甜菜夜蛾和斜纹夜蛾性信息素通讯系统的相关研究

论文摘要

化学防治的推广使得害虫对杀虫剂产生了严重的抗性,防治效果显著下降,同时造成天敌杀伤和环境污染等问题。利用昆虫性信息素来防治害虫因为具有灵敏度高、选择性强、对天敌无害、不造成环境污染等优点,逐渐成为了一种具有发展前景的绿色防治技术。因此,针对重要的农业害虫,深入开展两性间信息素通讯系统的研究,全面了解两性间信息素通讯系统的复杂性,不仅有助于阐明昆虫两性间的化学通讯机制,而且对于进一步开发更为高效的性信息素防治技术具有重大的应用价值。本文以甜菜夜蛾（Spodoptera exigua Hubner）和斜纹夜蛾（Spodoptera litura Fabricius）为对象,针对当前蛾类昆虫两性间信息素通讯系统研究的一些薄弱环节,如雄性信息素及其功能、雌性信息素对同种雌蛾的影响、以及雄蛾对雌性信息素电生理反应的昼夜节律等,进行了研究。主要结果如下：1甜菜夜蛾和斜纹夜蛾雄性信息素的存在证据甜菜夜蛾和斜纹夜蛾在两性共同放置时,其交配行为均可分为求偶萌动期、求偶兴奋期、预交配期和成功交配期4个阶段。在雌雄蛾分开放置时,雌蛾的求偶行为没有变化,但雄蛾只能观察到求偶萌动期和兴奋期两个阶段,几乎不能进入到打开味刷的预交配期,说明雌性信息素的存在对于雄蛾打开味刷起决定性作用。两种夜蛾在雄蛾触角切除后两性间几乎不能成功交配；雌蛾触角切除后对交配率有明显影响,在甜菜夜蛾和斜纹夜蛾中使交配率分别下降了31%和28%；而当雄蛾味刷去除后,甜菜夜蛾和斜纹夜蛾的交配率分别下降30%和27%左右,与雌蛾切除触角的下降程度相似,间接证明了味刷中雄性性信息素的存在。2甜菜夜蛾和斜纹夜蛾雄蛾味刷组分的化学鉴定分别用正己烷、二氯甲烷和甲醇对两种夜蛾的雄蛾味刷进行浸提,并用1个味刷当量的提取液进行电生理测定,结果发现只有甲醇提取液能够引起雌、雄蛾显著的EAG反应,并且甲醇提取液在两种夜蛾间存在交叉活性。进一步对甲醇提取液的气谱-触角电位联用（GC-EAD）分析,在两种提取液中都发现一个活性峰。该活性峰的保留时间很短,且在两种夜蛾提取液间非常接近,推测可能为同一种物质。由于该组分极性较强、热稳定性差,气质联用（GC-MS）分析未能得到定性结果。对甜菜夜蛾味刷正己烷提取液的GC-MS分析表明,其主要组分为棕榈酸（16：0）、亚油酸（18：2）、油酸（18：1）和硬脂酸（18：0）四种有机酸；根据GC图谱对比,推测斜纹夜蛾味刷同样含有这4种组分,该4种有机酸是否具有雄性信息素活性或作为信息素的前体物质,有待进一步研究。此外,从正己烷提取液中还鉴定出3种直链烷烃,推测其为味刷表皮的碳氢化合物。3甜菜夜蛾和斜纹夜蛾雄蛾味刷中有机酸组分的滴度、比例及日动态变化利用GC定量分析了两种夜蛾3日龄雄蛾味刷中4种有机酸的滴度以及甜菜夜蛾不同日龄味刷中各组分滴度的动态变化。结果表明：3日龄甜菜夜蛾味刷中棕榈酸、油酸、亚油酸和硬脂酸滴度分别为27.80、24.58、15.40和5.10 ng/ME,相对比例为38.14、33.73、21.13和7.00%；斜纹夜蛾的滴度分别为24.36、20.02、15.87、和6.02 ng/ME,相对比例为36.75、30.21、23.95和9.08%,与甜菜夜蛾的情况相似。甜菜夜蛾雄蛾味刷中,4种有机酸在刚羽化（0日龄）雄蛾中的滴度很低,随后快速上升,2日龄后稳定下来,不再有显著变化。4甜菜夜蛾和斜纹夜蛾雌蛾对同种雌性信息素的电生理和行为反应EAG电生理测定表明,甜菜夜蛾和斜纹夜蛾雌蛾对自身释放的雌性信息素也能产生明显的触角电位,尽管反应强度较同种雄蛾的明显要弱。进一步的求偶行为观察表明,当甜菜夜蛾雌蛾暴露在雌性信息素中,其求偶行为发生了明显的改变,表现为求偶率较对照明显降低,求偶高峰期发生后移,求偶时间延长到光期开始后2小时；但暴露在雌性信息素下的雌蛾腺体内的性信息素滴度没有改变。此外,趋避实验结果表明,雌蛾在嗅觉仪中对雌性信息素也没有明显的趋避反应。求偶行为的改变有利于雌蛾在时间上避开其他雌蛾个体,从而减轻竞争并获得更多的与雄蛾的交配机会。5甜菜夜蛾和斜纹夜蛾成虫对雌性信息素EAG反应的时动态及其与PBP表达量的关系EAG测定表明,斜纹夜蛾和甜菜夜蛾雄蛾触角对雌性信息素的敏感性没有明显的昼夜节律,在光期依然表现出了与暗期相似的敏感性。为探讨其机制,利用实时荧光定量PCR初步测定了斜纹夜蛾雄蛾触角内的两个信息素结合蛋白（PBP）的表达量,表明光期的表达量较暗期明显降低。两者间的不一致暗示,除PBP外可能还有其他蛋白参与了对性信息素分子的运输,从而在光期维持较高的触角敏感性;或者PBP担负暗期相关的多种功能,而在光期PBP表达量明显降低后仍足以维持相当的触角敏感性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1 蛾类昆虫雄性信息素及功能的研究进展
