亚洲小车蝗食物适应机制研究

发布时间：2020-05-24 23:11

【摘要】：植物作为重要的生态因子和食物资源,显著影响昆虫的发生与分布。亚洲小车蝗Oedaleus asiaticus Bey-Bienko是我国北方草原重要害虫,具有特定的食物结构和适应性,其发生与植物密切相关。目前,食物驱动的种群迁移与成灾机制尚不明确。为此,本文通过化学生态学和分子生态学方法研究了其食物适应性,明确了其解毒、营养、能量“折中优选”机制,揭示了植物介导类胰岛素信号途径(ILP)调控其食物适应的进化关系。结果如下:1.生态适应导致了亚洲小车蝗发生与分布差异。亚洲小车蝗发生密度与羊草生物量显著负相关,与针茅生物量、植被总生物量显著正相关,在针茅草地存活率、生长速率最高。针茅饲喂的亚洲小车蝗取食量、消化率、利用率、转化率、发育速率最高,隐子草、羊草次之,取食冷蒿、小叶锦鸡儿不能完成生活史。对食物的生态适应差异发挥了“推—拉”作用,驱动了亚洲小车蝗的种群迁移、聚集为害。2.生理适应导致了解毒、营养“折中优选”机制的形成。针茅糖类、脂肪、蛋白质含量高,黄酮、萜类、生物碱、酚类、单宁含量低,亚洲小车蝗取食后消化相关的酶活性显著升高,ROS浓度、解毒酶、保护酶活性显著降低,表明其为优质食物资源;羊草、冷蒿则相反。亚洲小车蝗种群迁移与聚集为害的本质是其食物和栖境的选择遵循最高营养摄入和最低解毒代谢的“折中优选”规律。3.基因适应是生理适应的本质。针茅饲喂的亚洲小车蝗肠道中糖类、脂类、蛋白质消化与利用代谢通路88个基因上调表达。冷蒿饲喂的虫体中表皮生长、DNA复制、能量代谢通路等相关基因166个下调表达;解毒、抗逆、信号转导通路等相关基因133个上调表达。相关差异基因构成了亚洲小车蝗食物适应的分子基础。4.植物介导ILP途径调控亚洲小车蝗发育。植物营养、苷元等解毒代谢产物可介导类胰岛素信号途径(ILP),影响昆虫生长发育。作为最优食物资源,针茅调控ILP途径中INSR、IRS、PI3K、AKT基因转录和蛋白磷酸化水平上调表达,加速发育,羊草、冷蒿则相反,表明亚洲小车蝗进化出了主动适应机制,可利用植物营养、解毒代谢调控发育进度,以适应更广泛的生态区域,这可能是其分布广、易暴发成灾的根本原因。本研究揭示了亚洲小车蝗解毒、营养、能量“折中优选”的被动适应机制,以及利用植物调控发育的主动适应机制。为昆虫环境适应机制研究与可持续治理提供了理论支撑。
【图文】：

图 1-1 亚洲小车蝗及主要发生区域（红色部分，M 代表蒙古高原）-1 Oedaleus asiaticus species and main distribution in China (the red section, M: Mongolia pl性昆虫与寄主植物关系为昆虫提供了食物资源、交配场所和产卵场所等（Simon et al., 2015）。作年的协同进化过程中，植食性昆虫对不同植物形成了特定的取食偏好性和et al., 2007; Ehrlich & Raven, 1964）。许多植物形成了抵御昆虫取食的防御机打破植物防御系统的适应机制（Baldwin, 2001; Despres et al., 2007）。植食

重危害（Thaler, 1999; Kessler & Baldwin, 2001）。植物对昆虫的直接防御（Direct defenses）包括物理特征（Physical barrier），如植物叶片或的刺、毛和角质；化学特征，如初生营养物质（Nutritional hurdle）和次生代谢物（Secondmetabolites）等化学特性（Wu & Baldwin, 2010）。次生代谢物作为植物重要的“化学武器”可制昆虫的生长发育和生殖，昆虫取食为害后这些物质在寄主植物体内显著增加或在分子水平上著表达。根据其对害虫的作用方式分为抗消化蛋白、抗营养酶类如淀粉酶抑制剂（Inhibitors）蛋白酶抑制剂 PIs、多酚氧化酶 PPO 和植物凝结素 Lectin 等，以及次生化合物，如酚类、生物碱萜类、类黄酮和单宁等，对昆虫产生毒害或直接起到阻食、趋避剂作用（Roda & Baldwin, 2003; 新岗等, 2008; Johnson et al., 2015; Zhusalzman & Zeng, 2015）（图 1-2）。植物对昆虫的间接防（Indirect defenses）也主要是通过植物挥发物（Volatiles）来实现的，即虫害诱导的植物挥发物部分萜类物质可以引诱寄生性或捕食性天敌，实现害虫种群控制，，以减轻为害（Wu & Baldw2010; Johnson et al., 2015）。虫害诱导的挥发物作为植物-昆虫-天敌 3 层营养关系的信息化合物调节着三者的种群关系。这些植物挥发物主要包括绿叶性气味物质、萜类化合物、含氮化合物等除了挥发物成分外，有些植物还可以产生并利用花外蜜露的方式吸引昆虫寄生性和捕食性天敌来攻击或捕食害虫，以降低昆虫的取食危害（Turlings et al., 1990; Dicke & Loon, 2001; DesplandSimpson, 2005）（图 1-2）。物理屏障Physical barriers组成型防御Constitutive defenses
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S812.6

