l o m e r a n s ，e n t e r o c o c c u s s a c c h a r o l y t i c u s ，m y r o i d e so d o r a t i m i m u sa n dm i c r o c o c c u sl u t e u s a l lb u to n e ，n a m e l y e n t e r o c o c c u ss a c c h a r o l y t i c u s ，a r ea b l et os u p p o r tt h ed e v e l o p m e n to fh o u s e f l yl a r v a e i n t op u p a t i o nw h e ni n o c u l a t e do nt r y p t i c a s es o ye g gy o l ka g a rm e d i u m ( t s e y a ) a l o n e t h el a r v a ew h i c hh a v et h ef a s t e s tg r o w t hr a t e ( 9 7 614 - 1 14h r s ) w e r eg r o w no n 中山人学博t 学位论文 t h et r y p t i c a s es o ye g gy o l ka g a rm e d i u mi n o c u l a t e dw i t h 肱o d o r a t i m i m u s a s h y d r o p h i l ah e l p e dt h ed e v e l o p m e n to fl a r v a ei n t op u p a ea tar a t eo f8 6 81 ，a n da c a l c o a c e t i c u ss u p p o r t e dt h eg r o w t ho fp u p a ew i t ht h em a x i m u mw e i g h t ( 2 0 154 - 0 2 3 m g ) w i t ht h ee x c e p t i o no fp a e r u g i n o s aw h i c hr e n d e r sav e r yl o wr a t eo fh o u s e f l y e c l o s i o n ( 6 0 8 7 ) ，a l lo t h e rb a c t e r i ac o u l da c h i e v eh i g hr a t e so fe c l o s i o nr a n g i n g f r o m8 4 3 3t o9 7 4 7 m o r e o v e r ，t h e h o u s e f l yl a r v a ec o u l du s ef o u rb a c t e r i a , i n c l u d i n ge a g g l o m e r a n s ，p a g g l o m e r a n s ，m o d o r a t i m i m u sa n db s u b t i l i s ，a ss o l e n u t r i m e n t st oc o m p l e t et h ew h o l ed e v e l o p m e n t p r o c e s s s i x b a c t e r i a , 幔s u b t i l i s ，s a u r e u s ，p a e r u g i n o s a ，p a g g l o m e r a n s ，m o d o r a t i m i m u sa n dec o l i ) w e r es e l e c t e dt oa n a l y z et h e i ra m i n oa c i dc o m p o s i t i o n , c o n t e n to ff a t t ya c i d sa n dv i t a m i nb 3 a l ls e l e c t e db a c t e r i ah a dp l e n t yo fv i t a m i nb 3 ( 0 10 5t o1 0 8g k g ) 此o d o r a t i m i m u sa n das u b t i l i sh a dt h eh i g h e s tp r o p o r t i o no f e s s e n t i a la m i n oa c i d sa n dt o t a la m i n oa c i d s ，a n dt h el o w e s to n ew