UV-B长期胁迫对麦长管蚜种群参数、表皮及几丁质合成酶的影响研究

摘要

全球气候变暖、紫外线增强，对生物施加着强大的选择压力。由于短期（几代或几个月）紫外线增强可以直接或间接影响生物的生长发育、繁殖和遗传变异，但长期（几十代或常年）紫外线的增强（胁迫）对生物的影响鲜有报道。麦长管蚜Sitobion avenae（Fabricius），是小麦生产上的重要害虫，其世代周期短，繁殖能力强，作为r对策者，对环境的变化又有较强的适应能力，所以是研究长期环境胁迫对生物影响的一种极为理想的材料。在长期紫外线增强的胁迫条件下蚜虫是如何应对、适应及其遗传变异尚不清楚；同时，由于昆虫表皮是直接接受紫外线辐射的重要部位，其形态与结构变化如何仍不可知；而且作为昆虫表皮主要成分之一的几丁质，其一个重要的合成酶——CHS1，在长期紫外胁迫下又如何变化也鲜有报道。本实验团队前期已经研究了不同强度UVB长期胁迫下的第1代到第37代麦长管蚜的适应性，然而后续世代麦长管蚜的适应性或其生长规律是否与以前一致、以及如何变化仍值得深入研究。所以本研究以第40代以后麦长管蚜种群为试验材料，研究其在长期紫外胁迫下的种群生态学参数、腹背部表皮形态结构以及体内几丁质合成酶1（CHS1）的相对表达量是否发生变化。 鉴于前期本研究团队已选定了0.5mW/cm2，0.7mW/cm2的紫外线强度下是影响蚜虫的关键剂量，为了保证研究的一致性和可持续性，本研究采用相同的处理强度和时间，首先通过特定时间生命表实验继续探究对照组和处理组第45代、第51代、第57代、第63代、第68代以及第73代麦长管蚜种群生态学参数的变化；其次借助扫描电子显微镜和透射电子显微镜对第68代麦长管蚜成虫的腹背部表皮形态及结构进行观察；此外采用荧光定量PCR技术测定第54代、第59代、第64代以及第69代不同处理下的麦长管蚜体内CHS1的相对表达量水平。以上研究以期为UV-B长期胁迫下的麦长管蚜生态遗传与进化提供理论基础，同时也为环境污染导致的紫外线强度增加对生态环境的影响提供理论依据。研究结果如下： 1．不同世代、不同UVB辐射强度下麦长管蚜种群生态学参数的变化 经UVB辐射后，无论在高强度还是低强度处理下，随着世代的增加：麦长管蚜的内禀增长率（r）、周限增长率（λ）以及净增殖率（R0）的值均呈现逐渐降低的趋势；此外平均寿命（Longevity）、平均繁殖力（Fecundity）以及平均产仔天数（Ovi-days）整体上也均逐渐下降，而且随着世代的增加，处理组的值均明显低于对照组；同一UVB强度下，第45代高低处理组的繁殖力和净生殖力的高峰点均要比对照组高，但是第73代麦长管蚜的表现则与第45代恰恰相反。再者，低强度处理组下内禀增长率的值呈现先快速后平缓又快速下降的趋势，而且中间连续13个世代的值基本上变化不大；而高处理组下内禀增长率的值呈现的是先急速下降后缓慢回升又急速下降的变化趋势，中间大致有11个世代的值浮动不大。 2．不同UVB辐射强度的麦长管蚜腹背部表皮形态结构观察结果 经扫描电子显微镜（SEM）观察发现：对照组蚜虫表皮最外层有少量碎屑，但处理组的相同位置明显分布着更多密集的片层状结构，而且这些脱屑并不均匀的分布在表皮的最外层，疑似蜡质层被分解破坏，相比较而言，高强度处理下的片层更大。其次，在高低处理组表皮毛周围有相对较多的水滴状物质，而对照组的这种现象并不明显。经透射电子显微镜（TEM）观察发现：对照组蚜虫腹背部原表皮层最薄，分层也最少仅7层；低强度组次之，为9层；而高强度组下的原表皮层最厚，分层最也最多，达14层；再者，处理组的上表皮层与真皮层厚度比显著大于对照组，分别为对照组的2和3.5倍，但处理组的真皮细胞层厚度仅约为对照组的三分之一。 3．不同UVB辐射强度下的麦长管蚜体内CHS1表达量的变化 不同世代之间，高强度组下CHS1表达量的值一般均高于低强度组和对照组的值；随着世代的增加，对照组的各世代之间CHS1的表达量并无显著差异，高低强度处理组之间CHS1的表达量均呈现先下降后上升的变化趋势，并且表达量最高的世代均是在最初的第54代。 综上所述：紫外线胁迫蚜虫，世代越长效果越显著，存活率及繁殖力也越低；并且长期UVB照射还可以破坏真皮细胞并显著影响CHS1的相对表达量。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1全球气候变化与紫外线增强的研究进展

1.2麦长管蚜的概述

1.3紫外UVB对生物的影响研究现状

1.3.1对昆虫的影响

1.3.2对植物的影响 包括生理机制、形态结构等等

1.3.3对动物的影响 包括光老化、癌细胞增加等

1.4昆虫表皮结构与几丁质及合成酶（CHS）的研究

1.5研究目的和意义

第二章 材料与方法

2.1材料

2.1.1供试小麦

2.1.2供试虫源

2.2主要试剂及仪器设备

2.2.1相关试剂

2.2.2主要仪器

2.3实验方法

2.3.1紫外UV-B处理蚜虫

2.3.2麦长管蚜种群生态参数的研究

2.3.3扫描电镜（SEM）观察

2.3.4透射电镜（TEM）观察

2.3.5麦长管蚜总RNA的提取与cDNA的合成

2.3.6麦长管蚜CHS1基因的mRNA相对转录水平的测定

2.3.7数据处理

第三章 结果与分析

3.1不同处理条件下麦长管蚜不同世代间种群参数的变化

3.2不同处理条件下麦长管蚜不同世代间繁殖参数的变化

3.3不同辐射强度UVB胁迫下麦长管蚜的繁殖曲线

3.4不同辐射强度UV-B胁迫下的麦长管蚜表皮形态SEM结果与分析

3.5不同辐射强度UV-B胁迫下的麦长管蚜表皮结构TEM结果与分析

3.6不同辐射强度UVB胁迫对麦长管蚜几丁质合成酶1（CHS1）表达量的影响

第四章 结论与讨论

4.1UV-B长期胁迫下麦长管蚜种群生态学参数的变化

4.2UV-B长期胁迫下麦长管蚜腹背部表皮形态结构的变化

4.3UV-B长期胁迫下麦长管蚜体内几丁质合成酶1（CHS1）相对表达量的变化

4.4创新点

4.5未来研究展望

参考文献

致谢

个人简历