异色瓢虫低温胁迫耐受性及其越冬策略的研究

论文摘要

异色瓢虫Harmonia axyridis（Pallas, 1773）属鞘翅目（Coleoptera）瓢虫科（Coccinellidae）,原产地为亚洲,是重要的捕食性瓢虫,能捕食蚜虫、介壳虫、粉虱、叶螨等重要害虫。20世纪初被引种至北美、欧洲等地释放,并成功定殖。目前,异色瓢虫已被世界各地广泛用于农业害虫的生物防治。自然环境中,异色瓢虫以成虫滞育越冬,冬季低温会造成成虫的大量死亡,因此耐寒能力的高低已成为其种群存在与繁衍的重要生物学因子,影响来年在田间的分布与种群数量。本文对异色瓢虫的低温胁迫耐受性及其越冬适应策略进行了系统研究,并进一步探讨了在低温下的适应机制。为有效保护异色瓢虫越冬以及工厂化大规模繁殖释放和低温贮具有重要的实践意义。主要研究结果如下:1.根据“温度﹣体型法则”,在两个发育温度（18℃和25℃）下诱导获得了异色瓢虫实验种群,研究了成虫体型、体内脂肪含量与过冷却点（SCP）的相互关系以及低温胁迫对成虫存活的影响,并进一步探讨了冷伤害的生理机制。结果表明:（1）在较低发育温度（18℃）下的成虫体型比25℃下的大,体内脂肪含量也明显高于25℃下的,且成虫体内脂肪含量与虫体干重呈较显著的正相关。由SCP频次分布图可知18℃下成虫的SCP主要集中在﹣8～﹣6℃范围内, 25℃下成虫的SCP主要集中在﹣10～﹣9℃范围内,且成虫体型大小与过冷却能力呈负相关。（2） SCP以上的低温就能导致异色瓢虫的大量死亡,而且随着温度的降低和暴露时间的延长成虫存活率降低,尤其是25℃下成虫的低温存活率下降更为剧烈。经相同时间的低温暴露后, 18℃下成虫的低温存活率明显高于25℃下的。由此可见低温暴露中能量贮存对于异色瓢虫的存活是非常重要的,但是冷伤害是影响存活的基本因素。（3）低温胁迫下异色瓢虫体内超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性显著升高,表明成虫体内细胞保护酶系统的防御能力趋强,这是虫体在低温下为保护细胞免受损伤而做出的生理适应;乳酸脱氢酶（LDH）和Na+ K+﹣ATP酶活性却降低,这会影响体内代谢产物及离子的运输,进一步引起代谢紊乱。2.异色瓢虫暴露在﹣5℃下,每天在5℃、15℃、25℃和30℃下间断2 h,随着间断温度的升高成虫存活率提高,但是间断温度并非越高越好, 30℃间断2 h时成虫存活率反而下降。此外,间断时间对成虫的低温存活也会产生明显的影响。暴露在﹣5℃下时每天在25℃下间断0.5 h、1 h、2 h和4 h,随着间断时间的延长（0.5﹣2 h）存活率升高,但是间断4 h存活率反而下降。异色瓢虫暴露在﹣5℃下时每天在25℃间断2 h成虫的存活率最高,每2 d间断2 h存活率次之,每3 d间断2 h的存活率与未进行间断的没有差别。低温暴露时进行高温间断对成虫半致死时间Lt50的影响与存活率相同。由此可见异色瓢虫暴露在变温下比一直暴露在恒定低温下能够提高存活率,延长半致死时间。这一结论对于天敌昆虫的长期低温贮存有着非常重要的实践意义。3.在实验室条件下研究了冷驯化反应对异色瓢虫生存与生殖的影响,并对其生理机制进行了探讨,结果表明:（1）适度的冷驯化可以提高成虫的低温抵抗能力,在5℃下诱导3 d、5 d,低温存活率由46%（未进行驯化）分别提高至60%和67%。但是这种积极的效应并非是长时间存在的,将成虫转移至25℃下7 d后就消失。冷驯化诱导成虫SCP、体内含水量与脂肪含量均呈下降趋势,短时间（5 d和10 d）的驯化不能使SCP明显降低,但可以使含水量和脂肪含量显著下降。（2）冷驯化诱导耐寒性的增加是以生殖损害为代价的,而且这种可塑性反应会延伸到下一代,还会影响后代的适合度。冷驯化使雌虫产卵前期延长,产卵量下降。虽然冷驯化对后代的发育历期没有明显的影响,但是完成发育的成虫寿命缩短,生殖力下降。且后代种群生命参数内禀增长率（r）、周限增长率（λ）、净生殖力（R0）和年龄特征存活率（lx）均降低,但是后代雌虫所占比例升高。（3）冷驯化诱导成虫体内酶系统做出适应性改变,两种细胞保护酶SOD与CAT酶活性升高,而与新陈代谢有关的LDH及Na+ K+﹣ATP酶活性却降低。