a s a u r e u s t h i s p r o p o r t i o nw a sc o r r e l a t e dw i t hp u p a ew e i g h tp = 0 0 31 ) ，b u tn o tw i t hd e v e l o p m e n t a l t i m ep 2 0 0 6 3 ) a n dt h er a t eo fp u p a t i o np = 0 418 ) t h eb a c t e r i u m ，w h i c hh a dt h e h i g h e s tr e l a t i v ec o n t e n to fs a t u r a t e df a t t ya c i d s ，u n s a t u r a t e df a t t ya c i d sa n db r a n c h - s a t u r a t e df a t t ya c i dw e r e a u r e u s ( 7 6 3 8 ) ，mo d o r a t i m i m u s ( 5 6 7 9 ) a n d 丑 s u b t i l i s ( 4 2 16 ) ，r e s p e c t i v e l y t h eb a c t e r i a ld i v e r s i t yo fw h e a tb r a na n di nt h eg u to fl a r v a ew a sa n a l y z e du s i n g 16 sr r n ac l o n el i b r a r i e sa n de t h i d i u mm o n o a z i d e ( e m a ) i n h i b i t e dd n a r e c o v e r y o fd e a dc e l l s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h eb a c t e r i a ld i v e r s i t yo fw h e a tb r a nw a s h i g h e rt h a nt h a to fl a r v a lg u ts i g n i f i c a n t l yp o o o o1 ) a l ls e q u e n c e so fw h e a tb r a n c l o n el i b r a r yw e r eg r o u p e di n t o2 4p h y l o t y p e sa n dc l a s s i f i e di n t o17g e n e r a 7 6 s e q u e n c e sw e r ea s s i g n e di n t of o u rb a c t e r i ag e n e r a , p s e u d o m a n o s ，h a l o m o n a s ， p r o v i d e n c i a ，a n di g n a t z s c h i e r i a 1 1 p h y l o t y p e sw e r eo b t a i n e di nc l o n el i b r a r yo f l a r v a lg u ta n dt h e p r e d o m i n a t e db a c t e r i aw e r em o r g a n e l l a 、p r o v i d e n c i aa n d i g n a t z s c h i e r i a ( 9 7 2 9 o ft h et o t a l ) t h ep r o t e o b a c t e r i aw a sd o m i n a t i n gb a c t e r i ai n v 苏忠坚细菌对家蝇幼虫生长发育的影响及其n i 肠道定殖的研究 w h e a tb r a na n dl a r v a lg u tc l o n el i b r a r i e s m o r e o v e r , t h r e eb a c t e r i a , m o r g a n e l l a m o r g a n i i ，l g n a t z s c h i n e r i al a r v a ea n dp r o v i d e n c i a ，w e r ec o l o n i z e di nt h eg u to f h o u s e f l yl a r v a e f o u rp h y l o t y p e sw e r ef o u n di nt h ec l o n el i b r a r yo ft h eg u to fn e we c l o s i o na d u l t s ， i n c l u d i n gp r o t e u sm i r a b i l & ，p r o v i d e n c i aa l c a l i f a c i e n s ，m 。