共生菌在提高桃蚜利用寄主植物氮营养及防御能力中的作用

发布时间：2019-11-17 21:44

【摘要】：桃蚜Myzus persicae(Sulzer),为半翅目蚜科瘤蚜属的一种蚜虫,是世界范围内的重大害虫,每年给农业生产带来巨大损失。桃蚜为典型的多食性害虫,内共生菌在其转寄主危害及利用不同寄主植物过程中起重要作用。本研究旨在探讨桃蚜体内共生菌种类及种群随寄主植物营养改变而发生的变化,并对共生菌赋予宿主昆虫潜在的作用进行研究,为开发以昆虫共生菌为靶标的新型害虫防治策略提供理论依据。首先,对不同地区不同寄主植物及不同蚜型桃蚜体内共生菌的多样性进行研究。结果显示,不同地区不同寄主植物上不同蚜型桃蚜体内初生共生菌Buchnera aphidicola16S rRNA基因部分序列高度一致。次生共生菌的感染状况与蚜虫所处的地理环境及蚜型密切相关,除了辽宁甘蓝上桃蚜未感染次生共生菌外,广州甘蓝和烟草上、北京桃树上和山西桃树上采集的孤雌桃蚜只感染一种次生共生菌Wolbachia,且感染率较低;陕西杨凌地区桃树上孤雌蚜未感染次生共生菌,其它植物上采集的孤雌桃蚜所有个体都感染次生共生菌Serratia symbiotica,而茄子上80%的孤雌桃蚜还感染次生共生菌Wolbachia。桃树桃蚜体内次生共生菌感染状况随蚜型变化明显,有翅孤雌蚜、无翅孤雌蚜、雄蚜和雌性蚜体内均没有检测到次生共生菌,越冬卵内有Arsenophonus、干雌感染有Wolbachia、干母则表现为S.symbiotica和Arsenophonus共感染,说明无性生殖可以保持蚜虫体内共生菌的稳定遗传,而有性生殖则可能实现次生共生菌的交换,也可能导致其丢失。在不同的环境选择压下桃蚜可能感染不同次生共生菌或对已经感染的次生共生菌菌群进行调控。寄主植物的氮营养品质是限制桃蚜在新寄主上传播和暴发的重要因素之一。不同寄主植物体内总游离氨基酸和必需氨基酸含量不同,韧皮部汁液中的氨基酸组成不平衡,主要以非必需氨基酸为主,氮营养品质(必需氨基酸百分含量)较低,不同植物间氮营养品质不同。将实验室长期饲养在甘蓝上的桃蚜种群转移到另外三种新寄主植物茄子、烟草和菠菜上,发现桃蚜在氮营养品质高的寄主植物上表现好,转寄主后桃蚜体内初生共生菌丰度与寄主植物叶片韧皮部汁液中氮营养品质成正相关。说明B.aphidicola的种群增长受食物中可获得氮营养的影响。桃蚜短期(一周)取食不同植物均能够不同程度地改善植物韧皮部氮营养品质,显著降低桃蚜种群体内初生共生菌B.aphidicola的含量,室内长期饲养在甘蓝、茄子、烟草和菠菜上的桃蚜种群体内次生共生菌S.symbiotica含量与转移到新寄主上取食十天的桃蚜相比显著提高,可能赋予蚜虫种群对环境的适合度。在一定范围内,蚜虫在人工饲料上的表现随氮营养品质的提高而增加。两个桃蚜种群(杨凌种群和辽宁种群)和两个豌豆蚜种群(甘肃种群和云南种群)在正常人工饲料配比C(糖含量15%,氨基酸浓度178.7 mM,必需氨基酸比例39%)及平衡人工饲料配比D(必需氨基酸比例50%左右)上表现较好,累积蜕皮率和存活率最高,体重最重;在氮营养品质较低(必需氨基酸比例低于正常饲料)的两个饲料配方A和B上表现较差,累积蜕皮率和存活率都较低,体重最轻。在一定范围内,桃蚜两个克隆体内B.aphidicola含量与饲料中必需氨基酸比例成正相关,而豌豆蚜两个克隆没有表现出这样的规律,说明共生菌在对蚜虫营养调节方面的作用在不同蚜虫种间有很大差异。桃蚜蜜露中的氨基酸组成谱反映了人工饲料中的氨基酸组成谱,桃蚜两个种群蜜露中各氨基酸比例与饲料中成正相关。蜜露中的糖类物质主要是果糖、葡萄糖、蔗糖、海藻糖,松三糖丰度很低。次生共生菌S.symbiotica对桃蚜生殖产生有利影响,增加桃蚜的日繁殖率,对桃蚜发育产生不利作用,延缓若虫的发育。次生共生菌S.symbiotica对提高桃蚜防御两种寄生蜂短翅蚜小蜂和烟蚜茧蜂的抗性不同,该菌可以帮助桃蚜抵御短翅蚜小蜂,主要降低产卵及蛹羽化,说明该共生菌不仅赋予宿主桃蚜对短翅蚜小蜂的抗性,而且也影响寄生蜂在蚜虫体内的羽化,而所有检测指标均没有表现出S.symbiotica帮助宿主昆虫抵御烟蚜茧蜂。2日龄桃蚜受37.5oC高温热激后,该次生共生菌能够明显缩短蚜虫发育时间,增加蚜虫的繁殖力。综上所述,桃蚜体内初生共生菌B.aphidicola以高度保守的方式稳定传播,通过菌群变化参与调节桃蚜对含不同氮营养的植物的适应;而次生共生菌的感染状态与桃蚜所处地理环境及蚜型有关,次生共生菌S.symbiotica协助桃蚜抵御短翅蚜小蜂和高温从而提高桃蚜在植物上的适合度。
【图文】：

图 1-1 蚜虫中可遗传共生菌的系统进化关系。（图片来源：Oliver et al. 2010）。Fig. 1-1 Phylogenetic distribution of heritable endosymbionts in aphids. (from Oliver et al. 2010).抗菌肽机制 大部分共生菌属于革兰氏阴性菌（Gram-negative bacteria），它们的侵染能够激活昆虫的 Imd 信号途径，诱导抗菌肽产生。玉米象甲（Sitophilus）的抗菌肽甲

Arsenophonus sp.，，α-变形菌纲的 Rickettsia（又称 pea aphid Rickettsia, PAR, S 型共生菌）、Wolbachia 及柔膜菌纲 mollicutes 的 Spiroplasma（Ferrari et al. 2012; Russell et al. 2013;Martinez et al. 2014）。蚜虫的次生共生菌存在于血淋巴中，共生菌胞周围的鞘细胞中，或脂肪体、肌肉组织、神经组织、肠道及不含初生共生菌的共生菌胞中，见图 1-2（Moranet al. 2008; Oliver et al. 2010）。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S433


本文编号：2562499