烟蚜茧蜂—烟蚜-PVY互作关系研究

发布时间：2018-12-13 11:28

【摘要】：自然界中,虫害与病害往往同时发生。病毒可通过以植物为媒介间接调控植食性昆虫的行为、生长发育以及种群动态等。此外,病毒还能影响昆虫与其天敌的互作关系。因此,明确由植物介导的病毒-媒介昆虫-天敌三级互作关系是利用天敌防控害虫和病毒病可持续控制途径的重要基础。烟蚜Myzus persicae(Sulzer)是烟草上的主要害虫,广泛分布于我国各烟区。一直以来,对烟蚜的防治主要依赖于化学防治,但长期施用大量农药,不仅使烟蚜抗药性增强,而且还能引起环境污染,给人类健康带来威胁。由马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)引起的马铃薯Y病毒病是烟草主要病害之一。烟蚜为PVY的有效传播介体,对PVY的传播方式为非持久式。鉴于此,当前对烟草马铃薯Y病毒病的防控主要是通过减少田间烟蚜种群数量和限制有翅蚜迁飞范围来进行。利用化学杀虫剂防治烟蚜虽能间接缩小PVY的传播范围,但烟蚜对其极易产生抗性,考虑到这些局限性,在烟蚜及PVY的防控中寻求绿色环保的生物防治技术尤为关键。烟蚜茧蜂Aphidius gifuensis Ashmaed是烟蚜的一种内寄生性天敌,对烟蚜的控制力极强。由于蚜虫在刺探取食过程中所传播的病毒病对寄主植物所造成的危害远远超过其自身刺吸寄主汁液的危害。因此,生物防治的目的不仅仅是希望对靶标害虫起到一定的防控,同时也希望通过对害虫的控制进而降低病毒病的传播。截至目前,虽然关于应用烟蚜茧蜂防治烟蚜的研究较多,但烟蚜茧蜂是否可通过对烟蚜的控制进而降低对PVY的扩散涉及较少。要综合评价烟蚜茧蜂对烟蚜及PVY防控的持续性,除了对防治效果等方面展开研究外,还应考虑到PVY侵染烟株后对烟蚜及烟蚜茧蜂的影响,明确病毒是否可通过烟蚜为介体进而影响烟蚜茧蜂的行为。据此,本学位论文在利用刺探电位图谱(electrical penetration graph,EPG)技术结合荧光定量PCR技术研究烟蚜茧蜂对烟蚜取食行为、携带PVY含量以及传播PVY效率等研究的基础上,通过探究田间烟蚜茧蜂对烟蚜及PVY的控制效应,进一步验证了烟蚜茧蜂对烟蚜及PVY的防控作用。此外,还研究了PVY侵染烟株对烟蚜刺探取食特性、生物适合度和烟蚜茧蜂适应性的影响,明确了PVY侵染烟株可通过影响烟蚜的取食行为和生命表参数间接对烟蚜茧蜂的适应性产生影响。本学位论文的主要研究结果如下:1烟蚜取食PVY侵染烟株的行为特性及生物适合度采用EPG技术和特定年龄生命表方法,研究了PVY侵染烟株后对烟蚜取食行为及生命表参数的影响。结果表明,烟蚜在感病烟株与健康烟株上刺探取食时均产生9种取食波形,分别为np波、A波、B波、C波、pd波、F波、G波、E1波和E2波。PVY侵染烟株后可显著影响烟蚜的刺探取食和生物适合度。EPG参数显示,烟蚜在PVY侵染烟株上非刺探时间(np波)和刺探次数均显著减少。第1次刺探持续时间PVY侵染烟株为62.02 min,显著长于对照烟株的27.37 min。韧皮部阶段,烟蚜在感病烟株上分泌唾液的次数和总持续时间(E1波)均显著少于对照烟株;而被动吸食汁液(E2波)时间则显著长于对照烟株。由此可知,PVY侵染烟株后更利于烟蚜对寄主的刺探取食。生命表参数显示,烟蚜在PVY侵染烟株上的若虫发育历期和平均世代周期(T)均显著短于对照烟株,而若虫期存活率则稍高于对照烟株,表明烟株感染PVY后利于烟蚜若虫期的发育。