论文部分内容阅读
韭菜迟眼蕈蚊BradysiaodoriphagaYangetZhang是蔬菜上重要的地下害虫之一，寄主范围广，可为害7科30多种蔬菜和食用菌，尤喜食韭菜。该蚊主要以幼虫为害韭菜的根部和鳞茎，可造成韭菜产量损失40-60％，甚至绝收。因其防治不科学引起的农残超标或“毒韭菜”事件严重威胁韭菜产品质量、土壤环境安全和人民身体健康，是农产品质量安全的“头号杀手”。近年来，基于视觉信息介导的灯光/色板诱杀等物理监测和防控新技术，因其具有高效、简便和绿色等特点已得到越来越广泛的应用，为包括韭菜迟眼蕈蚊在内的多种重要农林害虫的绿色防控提供了新途径，大大缓解了单纯依赖化学农药防治引发的害虫抗药性增强和农残超标等突出问题。然而，针对光色等颜色视觉信息与韭菜迟眼蕈蚊趋性间的内在联系，以及其行为和分子机理等至今尚未明确。因此，本文利用行为学和分子生物学等方法研究了颜色视觉与韭菜迟眼蕈蚊趋性行为的关系及其机理，试图从行为、分子和系统进化等方面揭示韭菜迟眼蕈蚊趋性、视蛋白基因与光色信号间的相关性，阐明其趋性行为的视觉介导机理，为研发新型的、以视觉信息为主导的高效、绿色的害虫物理监测和防控技术提供理论依据。
主要研究结果如下:
(1)在光谱范围340-605nm内，韭菜迟眼蕈蚊在380nm紫外光区和524nm绿光区有2个明显的趋光高峰，雌、雄虫在380nm紫外光区的趋光率分别为43.10和45.10％，在524nm绿光区的趋光率分别为39.85和37.72％;在420nm蓝光区有1个明显的避光高峰，雌、雄虫的避光率分别为43.50和41.75％。在白天(上午9:00-11:00)和夜晚(下午5:00-7:00)不同昼夜节律下，韭菜迟眼蕈蚊对7种不同波长LED光源的趋性结果相似，无显著差异，其中雌、雄虫均对紫外光的趋光性最强，其趋光率分别为28.86、25.52％(白天)和30.49、26.85％(夜晚);其次是绿光，雌、雄虫的趋光率分别为15.89、19.59％(白天)和17.76、18.26％(夜晚);橙光最差，雌、雄虫的趋光率分别为9.68、5.55％(白天)和8.88、6.38％(夜晚)。无论是紫外光还是绿光，其趋光性均随光强度的增加而增大，其中雌、雄虫均对高光强的光源趋性最强，显著高于黑暗和低光强。表明韭菜迟眼蕈蚊有趋光性，对紫外光和绿光有明显的趋性，且其趋光性与光波长和光强度有关，与昼夜节律和性别无关。
(2)韭菜迟眼蕈蚊对4种色彩(黑色、绿色、棕色和橙色)和4种亮度(黑色、深灰、浅灰和白色)基质的趋性有显著差异。该蚊均对黑色有明显的偏好性，其中对4种色彩基质的趋性发现，雌、雄虫均黑色基质的趋性最强，其次是绿色和棕色，橙色最差;对4种亮度基质的趋性发现，该蚊均黑色基质的趋性最强，其次是深灰和浅灰，白色最差。不同光照度(0.1、100、1000和10000mW/m2)、不同光色处理(蓝光、绿光)及不同生理状态(交配前、后)下，韭菜迟眼蕈蚊对色彩、亮度等不同颜色基质的趋性相似，不随环境因子(光波长和光强度)和虫源因子(性别和生理状态)的变化而改变。
(3)本文从韭菜迟眼蕈蚊成虫头部克隆得到了2个紫外和2个长波敏感视蛋白基因，分别命名为Bo-uv1(GenBank登录号:MH491829)、Bo-uv2(GenBank登录号:MK766510)、Bo-lw1(GenBank登录号:MK766508)和Bo-lw2(GenBank登录号:MK766509)，分别包括1542、1134、1104和1131个碱基，编码514、378、368和377个氨基酸组成的多肽;序列分析发现，该蚊视蛋白均有七个跨膜拓扑结构，符合G-蛋白偶联受体家族的序列特征，且均与双翅目昆虫视蛋白氨基酸序列同源性较高;时空表达分析发现，该蚊均具有时空表达特异性，主要在成虫头部表达，且Bo-uv2和Bo-lw2基因具有性别表达特异性，在雌虫头部的表达量远高于雄虫。表明韭菜迟眼蕈蚊有紫外和长波2类视蛋白基因，且其视蛋白基因具有时空表达特异性，Bo-uv2和Bo-lw2基因有性别表达特异性。结合趋光行为结果，推测该蚊复眼内存在紫外和绿光2种光感受器。
(4)紫外光和绿光均能够显著影响该蚊紫外和长波视蛋白基因的表达。紫外(Bo-uv1和Bo-uv2基因)和长波(Bo-lw1和Bo-lw2基因)视蛋白基因受紫外光影响表达量上调，显著高于绿光和黑暗;除Bo-lw1基因之外，Bo-uv1、Bo-uv2和Bo-lw2基因受绿光的影响表达量均显著高于黑暗。光强度对不同视蛋白基因表达的影响显著不同，其中3种紫外光强度处理时，Bo-uv1和Bo-uv2基因在高光强下表达量均最高，在低光强下，表达量次之，黑暗处理下，表达量最低;绿光光强度处理时，Bo-lw1基因的表达量无显著变化，然而Bo-lw2在高光强下表达量最高，低光强下表达量次之，黑暗处理下表达量最低。表明视蛋白基因的表达与光波长和光强度刺激有密切联系。
