稻纵卷叶螟肠道细菌群落组成与多样性分析

发布时间：2019-12-04 20:48

【摘要】：稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis(Guenée)是一种危害水稻的重要迁飞害虫,幼虫纵卷并取食水稻叶片,影响植物光合作用,使水稻产量降低,造成严重的经济损失。昆虫肠道中栖息着大量的微生物,在长期的进化过程中,与昆虫形成了不可分割的共生关系,在食物消化、生长发育、免疫以及抵御病原物入侵等方面起着重要作用。目前,国内外对稻纵卷叶螟的研究主要集中在生物学、生理学、生态学和化学防治等方面,在肠道微生物方面的研究较少。鉴于肠道微生物的功能,有必要对稻纵卷叶螟肠道微生物展开研究。本研究采用16S rDNA基因文库技术和Illumina MiSeq测序技术分析了不同处理下的稻纵卷叶螟肠道微生物的菌群组成和多样性,以期为进一步探讨稻纵卷叶螟肠道微生物功能及其生物防治提供理论支持。主要研究结果如下:1稻纵卷叶螟不同发育阶段的肠道细菌的多样性为了明确稻纵卷叶螟不同发育阶段,肠道菌群组成和多样性,我们测定并分析了对卵、幼虫、蛹和成虫4个发育阶段的稻纵卷叶螟肠道微生物。结果发现,4个发育阶段微生物共注释获得22个门,43个纲,82个目,142个科,204个属,244个种。不同发育阶段的肠道微生物丰富度和多样性不同,其中,卵和1龄幼虫的微生物多样性较高,群落结构复杂。在门水平,卵期优势菌为变形菌门Proteobacteria与拟杆菌门Bacteroidetes,其他发育阶段的肠道优势菌为变形菌门与厚壁菌门Firmicutes。在属水平,卵期的优势菌为类香味菌属Myroides、Wautersiella、不动杆菌属Acinetobacter、产碱菌属Alcaligenes、假单胞菌属Pseudomonas;1龄幼虫的优势菌沃尔巴克氏体属Wolbachia、不动杆菌属;其余发育阶段的肠道优势菌属为肠球菌属Enterococcus。稻纵卷叶螟卵期与1龄幼虫期肠道微生物相似度较高,与其他发育阶段相似度较低;2龄、3龄幼虫与雌雄成虫之间的肠道微生物相似度较高,4龄、5龄幼虫以及雌雄蛹之间肠道微生物相似度较高。不同发育阶段稻纵卷叶螟肠道菌群丰富度及多样性有一定的差异性。本研究结果有助于进一步探寻影响外在因素对稻纵卷叶螟肠道菌群丰富度及多样性的影响。2稻显纹纵卷叶螟肠道微生物的多样性为了明确稻纵卷叶螟近缘种稻显纹纵卷叶螟Susumia exigua(Butler)肠道细菌的多样性,测定了不同发育阶段的稻显纹纵卷叶螟的肠道细菌。分析发现,稻显纹纵卷叶螟肠道细菌共注释获得30个门,55个纲,62个目,127个科,269个属,202个种。幼虫期肠道细菌的物种丰富度较高,而卵期的细菌的多样性较高。在组成上,门分类阶元上,卵期的优势菌门为变形菌门、厚壁菌门和放线菌门Actinobacteria,幼虫期的为变形菌门、厚壁菌门,蛹期的为变形菌门;在属分类阶元上,卵期的优势菌属为不动杆菌属、葡萄球菌属Staphylococcus、盐单胞菌属Halomonas、肠球菌属、肠杆菌属Enterobacter,幼虫期的优势菌属为肠球菌属、肠杆菌属与不动杆菌属,雌蛹的优势菌属为不动杆菌属、沙雷氏菌属Serratia和寡养单胞菌属,雄蛹的优势菌属为不动杆菌属、肠杆菌属、寡养单胞菌属和假单胞菌属。稻显纹纵卷叶螟不同发育阶段的肠道细菌菌群中,幼虫阶段的肠道微生物组成和结构较为相似,卵、蛹期的微生物组成和结构相似。3不同地理种群的稻纵卷叶螟肠道微生物的多样性为了明确地理种群对稻纵卷叶螟肠道细菌多样性的影响,本研究测定了泰国、越南及我国南宁、长沙、杭州、乐山等6个地区的稻纵卷叶螟的肠道微生物。结果发现,6个地区的稻纵卷叶螟肠道细菌共注释了22个门,43个纲,52个目,96个科,172个属,122个种。乐山种群的稻纵卷叶螟肠道微生物物种丰富度最高,多样性最高,泰国种群的物种丰富度最低。在肠道微生物的组成上,泰国、越南、南宁、长沙、杭州的稻纵卷叶螟肠道菌群优势菌门均厚壁菌门,优势菌属均为肠球菌属;乐山种群的肠道菌群优势菌门为厚壁菌门、变形菌门,优势菌属为肠球菌属、Streptophyta。在肠道菌群结构相似度上,泰国、越南、南宁、长沙、杭州的样品的菌群组成与结构相似度高,乐山样品与其差异较大。不同地理种群肠道细菌的差异可能与当地特定的环境有关。本研究为进一步明确不同地理种群间的特性差异奠定了基础。4取食不同食料的稻纵卷叶螟肠道微生物的多样性为了明确食料对稻纵卷叶螟肠道菌群的影响,本研究对连续3代分别饲喂水稻和玉米的稻纵卷叶螟肠道微生物进行了检测,结果共获得17个门,35个纲,50个目,102个科,162个属,110个种。取食水稻或玉米的稻纵卷叶螟肠道微生物种群丰富度和多样性差异不大。在组成上,取食水稻或玉米的稻纵卷叶螟在门水平上的优势菌均为厚壁菌门与变形菌门,优势菌属均为肠球菌属。每一代中取食玉米或水稻的稻纵卷叶螟的肠道微生物之间共有的OTUs数量占比较大。取食水稻或玉米的稻纵卷叶螟肠道微生物中某些种类的丰度上有细微的差异。5抗生素处理的稻纵卷叶螟肠道及粪便中微生物的多样性为了明确不同抗生素对稻纵卷叶螟肠道微生物的影响,分别对5种抗生素处理过的稻纵卷叶螟肠道及粪便中的微生物进行了测定,共注释获得9个门,15个纲,28个目,57个科,87个属,51个种。四环素处理的稻纵卷叶螟肠道及粪便中微生物丰富度与多样性较高。在门水平,抗生素处理的稻纵卷叶螟肠道与粪便中的微生物的优势菌为变形菌门、拟杆菌门与厚壁菌门,与对照组相比,利福平、链霉素、氯霉素、四环素以及氨苄青霉素能够降低稻纵卷叶螟肠道中厚壁菌门的相对丰度。在属水平,抗生素处理过的稻纵卷叶螟肠道菌群结构复杂,且极大的降低了肠球菌属细菌丰度,取食利福平与链霉素的稻纵卷叶螟粪便中微生物的组成与结构改变较大。本研究有助于今后利用抗生素处理来开展相关菌群的功能性研究。
【图文】：

曲线,香农,稻纵卷叶螟,曲线

稻纵卷叶螟不同发育阶段的稀释曲线、香农曲线、Rank-abundance曲线
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S435.112.1

【参考文献】