腐食酪螨对食用菌的选择特性及其寄主挥发物的化学感受机制研究

发布时间：2018-03-26 18:37

本文选题：嗅觉系统　切入点：行为调控　出处：《南京农业大学》2016年博士论文

【摘要】：腐食酪螨(Tyrophagus putrescenie Schrank)是世界性分布的粮储害螨,寄主范围广,该螨还携带并传播病原菌,造成储藏物霉变,引起人类过敏性皮炎、肺螨病、肠螨病等。腐食酪螨也是食用菌栽培的重要害虫之一,为害食用菌菌丝和子实体,通常从栽培袋袋口或出菇孔处侵入,钻蛀到基质内取食为害,喷施的药剂很难杀灭基质内的螨虫。国内外研究者对腐食酪螨的寄主范围、生物学、生态学等方面进行了研究,但我们发现腐食酪螨对食用菌寄主选择存在偏嗜现象,但这种现象的产生机制的研究甚少。本论文主要开展9种食用菌寄主,香菇[Lentinula edodes (Berk.) Pegler]、糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus Kumn)、白灵侧耳(P.eryngii var.tuoliensis Mou.)、肺形侧耳[P.pulmonarius (Fr.) Quel.]、灵芝[Gaooderma lucidum (Leyss. ex Fr.) Karst.]、金针菇(Flammulina velutipes Sing.)、双孢蘑菇(Agaricus bisporus Lange)、茶树菇[Agrocybbe cylindracea (Dc. ex Fr.) R Mairel]和毛木耳[Auriculariapolytricha (Mont.) Sacc.]对腐食酪螨主要生物学特性的影响、腐食酪螨对9种寄主的偏好选择性、嗜好寄主挥发物在腐食酪螨嗅觉行为反应中的作用及腐食酪螨对嗜好寄主选择的化学通讯机制进行了全面研究,为探讨腐食酪螨偏嗜现象形成的化学通讯机制,合理有效利用寄主挥发物应用于害虫的生物防治提供理论依据。重要研究结果如下:1.研究16～34℃、80%RH下,9种食用菌品种对腐食酪螨生长发育、繁殖力和种群增长指数的影响。研究表明,温度和寄主双因子共同作用对腐食酪螨各虫态发育的影响极显著(P0.0001)。除香菇寄主外,腐食酪螨的在其它8个寄主上各虫态的发育速率和温度呈线性关系,当温度上升到34℃,发育缓慢,总历期延长。在同一温度下,食用菌寄主对腐食酪螨的生长发育历期、雌螨寿命和繁殖力影响明显不同,存在显著性差异。各虫态对温度的敏感因寄主的不同而不同,卵期和幼螨期对温度的变化反映较敏感。腐食酪螨在金针菇上发育总历期最短,白灵侧耳、双孢蘑菇、糙皮侧耳、肺形侧耳、毛木耳和茶树菇次之,灵芝和香菇上发育总历期最长;3℃是腐食酪螨发育的最适温度,总发育历期在7.0±0.2d(金针菇寄主)～12.3±0.1d(灵芝寄主);腐食酪螨各虫态发育起点温度在7.5℃～14.1℃;腐食酪螨在金针菇上有最大的繁殖力(212.9±74.8/雌),其次为毛木耳;在金针菇和毛木耳上有最高的种群内禀增长率(rm=3.4,3.2),灵芝和香菇则最低(rm=2.0)。2.采用室内行为测定和田间诱捕两种方法分析腐食酪螨对9种食用菌寄主的选择行为的偏好性。研究发现,成螨对不同寄主选择性有明显差异,显著偏好选择金针菇、白灵侧耳、糙皮侧耳和香菇。不同寄主间组合实验显示腐食酪螨选择金针菇的概率显著高于其它品种,极少选择灵芝。田间试验也表明腐食酪螨对不同寄主的选择性存在显著性差异(F=15.09;df=8,26;p0.0001),金针菇上螨虫种群数量显著高于其它寄主,灵芝同样是最低。3.利用固相微萃取(SPME)和GC-MS法分析嗜好寄主金针菇不同发育阶段、不同培养方法以及螨害胁迫下寄主挥发性物质的组成和种类变化。研究发现培养方式、螨害胁迫和不同发育阶段对金针菇次级挥发性产物有明显影响,菌丝体阶段倍半萜化合物含量最高,固体培养和液体培养所占的比例分别为84.67%,51.86%,液体菌丝体与固体菌丝体有11种挥发性物质相同,子实体阶段的挥发物与菌丝体差异较大,除了与固体菌丝都含有培养料中的苯乙醛外,无相同的物质。