有翅和无翅棉蚜寄主专化性比较及其与共生菌关系研究

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棉蚜(AphisgossypiiGlover)属于半翅目(Hemiptera)、蚜科(Aphididae),是一种世界性的害虫,温带、亚热带和热带均有分布,对多种作物造成严重危害。由于对不同寄主的适应,棉蚜产生了多种寄主专化型(host-associatedbiotype),其中最主要的是棉花型和黄瓜型。解析其寄主专化型的形成原因,将有利于棉蚜的管理。前人研究表明不同专化型棉蚜在转换寄主后适合度明显下降,其中以棉花型和黄瓜型互换寄主表现最为明显,基本在一代内全部死亡。前人的研究多数是以无翅蚜虫作为研究对象,这不一定符合棉蚜在自然界中寄主转移的方式,因为在自然界中棉蚜是以有翅蚜来进行寄主转换的,并且有翅蚜在寻找到适宜的寄主前可能经历了饥饿胁迫,因此有必要比较有翅蚜和无翅蚜寄主转换效率的差别。另外,有研究表明豌豆蚜的寄主专化与一些次级内共生菌有关,但是棉蚜的寄主专化性是否也与次级共生菌有关还不得而知。本文首先用传统PCR和16SrDNA测序的方法测定了不同寄主植物棉蚜内生菌的种类组成;其次以棉花和黄瓜饲养的棉花型和黄瓜型蚜虫作为试验材料,比较了无翅和有翅棉花型和黄瓜型蚜虫的寄主转换能力;此外,还探究了棉花型和黄瓜型棉蚜在寄主转换过程中初级共生菌Buchnera的含量变化;最后比较了棉花型和黄瓜型蚜虫在不同温度下的个体大小变化。  1.本研究我们通过PCR扩增的方法在所有采集的棉蚜样品体内检测到了布赫纳氏属Buchnera、立克次氏体Rickettsia、Spiroplasama、杀雄菌属Arsenophonus和沙雷菌属Serratia的感染。运用高通量测序技术,对室内棉花型和黄瓜型、多地区多寄主上的棉蚜以及不同气候带棉蚜进行了共生菌多样性分析。结果表明室内饲养的棉花型蚜虫和黄瓜型蚜虫体内几乎没有共生菌组成的差异;对不同地区不同寄主上棉蚜内共生菌种类进行测定得出,澳洲朱槿、陕西花椒以及南宁朱槿上棉蚜内共生菌的种类相对较多,说明不同地区不同寄主上棉蚜内共生菌的种类有所差别,棉蚜体内共生菌的组成与寄主种类及地理位置的关系没有固定的规律性;对不同气候带棉蚜体内共生菌的研究表明不同气候带棉蚜的生殖方式不同,但这种不同与棉蚜内共生菌并没有明显因果关系。另外,我们发现棉蚜体内的共生菌90%都是Buchnera,而其它次级共生菌的含量较少。  2.在本次试验中分别取室内棉花及黄瓜上饲养12个月的棉花型和黄瓜型棉蚜,进行寄主转接试验。结果表明,对于无翅棉花型和无翅黄瓜型,互换寄主后繁殖力和存活率明显下降,5d内种群数量降为零,说明无翅棉花型转接到黄瓜上、以及无翅黄瓜型转接到棉花上都不能生存;但是有翅棉花型有翅黄瓜型互换寄主后可以建立种群,有翅棉花型转接到黄瓜上8d后种群数量约增长8倍,有翅黄瓜型转接到棉花上8d后种群数量约增长3倍。说明有翅棉花型转接到黄瓜上以及有翅黄瓜型转接到棉花上可以建立种群,有翅型棉蚜利用新寄主的能力显著高于无翅型棉蚜。有翅型和无翅型寄主转换能力的差异拓展了我们对棉蚜寄主专化现象的认识。  3.本文采用qPCR的方法研究了棉蚜在寄主转换过程中初级共生菌Buchnera相对含量的变化,结果表明不管是棉花型棉蚜转接到黄瓜上还是黄瓜型棉蚜转接到棉花上,棉蚜体内Buchnera的相对含量都呈现先降低后增加的趋势,但是黄瓜型棉蚜体内初级共生菌Buchnera的相对含量一直比棉花型棉蚜体内的多。另外,对棉蚜体内菌胞数进行统计,结果表明黄瓜上的棉蚜的菌胞数量显著高于棉花上的棉蚜的菌胞数量,这表明棉蚜体内菌胞数量与其寄主植物种类有关。  4.在本次试验中,我们对比了棉花型棉蚜和黄瓜型棉蚜在不同温度下的体长和体宽,结果表明棉蚜的体长和体宽都呈现相同的趋势,即生长在黄瓜上的棉蚜的体长和体宽大于生长在棉花上的棉蚜的体长和体宽,说明寄主植物是影响棉蚜体型的一个重要因素。另外,在不同温度下,两种不同专化型棉蚜的体长和体宽的变化呈现相同的趋势,即当温度在24℃以下时,生长在棉花上的棉蚜和生长在黄瓜上的棉蚜的体长和体宽都随温度的升高而增加;当温度高于24℃时,体长和体宽都随温度的上升而减小。  综上所述,棉蚜寄主专化性的形成与共生菌的关系并不明显;有翅型棉蚜利用新寄主的能力高于无翅型棉蚜,寄主转换过程中棉蚜体内初级共生菌Buchnera的含量都呈现先降低后增加的趋势,推测可能是棉蚜在寄主转换时需要适应新寄主所导致的。有翅型棉蚜的寄主转换效率比无翅型棉蚜的寄主转换效率高的具体原因值得进一步的研究。
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