m o r g a n i ia n dp s t u a r t i a l t h o u g ht h en u m b e ro fp h y l o t y p e sw a sl o w e rt h a nt h el i b r a r i e so ft h el a r v a lg u t ， t h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nt h e mp = 0 0 7 3 9 ) t h r e eb a c t e r i a , 尸 a l c a l i f a c i e n s 、m m o r g a n i ia n dp s t u a r t i it h a tw e r ed e f i n e da sr e s i d e n tb a c t e r i a , c a n s u r v i v ef r o ml a r v a et oa d u l t k e y w o r d s ：h o u s e f l y ( m u s c ad o m e s t i c a ，l ) ，d e v e l o p m e n t ，b a c t e r i ac o m m u n i t y ， n u t r i t i o n a lc o m p o s i t i o n , 16 sr r n a ，c o l o n i z a t i o n v i 论文原创性及学位论文使用授权声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律效果由本人承担。 学位论文作者签名：笏、急、墨 日期：枷巧年& 月乡日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利性目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被 查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或 其他方法保存学位论文。 保密论文保密期满后，适用本声明。 学位论文作者签名：荔，麓墨 导师签名： 日期：2 中7 。月6 日 日期：五7 年，z 月否 日 中山大学博1 二学位论文 厶- j l 刖百 家蝇( m u s c ad o m e s t i c a ) 是一种重要的可再生性资源昆虫，具有繁殖力强、 生活周期短、营养丰富等优点，早在2 0 世纪6 0 年代就已经被美、苏、r 、德等 多个发达国家列为资源昆虫之首，并开展集约化养殖研究，以期获得优质的食品 业和养殖业动物蛋白来源。用于集约化养殖家蝇幼虫的材料有很多，比较常用的 如麦麸、家畜粪便以及一些有机废弃物等。然而，无论使用那一种材料进行饲养， 蛋白质的转化率( 料重比) 是最重要的，由于大部分饲养材料并没有充分利用， 加之没有对饲养材料进行重复利用，因而造成家蝇幼虫养殖成本较高。除了与培 养基自身的营养成分有关外，前人研究发现，家蝇幼虫生存和生长发育与细菌的 种类有着非常密切的关系，不同种类的细菌对幼虫的存活率、生长发育时间、蛹 重、化蛹率以及羽化率等都有着不同的影响( z u r e ke ta 1 ，2 0 0 0 ；s c h m i d t m a n n & m a r t i n ，1 9 9 2 ：w a t s o ne ta 1 ，1 9 9 3 ；r o c h o ne ta 1 ，2 0 0 4 ；l a me ta l ，2 0 0 7 ) 。因此，寻 找饲养材料中最适于幼虫生长发育的细菌种类以及了解细菌中那些成分是可能 影响幼虫生长的关键因素可为日后寻求最佳的细菌组合提供适合的研究方法，使 之既能充分利用饲料中的营养，提高蛋白质的转化率，又能获得最高的家蝇幼虫 产量，降低养殖成本。 尽管家蝇的养殖可利于缓解世界动物蛋白来源的不足，然而，作为多种人畜 致病菌的机械载体和生物载体，其防治一直以来都是非常重要的卫生方面的问 题，现时，家蝇防治的主要手段还是化学杀虫剂。随着分子生物学以及分子生态 学研究手段的飞速发展，人们发现许多昆虫体内都存在共生菌或者定殖菌。而这 些微生物具有帮助宿主消化食物、提供宿主必需的维生素、氨基酸和碳水化合物 等营养物质、产生信息素、抵御外来菌的侵入以及改善宿主免疫能力等多种生物 学功能( d i l l o n & d i l l o n ，2 0 0 4 ；m o r a n ，e ta 1 ，2 0 0 5 ) 。