【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）粘蟲遷飛行為的生理、遺傳特征以及遺傳多樣性的AFLP分析農(nóng)業(yè)昆蟲與害蟲防治博士論文

密級： 論文編號： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 粘蟲遷飛行為的生理、遺傳特征以及遺傳 多樣性的 析 of as in D. he of as in 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 摘要 i 摘 要 遷飛是昆蟲在長期適應(yīng)多變的環(huán)境過程中進(jìn)化形成的一種行為對策，也是昆蟲的種類 和數(shù)量繁多，以及遷飛害蟲經(jīng)常暴發(fā)成災(zāi)的主要原因。因此，昆蟲遷飛行為的發(fā)生與調(diào)控，遷飛與生殖的互作關(guān)系，以及遷飛行為的生理及遺傳特征一直是國內(nèi)外昆蟲遷飛研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題。但是，目前昆蟲遷飛行為生理特征的研究主要是以室內(nèi)研究為主，因而較難反映昆蟲實際遷飛過程中行為生理特征的變異。另外，關(guān)于昆蟲遷飛行為的遺傳特征，以及分子生物學(xué)技術(shù)在大型昆蟲遷飛規(guī)律中的應(yīng)用等方面的研究均比較少，因此限制了人們對昆蟲遷飛行為機(jī)制的了解。本文應(yīng)用室內(nèi)與室外相結(jié)合，傳統(tǒng)生理、遺傳與分子生物學(xué)（ 結(jié)合的方法，對粘蟲 田間遷出與遷入種群的生理和生殖特征，室內(nèi)種群產(chǎn)卵前期與飛行能力的遺傳特征，不同基因型（正常與黑化型）以及不同地理（區(qū)）種群的遺傳多樣性等開展了較為系統(tǒng)、深入的研究，取得了一些原始性創(chuàng)新結(jié)果?，F(xiàn)將其總結(jié)于下： 對江蘇贛榆（東經(jīng) 12225，北緯 3450）和遼寧沈陽（東經(jīng) 11968，北緯 4111）兩地田間遷入和遷出種群的飛行能力、飛行能源物質(zhì)（甘油三酯）含量、飛行（背縱）肌重量，卵巢發(fā)育的程度（卵小管長度、寬度以及卵巢大小等）及交配（交配率、交配次數(shù) ），保幼激素滴度等與遷飛行為密切相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行研究的結(jié)果表明： 遷出種群的飛行能力 (飛行時間、距離 )均顯著高于遷入種群的： 遷出種群的平均飛行距離和時間分別為 13.6 53.1 遷入種群的分別僅為 6.0 4.3 出種群 中胸背縱肌的平均重量（ 顯著高于遷入種群的（ 盡管飛行能源物質(zhì)含量的結(jié)果有些意外。但是，遷出種群的卵巢發(fā)育程度較低，無論是 卵巢小管基部的寬度、長度以及卵巢的鮮重均顯著低于遷入種群的。另外，遷出種群的 交配率以及交配次數(shù)也比遷入種群的 低，僅 為 交配次數(shù)平均僅為 入種群的交配率為 98%，交配次數(shù) 三，遷入種群的卵巢發(fā)育和交配率還會隨遷入時間的延長而增加。 遷出種群與遷入種群的內(nèi)分泌激素也存在著顯著的差異： 遷出種群雌蛾的保幼激素（ ng/著低于遷入種群的（ ng/ 這些結(jié)果表 明，粘蟲遷飛前后的生理和生殖行為特征具有明顯的變化：遷出種群具有較強(qiáng)的飛行潛力、較強(qiáng)的飛行系統(tǒng)，而生殖系統(tǒng)的發(fā)育及生殖行為的發(fā)生由于受到暫時的抑制，因而發(fā)生的程度較低；遷入種群的 飛行能力下 降，卵巢發(fā)育成熟，交配率增加。這是粘蟲的生活史對策由遷飛轉(zhuǎn)向生殖的結(jié)果。飛行肌重量的下降也是遷入種群飛行肌產(chǎn)生降解并把資源投入到生殖的重要證據(jù)； 保幼激素在粘蟲遷飛與生殖的轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。