但当烟蚜发育至成虫后,PVY侵染烟株上雌蚜总产仔前期(TPOP)延长,寿命缩短,此外,繁殖力、内禀增长率(r)和净增殖率(R0)都显著低于未带毒烟株。通过对PVY侵染烟株(接毒12 d)的营养成分进行分析发现,感病烟株中除蛋氨酸(Met)、组氨酸(His)和脯氨酸(Pro)的含量无明显变化外,其它14种氨基酸含量均显著升高。此外,总氨基酸含量和总糖含量PVY侵染烟株也明显高于对照组烟株。综合取食行为和生命表参数可知,PVY侵染前期,由于烟株体内氨基酸和糖类含量的增加可提高寄主对烟蚜的适合度,而不利于成虫期繁殖与存活的原因,推测与烟株感病后期的营养状况变差有关。2烟蚜茧蜂对烟蚜取食行为及携毒能力的影响2.1烟蚜茧蜂对烟蚜取食行为的影响以被烟蚜茧蜂寄生时间分别为3、4、5 d的烟蚜为研究对象,未被寄生的烟蚜为对照,利用EPG技术探究了烟蚜茧蜂在不同寄生天数对烟蚜取食行为的影响。结果表明,烟蚜被寄生后,其取食过程中的部分EPG参数与对照组存在差异。刺探路径阶段,寄生烟蚜的刺探次数、短暂刺吸次数均呈先增加后降低的趋势,寄生4 d时显著高于对照,而寄生5 d时低于对照。此外,第1次刺探持续时间寄生烟蚜均显著短于对照烟蚜。木质部参数显示,寄生5 d时烟蚜在木质部取食时间(G波)显著延长,说明烟蚜被寄生后需从寄主中吸食更多的水分以满足自身机体的需求。韧皮部参数显示,寄生烟蚜在韧皮部分泌唾液(E1波)所占时间的比例均明显增加;被动吸食汁液时间(E2波)随寄生天数的延长而逐渐缩短,但只有当寄生时间为5 d时,差异才达显著水平。2.2不同寄生时间烟蚜携带PVY的含量利用荧光定量PCR技术检测了不同寄生天数烟蚜携带PVY的相对含量。结果表明,烟蚜茧蜂的寄生不能显著影响烟蚜对PVY的获取。与寄生烟蚜相比,对照烟蚜饲毒10 min后所携带PVY的相对含量最高,为1.48。烟蚜被寄生3、4 d时所携带PVY的相对含量略下降,分别为1.38和1.39;寄生5 d时携带PVY的含量最少,为1.28。虽然与对照组相比寄生烟蚜饲毒10 min后所携带PVY的相对含量均有所减少,但差异未达显著水平。3烟蚜茧蜂寄生对烟蚜在PVY侵染烟株上取食与传毒特性的影响以被烟蚜茧蜂寄生5 d的烟蚜为研究对象,利用EPG技术分别测定了寄生烟蚜在PVY侵染烟株与对照烟株上刺探取食的24个EPG指标,其中16个指标反映的是口针到达韧皮部前的刺探行为,8个指标反映了口针在韧皮部内的刺探行为。从非刺探波np指标来看,寄生烟蚜在PVY侵染烟株上np波的总持续时间略短于对照。另外,刺探过程中,烟蚜口针遇到机械阻力的次数(F波)和总持续时间PVY侵染烟株也明显减少。韧皮部阶段,寄生烟蚜在感病烟株上分泌唾液时间显著缩短(E1波);而被动吸食汁液(E2波)时间显著延长。但与非持久性病毒传播有关的pd波参数PVY烟株与对照烟株间均无差异。盆栽传毒结果显示,烟蚜被寄生5 d时对PVY的传毒率为22.67%,低于未寄生烟蚜的28.33%,但二者无显著差异。综上可知,寄生烟蚜的取食行为在PVY侵染烟株韧皮部可受到影响,但其对PVY的传毒率未显著降低。研究结果进一步验证了烟蚜对PVY的传播主要与pd波有关,此外,烟蚜茧蜂不能通过抑制烟蚜刺探取食的方式来降低对PVY的传播。