子实体中2, 6-二叔丁基对甲酚含量最高,占39.75%;螨害胁迫后产生的固体菌丝体的挥发性物质与正常条件下固体菌丝体的挥发物质完全不同,但与液体菌丝体有2种化合物相同。行为研究发现,寄主挥发性物质-β-石竹烯、螨害诱导产生的挥发物质-十三烷,非寄主挥发性物质-苯甲醛和十五烷的趋性最强,诱集作用最为理想;而对2种报警信息素-柠檬醛和甲酸橙花酯、螨害诱导产生-柏木脑、昆虫引诱性息素-β-蒎烯的趋避性最强。不同化合物组合实验还表明,柠檬醛的存在会降低其它化合物的诱集率。这些结果表明,在腐食酪螨寄主选择中,β-石竹烯、苯甲醛和十五烷的起着重要的作用。4.根据腐食酪螨成螨的转录组信息,利用生物信息学鉴定化学感受系统家族基因。共鉴定出11个气味结合蛋白(OBPs)、2个化学感受蛋白(CSPs)、7个气味结合蛋白(ORs)、1个味觉受体(GRs)和5个离子型受体(IRs)。分别命名为TputOBP1～11、TputCSP1～2、TputOR1～7、TputGR1～2 和 TputIR1～5。进化分析发现,TputOBPs 被分成 4 个亚群 Class-OBPs、Plus-OBPs、Dimer-OBPs 和 ABPⅡ; 2 个 TputCSPs 基因具有较高的相似性(53%),同样有高度保守的N端的"YTTKYDN(V/I)(N/D)(L/V)DEIL"和C端“KYDP”结构模式;化学受体包括ORs、GRs和IRs,都有5-7个跨膜结构,但保守性较低,许多化学受体基因之间无相似性而不能通过邻接法进行聚类分析;蜱螨亚纲的腐食酪螨和肩突硬蜱(Ixode scapularis L.)均未鉴定到OR83b-like基因,所有预测的ORs属于G蛋白偶联的气味受体(G protein-coupled receptors,GPCRs)家族;TputOR3与家蚕(Bombyx mori Linnaeus)的6个信息素受体聚在一个分支;TputIR1、3和4与肩突硬蜱的IscaIR1聚在IR8a/25a谱系中,IR8a和IR25a这两个基因被认为具有co-receptor特性,推测其功能可能与Orco之于ORs基因类似;TputIR2与黑腹果蝇(Drosophila melanogasterMeigen)的DmelIR84a聚在一起,该受体可通过预先存在的神经电路的集成调节交配行为,IR84a在果蝇属是保守的,在其它双翅目昆虫中也存在,IR84a表达的嗅觉神经元可被水果气味如苯乙酸和苯乙醛激活,这些感觉神经元也表达雄性特异转录因子用于调控交配信息的合成。5.利用同源建模法构建腐食酪螨2个化学感受蛋白(TputCSP 1和TputCSP2)的高级结构,然后进行分子对接分析其与金针菇挥发性物质的结合能力,预测其生理功能。两个蛋白分子量大小为14.9kDa和12.1 kDa,等电点分别为7.63和8.62。其高级结构由6个α螺旋组成,TputCSP1的3D结构较为紧密,TputCSP2 α螺旋排布的较为松散,体积更大;选择19种来自寄主、非寄主以及腐食酪螨的报警素作为配体进行分子对接。结果表明:2个蛋白与挥发物的结合特性不同,TputCSP1与寄主挥发物-香树烯、非寄主寄主挥发性物质-2-甲基萘,螨害诱导产生的寄主挥发性物质-环十五烷这3种化合物结合最为紧密,3个复合物在MD模拟过程中达到平衡并且已形成稳定的复合物结构;而TputCSP2与19种化合物没有理想的结合作用;研究结果证明CSPs基因参与腐食酪螨嗅觉行为中感受、识别、转运、传导化学因子刺激信息的功能,同时也参与寄主识别与定位。腐食酪螨成螨在不同食用菌寄主上种群消长动态和寄主选择偏好性的明确为解析多食性腐食酪螨寄主利用模式,以及构建腐食酪螨的环境友好型的综合治理策略等提供了重要的理论基础。同时,腐食酪螨与嗜好寄主的挥发性物质嗅觉行为反应及其化学通讯机制的研究为全面解析腐食酪螨与其寄主植物的互作关系,阐明其寄主定位内在机制,研发腐食酪螨的行为调控措施提供了重要的理论依据。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S436.46

【参考文献】