白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化和寄生适合度研究

摘要

白蜡吉丁肿腿蜂Sclerodermus pupariae Yang et Yao(Hymenoptera:Bethylidae)是近年来发现的一种肿腿蜂属新天敌，野外自然寄生白蜡窄吉丁Agrilus planipennis(Coleoptera:Buprestidae)老熟幼虫和预蛹，还能寄生多种天牛科和吉丁甲科的幼虫。经过室内研究后筛选其为林间蛀干害虫优秀天敌，并在我国生物防治生产应用中发挥着重要作用。白蜡吉丁肿腿蜂为翅二型昆虫，一般情况下子代雌蜂为无翅型个体，野外只能依靠爬行进行扩散和寻找寄主。为了提高白蜡吉丁肿腿蜂在野外的防治效率以及优化人工繁育技术，本研究从白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化现象出发，探讨了不同环境因子对该蜂翅发育和寄生适合度的影响，且揭示了不同翅型雌成蜂表达谱的差异，为更有效率的利用该蜂进行林间生防提供了重要的科学依据。主要结果如下:　　1.温度可以有效调控白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化，且对子代发育适合度有显著影响。一定范围内高温能显著促进白蜡吉丁肿腿蜂子代雌蜂的有翅型产生，在27℃和30℃下子代雌蜂的有翅率显著高于其他温度，分别高达62％和68％。24℃下该蜂雌蜂有翅率最低仅为0.97％，由此确定24℃为该蜂的无翅型温度Twl。同时，随着饲养温度的提高，白蜡吉丁肿腿蜂对寄主幼虫的寄生率和寄生成功率有所提高，在30℃时二者均达到最高，分别为100％和93.3％。随着温度的继续升高，寄生率和寄生成功率分别下降至73.3％和60％。子代数量在供试温度下也表现出相同的规律。在21-33℃范围内，白蜡吉丁肿腿蜂产卵前期时长递减，幼虫、茧蛹及整个幼期阶段的发育速率均随着温度的升高而加快，而卵的发育速率27℃时最快。此外，该蜂性比在不同温度下没有显著变化。结合温度对白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化影响和不同温度下该蜂的生活史特征参数，提出适于人工繁殖白蜡吉丁肿腿蜂的温度范围为27-30℃。　　2.不同的光照条件对白蜡吉丁肿腿蜂子代雌蜂有翅率和幼期发育时长影响显著。16h光照条件下的雌蜂有翅率显著高于8h光照和黑暗处理(0h)，并且强光照处理较弱光而言更易诱导子代雌蜂有翅型的产出。寄生蜂在不同光周期下的世代发育速率也有显著差异，表现出在短光照(8h)处理下发育历期最短，大约提前2d发育完成。光周期和光强对子代雌蜂的翅型分化和发育速率均产生了显著的交互作用。此外，不同处理之间寄生蜂繁殖力和子代性比并无显著差异。结果表明，调整白蜡吉丁肿腿蜂后代翅型结构和发育速率也可以通过合理调控室内光照条件来实现，这为提高该蜂室内人工饲养效率和如何在生物防治应用上增加可用有翅型天敌数量均提供了一种新角度和方法。　　3.白蜡吉丁肿腿蜂经过8℃低温贮藏后仍保持较高的适合度，子代雌蜂有翅率随着贮藏时间的延长而降低。白蜡吉丁肿腿蜂在2个月的贮藏期内寄生适合度发生了一定的变化，贮藏至1个月时，母蜂产卵前期和幼期有所延长，但是羽化数量、有翅率和子代性比无显著差异，保持在正常范围。