此外,冷驯化还能使成虫体内积累抗冻保护物质（葡萄糖、甘露醇、山梨醇和海藻糖）,其中增加量最大的为葡萄糖,其次是甘露醇,山梨醇和海藻糖也有所增加,但增加量较低。4.对异色瓢虫自然种群耐寒能力的季节性变化及其越冬聚集行为对能量代谢的影响研究表明:（1）自然种群的耐寒能力呈现明显的季节性变化。越冬种群成虫的低温存活能力显著高于夏季种群和越冬后种群成虫的存活力,但是冷驯化（5℃/5 d）可以明显提高夏季成虫的低温存活力。越冬期间自然种群成虫的SCP和体内含水量均显著降低,而体内总脂肪含量在越冬开始就达到最高。（2）越冬期间异色瓢成虫聚集行为尤为显著,本研究测定了不同聚集度下越冬成虫的呼吸量,并计算得到各聚集度下成虫的呼吸速率（Rr）及能量代谢速率（Rm）,结果表明:越冬成虫的Rr和Rm值与聚集度之间呈现显著的负相关,即随着聚集度的增加,越冬成虫的呼吸速率及能量代谢速率呈逐渐降低的趋势。这说明聚集行为可以有效降低异色瓢虫的新陈代谢速率,有利于其种群成功越冬。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 昆虫耐寒性定义
• 1.2 冷伤害与昆虫的耐寒策略
• 1.2.1 冷伤害的类型及机制
• 1.2.2 昆虫在低温下的存活
• 1.2.3 昆虫的过冷却点与耐寒策略
• 1.3 昆虫耐寒性适应机制
• 1.3.1 行为适应
• 1.3.2 生理适应
• 1.3.3 冷驯化与昆虫耐寒性
• 1.3.4 滞育与昆虫耐寒性
• 1.4 昆虫耐寒性的测定与评价方法
• 1.4.1 昆虫耐寒性的研究方法
• 1.4.2 昆虫耐寒性的评价方法
• 1.5 昆虫耐寒性研究的生态学意义及其应用
• 1.6 立题依据与目的意义
• 1.6.1 立题依据
• 1.6.2 研究目的意义
• 2 材料与方法
• 2.1 供试虫源
• 2.2 体型及脂肪含量测定
• 2.3 过冷却点测定
• 2.4 恒定低温存活能力测定
• 2.5 酶活性测定
• 2.6 变温（高温间断）对存活的影响
• 2.7 恒定低温及变温贮存
• 2.8 冷驯化效应
• 2.9 体内含水量测定
• 2.10 冷驯化对生殖力的影响
• 2.11 冷驯化对后代适合度的影响
• 2.12 小分子碳水化合物含量的测定
• 2.13 越冬成虫呼吸速率和能量代谢速率测定
• 2.14 数据处理
• 3 结果与分析
• 3.1 体型大小与体内脂肪含量
• 3.2 体型大小与过冷却能力
• 3.3 低温胁迫对存活能力的影响
• 3.4 不同色斑型成虫的SCP与低温存活能力
• 3.5 冷伤害的生理机制
• 3.6 变温对低温暴露中异色瓢存活的影响
• 3.7 变温贮存对存活的影响
• 3.8 冷驯化效应
• 3.9 冷驯化对生殖力的影响
• 3.10 冷驯化对后代适合度的影响
• 3.11 冷驯化的生理机制
• 3.12 异色瓢虫耐寒能力的季节性变化
• 3.12.1 过冷却点的季节性变化
• 3.12.2 低温存活能力的季节性变化
• 3.12.3 含水量和脂肪含量的变化动态
• 3.13 越冬聚集行为对能量代谢的影响
• 4 讨论
• 4.1 异色瓢虫在低温下的存活及冷伤害机制
• 4.1.1 过冷却能力与耐寒性
• 4.1.2 低温胁迫﹣时间和温度的交互作用
• 4.1.3 体型及体内脂肪含量与耐寒性
• 4.1.4 冷伤害机制
• 4.2 变温对昆虫耐寒性的影响
• 4.3 冷驯化对异色瓢虫生存与生殖的影响
• 4.3.1 冷驯化与耐寒性
• 4.3.2 冷驯化对生殖力和后代适合度的影响
• 4.3.3 冷驯化的生理机制
• 4.4 异色瓢虫的越冬策略
• 4.4.1 过冷却点及其生态学意义
• 4.4.2 低温存活的季节性变化
• 4.4.3 越冬聚集行为
• 5 结论
• 5.1 异色瓢虫在低温下的存活
• 5.2 变温对异色瓢虫耐寒性的影响
• 5.3 异色瓢虫的冷驯化反应
• 5.4 异色瓢虫的越冬策略
• 6 参考文献
• 7 致谢
• 8 攻读学位期间发表论文情况
• 博士学位论文内容简介及自评