本文的创新性在于从行为和内在机理两方面明确了光色视觉信号、敏感视蛋白基因类型和韭菜迟眼蕈蚊趋性之间的联系，首次证实了该蚊具有颜色视觉，至少存在紫外和长波2种类型光感受器，其复眼内紫外和长波敏感视蛋白基因表达量受光色信号的影响显著上调。这些发现阐明了其趋性行为的视觉介导机理，为研发和制定高效、绿色的害虫物理监测和防控技术提供理论依据，具有重要的学术价值。
主要研究结果如下:
(1)在光谱范围340-605nm内，韭菜迟眼蕈蚊在380nm紫外光区和524nm绿光区有2个明显的趋光高峰，雌、雄虫在380nm紫外光区的趋光率分别为43.10和45.10％，在524nm绿光区的趋光率分别为39.85和37.72％;在420nm蓝光区有1个明显的避光高峰，雌、雄虫的避光率分别为43.50和41.75％。在白天(上午9:00-11:00)和夜晚(下午5:00-7:00)不同昼夜节律下，韭菜迟眼蕈蚊对7种不同波长LED光源的趋性结果相似，无显著差异，其中雌、雄虫均对紫外光的趋光性最强，其趋光率分别为28.86、25.52％(白天)和30.49、26.85％(夜晚);其次是绿光，雌、雄虫的趋光率分别为15.89、19.59％(白天)和17.76、18.26％(夜晚);橙光最差，雌、雄虫的趋光率分别为9.68、5.55％(白天)和8.88、6.38％(夜晚)。无论是紫外光还是绿光，其趋光性均随光强度的增加而增大，其中雌、雄虫均对高光强的光源趋性最强，显著高于黑暗和低光强。表明韭菜迟眼蕈蚊有趋光性，对紫外光和绿光有明显的趋性，且其趋光性与光波长和光强度有关，与昼夜节律和性别无关。
(2)韭菜迟眼蕈蚊对4种色彩(黑色、绿色、棕色和橙色)和4种亮度(黑色、深灰、浅灰和白色)基质的趋性有显著差异。该蚊均对黑色有明显的偏好性，其中对4种色彩基质的趋性发现，雌、雄虫均黑色基质的趋性最强，其次是绿色和棕色，橙色最差;对4种亮度基质的趋性发现，该蚊均黑色基质的趋性最强，其次是深灰和浅灰，白色最差。不同光照度(0.1、100、1000和10000mW/m2)、不同光色处理(蓝光、绿光)及不同生理状态(交配前、后)下，韭菜迟眼蕈蚊对色彩、亮度等不同颜色基质的趋性相似，不随环境因子(光波长和光强度)和虫源因子(性别和生理状态)的变化而改变。
(3)本文从韭菜迟眼蕈蚊成虫头部克隆得到了2个紫外和2个长波敏感视蛋白基因，分别命名为Bo-uv1(GenBank登录号:MH491829)、Bo-uv2(GenBank登录号:MK766510)、Bo-lw1(GenBank登录号:MK766508)和Bo-lw2(GenBank登录号:MK766509)，分别包括1542、1134、1104和1131个碱基，编码514、378、368和377个氨基酸组成的多肽;序列分析发现，该蚊视蛋白均有七个跨膜拓扑结构，符合G-蛋白偶联受体家族的序列特征，且均与双翅目昆虫视蛋白氨基酸序列同源性较高;时空表达分析发现，该蚊均具有时空表达特异性，主要在成虫头部表达，且Bo-uv2和Bo-lw2基因具有性别表达特异性，在雌虫头部的表达量远高于雄虫。表明韭菜迟眼蕈蚊有紫外和长波2类视蛋白基因，且其视蛋白基因具有时空表达特异性，Bo-uv2和Bo-lw2基因有性别表达特异性。结合趋光行为结果，推测该蚊复眼内存在紫外和绿光2种光感受器。
(4)紫外光和绿光均能够显著影响该蚊紫外和长波视蛋白基因的表达。紫外(Bo-uv1和Bo-uv2基因)和长波(Bo-lw1和Bo-lw2基因)视蛋白基因受紫外光影响表达量上调，显著高于绿光和黑暗;除Bo-lw1基因之外，Bo-uv1、Bo-uv2和Bo-lw2基因受绿光的影响表达量均显著高于黑暗。光强度对不同视蛋白基因表达的影响显著不同，其中3种紫外光强度处理时，Bo-uv1和Bo-uv2基因在高光强下表达量均最高，在低光强下，表达量次之，黑暗处理下，表达量最低;绿光光强度处理时，Bo-lw1基因的表达量无显著变化，然而Bo-lw2在高光强下表达量最高，低光强下表达量次之，黑暗处理下表达量最低。表明视蛋白基因的表达与光波长和光强度刺激有密切联系。
本文的创新性在于从行为和内在机理两方面明确了光色视觉信号、敏感视蛋白基因类型和韭菜迟眼蕈蚊趋性之间的联系，首次证实了该蚊具有颜色视觉，至少存在紫外和长波2种类型光感受器，其复眼内紫外和长波敏感视蛋白基因表达量受光色信号的影响显著上调。这些发现阐明了其趋性行为的视觉介导机理，为研发和制定高效、绿色的害虫物理监测和防控技术提供理论依据，具有重要的学术价值。