烟粉虱-中国番茄黄曲叶病毒-寄主植物互作关系与营养机制的研究

摘要

近20年来，伴随着国际贸易的飞速发展，B型烟粉虱Bemisiatabaci已入侵到全球许多国家和地区，最近几年来，Q型烟粉虱也正在由其起源地伊比利亚半岛逐步扩散到意大利等地中海周边国家以及亚洲、美洲的一些地区，并在很多地区与B型烟粉虱混合发生，严重危害作物生产。B型烟粉虱和Q型烟粉虱在许多地区的入侵扩张往往又伴随着双生病毒蔓延成灾，导致作物产量急剧下降，甚至绝收。然而，有关烟粉虱-病毒-植物之间的互作在外来烟粉虱入侵及双生病毒蔓延中的作用则很少受到关注。本文以外来的B型和Q型烟粉虱、本地ZHJ1型和ZHJ2型烟粉虱、中国番茄黄曲叶病毒(Tomatoyellowleafcurlvirus，TYLCCNV)为研究对象，系统研究了B/ZHJ1型烟粉虱-TYLCCNV-番茄、Q/ZHJ2型烟粉虱-TYLCCNV-烟草这两个互作系统中，三者互作对烟粉虱适合度的影响，并研究了TYLCCNV的侵染对烟草韧皮部汁液氨基酸组份的影响，以及Q型烟粉虱和ZHJ2型烟粉虱在健康和感病烟草上取食，体内和蜜露中游离氨基酸组成的差异，旨在探讨以上系统中的互作对外来烟粉虱入侵过程的影响，以及这种影响的部分营养生理机制。结果如下： (1)B型烟粉虱和ZHJ1型烟粉虱在感病番茄上的生物学特性比较以合作903番茄作为烟粉虱及其所传病毒的寄主植物时，病毒TYLCCNV的侵染使ZHJ1型烟粉虱在番茄上的适合度下降，在感病植株上无法维持种群的增长，而对B型烟粉虱的适合度没有显著影响。在健康和感病植株上B型烟粉虱种群均能快速增长。若将互作组合中的番茄合作903品种更换为番茄FA-516、FA-189后，B型烟粉虱和ZHJ1型烟粉虱在感病的番茄植株上产卵量均下降、寿命均缩短；B型烟粉虱的幼期存活率未受到病毒侵染的影响，但是ZHJ1型烟粉虱的存活率在感病植株上显著下降。 (2)Q型烟粉虱与ZHJ2型烟粉虱在感病烟草上的生物学特性比较与在健康烟草上相比，在棉花上发育成熟的Q型烟粉虱转接到感染TYLCCNV的烟草植株上产卵量显著增加，寿命显著延长。当整个世代在烟草上取食时，与在健康植株上相比，感病烟草上Q型烟粉虱的产卵量提高了近7倍，寿命延长了1倍，烟粉虱-TYLCCNV-烟草之间的互作对Q型烟粉虱成虫的生殖和存活起到了很大的促进作用。而在棉花上发育的初羽化ZHJ2型烟粉虱转接到感病烟草植株上，雌虫产卵量略有增加、寿命略有延长；当整个世代在烟草上取食时，与在健康植株上相比，ZHJ2型烟粉虱在感病植株上产卵量有所提高、雌虫寿命有所延长，不过差异均未达到显著水平。这表明，TYLCCNV与Q型烟粉虱之间能够产生显著的互惠关系，而与ZHJ2型烟粉虱之间的互惠关系则不显著。 (3)TYLCCNV的感染对烟草及烟粉虱氨基酸组份的影响随着生长期的延长，感病和健康烟草韧皮部汁液中游离氨基酸含量都逐渐升高，一些氨基酸的组成比例在两类植株之间出现显著差异，感病烟草韧皮部中个别必需氨基酸的含量和比例出现比在健康植株中较高的趋势。两个生物型烟粉虱在感病烟草上取食，分泌的蜜露中多种游离氨基酸的含量和氨基酸总量比在健康烟草上取食时大幅度下降，而且Q型烟粉虱的下降幅度又比ZHJ2型烟粉虱的显著大，这些结果初步表明TYLCCNV的侵染改变了烟草韧皮部汁液中氨基酸组成和比例，从而提高了烟草对两个生物型烟粉虱的适合性，而Q型烟粉虱在氨基酸利用能力上又比ZHJ2型烟粉虱具有明显的优势，使其适合度大大提高，这些变化和差异可能是TYLCCNV与Q型烟粉虱之间存在显著互惠关系的重要生理机制。 对本文及相关案例的归纳分析表明，烟粉虱-双生病毒-植物之间的互作关系可因物种组合不同而发生变化。当植物本身适合性不高时，病毒的侵染使植物对入侵烟粉虱的适合性大大提高，而对土著烟粉虱则没有这种作用；而当一种植物对入侵烟粉虱的适合性高而对土著烟粉虱不高时，病毒的侵染不影响其对入侵烟粉虱的适合性或只使其适合性略有下降，而对土著烟粉虱的适合性则进一步下降。因此，入侵烟粉虱往往在这种互作中获益，有利于其入侵和对土著烟粉虱的取代。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1文献综述及本研究目的