早期遷入種群的卵巢發(fā)育程度較低，表明粘蟲的遷飛是發(fā)生在成蟲發(fā)育的早期 ,遷飛過程中卵巢受到暫時性抑制，遷入以后便迅速發(fā)育并開始生殖；粘蟲的遷飛行為特征與“卵子發(fā)生 相符 。 應(yīng)用數(shù)量遺傳學(xué)理論和方法對粘蟲蛾飛行能力與產(chǎn)卵前期的遺傳參數(shù)，其中包括成蟲 產(chǎn)卵前期、飛行距離和飛行時間的全遺傳力和親本影響遺傳力、選擇響應(yīng)以及產(chǎn)卵前期的遺傳基礎(chǔ)，飛中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 摘要 距離、飛行時間與產(chǎn)卵量、產(chǎn)卵前期的遺傳相關(guān)進(jìn)行定量分析的主要結(jié)果為： 1). 應(yīng)用 親子回歸法估算產(chǎn)卵前期遺傳力為 明粘蟲產(chǎn)卵前期受遺傳因子的影響作用較小。但是在一定的選擇壓力下，對單雌系的雙向選擇有利于產(chǎn)卵前期長的個體，雖然連續(xù)選擇的響應(yīng)較低。此外，產(chǎn)卵前期在很大程度上受雄性親本的影響，即可能受位于 2)代后，個體間的飛行能力（距離和時間）也 有顯著的差異，這種差異主要是由于遺傳因子的作用所致。親子回歸法估算的粘蟲飛行距離和飛行時間的全遺傳力分別為 明遺傳因子對成蟲飛行能力具有一定的影響作用。當(dāng)后代單一性別分別回歸于母本和父本時，飛行能力的遺傳力為 飛行距離遺傳表現(xiàn)出一定的母性效應(yīng)。對飛行能力進(jìn)行雙向選擇的結(jié)果還表明，上向選擇的響應(yīng)顯著，而下向選擇的響應(yīng)相對較低，上向選擇的現(xiàn)實遺傳力也顯著高于下向選擇的。這表明在既定的選擇壓力下，飛行能力強(qiáng)的個體在進(jìn)化速度上要快于飛行能力弱的個體，因此選擇有利于飛行 能力強(qiáng)的個體。 3). 對飛行能力與生殖能力進(jìn)行遺傳相關(guān)分析的結(jié)果表明，飛行能力與成蟲產(chǎn)卵前期存在一定程度的正相關(guān)，即生殖前期長的個體飛行能力也較強(qiáng)。雖然飛行能力與產(chǎn)卵量具有一定程度的負(fù)相關(guān)，但其相關(guān)程度較低（遺傳相關(guān)系數(shù)絕對值為 因此，選擇飛行能力強(qiáng)的粘蟲個體不會影響其生殖潛力。這些結(jié)果表明，雖然粘蟲遷飛行為的產(chǎn)生過程中遺傳因子起著一定的作用，但是環(huán)境因子也起著很大的作用。正是這種遺傳加環(huán)境的機(jī)制，保證了粘蟲生活史對環(huán)境的適應(yīng)性和彈性，也保證了粘蟲在選擇留在本地生殖和還是遷飛到它處進(jìn)行生 殖時具有較大的靈活性。 應(yīng)用分子遺傳標(biāo)記（ 術(shù)及聚丙烯酰胺凝膠電泳對黑 化型 粘蟲 分子標(biāo)記進(jìn)行篩選，并成功地將 黑化粘蟲的產(chǎn)生主要是受常染色體上單隱性基因調(diào)控，符合孟德爾一對等位基因遺傳分離定律。通過雜交、回交和自交選擇獲得了粘蟲黑化型近等基因系的同時，應(yīng)用 16 對引物組合對黑化型和近等基因系正常型以及二者的雜合體進(jìn)行基因組 析，篩選出特異于黑化型 2 條 帶分別為 113(7)、 113(8)。通過回收、純化、測序并根據(jù) 斷序列 ，設(shè)計出兩對特定的 物。通過優(yōu)化 件及擴(kuò)增，成功地將一條特異于黑化粘蟲、分子量為 214 記（ 113(7)）轉(zhuǎn)化為記。對近等基因系黑化型和 10 個黑化粘蟲個體 行回檢的準(zhǔn)確率分別達(dá) 100%和90%，因而可以認(rèn)為 113(7)可作為粘蟲黑化型的特異性 記。