研究发现，破坏这些微生物 种群的结构或者减少其相对数量，都可以显著影响宿主的生存、生长发育以及产 卵活动。近年来，针对这些特殊的细菌种群研究其功能以及开发的新一代生物防 苏忐哩细菌对家蝇幼虫生长发育的影响及其和肠道定殖的研究 治方法已经应用于如舌蝇、蚜虫、蜚蠊、白蚁等多种重要的有害昆虫。为此，发 现家蝇幼虫肠道中的定殖菌种类及其相对比例，可为日后研究家蝇肠道中不同种 类的细菌，尤其是定殖菌，与宿主的相互影响关系打下理论基础。 细菌的种类和数量不但对家蝇幼虫的生长发育起着不可或缺的作用，对成虫 的产卵活动也有重要关系。前人的研究显示，在特定几种细菌的实验室条件下， 幼虫肠道中的细菌可以保留到新羽化成虫肠道中。此外，细菌的数量也显著影响 成虫的产卵位置以及数量。因此，了解在自然条件下幼虫肠道中定殖细菌能否经 历变态过程并在成虫肠道保留的情况可为家蝇生态学的应用研究奠定基础。 2 中山大学博上学位论文 第一章文献综述 1 1家蝇的生活史和生态学 家蝇( m u s c ad o m e s t i c a ) 源于非洲而分布世界各地，与人类生活关系密切。 早在公元前3 0 0 0 年，家蝇在人类居住地出没的景象就被记录下来。而其与人类 杂居的最早时间则大约在公元前4 0 0 年，也就是人类开始圈养家畜的年代( h e w i t t ， 1 9 1 0 ，1 9 1 2 ；w e s t ，1 9 5 l ；h a n s e n s ，1 9 6 3 1l i l l i e & g o d d a r d ，1 9 8 7 ；k e t t l e ，1 9 9 5 ) 。 在我国历史上，最早记录蝇类的文献为周代的诗经，其小雅：桑扈之 什和齐风：鸡鸣中就明确提出青蝇( 绿蝇或者大头金蝇) 和苍蝇( 麻蝇或 者家蝇) 的说法。而同时期的尔雅，则在其释虫一章中记有“蝇醌扇”一 语，生动描述了蝇类扇动翅膀的景象。至于“蛆”的说法就一直要到汉代巨著一说 文解字中才有明确的记录，其被解释为“肉中虫”。除了名字等文字外，在我国 古代还有多本著作对蝇类的生活习性、生长规律以及防治方法进行详细的描述： 吕氏春秋中明确表明了蝇类具有趋避性；而物类相感志中则指出家蝇的 习性以及日常驱赶的方法；最为著名的是李时珍在本草纲目中不但详述了有 关蝇的类别、变态、习性及其天敌等，更难能可贵的是，他还指出“蛆可药用”， 具有性寒、味咸、清热解毒和消积化滞的功能。 由于家蝇是一种重要的卫生昆虫，因此，世界各国的研究人员对家蝇进行了 包括分类学、形态学、物候学以及生物学等各方面的研究，以此增加了解和防治 方法。 1 1 1 分类学与形态学 * - 峄舅苗对客蝇幼虫生k 艟育蟛目投j e 枉肠道2 m q f 充 家蝇属于昆虫纲、积翅目、坏裂贬目、蝇科、蝇属，现有的研究将其分成血 个亚种，包摆m u s c a d o m e s t i c a d o m e s t i c a ( ss t r ) l i n n a e u s ( 欧洲亚种一家蝇型) 、 md o m e s t i c av i c i n a m a c q u a r t ( 东方虹种舍蝇型) 、3 d o m e s t i c an e b u l of a b f i c i u s ( 热惜亚种一热带家蝇型) 、md o m e s o c ac a l l e v a w a l k e r ( 家蝇五鬃亚种) 和m d o m e s t i c ac a l l e v as a c c ae t r i v o s e e c h i ( 家蝇弯叶弧种) ( k e i d i n g ，1 9 8 6 ；范滋德， 2 0 0 8 ) 。近两年来，大多数昆虫分类学家都同意将前三个弧种列为同一梯度种， 也就是蜕，这三个亚种应属同一个种，只是地理分布不同而已。 家蝇属于完全变盎昆虫，其整个发育过程包括卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段。 卵：家蝇的卵长约12 5 1 3 3 m m 宽约o2 6 02 8 m i l l ，熏约o0 7 1 00 7 6 m g ， 呈乳白色，长椭圆形，背面有两条孵化脊( 何风琴，2 0 0 6 ) 。家蝇卵壳结构非常 特殊，整个卵壳都分成3 层没有卵壳外被。除了孵化脊之间的区域以外，卵壳 其余部分都是由无数气腔形成的3 层网絮状结构( 图i 1 ) 。内层与外层的气腔很 小，数量极多，而中问层的气腔则很大数量少( 范滋德等，2 0 0 8 ) 。气腔中的 空气可为卵形成气盾，具有抵抗失水、增加氧气交换以及抗压的功能( h i n t o m 】9 7 0 ) 。 