二斑叶螨对朱砂叶螨竞争性扩张的毒理学机制研究

发布时间：2017-12-07 22:00

  本文关键词：二斑叶螨对朱砂叶螨竞争性扩张的毒理学机制研究

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【摘要】：二斑叶螨(Tetranychus urticae)和朱砂叶螨(Tetranychus cinnabarinus)同属于蛛形纲、叶螨科、叶螨属,都是重要的农业害螨,但二者的分类地位长期存在争议。在中国,一般认为朱砂叶螨为国内本地种,二斑叶螨为外来入侵种。二斑叶螨在中国相对于朱砂叶螨竞争性扩张是一例典型的生物入侵事件,但有关其持续扩张并逐渐替代本地种朱砂叶螨的原因,迄今缺乏系统的研究和报道。现有的关于二斑叶螨和朱砂叶螨的零星比较研究中,比较一致的结果是相对于朱砂叶螨,二斑叶螨更耐药。据此,我们提出一个科学假设,即二斑叶螨更强的药剂胁迫适应能力是其持续扩张并逐渐成为叶螨优势种群的重要原因。因此,本论文以二斑叶螨和朱砂叶螨为比较研究对象,以验证上述科学设想为研究目的,拟从毒理学的独特视角研究并阐明二斑叶螨在中国持续扩张的机制。获得的主要研究成果如下:1.二斑叶螨入侵后的扩张趋势分析通过检索与整理国内(1975-2014年)有关朱砂叶螨和(或)二斑叶螨的研究文献(CNKI及SCI引文数据库),追溯每篇文献中叶螨的采集地绘制不同历史时期的地理分布图。发现以1983年为起点至上世纪末,二斑叶螨的分布由北京市扩大至长江以北9省市,朱砂叶螨在全国17省市有分布;进入本世纪后,二斑叶螨已越过长江,其分布由9省市继续扩大至18省市,朱砂叶螨的分布范围则缩至12省市。通过文献检索间接重现二斑叶螨扩张趋势,结果表明入侵中国后,二斑叶螨相对于朱砂叶螨存在明显的竞争性扩张现象。2.朱砂叶螨与二斑叶螨地理种群采集及鉴定野外混合种群采集于云南省昆明市郊的玫瑰上,首先根据体色将叶螨初步区分为朱砂叶螨(红色)和二斑叶螨(绿色);再采用文献报道的足Ⅰ胫节刚毛数量统计法结合杂交试验鉴定两种叶螨。研究结果表明:二斑叶螨种群所有个体足Ⅰ胫节刚毛数量为10根,朱砂叶螨野外种群和室内品系足Ⅰ胫节刚毛数量为10根的个体比例分别为70%和66.7%,与报道的朱砂叶螨和二斑叶螨种群足Ⅰ胫节刚毛数量差异相吻合。杂交试验结果表明野外红色叶螨与室内朱砂叶螨,野外绿色叶螨与室内二斑叶螨能正常繁殖后代,而体色不同的两种叶螨间存在生殖隔离。3.二斑叶螨和朱砂叶螨在不同温度下的生物学特性分析组建16、26和33℃叶螨实验种群生命表,比较朱砂叶螨和二斑叶螨生物学特性和种群参数:在低温16℃,二斑叶螨相对朱砂叶螨生长发育较快且相对适合度较大(Rf为1.44),存在适合度优势;在26℃,两种叶螨发育历期和相对适合度无明显差异;33℃时,相对于朱砂叶螨,二斑叶螨的相对适合度为0.55,表明二斑叶螨在高温下存在适合度劣势。4.朱砂叶螨和二斑叶螨对药剂胁迫的反应差异比较生物测定结果表明来源相同背景的二斑叶螨相对朱砂叶螨,对阿维菌素、甲氰菊酯、炔螨特、哒螨灵、溴虫腈、吡螨胺、丁氟螨酯、联苯肼酯和乙螨唑等9种常用杀螨剂更加耐药,其中二者对阿维菌素的耐药力差异高达8.5倍。室内外模拟药剂胁迫对两种叶螨混合种群结构变化的影响:混合种群(两种叶螨个体初始比例为1:1)在室内豇豆上饲养2个月后,对照(不接触药剂)处理中朱砂叶螨数量显著多于二斑叶螨(P0.05)(前者与后者个体数量的比例为1:0.46),而在阿维菌素和丁氟螨酯的胁迫处理中,二斑叶螨逆转为混合种群的优势种群(比例分别逆转为1:4.44和1:1.85);混合种群在田间分别在豇豆和茄子上生长一个种植季节后,对照组中的朱砂叶螨数量显著多于二斑叶螨(P0.05),在豇豆和茄子上朱砂叶螨与二斑叶螨的比例分别为1.53:1和1.83:1,而处理组(阿维菌素防治2次)中两种叶螨数量没有显著差异。室内、外实验都表明杀螨剂的使用能显著影响混合种群中两种叶螨的比例结构,主要是表现为药剂能相对多地压制朱砂叶螨而间接促进二斑叶螨逐渐占优。分别选用丁氟螨酯和甲氰菊酯对朱砂叶螨和二斑叶螨进行室内抗性筛选,25代后,朱砂叶螨和二斑叶螨对丁氟螨酯的抗性倍数分别发展到了13.52和29.35倍,对甲氰菊酯的抗性倍数分别发展到了28.04和39.57倍。