不同CO2浓度对褐飞虱两性生命表及共生菌多样性的影响

摘要

大气CO2浓度的不断升高使农业生态系统受到一定程度的影响，不仅农作物的生长和营养结构发生改变，以农作物为食的农业害虫也受到间接影响。本研究以水稻刺吸式害虫褐飞虱(Nilaparvata lugens St(a)l)为研究对象，设置3个CO2浓度，即380μL/L（当前大气CO2浓度）、550μL/L（中间浓度）、750μL/L（倍增浓度），利用两性生命表对连续饲养多代后褐飞虱的生长发育、繁殖、存活率、种群动态进行分析，然后结合16S rDNA测序，对三个CO2浓度下褐飞虱共生菌的多样性和丰富度进一步比较分析，并通过COG功能预测和KEGG代谢途径分析，比较3个CO2浓度下代谢差异，从微生物角度揭示不同CO2浓度下褐飞虱的适应机制。实验结果如下:
　　1.高CO2浓度对连续饲养多代后褐飞虱的生活史和种群动态的影响
　　以三个CO2浓度下连续饲养到第32代的褐飞虱为对象，研究高CO2浓度对连续饲养多代后褐飞虱的生长发育、繁殖、种群动态的影响。分析发现550μL/LCO2浓度下褐飞虱若虫发育历期和总产卵前期较当前CO2浓度显著缩短(P＜0.05)，而750μL/L CO2浓度下除5龄若虫历期缩短外，其它龄期和总产卵前期无显著差异（P＞0.05）。CO2浓度升高提高褐飞虱若虫的存活率，中间浓度550μL/L的雌雄成虫寿命较其他浓度显著延长(P＜0.05)。中间浓度550μL/L下褐飞虱的产卵量显著高于当前大气CO2浓度和倍增CO2浓度(P＜0.05)，而当前CO2浓度和倍增CO2浓度之间无显著差异（P＞0.05），可见中间浓度提高褐飞虱的繁殖率。对种群动态进行模拟，发现中间浓度下褐飞虱内禀增长率、周限增长率和净繁殖率均显著高于其他浓度(P＜0.05)，而当前浓度和倍增浓度之间无显著差异（P＞0.05），平均世代周期3个CO2浓度之间也无显著差异（P＞0.05）。
　　2.长期倍增CO2浓度对褐飞虱种群演化的影响
　　本实验以倍增浓度下连续饲养到49代的褐飞虱为主要研究对象，当前大气CO2浓度下连续饲养到第49代的褐飞虱为对照。通过两性生命表理论分析发现，倍增浓度下褐飞虱5龄若虫历期显著缩短(P＜0.05)，其它若虫期无显著差异(P＞0.05)，成虫产卵前期和总产卵前期也无显著差异(p＞0.05)。倍增CO2浓度使成虫寿命显著缩短（P＜0.05）。两种浓度各龄期若虫存活率无显著差异(P＞0.05)，但倍增CO2浓度下雌虫存活率高于雄虫，而当前大气CO2浓度却相反。对种群动态进行模拟发现，两种CO2浓度内禀增长率、周限增长率和净繁殖率上无显著差异(P＞0.05)，但倍增浓度平均世代周期显著缩短（P＜0.05）。3.高CO2浓度对连续饲养多代后褐飞虱体内共生菌多样性的影响
　　通过16S rDNA测序，对3个CO2浓度下连续饲养多代褐飞虱体内共生菌进行多样性分析，发现中间CO2浓度550μL/L下褐飞虱共生菌OTU(operational taxonomic units)数值略高，说明该浓度下共生菌丰富度较其它浓度高。3个浓度下褐飞虱共生菌优势菌门相同，分别是变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes);优势菌属也相同，分别是不动杆菌属（Acmetobacter）、葡萄球菌属(Staphylococcus)、气单胞菌属(Aeromonas)、节细菌属(Arthrobacter)和微杆菌属（Microbacterium）。3个浓度下褐飞虱共生菌各分类单元丰度存在一定差异，但种类无显著差异。通过COG功能预测和KEGG代谢途径分析，褐飞虱共生菌参与了其体内绝大部分生理代谢过程，其中中间CO2浓度550μL/L各代谢通路的丰度值最高，说明中间浓度对褐飞虱的生理代谢有一定促进作用。
　　4.高CO2浓度下褐飞虱体内优势菌的定量及不动杆菌属功能初探
　　选取了3个CO2浓度下褐飞虱4种优势菌属不动杆菌属Acinetobacter、杀雄菌属Arsenophonus、节细菌属Arthrobacter和金黄杆菌属Chryseobacterium进行荧光定量分析，发现不动杆菌属相对含量在当前大气CO2浓度下最低，而杀雄菌属相对含量在3个浓度下均无显著差异(P＞005)。节细菌属相对含量在中间CO2浓度下显著低于当前CO2浓度和倍增CO2浓度(P＜0.05)，而当前浓度和倍增浓度之间无显著差异(P＞0.05)。金黄杆菌属的相对含量在倍增浓度下最高，当前CO2浓度和中间CO2浓度下无显著差异(P＞0.05)。同时在当前大气CO2浓度下，进行不动杆菌属共生菌饲喂实验，对褐飞虱饲喂后生长发育和繁殖进行比较。通过两性生命表分析，发现饲喂不动杆菌属菌株组和空白对照在不同龄期的发育历期、成虫寿命、成虫繁殖率和种群参数等方面均无显著差异(P＞0.05)，不动杆菌属对褐飞虱其它方面生物学意义还有待采用分子生物学技术去研究和验证。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 高CO2浓度对植物的影响

1．2 高CO2浓度对昆虫的影响

1．3 昆虫共生菌的研究进展

1．4 褐飞虱共生菌研究概况

2 本研究的内容

3 本研究目的和意义

4 本研究的技术路线

第二章 高CO2浓度对连续饲养多代后的褐飞虱生活史和种群动态的影响

1 材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

1．3 数据分析

2 实验结果与分析

2．1 高CO2浓度对连续饲养多代褐飞虱生活史参数的影响

2．2 高CO2浓度对连续饲养多代褐飞虱生命期望的影响

2．3 高CO2浓度对连续饲养多代褐飞虱种群参数和动态的影响

3 讨论

第三章 长期倍增CO2浓度对褐飞虱种群演化的影响

1 材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

2 实验结果与分析

2．1 倍增CO2浓度对连续饲养多代褐飞虱生活史参数的影响

2．2 倍增CO2浓度对连续饲养多代褐飞虱生命期望的影响

2．3 倍增CO2浓度对连续饲养多代褐飞虱种群参数和动态的影响

3 讨论

第四章 高CO2浓度对连续饲养多代褐飞虱体内共生菌多样性的影响

1 材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

2 实验结果与分析

2．2 不同CO浓度下褐飞虱共生菌物种丰富度分析

2．3 COG和KEGG代谢途径分析

3 讨论

第五章 褐飞虱三个CO2浓度下四种优势菌的定量及不动杆菌属功能初探

1 材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

2 实验结果与分析

2．1 三个CO2浓度下褐飞虱4种优势菌相对含量

2．2 不动杆菌属Acinetobacter筛选结果

2．3 当前大气CO2浓度下不动杆菌属饲喂结果

3 讨论

总结与展望

参考文献

致谢