f i gi - i 家蝇卵壳哑微构造( 仿h i n t o n ，1 9 7 0 ) f i gi - 1t h eu l t r a s t r u c t u r ec o n s t r u c t i o no f e g gs h e l l ，m u s e dd o m e s t i c a 中山人学博一f ：学位论文 幼虫：幼虫从卵孵化脊间的区域离开卵，通体呈灰白色或者黄白色，体表光 滑，头细尾圆，体型为长圆锥形，无眼无足。全身分为1 4 体节，其中，胸节3 节，腹节l o 节。头部为伪头，常缩入第一胸节中。幼虫的生长通常分成3 个龄 期：一龄没有前气门，只有1 个或者2 个后气门，口咽器极为简单；二龄有前气 门，后气门具有2 个气门裂；三龄为老熟期，具有前气门，口钩末端外露，左小 右大。 与丝光绿蝇幼虫不同，家蝇幼虫体内没有嗉囊，其消化系统是由口、口咽器、 咽、食道、前肠、中肠、直肠、肛门以及唾液腺、马氏管等组成。其中，中肠因 具有独特的生理结构、低p h 值以及多种蛋白酶的特点，是幼虫杀死各种细菌以 及消化营养物质的主要地方。g r t l b e l 等( 1 9 9 7 ) 研究表明，家蝇幼虫中肠的环境 呈酸性，其中肠前部和中肠后部的p h 分别为6 1 和6 8 ，而中肠中部则为3 1 。 如此偏酸的内环境可以有效杀死各种细菌。在另一方面，幼虫中肠富含二肽酶、 羧基肽酶、氨基肽酶、胰蛋白酶等多种蛋白酶，这些酶类一部分由中肠后部的细 胞分泌，另一部分则结合在微绒毛膜上。其主要的生理功能就是将食物中的蛋白 质水解成氨基酸，从而有利于宿主的吸收和利用( j o r d , 盔o & t e r r a , 2 0 0 5 ；b l a h o v e c 甜a ，2 0 0 6 ) 。蛋白质的水解过程是由幼虫肠道中不同部位的蛋白酶按照一定的顺 序完成的。首先，蛋白质会被肠腔中的胰蛋白酶以及羧基肽酶初步水解成短肽， 继而被结合在微绒毛膜上的羧基肽酶以及氨基肽酶进一步水解成二肽，最后才被 微绒毛膜上的二肽酶水解成单氨基酸( j o r d 萏o & t e r r a , 2 0 0 5 ) 。此外， e s p i n o z a - f u e n t e s 和t e r r a ( 1 9 8 7 a ；1 9 8 7 b ) 将刚果红染料注入家蝇幼虫体内，发 现中肠f j i 部和中肠后部染料颜色变成亮红色，而中肠中部却为无色。这个结果说 明，中肠前部和中肠后部能持续分泌液体，而中场中部则吸收液体，这种循环也 有助于各种营养物质的消化和吸收。 家蝇幼虫的滋生习性很大程度上是由雌蝇产卵习性以及产卵地点所决定的。 幼虫整个生长发育过程为3 一1 0 天，需氧、喜群居，主要以液态的腐烂有机物以 及各种细菌作为食物，而温度、食物营养组成、湿度、光照强度等因素可显著影 响这个过程( s t a f f o r d ，2 0 0 8 ；范丽清和罗广军，2 0 0 6 ) 。在温度方面，如果温度 苏志坚细菌对家蝇幼虫生长发育的影响及其相：肠道定殖的研究 低于1 2 或者高于4 5 。c ，幼虫就会出现生长停滞甚至死亡；在湿度方面，过高 会影响幼虫的呼吸，过低则影响幼虫摄食和活动范围，这些都会造成幼虫生长缓 慢。而在食物营养方面，尽管幼虫具有适应多种生活环境的能力并且可以利用各 种不同腐败有机物质作为其营养来源，然而，在生长过程中如果环境中的营养不 足以支持完成发育过程，其仍然可以进入蛹期，但生存率和羽化成蝇的质量会受 到很大的影响，且多数成蝇为雄性( 何凤琴，2 0 0 6 ；郎跃深，2 0 0 9 ；范滋德，2 0 0 8 ) 。 蛹：幼虫老熟后，通常离开高温高湿的原取食地，到一些干爽低温的地方化 蛹。其1 1 个体节前后收缩成圆桶状，长约6 5 m m ，重约1 7 2 2 m g 。家蝇的蛹为 围蛹，其蛹壳是由末龄幼虫的皮所形成。蛹壳颜色会随着发育时间的增加而逐渐 变深，由刚开始的淡黄色逐渐变成红色，最后呈棕黑色( 何凤琴，2 0 0 6 ；郎跃深， 2 0 0 9 ；范滋德，2 0 0 8 ) 。与大多数完全变态的昆虫一样，家蝇在蛹期中的形态和 身体结构发生显著的变化。除了形成翅膀、口器以及附肢等明显改变外，其肠道 的变化最为特别。幼虫肠道中的前肠和后肠部分会随着蛹的发育逐渐被翻至体 表，然后连同表皮一起脱落到蛹和蛹壳之间( g r e e n b e r g ，1 9 7 2 ；1 9 5 9 ) 。在适宜 的温度下( 2 8 3 0 ) ，经4 8 6 0 小时以后，成虫就开始羽化。家蝇的羽化方式比 较特别，主要利用头部额囊的膨胀和收缩过程中产生的压力突破蛹壳i j 端而成。 成虫：家蝇成虫长约6 - 7 m m ，全身分为头部、胸部和腹部。头部具有发达的 复眼系统以及舔吸式口器。胸部分3 节，中胸较为发达，具刚毛，翅透明，足黑 色，具爪垫。腹部灰褐色，包含大部分的消化系统和生殖器官。