经过2个月的贮藏期后，母蜂育出的成蜂数量显著降低，雌蜂幼期进一步延长，和未经温贮藏的雌蜂幼期相比增长至近5d，且经低温贮藏的白蜡吉丁肿腿蜂的有翅率显著降低，性比显著提高。综合来看，白蜡吉丁肿腿蜂经过2个月的低温贮藏对寄主的寄生率和寄生成功率均较高。因此生防项目野外释放该昆虫天敌前，可以对该蜂进行不超过2个月的低温冷藏。　　4.外源性早熟素可以诱导白蜡吉丁肿腿蜂产出更多的有翅型雌蜂，蜕皮激素不具备此种诱导作用。通过对寄主幼虫注射外源激素达到对肿腿蜂子代实现激素处理的方法，探明了外源性激素对白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化的影响。在24℃的无翅型温度下，早熟素处理寄主幼虫仍显著提高了寄生蜂子代雌蜂的有翅率(15.6％)，和对照组相比(低于2.6％)差异显著。不同日龄的寄生蜂幼虫对早熟素的翅型应答情况并不一致，用激素溶液处理1日龄的白蜡吉丁肿腿蜂幼蜂，子代翅型分化不显著，但在白蜡吉丁肿腿蜂幼蜂发育至3日龄、5日龄、7日龄后，用早熟素溶液处理的幼蜂有翅率均显著高于处理组，证实了激素调节白蜡吉丁肿腿蜂的敏感期在幼蜂的发育后期，但是确定激素调节翅型的窗口期还需要细化比较不同龄期下不同浓度早熟素处理后的翅型分化情况作进一步探讨。　　5.白蜡吉丁肿腿蜂姊妹窝子代间翅的非遗传多型性是该蜂的一种适应性生殖策略。白蜡吉丁肿腿蜂在寿命期内产出了4个姊妹窝子代，母蜂对寄主幼虫的寄生能力和自身生殖力随着母蜂产出姊妹窝子代次数增加而降低。各姊妹窝子代中雌性有翅率逐次递减，其中第3姊妹窝子代降幅最大，直至为零;各姊妹窝子代的性比呈抛物线趋势，第3姊妹窝子代性比接近1∶1。白蜡吉丁肿腿蜂母代雌蜂连续产生的各姊妹窝子代的生长发育存在显著差异，且雌性有翅率在各姊妹窝子代间递减，从而完成子代从扩散-定殖型到定殖型的过渡。白蜡吉丁肿腿蜂第3姊妹窝子代的产出可能是其成虫寿命期内调控翅型和性比达到种群适合度最大化的关键节点。这为寄生蜂在自然栖境中成功增殖和种群延续机制提供了理论基础。　　6.分别对白蜡吉丁肿腿蜂有翅型和无翅型雌蜂进行转录测序，揭示了不同翅型虫体中基因表达差异，筛选出12个差异表达的基因。和肌肉组成及能量代谢相关的基因在有翅型白蜡吉丁肿腿蜂中显著上调，这可能是白蜡吉丁肿腿蜂有翅型雌成蜂完成羽化和交配后需要迁飞以寻找寄主相关。能量代谢相关基因的显著上调也证明了有翅型白蜡吉丁肿腿蜂需要更多能量用于飞行。在12个上调基因中，肌钙蛋白是上调表达最显著的基因，可能在飞行肌的合成和发育上起着重要作用，同时侧面印证了有翅型白蜡吉丁肿腿蜂的飞行特性。　　本研究测定了包括温度、光照条件、低温贮藏等环境因素对白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化的影响，揭示了该蜂在不同环境因子作用下寄生适合度的变化情况。利用转录组测序研究了不同翅型的白蜡吉丁肿腿蜂雌成蜂基因差异表达情况，筛选到12个与飞行和能量相关的差异表达的基因。这些结果为后期继续高效利用白蜡吉丁肿腿蜂进行林间生物防治提供了科学依据，也为明确该蜂作为优势天敌昆虫在林间的种群延续机制和生活史变化奠定了理论基础。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1．1研究背景