4烟蚜茧蜂对烟蚜取食PVY侵染烟株的适应性研究为明确PVY侵染烟株后是否可通过对烟蚜取食行为或生命表参数等的影响从而间接对烟蚜茧蜂产生影响,研究以PVY侵染烟株繁殖的烟蚜为研究对象,健康烟株繁殖的烟蚜为对照,分别测定了烟蚜茧蜂对两种烟株所繁殖的烟蚜的适应性。结果表明,PVY侵染烟株后可降低烟蚜茧蜂的适应性。烟蚜茧蜂对PVY侵染烟株上烟蚜的寄生率为33.67%,显著低于对照烟蚜的64.67%。感病烟株上烟蚜茧蜂成蜂平均存活时间为1.48 d,短于对照组成蜂的2.25 d。另外,PVY侵染烟株上烟蚜茧蜂成蜂个体也小于对照烟株。5烟蚜响应烟蚜茧蜂寄生的生化机制研究测定了被烟蚜茧蜂寄生后烟蚜体内乙酰胆碱酯酶(ACh E)、酸性磷酸酯酶(ACP)、碱性磷酸酯酶(AKP)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和总超氧化物歧化酶(T-SOD)的活性。结果显示,烟蚜被寄生后Ach E活性在12、24 h时显著低于对照组。ACP活性在12、24 h时均显著升高。AKP活性在4、24、48 h时略低于对照组,而8、12 h时略高于对照组,但差异未达显著水平。CAT活性在12、24 h时明显高于对照组。POD活性在4、8、48 h时略下降,但24 h显著升高。T-SOD活性与对照组相比无显著性变化。综上可知,烟蚜茧蜂寄生后对烟蚜体内Ach E活性有抑制作用,对ACP、CAT和POD活性后期具激活作用,而对AKP和T-SOD活性无明显影响。6烟蚜茧蜂对烟蚜及PVY的田间控制效应研究分别探究了烟蚜茧蜂对重庆3个区县的无翅蚜、有翅蚜和PVY的控制效果。结果表明,释放烟蚜茧蜂对抑制烟蚜种群的增长可起到良好效果,但放蜂前期的防效均相对较低。放蜂10 d时,奉节和黔江地区烟蚜茧蜂对无翅蚜的校正防效都为40%左右,而巫山相对较高,为51.09%。说明烟蚜茧蜂对烟蚜的控制效果存在区域性的特点。烟蚜茧蜂对有翅蚜的控制效果与无翅蚜类似,放蜂前期的校正防效均相对较低,但随着放蜂时间的延长防效总体上呈上升趋势,放蜂35 d时最高防效可达60%以上。与对照区相比,烟草马铃薯Y病毒病的发病率在三个区县的放蜂区均明显下降,说明烟蚜茧蜂可间接控制PVY的扩散。综上所述,烟蚜茧蜂寄生烟蚜后可在一定程度上抑制烟蚜的刺探取食。田间释放烟蚜茧蜂除了能控制烟蚜种群的增长外,还能间接控制PVY的扩散。然而由于PVY侵染烟株后可通过烟蚜为介体对烟蚜茧蜂产生不利影响,推测这些不利因素可间接影响烟蚜茧蜂对烟蚜及PVY的防治。因此,为提高烟蚜茧蜂对烟蚜及蚜传病毒病的控制效果,建议今后在释放烟蚜茧蜂前期结合其它防治措施尽量降低田间烟蚜虫口基数,缩小病毒病的发病范围。另外,本学位论文研究还表明,烟蚜茧蜂虽然不能通过抑制烟蚜刺探取食的方式来降低对PVY的传播,但可通过缩小烟蚜在田间的扩散范围来降低对PVY的传播几率。本学位论文研究结果对于全面揭示自然界中烟蚜茧蜂-烟蚜-PVY三者之间的协同进化关系具有重要的理论意义,同时在实践上可为制定利用烟蚜茧蜂防治烟蚜及蚜传病毒病的治理策略提供新思路。
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【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】：S435.72;S476

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