菱角萤叶甲雄性竞争策略及其效应研究

摘要

在不断变化的环境中，雄性会适应性调整自身行为来回应潜在精子竞争。最近的研究表明在交配前有竞争者出现，雄性会出现交配时长延长、精液量增加，从而产生更多后代等适应性反应。之前大多数相关研究以果蝇为模式物种，而在本次研究中选用菱角萤叶甲作为试验对象来探索雄性面对潜在精子竞争时的适应性反应。昆虫的多次交配行为在自然界中广泛存在，其包含两种形式:一妻一夫制的多次交配和一妻多夫制的多次交配。一妻多夫制的传统进化学意义在于，雌性能够通过交配的资源和雄性的精子获得物质利益（直接利益）和基因利益（间接利益）。但是这个进化学上的意义却不能完整解释昆虫界的雌性一妻一夫制和一妻多夫制两种交配制度为何可以共存。除此之外，菱角萤叶甲精子偏向性模式至今还未被报道。
　　1.本研究从交配前有竞争者和交配时有竞争者两个层面展开研究，并在此基础上讨论了这种适应性的改变对雄性和雌性的适合度的影响。研究结果表明，交配前的暴露时长比暴露密度更能影响雄性交配时的适应性调整:交配前暴露时长越长，雌雄交配的反应时长和雌虫寿命越短，交配时长越长，而子代数量呈现先降低、直到暴露时长为24 h达到最低然后上升的趋势。因此，推测雄性需要一定的时间进行生理上的准备，并且“24 h”为唤醒雄性面对潜在精子竞争时产生适应性反应的“时间窗口”。交配时竞争者的突然出现也在一定程度上影响着有效产卵量和卵的孵化率。除此之外，研究发现当配偶和其他雌性同时出现时雄性会推迟他们的适应性反应。
　　2.在本次研究中，对比了菱角萤叶甲一夫一妻制多次交配(MM)和一妻多夫制多次交配(PM)的雌虫适合度。数据表明一妻多夫制多次交配(MM)的雌虫与一妻一夫制多次交配(PM)的雌虫相比，前者寿命和产卵时长均显著缩短，有效产卵时长未发现显著差异;雌虫产卵量显著增多，孵化率显著降低导致有效产卵量显著减少。在雌性配偶检验试验中发现，当把已交配的雌虫同时与旧配偶和新配偶放入同一饲养皿中，雌虫在一定程度上抵制新配偶且更倾向于与旧配偶交配。除此之外在一妻多夫制多次交配中，与处虫进行二次交配的雌虫和与非处虫进行二次交配的雌虫相比，雌虫的寿命和繁殖力大大降低。这些结果表明在菱角萤叶甲中，一妻一夫制多次交配的雌虫比一妻多夫制多次交配的雌虫可以获得更多的直接利益，即寿命更长并且产出更多子代。
　　3.本次试验运用微卫星父权鉴定技术，在对菱角萤叶甲多次交配后子代的P2值进行数据分析时，结果显示在菱角萤叶甲多次交配格局中，改变其交配频次和交配间隔后，会在一定程度上影响着多来源精子的偏向性的变化。若多次交配期间交配间隔较短，最先交配的雄性后代占比逐渐降低，最后交配的雄性占比逐渐升高，精子偏向性呈现最后雄性优势;若交配间隔较长，由于先交配的雄性占据了授精优势，所以最先产出的后代大部分为先交配的雄性后代，但最后交配的雄性后代随着时间的推移，占比在逐渐上升，所以呈现出最后雄性偏向性的优势会被推迟的现象。
　　综上所述，本次研究结果表明发现菱角萤叶甲的雄性面对潜在的精子竞争会进行一系列的适应性反应;在菱角萤叶甲一妻一夫多次交配和一妻多夫多次交配的比较中，前者比后者可以使雌虫获得更多的直接利益;通过微卫星父权鉴定技术，显示菱角萤叶甲精子偏向性模式呈现出最后雄性偏向性优势。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 菱角萤叶甲简介

1．1．1 菱角萤叶甲形态特征

1．1．2 菱角萤叶甲生物学特点

1．1．3 菱角萤叶甲对自然界的危害

1．1．4 菱角萤叶甲的农业防治方法

1．2 动物界的多次交配

1．2．1 多次交配的代价

1．2．2 多次交配的利益

1．3 雄性竞争策略调整

1．4 微卫星在亲子鉴定中的应用

1．4．1 微卫星的分布特点

1．4．2 多重荧光PCR构建

1．5 研究目的及意义

第二章 菱角萤叶甲雄性交配策略调整及其效应

2．1 试验材料

2．1．1 昆虫采集及饲养

2．1．2 成年处虫的获得

2．2 试验方法

2．2．1 交配前遇到竞争者的雄性在交配时的可塑性反应

2．2．2 交配时有竞争者

2．2．3 数据处理

2．3 结果与分析

2．3．1 交配前有竞争者对雄性竞争策略的影响

2．3．2 交配时有竞争者雄性策略调整及其影晌

2．4 小结与讨论

第三章 两种交配制度对菱角萤叶甲雌虫适合度的影响

3．1 试验材料

3．1．1 昆虫采集及饲养

3．1．2 成年处虫的获得

3．2 试验方法

3．2．1 两种多次交配试验

3．2．2 雌性配偶选择检验

3．3 结果与分析

3．3．1 两种多次交配制度对雌虫的影响

3．3．2 雌性配偶选择随机检验

3．4 小结与讨论

第四章 微卫星DNA引物位点的筛选与优化

4．1 试验材料

4．1．1 昆虫采集及饲养

4．1．2 试验材料的获得

4．2 主要试验仪器及试剂

4．2．1 主要试验仪器

4．2．2 主要试验试剂

4．3 试验方法

4．3．1 菱角萤叶甲转录组测序

4．3．2 微卫星位点筛选和优化技术路线

4．3．3 菱角萤叶甲基因组DNA提取

4．3．4 微卫星片段扩增

4．3．5 目的基因和微卫星位点多态性的鉴定

4．3．6 荧光标记引物PCR扩增

4．3．7 目的基因的鉴定

4．4 结果与分析

4．4．1 菱角萤叶甲基因组DNA提取

4．4．2 菱角萤叶甲转录组测序结果分析

4．4．3 微卫星引物设计

4．4．4 PCR扩增

4．4．5 用于子代父权鉴定的微卫星位点

4．5 小结与讨论

第五章 雌性对多来源精子的偏向性选择机制

5．1 试验材料

5．1．1 昆虫采集及饲养

5．1．2 试验材料的获得

5．2 试验方法

5．2．1 试验技术路线

5．2．2 菱角萤叶甲雌雄虫多次交配试验

5．2．3 基因组DNA的提取

5．2．4 微卫星片段的扩增

5．2．5 荧光标记引物PCR扩增

5．2．6 STR分型

5．2．7 软件与数据分析

5．3 结果与分析

5．3．1 菱角萤叶甲父代及子代基因组DNA的提取

5．3．2 菱角萤叶甲父代及子代微卫星位点的STR分型

5．3．3 菱角萤叶甲等位基因读取

5．3．4 菱角萤叶甲多来源精子偏向性结果初步分析

5．4 小结与讨论

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