烟粉虱隐种间的生殖隔离程度、竞争取代及其行为机制

摘要

近年来,烟粉虱MED隐种在世界范围内的广泛入侵与扩散成为继MEAM1隐种后另一备受关注的入侵生物。最新的田间调查研究发现,中国境内分布有2个入侵烟粉虱隐种和13个土著烟粉虱隐种,其中入侵烟粉虱MED隐种是长江流域和东部沿海地区的优势种。在中国浙江省内,连续的田间调查表明,MED隐种在田间的比例迅速上升,正在显著改变田间烟粉虱种群的结构组成。因此,为了了解中国境内分布烟粉虱隐种间的生殖隔离程度,探讨MED隐种入侵及其取代土著烟粉虱隐种的进程和机制,本研究通过严格的杂交试验,对中国境内分布的6个烟粉虱隐种间的生殖隔离程度进行了测定。同时在实验室内系统研究了MED隐种竞争取代土著烟粉虱隐种的潜能及其行为机制,并结合模型模拟研究探讨了交配行为互作和生活史特征两类因子在烟粉虱种间竞争中的作用。主要研究结果如下:
　　 (1)烟粉虱MED隐种与AⅡ1、AⅡ3隐种间的生殖隔离程度
　　 烟粉虱MED与AⅡ1隐种以及MED与AⅡ3隐种间存在完全生殖隔离,且行为录像观察发现,MED与AⅡ1、MED与AⅡ3隐种间具有频繁的求偶行为,但MED隐种与AⅡ1隐种间不发生交配行为,而MED隐种与AⅡ3隐种间也基本上不发生交配行为。
　　 (2)中国境内烟粉虱6个不同隐种间生殖隔离程度
　　 中国境内6个烟粉虱隐种问生殖上存在着完全隔离或基本隔离,其生殖隔离主要方式为交配前生殖隔离。在处理组合“AⅡ7♀+AⅡ1♂”中,F1代有少量的雌性后代产生,但所产F1代杂合子生存力和繁殖力下降,表现为交配后生殖隔高。不同隐种杂交处理中产生的F1代成虫总数较同一隐种间杂交产生的后代数量显著减少,表明在不同烟粉虱隐种之间存在交配行为互作并干扰雌虫产卵活动。
　　 (3)烟粉虱MED与AⅡ1隐种在棉花上的竞争取代
　　 烟粉虱MED与AⅡ1隐种以3:20的比例在棉花上开始竞争,经过3代MED隐种完全取代了AⅡ1隐种.混合种群中,随着MED隐种数量在总成虫数量中的比例不断上升,其雌虫比例也不断增加,而AⅡ1隐种的数量逐渐减少,雌虫比例下降,到第3代就已完全被取代。
　　 (4)烟粉虱MED隐种竞争取代土著烟粉虱隐种的行为机制
　　 详细的交配行为互作录像观察分析揭示了MED与AⅡ1、MED与AⅡ3隐种间存在非对称交配行为互作。烟粉虱MED隐种雄虫能更有效、更频繁的求偶MED隐种雌虫或土著烟粉虱隐种雌虫,且MED隐种雌虫具有更强的性接受能力.与AⅡ1或AⅡ3隐种雄虫对MED隐种雄虫求偶的干扰相比,MED隐种雄虫对AⅡ1或AⅡ3隐种雄虫求偶的干扰更强烈。土著烟粉虱隐种的存在显著提高了MED隐种雄虫对同种雌虫的求偶和交配次数,进而导致MED隐种后代雌性比例提高；相反,土著烟粉虱隐种雌雄虫间的求偶因受MED隐种雄虫的频繁干扰,导致其交配次数显著下降,后代雌性比例下降。
　　 (5)交配行为和生活史特征对烟粉虱种问竞争影响的模拟分析
　　 通过模型模拟了混合种群中MED隐种个体比例的动态变化,探讨了交配行为互作和生活史特征两类因子在烟粉虱种间相互竞争过程中的作用。MED与AⅡ1隐种组合中,联合模型模拟趋势同试验观察值最为接近,其模拟值与观察值间平均偏差最小,即在交配行为互作和生活史特征共同作用下混合种群中MED隐种比例呈快速上升趋势。而在MED与AⅡ3隐种组合中,交配行为互作和生活史特征两类因子对MED与AⅡ3隐种间相互竞争过程中起着重要作用,且交配行为互作较生活史特征作用更显著。
　　 综上所述,本研究通过严格的杂交试验,证明了中国境内6个烟粉虱隐种间在生殖上完全隔离或基本隔离,且交配前生殖隔离是其主要的生殖隔离方式；通过录像观察系统,证明了MED隐种与AⅡ1隐种闻不发生交配,MED隐种与AⅡ3隐种几乎不发生交配,为MED与AⅡ1、MED与AⅡ3隐种间的生殖隔离程度研究提供了详细的行为学证据；竞争取代试验证明了MED隐种具有竞争取代AⅡ1隐种的潜能,并通过详细的行为录像观察证明了MED与AⅡ1、MED与AⅡ3隐种间存在着非对称交配行为互作；数学模型模拟研究表明,交配行为互作和生活史特征两类因子在烟粉虱种间相互竞争过程中具有重要作用。