5.二斑叶螨与朱砂叶螨解毒酶活性比较酶活性检测发现二斑叶螨的P450s和Car Es活性均显著高于朱砂叶螨(P0.05),分别为朱砂叶螨的1.81和2.80倍,二者的GSTs活性没有显著差异。分别以LC30剂量的阿维菌素、甲氰菊酯、吡螨胺诱导处理朱砂叶螨和二斑叶螨6h,三种解毒酶活性(P450s、GSTs和Car Es)均呈现不同程度的变化:阿维菌素处理后,二斑叶螨的P450s和Car Es活性分别为诱导前的1.54和1.23倍,朱砂叶螨的P450s和Car Es活性分别为诱导前的1.14和0.96倍,且二斑叶螨酶活性升高倍数显著大于朱砂叶螨(P0.05),两种叶螨GSTs活性变化倍数无显著差异;甲氰菊酯处理后,二斑叶螨的P450s和GSTs活性分别为诱导前的1.32和2.55倍,朱砂叶螨的分别为诱导前的1.07和1.98倍,二斑叶螨的酶活性变化倍数显著大于朱砂叶螨(P0.05),两种叶螨的Car Es活性变化无显著差异;吡螨胺处理后,二斑叶螨的P450s活性提高幅度显著大于朱砂叶螨(P0.05)(变化倍数分别为1.17和1.04倍),而朱砂叶螨GSTs活性变化倍数大于二斑叶螨(P0.05)(变化倍数分别为2.32和1.61倍),两种叶螨Car Es活性变化幅度无显著差异。总体上,相对于朱砂叶螨,二斑叶螨解毒酶对药剂胁迫的响应变化更大。使用甲氰菊酯分别对朱砂叶螨和二斑叶螨筛选20代后,朱砂叶螨的GSTs活性显著升高2.41倍,P450s和Car Es活性无显著性变化;二斑叶螨的P450s和GSTs活性分别显著升高1.48和3.19倍。使用丁氟螨酯筛选20代后,朱砂叶螨的P450s和GSTs活性分别显著升高1.72和2.21倍;二斑叶螨的P450s、GSTs和Car Es升高幅度分别为1.92、5.40和2.15倍。抗性种群解毒酶活性测定结果表明,相对于朱砂叶螨,二斑叶螨中的解毒酶对药剂选择的反应更积极。6.朱砂叶螨和二斑叶螨的表达谱测序比较数字基因表达谱(DGE)测序结果表明,相对于朱砂叶螨,二斑叶螨有974条差异表达基因(DEGs)(538条基因表达上调,436条基因表达下调),其中58条注释为解毒代谢相关基因(39条基因上调表达,20条基因下调表达)。分别选用LC30剂量的阿维菌素、甲氰菊酯、吡螨胺胁迫处理朱砂叶螨和二斑叶螨,并进行表达谱测序,结果表明:阿维菌素处理后,朱砂叶螨有168条DEGs(35条基因上调表达,133条基因下调表达),二斑叶螨有268条DEGs(89条基因上调表达,179条基因下调表达);甲氰菊酯处理后,朱砂叶螨有65条DEGs(32条基因上调表达,33条基因下调表达),二斑叶螨有168条DEGs(74条基因上调表达,104条基因下调表达);吡螨胺处理后,朱砂叶螨有71条DEGs(21条基因上调表达,50条基因下调表达),二斑叶螨有179条DEGs(59条基因上调表达,120条基因下调表达)。对DEGs进行功能注释,发现二斑叶螨受杀螨剂胁迫后上调表达的解毒代谢相关基因的数量明显多于朱砂叶螨。从表达谱测序、比较可以看出,二斑叶螨相对朱砂叶螨耐药性/抗药性更强的分子基础是二斑叶螨本身拥有更多上调表达的基因,更为重要的是,遭受药剂胁迫时二斑叶螨参与响应的基因也显著多于朱砂叶螨。本论文充分地说明了来源相同背景的二斑叶螨相对朱砂叶螨具有对药剂解毒代谢能力更强的生化及分子基础,从而导致二斑叶螨对大多数杀螨剂具有更强的耐药性。我们进一步推测两种叶螨对相同杀螨剂反应差异是二斑叶螨相对朱砂叶螨在中国持续扩张的一个重要因素。更重要的是室内外模拟试验验证了杀螨剂的应用促进了二斑叶螨在混合种群相对占优。研究成果意义在于:一、理论上可为解释二斑叶螨在中国扩张为叶螨优势种群提供独特的视角、丰富入侵生物学研究内容;二、实践上可依据叶螨种群结构及药剂敏感性差异指导科学选用杀螨药剂、对叶螨进行减量增效的精准防控。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S433.7

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