【摘 要】
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红火蚁Solenopsis invicta是近年来我国南方备受关注的入侵性害虫,该虫的入侵对生态环境和人们生活带来严重危害。红火蚁属于社会性昆虫,巢间识别是维系其种群稳定的本能,但其巢间识别的机制仍未清晰。为此,本文以广东地区的红火蚁种群为研究对象,通过其攻击行为实验、气相色谱质谱技术和16S rRNA高通量测序方法,来探究食物、表皮碳氢化合物、肠道微生物、土壤微生物等因素是否影响红火蚁工蚁的巢间
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目(30900942); 广东科技计划产学研项目(2016A020206004,2015B090903076);
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红火蚁Solenopsis invicta是近年来我国南方备受关注的入侵性害虫,该虫的入侵对生态环境和人们生活带来严重危害。红火蚁属于社会性昆虫,巢间识别是维系其种群稳定的本能,但其巢间识别的机制仍未清晰。为此,本文以广东地区的红火蚁种群为研究对象,通过其攻击行为实验、气相色谱质谱技术和16S rRNA高通量测序方法,来探究食物、表皮碳氢化合物、肠道微生物、土壤微生物等因素是否影响红火蚁工蚁的巢间识别,获得到结果如下:1、以两巢工蚁攻击指数(Aggressive Index,AI)作为指标,比较异巢喂食相同食物、同巢喂食不同食物,带土或去土饲养的工蚁间AI值的大小,进行红火蚁种内识别行为的研究。结果发现,野外采集的异巢工蚁在相遇时会发生攻击。去土饲养条件下,异巢工蚁喂食相同食物30天后的AI值,与野外采集时的相比显著性降低,但带土饲养的异巢工蚁喂食相同食物后的AI值无显著性差异。同时,同巢工蚁喂食不同食物后,均无发生攻击行为。表明红火蚁攻击行为可能与土壤环境有关,食物可能不是调控红火蚁巢间识别的物质。我们还发现,攻击指数与死亡率有一定的相关性,随着AI值升高,工蚁攻击实验12小时后的死亡率也有所上升。2、通过气相色谱质谱技术检测带土饲养、去土饲养中不同食物饲养后的红火蚁工蚁表皮碳氢化合物的组分及百分比含量。主成分判别分析结果显示,带土饲养的工蚁表皮碳氢化合物与野外采集的化学距离较近,普遍有18-19种碳氢化合物;去土饲养的工蚁表皮碳氢化合物与野外采集的化学距离则较远,只有9-16种。不同食物饲养后的工蚁没有增添新的表皮碳氢化合物成份,化学距离也比较近。去土饲养不同食物处理间的表皮碳氢化合物差异主要体现在带甲基支链的烷烃种类和相对含量,这些烷烃可能在巢间识别中发挥作用。3、利用16S rRNA高通量测序,检测带土饲养、去土饲养中不同食物处理后工蚁肠道微生物菌群多样性。结果显示,不动杆菌属Acinetobacter、肠杆菌属Enterobacter、假单胞菌属Pseudomonas、乳杆菌属Lactobacillus和毛螺菌属Lachnospira为红火蚁肠道优势菌种,这些菌在所有样品中都存在,但是不同处理组所占的比例也不同。主坐标分析(Principle Coordination Analysis,PCo A)的结果图显示,带土饲养的工蚁肠道微生物群落结构比较靠近野外采集的,去土饲养的则比较远。不同食物饲养后,工蚁肠道菌群结构较为相似。从线性判别效应大小分析(Linear Discriminant Analysis Effect Size,Lef Se)可知,与去土饲养组相比,对照组与带土饲养组工蚁肠道差异物种为乳酸菌目Lactobacillales和肠杆菌目Enterobacter,这些菌种的差异可能会诱发工蚁发生攻击行为。4、从微生物菌群测序结果可知,土壤菌群样本的细菌操作分类单元(Operational Taxonomic Units,OTUs)数最多,带土饲养的工蚁肠道菌群其次,去土饲养组的肠道菌群最少。从物种堆叠图可知,蚁巢土壤与工蚁肠道的共同优势菌群为肠杆菌科Enterobacteriaceae、根瘤菌科Rhizobiaceae和微球菌科Micrococcaceae。主坐标分析图和韦恩图显示,没有发生攻击行为的两巢蚂蚁,其蚁巢土壤菌群和工蚁肠道菌群结构均较为相似。带土饲养的工蚁肠道样本距离野外种群样本较近,而去土饲养的则与前两组都相离较远。工蚁肠道菌群有超过一半的OTUs与土壤样本共有。我们的数据认为红火蚁的攻击行为可能受土壤中的微生物菌群调控。本论文所得的实验结果揭示红火蚁的巢间识别可能受表皮碳氢化合物和共生菌的组成与组分之间比例关系的影响。红火蚁巢间识别的机制的探讨将为红火蚁的防控提供新的思路。
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