對 遼寧沈陽、河南鄭州和江蘇贛榆 3 個地區(qū)粘蟲正常型種群和 1 個黑化型種群共 30 個個體的 行遺傳多樣性分析，并根據(jù)多態(tài)性 紋圖譜，用系統(tǒng)聚類法對這些個體進(jìn)行聚類分析的結(jié)果表明，粘蟲自然群體中存在較高程度的遺傳多樣性，種群內(nèi)多樣性由高到低分別為遼寧沈陽 江蘇贛榆 河南鄭州 黑化型，而黑化粘蟲個體間遺傳多樣性較低，且與 3 個正常型種群遺傳分化較大，系統(tǒng)聚類能與正常型種群明確區(qū)分，而 3 個正常型種群間的遺傳分化較低，系統(tǒng)聚類不能將同一種群內(nèi)所有個體都明確分組， 從而從分子遺傳變異的角度證明了粘蟲是一種遠(yuǎn)距離遷飛昆蟲。 鑒于 黑化型粘蟲符合滯留型特征，而正常型符合遷飛型特征，黑化型 記可為粘蟲遷飛型分化的標(biāo)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 摘要 提供借鑒。 本文的創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)為： 系統(tǒng)地對粘蟲田間遷出和遷入種群的行為生理特征進(jìn) 行分析，在驗證和充實了前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，首次揭示了遷入和遷出種群保幼激素滴度的差異，深化了遷出種群和遷入種群的行為生理特征，完善了“卵子發(fā)生 的概念，并為改善和提高粘蟲的預(yù)測、防治水平提供了新的實驗依據(jù)。 系統(tǒng)地闡明了粘蟲遷飛能力的遺傳特征。在分別闡明了產(chǎn)卵前期和飛行能力的遺傳力和遺傳基礎(chǔ)的同時，首次明確了對產(chǎn)卵前期和飛行能力的雙向選擇所產(chǎn)生的遺傳響應(yīng)以及飛行與生殖的遺傳相關(guān)性，并闡明了遺傳因子在遷飛行為形成或產(chǎn)生過程中所起的作用。 應(yīng)用 的特異性 記，并成功地將 次找到了黑化粘蟲的特異性基因片斷，從 平上揭示了黑化粘蟲的遺傳本質(zhì)。 應(yīng)用 從分子遺傳和變異的角度證明了粘蟲是一種遠(yuǎn)距離遷飛昆蟲，同時，還表明了具有不同生活史對策的黑化粘蟲與正常型粘蟲的遺傳分化較大，是正常型粘蟲演變成的不同基因型。為大 (中 )型昆蟲遷飛規(guī)律的探索以及不同基因型的鑒定開辟了新的途徑。 關(guān)鍵詞： 粘蟲，遷飛行為， “卵子發(fā)生 ，遺傳力，遺 傳相關(guān)，選擇響應(yīng)，黑化型， 傳多樣性中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 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 國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 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 國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 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 . 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 摘要 . NA “ 國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 目錄 錄 第一章 引言 1 研究目的、意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 昆蟲遷飛的行為、生理特 征 3 昆蟲遷飛行為的發(fā)生與調(diào)控 9 昆蟲種群的遺傳變異及多樣性 15 昆蟲種群遺傳多樣性分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用 16 研究內(nèi)容和方法 19 第二章 粘蟲遷出與遷入種群的生理特征 20 引言 20 材料與 方法 20 驗蟲源 20 行能力、飛行能源物質(zhì)含量和飛行肌干重測定 21 殖及交配行為特征 22 蛾保幼激素滴度測定 