成虫分为雌性和 雄性，两者问的区别主要在生殖器和复眼间距：1 ) 雌蝇产卵管长而细，为第六 至第十体节演化而成，而雄蝇的外生殖器很短，为第六至第八体节演变而成；2 ) 雄蝇两个复眼之间的距离很窄，有时甚至连接在一起，而雌蝇两个复眼问距则很 宽。 家蝇成虫飞翔能力强，灵活敏捷，这与其发达的的肌肉系统是分不开的。成 虫的肌肉可分为头肌、胸肌、节肌、附肢肌肉以及特殊肌肉。头肌主要是控制咽 部和喙部活动的主要肌肉；胸肌则分为背肌和腹部背肌，主要控制翅膀的振动； 节肌包括颈肌、胸腹部间肌，可用于控制产卵器和雄性生殖器的活动；附肢肌主 6 中山人学博j 二学位论文 要是控制翅膀、足以及平衡棒等部附肢的肌肉；而特殊肌肉包括控制气门瓣、阳 茎的肌肉以及其它小型肌肉( 范滋德，2 0 0 8 ) 。 由于家蝇为舔吸式口器，因此其消化系统也具有吸允特性，主要包括咽食泵、 食道、嗉囊、前胃、乳糜胃、基肠、端肠和直肠组成。此外，家蝇身体上被毛浓 密，爪垫上具有粘液以及在取食过程中边吃边拉的习性使得其可以携带多种致病 菌而成为人畜感染疾病的载体( s t a f f o r d ，2 0 0 8 ；s u k o n t a s o n ，e t a l ，2 0 0 6 ；s c o t t ，e t a l ， 2 0 0 9 ) 。 1 1 2 营养需求 在碳水化合物方面，家蝇幼虫可以在缺乏碳水化合物的培养基中完成整个生 长发育过程。而在这个过程中幼虫所需要的能量主要是利用食物中蛋白质和脂肪 酸的氧化来满足。但对于成虫来说，碳水化合物则是其生存、交配和产卵所需要 的一种极为重要的营养物质( g e n c ，2 0 0 6 ；w i g g l e s w o r t h ，1 9 7 4 ) 。 在氨基酸方面，幼虫可以从食物和细菌中获得1 0 种昆虫必需氨基酸。而在 二十种氨基酸中，色氨酸、胱氨酸是必需的，赖氨酸、精氨酸和组氨酸也是比较 重要。干酪素等高蛋白并不能作为幼虫和成虫的唯一蛋白源，必须补充胱氨酸才 能完全满足其生长和生存的需要( n a t i o n ，2 0 0 8 ) 。 在脂溶性物质方面，蝇类并不需要维生素a 和维生素d ，但需要胆固醇。 丝光绿蝇就需要一种存在于羊毛酯和肌肉中的固醇，而这种固醇可以被多种固 醇，如胆固醇、麦芽固醇、豆固醇和麦角固醇等，所代替。 水溶性维生素方面，昆虫仅需要b 族维生素，如维生素b i 及b 2 、烟酸、维 生素b 6 和泛酸、胆碱、环已六醇( 肌醇) 、对位氨基苯甲酸和维生素h 。其中， 如果缺乏维生素b l 及b 2 、烟酸、维生素b 6 和泛酸、胆碱、环已六醇( 肌醇) 中 任何一种，幼虫的生长就会大受影响。家蝇幼虫则对食物中烟酸含量的分外敏感， 如缺乏则生长显著延迟( 何风琴，2 0 0 6 ；郎跃深，2 0 0 9 ；范滋德，2 0 0 8 ) 。 7 苏志呸细菌对家蝇幼虫生长发育的影响及其和肠道定殖的研究 1 1 3 生殖与发育 成虫在羽化后必需取食才能完成交配和产卵。然而，雌蝇和雄蝇对食物中营 养成分的要求有所不同。对于雌蝇来说，其必须补充足量的蛋白质和糖分才能完 成交配和产卵。糖分可以为其提供能量，而蛋白质则促进卵子发育成熟。机理研 究表明，蛋白质的摄食和卵子成熟之间的联结是由各神经分泌因子对保幼激素和 蜕皮激素水平的作用来介导的。而对于雄虫来说，营养要求则相对较低，羽化后 只需吸收糖分即可成熟和完成交配( s t a f f o r d ，2 0 0 8 ；范滋德，2 0 0 8 ) 。 成虫在羽化后3 天即可进行交配。雌蝇通过体表释放出一种性信息素，顺9 二十三碳烯( ( z ) - 9 t r i c o s e n e ) ，吸引雄虫。交配后，雌蝇可以持续产卵4 6 次。 家蝇的交配率随雌蝇年龄增加而增加且其产卵量也与寿命呈正相关( 相关系数 o 8 3 ) ，也就说，寿命越长，交配和产卵次数也越多，产卵量就越大( 胡广业和 张文忠，1 9 8 8 ) 。目前，在实验室条件下，家蝇的寿命最长可以达到11 2 天，产 卵1 9 次，数量超过1 0 0 0 个。此外，幼虫时期的营养状况也显著影响雌蝇的产卵 数量。胡广叶等( 1 9 8 8 ) 发现，雌蝇体内卵巢小管的数量和蛹重呈线性相关( 相 关系数为0 9 3 ) ，而卵巢小管数量越多，成虫产卵数量也越多。 1 1 4 产卵行为 由于表面没有卵壳外被，仅有一层极薄的多孔卵壳层，因此，家蝇卵对干燥、 雨淋和日光直射的抵抗力很弱。为此，雌蝇一般都会将在湿度为4 0 7 0 的有机 基质的裂隙中，或者钻到疏松基质下2 3 厘米处产卵( h i n t o n ，1 9 7 0 ；s a c c h ，1 9 6 4 ) 。 基质的湿度将显著影响雌蝇的产卵行为。当湿度过高时，雌蝇产的卵呈星散分布， 并不能形成正常的块状；而湿度过低时，雌蝇则拒绝在这种基质中产卵。此外， 家蝇