1.1烟粉虱

1.1.1烟粉虱概述

1.1.2烟粉虱的危害现状

1.1.3烟粉虱对双生病毒的传播

1.2双生病毒

1.2.1双生病毒概述

1.2.2双生病毒的危害

1.3烟粉虱-双生病毒-植物互作

1.3.1烟粉虱-双生病毒-植物之间的互作对烟粉虱生物学特性的影响

1.3.2双生病毒的侵染对植物韧皮部氨基酸的影响

1.3.3昆虫对氮素的需求及代谢利用

1.5本研究的目的和主要研究内容

2基本材料和方法

2.1基本材料

2.1.1供试昆虫及其实验种群维持

2.1.2供试植物

2.1.3供试病毒

2.1.4病毒植物

2.1.5生态学相关的主要实验设备和仪器

2.1.6生化及分子生物学研究相关的主要试验仪器和化学试剂

2.2基本方法

2.2.1烟粉虱成虫产卵量和寿命的测定方法

2.2.2烟粉虱若虫期的存活率和发育历期的测定方法

2.2.3氨基酸样品的处理和分析方法

2.2.4烟粉虱生物型鉴定(RAPD-PCR)方法

2.2.5植株病毒DNA-A及DNA-β检测

3 B型烟粉虱和ZHJ1型烟粉虱在感病番茄上的生物学特性比较

3.1材料与方法

3.1.1供试昆虫和植物

3.1.2 B型烟粉虱与ZHJ1型烟粉虱在感病植株上生物学特性的比较

3.1.3烟粉虱在健康和感病植株上的种群增长观察

3.1.3数据分析

3.2结果与分析

3.2.1在合作903番茄上两个生物型烟粉虱生物学特性的差异

3.2.2在FA-516番茄上两个生物型烟粉虱生物学特性的差异

3.2.3在FA-189番茄上两个生物型烟粉虱生物学特性的差异

3.3讨论

4 Q型烟粉虱与ZHJ2型烟粉虱在感病烟草上的生物学特性比较

4.1材料与方法

4.1.1供试昆虫和植物

4.1.2试验组合

4.1.3在棉花植株上发育的烟粉虱转接到烟草植株上后产卵量和寿命观察

4.1.4两个生物型烟粉虱在健康和感病植株上发育，存活和生殖力观察

4.1.5 Q型烟粉虱在健康和感染TYLCCNV的烟草植株上的种群增长

4.1.6数据分析

4.2结果与分析

4.2.1在棉花上发育的烟粉虱转接到健康和感病烟草植株上的产卵量和寿命

4.2.2 Q型烟粉虱和ZHJ2型烟粉虱在健康和感病植株上幼期存活和发育历期

4.2.3 Q型烟粉虱和ZHJ2型烟粉虱在健康和感病植株上成虫期的产卵量和寿命

4.2.4 Q型烟粉虱在健康和感染TYLCCNV的烟草植株上的种群增长

4.3讨论

5 TYLCCNV的感染对烟草及烟粉虱氨基酸组份的影响

5.1材料与方法

5.1.1植物

5.1.2韧皮部汁液的收集

5.1.3蜜露的收集和处理

5.1.4烟粉虱成虫体内游离氨基酸的提取

5.1.5感染TYLCCNV烟草植株韧皮部汁液中各氨基酸组成比例和含量的测定

5.1.6烟粉虱取食健康或感染TYLCCNV的烟草后，蜜露及体内游离氨基酸组成比例和含量的测定

5.1.7数据分析

5.2结果与分析

5.2.1病毒TYLCCNV对烟草韧皮部汁液中游离氨基酸含量和组成比例的影响

5.2.2取食健康和感病烟草对烟粉虱体内游离氨基酸含量及组成比例的影响

5.2.3取食健康和感病烟草对烟粉虱分泌的蜜露中游离氨基酸含量及组成比例的影响

5.3讨论

6总讨论

参考文献

附录 B型烟粉虱和ZHJ1型烟粉虱在感染TYLCV番茄上的生物学特性比较