1．1．2国内外研究现状

1．2研究目标和主要研究内容

1．2．1关键科学问题与研究目标

1．2．2主要研究内容

1．3研究意义

1．4研究技术路线

第二章温度和光照条件对白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化和寄生适合度的影响

2．1材料与方法

2．1．1光周期和光强对白蜡吉丁肿腿蜂翅型和寄生适合度的影响

2．1．2温度对白蜡吉丁肿腿蜂翅型和寄生适合度的影响

2．1．3温度和光周期联合作用对寄生蜂翅型和寄生适合度的影响

2．1．4数据分析

2．2结果与分析

2．2．1光强和光周期联合作用对寄生蜂发育历期和子代数量的影响

2．2．2光强和光周期联合作用对寄生蜂子代有翅率和性比的影响

2．2．3不同温度对白蜡吉丁肿腿蜂寄生率和寄生成功率的影响

2．2．4不同温度对白蜡吉丁肿腿蜂产卵前期和子代数量的影响

2．2．5不同温度对白蜡吉丁肿腿蜂发育历期和性比的影响

2．2．6不同温度对白蜡吉丁肿腿蜂子代翅型分化的影响

2．2．7温度和光周期联合作用对白蜡吉丁肿腿蜂产卵前期和子代数量的

2．2．8温度和光周期联合作用对白蜡吉丁肿腿蜂发育历期和性比的影响

2．2．9温度和光周期联合作用对白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化的影响

2．3讨论

第三章低温贮藏对寄生蜂翅型分化和寄生适合度的影响

3．1材料与方法

3．1．1供试昆虫来源

3．1．2试验方法

3．1．3低温贮藏对白蜡吉丁肿腿蜂雌蜂存活率、寄生率和寄生成功率的影响

3．1．4低温贮藏对白蜡吉丁肿腿蜂产卵前期和羽化数量影响

3．1．5低温贮藏对白蜡吉丁肿腿蜂发育历期、有翅率和子代性比的影响

3．1．6数据分析

3．2结果与分析

3．2．1低温贮藏对白蜡吉丁肿腿蜂雌蜂存活率、寄生率和寄生成功率的影响

3．2．2低温贮藏对白蜡吉丁肿腿蜂产卵前期和羽化数量影响

3．2．3低温贮藏对白蜡吉丁肿腿蜂发育历期、有翅率和子代性比的影响

3．3讨论

第四章外源激素对白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化和寄生适合度的影响

4．1材料与方法

4．1．1材料

4．1．2激素溶液配制

4．1．3激素溶液注射

4．1．4不同激素溶液处理时寄生蜂适合度

4．1．5早熟素激素处理和不同浓度蜕皮激素处理对寄生翅型分化的影响

4．1．6早熟素和蜕皮激素处理对寄生蜂寄生率和羽化率的影响

4．1．7早熟素处理不同日龄幼虫对子代雌蜂翅型分化的影响

4．1．8数据分析

4．2结果与分析

4．2．1早熟素和蜕皮激素溶液处理时母蜂适合度

4．2．2早熟素和蜕皮激素溶液处理时子代蜂适合度

4．2．3早熟素溶液处理对寄生蜂翅型分化的影响

4．2．4不同浓度蜕皮激素对白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化的影响

4．2．5早熟素和蜕皮激素处理对寄生蜂寄生率和羽化率的影响

4．2．6早熟素溶液处理不同日龄幼虫对子代雌蜂翅型分化的影响

4．3讨论

第五章白蜡吉丁肿腿蜂不同姊妹窝翅型分化和寄生适合度变化

5．1材料与方法

5．1．1供试昆虫

5．1．2接蜂方法

5．1．3白蜡吉丁肿腿蜂产姊妹窝次数与寄生能力和子代雌蜂数量的关系

5．1．4白蜡吉丁肿腿蜂不同姊妹窝子代的发育历期、雌蜂有翅率和性比

5．1．5数据分析

5．2结果与分析

5．2．1雌蜂产姊妹窝次数与寄生能力和子代雌蜂数量的关系

5．2．2雌蜂产姊妹窝次数与产卵前期和子代发育历期关系

5．2．3不同姊妹窝子代雌蜂翅型分化

5．2．4不同姊妹窝子代性比和雄蜂数量变化

5．3讨论

第六章不同翅型白蜡吉丁肿腿蜂成蜂转录组分析

6．1材料与方法

6．1．1供试昆虫

6．1．2研究方法

6．2结果与分析

6．2．1白蜡吉丁肿腿蜂转录组测序质量与组装结果

6．2．2白蜡吉丁肿腿蜂转录组Unigene的功能注释

6．2．3不同翅型白蜡吉丁肿腿蜂所有表达基因差异

6．2．4差异表达基因的筛选与Go功能富集

6．2．5无翅型雌蜂和有翅型雌蜂基因表达差异分析

6．2．6预测翅型分化相关基因的表达分析

6．3讨论

第七章结论与讨论

7．1主要结论

7．2讨论

7．3展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