丽斗蟋长短翅型飞行能力与繁殖发育的权衡关系及其调控机制

摘要

丽斗蟋Velarifictorus ornatus具有典型的翅二型现象，长翅型前后翅发达，具飞行能力;短翅型后翅显著退化，仅见残翅，不具飞行能力。其长翅型雌成虫的飞行肌显著发达于短翅型，而早期的产卵量显著低于短翅型，人工脱翅可改变其飞行肌与卵巢的发育模式，即雌成虫长、短翅型间存在着飞行和繁殖发育的资源配置的权衡关系(trade-off);雄成虫长翅型虽然飞行肌的发育程度显著高于短翅型，但二者的精巢和繁殖附腺发育并无显著差异，而推测雄成虫长短翅型间不存在此类权衡关系。本文在此研究基础上，通过食物胁迫条件下，对长、短翅型雌、雄成虫飞行肌和繁殖发育的检测，探讨了食物胁迫对丽斗蟋飞行肌和繁殖发育权衡关系的影响;通过雌成虫对长、短翅型雄成虫交配选择的比较，检测了长、短翅型雄成虫交配竞争能力的差异;通过保幼激素Ⅲ(JHⅢ)、保幼激素类似物(JHA)及早熟素Ⅱ(PⅡ)处理，解释了丽斗蟋长、短翅型雌、雄成虫飞行与生殖发育间生理权衡的内分泌控制机理;通过长、短翅型雌、雄成虫消化能力、消化酶活性等的比较，探讨了丽斗蟋长、短翅型飞行与繁殖发育间权衡关系的营养基础。 取得了如下主要研究结果: 1.在食物胁迫的条件下，丽斗蟋长翅雌虫仍维持飞行肌的发育，但繁殖发育受到显著的抑制;而短翅雌虫飞行肌显著降解，繁殖发育亦维持在较高水平。说明即使是营养缺乏时，其雌成虫长、短翅型也依然存在资源配置的差异，具飞行肌和繁殖发育的权衡关系。长翅雄虫飞行肌的重量与食物充足组并无显著差异，但精巢的干重显著降低;而短翅雄虫在食物胁迫条件下飞行肌显著降解，但其精巢重量与食物充足组并无显著差异。可以认为，丽斗蟋雄虫的长、短翅型间也存在飞行肌和繁殖发育的权衡关系。 2.丽斗蟋长、短翅型雄成虫同时竞争雌成虫时，雌成虫选择短翅型雄成虫的交配机率为71.1％，显著高于长翅型雄威虫获得的29.9％交配机率;即使短翅型雄成虫1个体同时与长翅型雄成虫2个体竞争，短翅型雄成虫仍获得了63.2％的交配机会，显著高于长翅型雄成虫获得的36.8％交配机率。摘除短翅型雄成虫的刮器使其失去发声能力，但保留长翅型雄成虫发声能力，则雌成虫对长、短翅型雄成虫交配选择的机率分别为76.7％和23.3％，长翅型雄成虫获得了更多的交配机会。如同时使长、短翅型雄成虫失声，长、短翅型雄成虫获得的交配机率分别为54.8％对45.2％，无显著差异，即雌成虫对雄成虫交配选择表现为随机选择。可以认为，丽斗蟋短翅型雄成虫对长翅型雄成虫具明显的交配竞争优势，雄虫鸣声对翅二型雄虫交配竞争力起决定性作用。 3.对丽斗蟋长翅型雌成虫进行不同剂量的JHⅢ处理，在5-25μg/♀的剂量范围内，可抑制其飞行肌的发育，诱导飞行肌的降解，促进其卵巢发育和卵的形成，其中，以5μg/♀处理剂量的效果最为显著。但是，过高剂量的JHⅢ处理（50μg/♀），未显示此类效果。保幼激素类似物（JH）可影响丽斗蟋长翅型雌成虫的飞行肌和繁殖发育，涂布一定剂量的JHA，可抑制其飞行肌的发育，促进其卵巢发育和卵的形成，10μg/♀左右的剂量影响效果最为显著。剂量为1、5、10、25或50μg/♀的一次性早熟素Ⅱ处理，对丽斗蟋短翅型雌成虫的繁殖无抑制效果，对其飞行肌的发育也无促进作用。然而，于雌成虫羽化当日和羽化后第5d，进行2次早熟素Ⅱ处理，每次涂布的剂量为0.5-12.5μg/♀的范围内可明显促进飞行肌的发育，各处理组的卵巢发育和卵形成多有一定程度的抑制，以25μg/♀的处理抑制效果最为显著。清晰地证实了其雌成虫飞行与生殖发育间生理权衡受保幼激素(JH)的调控。 4.于羽化当日对丽斗蟋长翅型雄成虫进行1-50μg/♂的JHⅢ处理，对其飞行肌、精巢及繁殖附腺的发育均有不同程度的促进作用，对附腺发育的促进效果最为显著。于羽化当日对丽斗蟋长翅型雄成虫进行1-50μg/♂的JHA处理，可明显促进其飞行肌的发育，一定程度地促进精巢及繁殖附腺的发育。于羽化当日对丽斗蟋短翅型雄成虫进行1-50μg/♂的早熟素Ⅱ处理，可显著抑制其飞行肌的发育，但对精巢及繁殖附腺发育的影响并不明显。于羽化当日和羽化后第5d，对丽斗蟋短翅型雄成虫分别进行0.5-25μg/♂的早熟素Ⅱ处理，每次涂布的剂量高于5μg/♂时，可明显抑制飞行肌的发育;每次涂布的剂量在2.5-5μg/♂的范围内，可明显抑制精巢的发育;对繁殖附腺发育的影响不明显。这些结果并不支持雄成虫飞行与生殖发育间生理权衡受保幼激素(JH)调控的假设。 5.丽斗蟋雌成虫长、短翅型间消化能力存在明显差异，短翅型雌成虫增长量、相对增长量、取食量以及食物转化率明显高于长翅型雌成虫，但两型雌成虫食物利用率与近似消化率无显著差异;与雌成虫不同，两翅型间雄成虫的消化能力无明显差异，食物利用率、食物转化率、近似消化系数、消费量以及相对增长率皆无明显差异。翅二型个体消化酶活性也存在明显不同，中肠酶的活性在羽化后前4天均明显上升，表明这一阶段是丽斗蟋成虫对营养物质消化能力较强的阶段，与对其取食量的调查结果相一致。在此阶段，丽斗蟋长翅型雌虫对蛋白质的消化能力要显著高于短翅雌虫，而短翅雌虫对脂肪的消化能力更强。由于长、短翅型雌虫存在明显的飞行肌和繁殖发育的生理权衡，长翅型需要发育飞行肌，因此需要更多的蛋白质;而短翅雌虫需要快速发育卵巢，对脂类物质的需求量更高。而淀粉酶活性在两型雌虫间并无显著差异，且在羽化后12d内保持在较高活性水平，可能是由于碳水化合物主要是能量物质，而长、短翅雌虫飞行或繁殖均需要消耗较多的能量，因此对碳水化合物的需求量均较高。长翅雄虫总蛋白酶和胰蛋白酶活性均显著高于短翅雄虫，说明与长翅雌虫相似，长翅雄虫亦需要消化较多的蛋白质用于发育飞行肌。且长翅雄虫脂肪酶和淀粉酶的活性亦高于短翅雄虫。显然，长、短翅雄虫对不同营养物质的消化能力亦具有差异性。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1、昆虫的分散多型现象