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李尧;张娜;;亚洲小车蝗的多尺度分布格局[J];中国科学院大学学报;2017年03期

2 张淑英;亚洲小车蝗发生规律初报[J];现代农业;2003年11期

3 阿斯郎;徐绍庭;宋银芳;刘爱萍;;科尔沁草原的蝗虫及其防治[J];中国草原;1988年03期

4 关敬群,魏增柱;亚洲小车蝗食量测定[J];昆虫知识;1989年01期

5 乔峰;蝗灾北移的主力军亚洲小车蝗[J];人与生物圈;2005年03期

6 杨新华;李永丹;田兆丰;史雪岩;高希武;;亚洲小车蝗痘病毒与化学杀虫剂混用的杀虫效果及对寄主主要解毒酶活性的影响[J];昆虫学报;2008年05期

7 席瑞华,刘举鹏;不同食料植物对亚洲小车蝗生长和生殖力的影响[J];昆虫知识;1984年04期

8 王思芳,李桂舫,王丽英;亚洲小车蝗痘病毒的电子显微镜研究[J];莱阳农学院学报;1996年02期

9 许富祯;孟正平;郭永华;申集平;韩常在;;乌兰察布市农牧交错区亚洲小车蝗发生与防治[J];内蒙古农业科技;2005年S2期

10 许富祯;孟正平;郭永华;申集平;;乌兰察布市农牧交错区亚洲小车蝗生物学特性观察及猖獗因素分析[J];中国植保导刊;2006年05期

相关会议论文 前4条

1 高灵旺;王丽英;王思芳;;亚洲小车蝗痘病毒对蝗虫作用模型的研究[A];走向21世纪的中国昆虫学——中国昆虫学会2000年学术年会论文集[C];2000年

2 高书晶;;种群密度对亚洲小车蝗能源物质含量及消耗的影响[A];首届“全国青年昆虫学科技工作者创新论坛”论文摘要集[C];2012年

3 王贵强;严毓骅;张龙;;卡死克与微孢子虫治蝗技术的协调应用[A];全国生物防治学术讨论会论文摘要集[C];1995年

4 白鸿岩;张天竟;孙嵬;董辉;丛斌;;内蒙古科尔沁丘陵草甸草原3种优势蝗虫对植物高度选择的观察[A];“创新驱动与现代植保”——中国植物保护学会第十一次全国会员代表大会暨2013年学术年会论文集[C];2013年

相关博士学位论文 前4条

1 黄训兵;亚洲小车蝗食物适应机制研究[D];中国农业科学院;2018年

2 张未仲;亚洲小车蝗生境适应性及代谢相关基因研究[D];中国农业科学院;2013年

3 韩海斌;内蒙古亚洲小车蝗种群遗传多样性的研究[D];内蒙古农业大学;2014年

4 孙嵬;科尔沁平原丘陵草甸草原蝗虫群落结构及亚洲小车蝗、黄胫小车蝗种群遗传分化的研究[D];沈阳农业大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 张硕;基于转录组的亚洲小车蝗气味结合蛋白基因的鉴定及其表达谱分析[D];内蒙古农业大学;2015年

2 李东伟;内蒙古地区亚洲小车蝗不同地理种群遗传多样性研究[D];内蒙古农业大学;2010年

3 卢辉;内蒙古典型草原亚洲小车蝗防治经济阈值和生态阈值研究[D];甘肃农业大学;2005年

4 李瑾;宽翅曲背蝗和亚洲小车蝗卵的抗寒性研究[D];内蒙古农业大学;2012年

5 陈广平;温度和光周期对内蒙古3种草原蝗虫生长发育及卵滞育的影响[D];内蒙古农业大学;2008年

6 张寅至;牧草中C、N元素含量的改变与亚洲小车蝗的取食关系[D];安徽农业大学;2013年

7 董U

本文编号：2679145