22 據(jù)處理 22 結(jié)果與分析 22 行能力 22 行能源物質(zhì) 23 行肌 24 巢發(fā)育及交配 26 幼激素滴度 28 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 目錄 討論 29 第三章 粘蟲產(chǎn)卵前期的遺傳特征 31 引言 31 材料與方法 31 驗蟲源及飼養(yǎng)方法 31 32 卵前期的雙向選擇 32 互雜交設(shè)計 32 結(jié)果與分析 32 卵前期的遺傳變異 32 卵前期 遺傳力 33 交雙向選擇響應(yīng) 34 互雜交 34 討論 37 第四章 粘蟲飛行能力的遺傳特征 38 引言 38 材料與方法 38 驗蟲源及飼養(yǎng)方法 38 行能力的測試 38 傳力和遺傳相關(guān)估計 39 行能力的雙向選擇響應(yīng) 39 結(jié)果與分析 39 行能力的遺傳變異 39 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 目錄 x 行能力 遺傳力 41 向選擇的響應(yīng) 43 行與生殖的遺傳相關(guān) 43 討論 44 第五章 粘蟲黑化型 記的建立 46 引言 46 材料與方法 46 的建立 46 49 因組 提取 50 因組 濃度和純度的檢測 52 制性酶切和接頭連接 52 切片斷的預(yù)擴(kuò)增和選擇性擴(kuò)增 53 增產(chǎn)物的電泳檢測 55 記的建立 56 結(jié)果與分析 58 等基因系 （ 及 的 取 58 化型特異性 記的篩選 59 化型特異性 記 的回收 61 化型特異性 記的序列測定 61 化型 記的建立 63 討論 66 用 66 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 目錄 粘蟲 66 粘蟲黑化型分子標(biāo)記研究的生物學(xué)意義 68 第六章 不同地區(qū)及黑化粘蟲遺傳多樣性的 析 69 引言 70 材料與方法 70 試蟲源 70 體 取及 70 據(jù)分析 70 結(jié)果與分析 70 增結(jié)果 70 群內(nèi)和種群間遺傳相似性 78 討論 81 第七章 結(jié)論 82 出種群與遷入種群的生理特征 82 卵前期的遺傳特征 82 行能力的 遺傳特征 82 化粘蟲 記的建立 83 同地區(qū)及黑化 粘蟲遺傳多樣性 83 參考文獻(xiàn) 84 附錄 1 析中主要試劑的配制 101 附錄 2 析中接頭及選擇性擴(kuò)增引物 103 致謝 104 作者簡歷 105中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 第一章 引言 1 第一章 引 言 究目的、意義 粘蟲 是一種典型的季節(jié)性遷飛害蟲，最遠(yuǎn)的遷飛距離可達(dá) 1400 光博等， 1964），同時也是我國及其它亞洲國家糧食作物的主要害蟲之一（ et 1983; et 1995; 1995）。每年在我國南北地區(qū)往返遷飛為害，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 造成重大損失。隨著粘蟲在我國越冬 與遷飛行為規(guī)律的揭示以及在此基礎(chǔ)上建立起來的異地預(yù)測預(yù)報及綜合防治技術(shù)的成功應(yīng)用、越冬區(qū)小麥種植面積的壓縮（李光博等， 1979），粘蟲在我國的危害基本上得到了控制，但目前仍在局部地區(qū)暴發(fā)成災(zāi)，造成嚴(yán)重?fù)p失。 在遷飛行為研究方面， 20世紀(jì) 60取得了一系列重要研究成果，特別是田間形態(tài)標(biāo)記 回收技術(shù)的成功實施，摸清了我國東部地區(qū)粘蟲發(fā)生的來龍去脈，使我國在昆蟲遷飛研究方面處于當(dāng)時世界先進(jìn)水平（李光博等， 1964）。90年代對粘蟲遷飛行為機(jī)制以及飛行與生殖 的互作關(guān)系等進(jìn)