2、环境因素对昆虫翅型分化的调控

2．1 光周期对昆虫翅型分化的调控

2．2 温度对昆虫翅型分化的调控

2．3 食物对昆虫翅型分化的调控

2．4 密度对昆虫翅型分化的调控

2．5 环境胁迫对昆虫翅型分化的影响

3、翅型分化的内分泌调控机理

4、昆虫翅多型现象的遗传机制

5、飞行能力与繁殖间的权衡关系

5．1 雌虫飞行能力与繁殖间的权衡关系

5．2 雄虫飞行能力与繁殖间的权衡关系

6、翅多型的进化

7、课题来源及研究意义

第二章 食物胁迫对丽斗蟋飞行肌和繁殖发育的影响

1 材料与方法

1．1 供试昆虫与饲养方法

1．2 丽斗蟋成虫食物消耗量的检测

1．3 食物胁迫对成虫飞行肌及繁殖发育的影响

1．4 统计方法

2 结果与分析

2．1 雌、雄成虫的食物消耗量

2．2 食物胁迫对长、短翅型雌成虫飞行肌及繁殖发育的影响

2．3 食物胁迫对长、短翅型雄成虫飞行肌及繁殖发育的影响

3 讨论

第三章 丽斗蟋短翅型雄成虫的交配竞争优势

1 材料与方法

1．1 供试昆虫与饲养方法

1．2 实验处理

1．3 两型雄虫质量比较

1．4 数据统计与分析

2 结果与分析

2．1 丽斗蟋的交配行为

2．2 丽斗蟋翅二型雄虫虫体质量比较

2．3 丽斗蟋雌虫对翅二型雄虫的交配选择

2．4 雄虫交配经历对其交配竞争力的影响

2．5 雄虫鸣声能力对雌虫交配选择规律的影响

3、讨论

第四章 保幼激素和早熟素对丽斗蟋雌成虫飞行肌与繁殖发育权衡的影响

1 材料与方法

1．1 供试昆虫与饲养方法

1．2 激素处理方法

1．3 效果检测

1．4 统计方法

2 结果与分析

2．1 保幼激素Ⅲ(JH Ⅲ)对丽斗蟋长翅型雌成虫飞行和繁殖发育的影响

3 保幼激素类似物(JHA)对丽斗蟋长翅型雌成虫飞行和繁殖发育的影响

3．1 JHA处理对长翅型雌成虫体重的影响

3．2 JHA处理对长翅型雌成虫飞行和繁殖发育的影响

3．3 早熟素Ⅱ(P Ⅱ)对丽斗蟋短翅型雌成虫飞行和繁殖发育的影响

4 讨论

第五章 保幼激素和早熟素对丽斗蟋雄成虫飞行肌与繁殖发育的影响

1 材料与方法

1．1 供试昆虫与饲养方法

1．2 激素处理方法

1．3 效果检测

1．4 统计方法

2 结果与分析

2．1 保幼激素Ⅲ(JH Ⅲ)对丽斗蟋长翅型雄成虫飞行和繁殖发育的影响

2．2 保幼激素类似物(JHA)对丽斗蟋长翅型雄成虫飞行和繁殖发育的影响

3、讨论

第六章 丽斗蟋长、短翅型消化能力及消化酶活性的差异

1 材料与方法

1．1 供试昆虫与饲养方法

1．2 翅二型个体食物消化能力测定

1．3 中肠重量测定

1．4 中肠酶液制备

1．5 消化酶活性的测定

1．6 数据统计与分析

2 结果与分析

2．1 食物和体重干、湿重的回归分析

2．2 翅二型成虫食物消耗量和利用方式的比较

2．3 丽斗蟋翅二型个体中肠重量的比较

2．4 丽斗蟋翅二型个体消化酶活性差异

3、讨论

第七章 总结与展望

1 主要结论

2 创新点

3 进一步研究的建议

参考文献

附录：学术成果

致谢