东北地区螽蟖总科昆虫分类学研究（直翅目：螽亚目）

摘要

本研究首先对东北地区螽蟖总科昆虫的分布进行了记述。在本地区分布的螽蟖有一些近缘种类,它们在外形上很相似,不易区分。因此,作者对本地区螽蟖总科昆虫进行外部形态分类学研究的同时,又从另外四个微观角度对其进行了分类学研究,目的在于探讨它们之间的亲缘关系。本次研究共获得螽蟖标本21种,隶属于3科,10属。 1、形态学方面：对采集到的21种螽蟖,采用传统分类方法进行了外部形态描述及分类学记述。本文采用刘宪伟、殷海生(1999)所提出的分类系统,将螽蟖科提升为总科,下分为12科。研究结果如下： (1)本文研究的21种螽蟖隶属于3科10属：①露螽科Phaneropteridae,露螽属Phaneroptera Audinet-Serville,条螽属Ducetia Stal,掩耳螽属Elimaea Stal;②螽斯科Tettigoniidae, 蝈螽属Gampsocleis Fieber, 拟蝈螽属Uvarovites Tarbinsky, 螽斯属TettigoniaLinnaeus, 姬螽属Metrioptera, 寰螽属Atlanticus Scudder; ③草螽科Conocephalidae, 草螽属Conocephalus Thunberg, 钩额螽属Ruspolia Schulthess。形态学研究结果完全符合刘宪伟、殷海生所提出的分类系统。 (2)-些种类在外形上很相似,不易区分,如：蝈螽属的普通蝈螽模式亚种G,本文又从以下四个微观角度对采集到的21种螽蟖的亲缘关系进行了探讨。 2、解剖学方面：运用生理解剖和电镜扫描技术对21种螽蟖消化道外部形态、前胃的内部显微结构以及胃盲囊进行了研究,首次利用螽蟖消化道前、中、后肠的长度进行了聚类分析,得出如下几点结论： (1)螽蟖消化道可分为前、中、后肠三部分,不同属种以及近缘种之间的差别主要在消化道各段的长度、前胃及中肠的胃盲囊,其余部分对分类单元的确立起辅助作用。 (2)消化道的形态特征在螽蟖总科昆虫高级阶元中具有非常稳定的差异性,不同科、属之间差异明显,可以作为不同科及属之间的分类指标。 (3)消化道的形态特征在螽蟖总科昆虫低级阶元中也具有较稳定的差异性,同属不同种之间以及形态学上相近的近缘种之间差异较明显,因而也可以作为不同种之间的分类指标。 (4)消化道的形态结构与其食性之间具有必然的相互关系,通过对这种关系的研究分析,为我们探索各类群之间的亲缘关系及系统发育提供了有利的证据,同时为害虫的防治提供一定的理论依据。 (5)聚类分析结果与形态学分类结果一致,近缘种普通蝈螽模式亚种和普通蝈螽东北亚种,乌苏里螽蟖和短翅螽蟖,线条钩额螽和姬钩额螽以及中华草螽和普通草螽都各自首先聚在一起,然后再和该属的其它种类或该科的其它属聚在一起。 3、细胞学方面：采用染色体常规压片法研究了21种螽蜥的染色体核型,利用染色体的相对长度进行了聚类分析,结果如下： (1)螽蟖的性别决定机制为XX♀/XO♂,这也是直翅目昆虫大多数种类所具有的性别决定机制。 (2)螽蟖科昆虫染色体数目为2n(♂)=31,29;露螽科为2n(♂)=31,29,27; 草螽科为2n(♂)=31,都属于螽蟖总科最普遍的二倍体染色体数。 (3)不同螽蟖以及外形上很相近的近缘种在染色体组式、染色体形态以及相对长度等方面差异较大：普通蝈螽模式亚种和普通蝈螽东北亚种在染色体相对长度以及染色体中最长与最短染色体的比值上差别都很明显；短翅螽蟖的染色体组式为1L+5M+8S+X,而乌苏里螽蟖则为1L+4M+9S+X,二者在染色体相对长度方面差异也很显著；线条钩额螽和姬钩额螽在染色体核型方面差别非常显著,线条钩额螽的核型公式为：2n(♂)=29m+2t,染色体组式为11M+4S+X,而姬钩额螽的核型公式为：2n(♂)：25m+6t,染色体组式为10M+5S+X;中华草螽和普通草螽则全部为端部着丝粒染色体,两者的染色体组式分别为6M+9S+X和7M+8S+X,差别同样显著。因此,染色体核型可以作为螽蟖和其它昆虫类群不同种之间的分类指标。 (4)聚类分析结果与形态学分类结果是一致的：上述几种外形相近的近缘种首先聚在一起,然后再和该属的其它种类或该科的其它属聚在一起,与上述解剖学研究的聚类结果一致。结果表明,不同物种间染色体核型的近似程度与形态学上的近似程度呈正相关。 4、生物化学方面：首次采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术研究了16种螽蟖的酯酶(EST)同工酶,利用各酶带的迁移率进行了聚类分析,探讨聚类分析方法在同工酶分析中的价值。