棉铃虫Cry1Ac隐性抗性和非隐性抗性的适合度代价

摘要

棉铃虫（Helicoverpa armigera）是一种重要的棉花害虫。随着Bt棉在我国大面积种植，棉铃虫等靶标害虫得到有效控制。Bt棉在整个生长发育期内都表达Bt毒素(Cry1Ac)，Cry1Ac的选择压力将导致棉铃虫抗性进化，从而威胁Bt棉的可持续种植。靶标害虫Bt抗性的适合度代价是影响Bt抗性发展速度的重要因素之一，明确Bt抗性的适合度代价可为制定相应的抗性治理策略提供重要依据。棉铃虫SCD-423品系对Cry1Ac抗性为不完全显性，与钙粘蛋白基因不连锁;棉铃虫SCD-r1品系对Cry1Ac抗性为隐性，与钙粘蛋白基因缺失突变紧密连锁。SCD-423和SCD-r1均为SCD敏感品系的近等基因系。本文比较了SCD-423抗性品系和SCD敏感品系在室内饲养条件下的相对适合度，研究了SCD-r1抗性品系钙粘蛋白基因缺失突变对精子竞争的影响，并测定了Bt棉和常规棉叶片对Cry1Ac抗性和敏感棉铃虫幼虫生长发育的影响。
　　 1.非隐性Cry1Ac抗性棉铃虫SCD-423品系的相对适合度
　　 SCD-423抗性品系与SCD敏感品系相比对Cry1Ac活化毒素具有500倍左右的抗性，抗性为非隐性遗传。SCD和SCD-423品系为一对近等基因系，两品系具有相近的遗传背景。分别构建了SCD，SCD-423和F1（SCD♀×SCD-423♂，SCD-423♀×SCD♂)实验种群生命表。结果表明，SCD-423品系在化蛹率、羽化率和孵化率上均低于SCD敏感品系，表现出一定的适合度代价;但SCD-423品系与SCD敏感品系相比，幼虫历期缩短1.26天、单头平均蛹重增加7mg、单头雌蛾平均产卵量增加322粒，在这些特征上抗性品系表现出了一定的适合度优势。根据种群净增殖率计算各品系的相对适合度，与SCD敏感品系相比，SCD-423抗性品系的适合度为0.88，杂合子的适合度为0.94。该结果表明SCD-423品系对Cry1 Ac的非隐性抗性对棉铃虫适合度的影响有限，也预示着这种非隐性抗性可能具有较高的抗性风险。
　　 2.棉铃虫钙粘蛋白基因缺失突变对精子竞争的影响
　　 棉铃虫SCD-r1品系对Cry1Ac具有500倍的抗性，抗性为完全隐性;SCD-r1品系钙粘蛋白基因缺失突变导致该品系对Cry1Ac产生高水平抗性。SCD-r1和SCD为一对近等基因系，两品系具有相近的遗传背景。棉铃虫雌蛾存在多次交配习性，因此存在精子竞争。通过设置SCD-r1(缩写为r1)和SCD(缩写为s)这两个品系间四种不同的交配组合（s♀×s♂/r1♂; s♀×r1♂/s♂; r1♀×r1♂/s♂; r1♀×s♂/r1♂)，使1头雌蛾分别与2头雄蛾进行1次有效交配，通过分子标记对杂交组合后代的基因型进行检测以确定钙粘蛋白基因突变对精子竞争的影响。检测结果表明:(1)尽管雌蛾与2头不同基因型雄蛾都进行了有效交配，但检测80头雌蛾后代基因型的结果表明均只有1头雄蛾在精子竞争中获胜（获得父权）;(2)在四种不同的交配组合中，SCD-r1抗性品系雄蛾在精子竞争中都占有优势。根据该结果可以推测，棉铃虫钙粘蛋白缺失突变抗性雄蛾表现出的精子竞争优势有利于该抗性基因的遗传与进化。棉铃虫钙粘蛋白基因突变导致雄蛾精子竞争优势的机理有待进一步研究。
　　 3.Bt棉和常规棉叶片对Cry1Ac抗性和敏感棉铃虫幼虫生长发育的影响
　　 采用室内棉叶饲喂法，测定了Bt棉叶(GK19)和常规棉叶(SM3)对棉铃虫不完全显性遗传Cry1Ac抗性品系(AY423)、钙粘蛋白基因缺失突变Cry1Ac抗性品系（SCD-r1）及敏感品系(SCD)幼虫生长发育的影响。以Bt棉叶饲喂10天后，AY423抗性品系、SCD-r1抗性品系和SCD敏感品系幼虫存活率分别为50％、37％和4％，其中发育至3龄幼虫的比例分别为31％、31％和2.4％，3个品系均没有幼虫发育至4龄。以常规棉叶饲喂10天后，AY423抗性品系、SCD-r1抗性品系和SCD敏感品系幼虫存活率分别为54％、49％和53％，其中发育至4龄幼虫的比例分别为11％、12％和43％，发育至3龄幼虫的比例分别为31％、38％和9.2％。该研究结果表明，棉铃虫Cry1Ac抗性品系在Bt棉叶上的适合度显著高于敏感品系，而敏感品系在常规棉叶上的适合度显著高于棉铃虫Cry1Ac抗性品系。由于棉铃虫Cry1Ac抗性品系在常规棉上具有幼虫发育慢和存活率低等适合度代价，采用种植常规棉作为庇护所的抗性治理策略可以延缓棉铃虫田间种群Bt抗性的进化速度。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1 抗性昆虫的适合度

1．1 适合度的概念

1．2 适合度代价与抗性的关系

1．3 影响适合度代价的因素

1．4 抗性昆虫近等基因系在研究适合度代价中的意义

1．5 研究适合度代价的方法

2 昆虫Bt抗性机制与适合度代价的关系

2．1 昆虫对Bt毒素的抗性机理

2．2 钙粘蛋白受体的改变与适合度

2．3 中肠蛋白酶的改变与适合度

3 多次交配和父权竞争与适合度

3．1 多次交配与适合度

3．2 父权竞争与适合度

4 适合度代价与庇护所策略

4．1 高剂量庇护所策略的基本原理

4．2 庇护所的基本要求

4．3 抗性的进化与适合度代价

4．4 适合度代价的显隐性与庇护所

5 本文研究目的及意义

第二章 非隐性Cry1Ac抗性棉铃虫SCD-423品系的相对适合度

1 材料与方法

1．1 供试棉铃虫

1．2 棉铃虫饲料及其饲养

1．3 实验种群生命表的建立

1．4 产卵总数及孵化率的测定

1．5 净增殖率R0和相对适合度的计算

1．6 数据统计分析

2 结果与分析

2．1 SCD-423和SCD及其杂交后代的生长发育特征与繁殖特征

2．2 SCD-423和SCD及其杂交后代的生命表与相对适合度

3 讨论

第三章 棉铃虫钙粘蛋白基因缺失突变对精子竞争的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

2．1 棉铃虫钙粘蛋白基因型的鉴定

2．2 交配竞争组合后代基因型检测

3 讨论

第四章 Bt棉和常规棉叶片对Cry1Ac抗性和敏感棉铃虫幼虫生长发育的影响

1 材料与方法

1．1 供试昆虫

1．2 供试作物品种

1．3 试验方法

1．4 初孵幼虫处理

1．5 统计分析方法

2 结果与分析

2．1 抗性与敏感棉铃虫品系取食棉叶的存活率

2．2 相同品系取食常规棉叶和转基因棉叶片存活率的比较

2．3 龄期发育比较

3 讨论

全文总结

参考文献

致谢