• 1.1 雄性信息素的生物学
• 1.1.1 雄性信息素的分泌腺体
• 1.1.2 雄性信息素的释放节律
• 1.1.3 雄性信息素的生物合成
• 1.2 雄性性信息素的化学鉴定
• 1.3 雄性信息素的功能
• 1.3.1 引诱功能
• 1.3.2 激欲功能
• 1.3.3 抑制功能
• 1.3.4 种间隔离功能
• 1.3.5 其他功能
• 1.4 雄性信息素的进化
• 1.4.1 雄性信息素的起源
• 1.4.2 雄性信息素的消失
• 1.5 结语
• 2 雌蛾对同种雌性信息素的电生理和行为反应研究进展
• 2.1 昆虫的嗅觉感器及感受机制
• 2.2 雌虫对自身信息素的电生理反应
• 2.3 雌虫对雌性信息素的行为反应
• 2.4 结语
• 第二章 甜菜夜蛾和斜纹夜蛾雄性信息素的存在证据
• 1 材料与方法
• 1.1 昆虫
• 1.2 性信息素标准品配制
• 1.3 试验内容
• 1.3.1 交配行为过程观察
• 1.3.2 雌雄不同放置行为观察
• 1.3.3 性信息素诱导行为观察
• 1.3.4 交配率测定
• 1.4 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 两种夜蛾雌雄共同放置的交配行为
• 2.2 两种夜蛾雌雄蛾分开放置的求偶行为
• 2.3 两种夜蛾雌性信息素诱导雄蛾打开味刷情况
• 2.4 交配率测定
• 2.4.1 触角缺失对交配率的影响
• 2.4.2 雄蛾味刷缺失对交配率的影响
• 3 讨论
• 第三章 甜菜夜蛾和斜纹夜蛾雄蛾味刷组分的化学鉴定
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 化学试剂
• 1.3 实验用具
• 1.4 味刷化合物的提取
• 1.5 味刷不同溶剂提取液的EAG测试
• 1.6 气谱与触角电位联用（GC-EAD）分析
• 1.7 味刷提取液甲酯衍生化
• 1.8 甲酯化气谱（GC）分析
• 1.9 气质联用（GC-MS）分析
• 1.9.1 甜菜夜蛾味刷甲醇提取液分析
• 1.9.2 甜菜夜蛾味刷正己烷提取液分析
• 1.9.3 甜菜夜蛾味刷正己烷提取液甲酯化分析
• 2 结果与分析
• 2.1 味刷不同溶剂提取液的EAG测定
• 2.2 味刷甲醇提取液GC-EAD分析
• 2.3 甜菜夜蛾味刷甲醇提取液GC-MS分析
• 2.4 甜菜夜蛾味刷正己烷提取液GC-MS分析
• 2.5 甜菜夜蛾味刷正己烷提取液衍生化GC-MS分析
• 2.6 甜菜夜蛾和斜纹夜蛾味刷正己烷提取液甲酯化后的GC分析比较
• 3 讨论
• 第四章 甜菜夜蛾和斜纹夜蛾雄蛾味刷中有机酸组分的滴度、比例及日动态变化
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 化学物质
• 1.3 味刷化合物的提取
• 1.4 化学分析
• 2 结果与分析
• 2.1 两种夜蛾味刷中四种有机酸酸组分的滴度
• 2.2 甜菜夜蛾味刷中4种有机酸滴度的日变化
• 3 讨论
• 第五章 甜菜夜蛾和斜纹夜蛾成虫对雌性信息素的电生理和行为反应
• 1 材料与方法
• 1.1 供试昆虫
• 1.2 EAG刺激样品的配制
• 1.3 EAG测试
• 1.4 求偶行为观察
• 1.5 滴度测定
• 1.6 行为生测
• 2 结果与分析
• 2.1 甜菜夜蛾EAG测试
• 2.2 斜纹夜蛾EAG测试
• 2.3 甜菜夜蛾雌蛾的求偶行为
• 2.4 甜菜夜蛾雌蛾性信息素滴度测定
• 2.5 行为测定
• 3 讨论
• 第六章 甜菜夜蛾和斜纹夜蛾成虫对雌性信息素EAG反应的时动态及其与PBP表达量的关系
• 1 材料与方法
• 1.1 供试昆虫
• 1.2 EAG刺激样品的配制
• 1.3 EAG测试
• 1.3.1 左右触角EAG反应大小比较
• 1.3.2 EAG反应的时动态节律
• 1.4 触角的准备
• 1.5 主要试剂
• 1.6 主要仪器设备
• 1.7 总RNA的提取
• 1.8 cDNA模板的合成
• 1.9 斜纹夜蛾PBP表达量的定量分析
• 1.9.1 引物设计
• 1.9.2 实时荧光定量PCR反应
• 1.9.3 实时荧光定量PCR反应效率的确定
• 1.9.4 斜纹夜蛾PBP基因mRNA表达量比较
• 2 结果与分析
• 2.1 斜纹夜蛾左右触角对性信息素的敏感性对比
• 2.2 斜纹夜蛾雄蛾EAG反应的时动态
• 2.3 甜菜夜蛾雄蛾EAG反应的时动态
• 2.4 斜纹夜蛾PBP基因不同时间点的表达量
• 3 讨论
• 全文总结
• 参考文献
• 附录:攻读博士学位期间学术论文的发表情况
• 致谢