研究结果表明： (1)EST同工酶在螽蟖不同体段的酶谱中存在着差异,螽蟖胸部的EST同工酶活性明显强于后足股节。 (2)EST同工酶在科等高级阶元中的差异不大,从酶带数及酶活性上看,属间、种间差异都很明显,因而可以作为属内不同种间、不同属不同种间的分类指标。其中,螽蟖科昆虫的酶带数量最多,露螽科昆虫次之,草螽科昆虫最少。螽蟖的EST酶谱的差异表现出了与该类群的形态学特征差异呈正相关的趋势。 (3)外形上很相近的近缘种之间,EST酶谱的差异显著。普通蝈螽模式亚种有6条酶带染色较深,酶活性较强,而普通蝈螽东北亚种只有3条酶带染色较深,酶活性较强；短翅螽蟖有5条酶带染色较深,酶活性较强,而乌苏里螽蟖则有9条酶带染色较深,酶活性较强；线条钩额螽共有10条酶带,其中7条酶带染色较深,酶活性较强,而姬钩额螽则共有11条酶带,其中有4条酶带染色最深,酶活性最强；中华草螽共有11条酶带,其中5条酶带染色较深,酶活性较强,而普通草螽则有10条酶带,其中只有3条酶带染色较深,酶活性较强；另外上述各近缘种之间的酶带分区也不同,差异显著。 (4)聚类分析结果与形态学结果基本一致,说明利用聚类分析法对同工酶谱带进行分析有一定的应用价值,近缘种类聚在一起,与上述解剖学以及细胞学研究的聚类结果-致。 5、分子生物学方面：首次提取了东北地区螽蟖总科21种昆虫基因组总DNA,利用两对特异性引物扩增并测定了DNA序列,获得Cytb基因510bp,16SrDNA 454bp;使用ClustalX1.81、MEGA 3.0等系统发育分析软件对DNA序列的碱基组成、氨基酸组成、碱基替换、遗传距离等进行了遗传分析；采用邻接法(NJ)、最小进化法(ME)和最大简约法(MP)对Cyt 6数据集和16SrDNA数据集进行了螽蟖总科的系统发育关系重建,结果如下： (1)21种螽蟖昆虫的510bpCytb基因序列中,序列的保守性是50.2％,变异性是49.2％：测得的454bp16s基因序列中,序列的保守位点占总数的60.1％,变异性是39.9％。 (2)Cytb基因序列中,T、C、A、G的平均含量分别为37.3％、22.1％、29.5％和11.2％,其中,A+T含量为66.8％,而G+C的含量只有33.3％。Cytb基因的不同密码子之间碱基组成表现了一定差异,密码子第二位点最保守,保守位点占所有保守位点的55.2％；密码子第三位点保守位点只有6个,而变异位点最多,占所有变异位点的65.3％。 (3)Cytb基因的两种转换(T-C、A-G)的频率要高于四种颠换(T-A、T-G、C-A、C-G)的频率,其中转换以T-C替换数目最多,达到49个,颠换以T-A最多达到28个,以C-G最少,只有2个；从颠换发生的位点看,大多数发生在密码子的第三位,这可能与密码子第三位点的高A+T含量相关。 16S基因的转换频率与颠换频率差不多,为1.1倍；转换数最高的也发生在A-G之间,颠换数最高的则发生在T-A。 (4)21种螽蟖由20种氨基酸组成,编码170个氨基酸,其中保守氨基酸为115个,占所有氨基酸数目的67.6％,变异氨基酸55个,所占比例为32.4％。 (5)用几种建树方法所构建的分子系统树的拓朴结构大致相同,3科10属螽蜥的系统关系与形态学分类结果一致。近缘种的系统关系如下：蝈螽属Gampsocleis：(((G.sedakovii obscura, G. sedakovii sedkovii), G. ussuriensis), G. gratiosa);螽蟖属Tettigonia:((T.caudata, T. cantans), T. ussuriana);草螽科Conocephalidae: ((R. nitidula, R. jezoensis), (C。fuscus, C. chinensis)),结果与上述解剖学、细胞学以及生物化学研究的聚类结果相同。 本研究所采用的生理解剖-电镜扫描技术、染色体常规压片法、聚丙烯酰胺凝胶电泳技术和DNA测序等四种现代分类学方法及手段对东北地区螽蟖总科昆虫的研究结果基本一致,并与形态分类学研究结果相同。因此,应用以上四种现代分类学方法能够很好的区分本论文中所研究的形态学上较相近的近缘种类。 本文研究结果支持刘宪伟、殷海生所提出的分类系统,证明此分类系统是完全正确且可靠的；同时表明,现代生物学技术具有准确、客观、灵敏等优点,能够鉴定出形态学不能区分的昆虫亲缘种,尤其是对一些疑难、近缘种类的区分与鉴定上,弥补了形态学方法的不足。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.分类学发展史概述

2.螽蟖总科简介及其研究现状

2.1螽蟖的分类特征

2.2螽蟖的研究概况

3.本研究的意义及目的

第二章形态学研究

1.螽蟖总科昆虫（Tettigonioidea）的基本特征

2.东北地区螽蟖总科昆虫名录

3.本文所研究种类的基本特征

3.1露螽科Phaneropteridae

3.2螽蟖科Tettigoniidae

3.3草螽科Conocephalidae

第三章消化道内部结构研究

1.概述

1.1昆虫解剖的研究概况

1.2昆虫消化道的研究概况

1.3螽蟖消化道的基本构造

1.4名词解释

2.材料和方法

2.1实验材料

2.2仪器和试剂

2.3研究方法

3.结果

3.1消化道研究结果

3.2聚类结果分析

4.结果分析与讨论

4.1螽蟖消化道的形态在不同科之间的差异

4.2螽蟖消化道的形态在同一科内不同属间的差异

4.3螽蟖消化道的形态在同一属内不同种之间的差异

4.4螽蟖的消化道结构同食性的关系

4.5螽蟖消化道形态在分类学上应用的可行性分析

第四章染色体核型研究

1.概述

1.1细胞学分类学简介

1.2染色体研究在昆虫分类上的应用

1.3我国直翅目昆虫细胞分类学研究现状

1.4螽蟖总科昆虫细胞学研究现状

2.材料和方法

2.1实验材料

2.2实验用品

2.3实验方法和步骤

3.染色体核型结果与分析

4.聚类结果与分析

4.1结果

4.2分析

5.讨论

5.1螽蟖染色体核型在不同科级之间的差异

5.2螽蟖染色体核型在同一科内不同属之间的差异

5.3螽蟖染色体核型在同一属内不同种之间的差异

第五章酯酶同工酶研究

1.概述

1.1同工酶的原理及应用

1.2酯酶同工酶的分类应用

1.3酯酶同工酶在直翅目昆虫中的研究现状

1.4缩写及其意义

2.材料和方法

2.1实验材料

2.2仪器及实验用品

2.3研究方法

2.4实验步骤

2.5酶谱记录

2.6聚类分析

3.结果

3.1同种不同部分之间EST同工酶酶谱的比较分析

3.2螽蟖科EST同工酶的分析

3.3露螽科EST同工酶的分析

3.4草螽科EST同工酶的分析

4.结果分析与讨论

4.1酯酶同工酶的分类价值

4.2同工酶电泳分析方法用于分类的优缺点

4.3聚类分析方法在同工酶分析中的价值

第六章cytb与16SrDNA分子进化与系统发育研究

1.概述

1.1分子系统学概述

1.2分子生物学技术在昆虫学中的应用

2.实验材料和方法

2.1实验材料

2.2实验方法

2.3实验数据处理与分析

3.实验结果与分析

3.1基因组DNA的提取、PCR扩增产物及序列的测定

3.2 Cytb基因序列分析结果

3.3 16SrDNA序列分析结果

3.4螽蟖总科部分种类系统发育树的构建

3.5两种建树方法得到的系统树的总结

4.结果分析与讨论

4.1实验方法和实验材料的分析

4.2目的序列的获得

4.3基因片段的序列组成及分子进化特征

4.4本文所研究的螽蟖系统关系分析

4.5两个分子标记在螽蟖总科昆虫系统发育关系研究中的有效性探讨

第七章结论

1.形态学部分

2.解剖学部分

3.细胞学部分

4.生物化学部分

5.分子生物学部分

参考文献

附 录

致 谢

在学期间公开发表论文及著作情况