秦岭山脉蝽科昆虫区系分析及真蝽属部分种类COI基因的分子系统学研究（半翅目）

论文摘要

蝽科隶属于半翅目异翅亚目蝽次目蝽总科。本科全部为陆生昆虫，大多数为植食性种类，是重要的农林害虫，其中益蝽亚科为捕食性种类，是重要的天敌昆虫和生物防治的利用对象，因此，该科昆虫具有十分重要的经济意义。本文从以下4个方面对蝽科进行了研究。1．综述：半翅目与同翅目的分类阶元争议较大，根据近几十年来的研究结果，多数学者普遍认为其系统发育关系是：胸喙亚目+（蝉子亚目+（蜡蝉子亚目+（鞘喙亚目+异翅亚目））），“同翅目”应该被停止使用。蝽科是半翅目中最常见的大科之一，根据最近Rider提出的分类系统，目前国内蝽科分布有4亚科：益蝽亚科、短喙蝽亚科、舌盾蝽亚科和蝽亚科。截止到1995年蝽科全世界已知有642个属4112种，其中国内已知有170多属，500余种。我国蝽科昆虫区系结构由古北界和东洋界两大部分组成，东洋界比重最大，其次为古北界；蝽科昆虫在中国动物地理区中，以华中、华南和西南3区共有种比重较大。近几十年来分子生物学技术被用在了半翅目昆虫中，主要来探讨种群遗传变异与进化、种及种下阶元的分类研究和种上阶元的系统发育分析，取得了一定的成果。2．秦岭山脉蝽科昆虫区系分析：秦岭山脉地理位置特殊，动植物区系十分复杂，物种多样性较高。本研究依据所采集的秦岭山脉昆虫标本以及资料记载列举出秦岭地区蝽科昆虫名录：蝽科昆虫77种，其中陕西省新纪录种15种，秦岭地区新记录种22种。对这些昆虫进行区系分析，结果表明：秦岭地区处于东洋界与古北界的过度地带，存在东洋种类北上和古北种类南伸的情况，但古北界种相对处于优势。按中国动物地理7个区的划分来分析，秦岭山脉与华中区、西南区的关系较为密切，而与东北区和青藏区的关系最为疏远，昆虫组成较为复杂。本地区特有种类占有6.5％，与中国别的地区如青藏高原、横断山脉、天目山和长江三峡库区等地比较相对较少。3．蝽科新种记述：在形态分类上，本研究记述了蝽科真蝽属和伊蝽属3新种：苍山真蝽、绿角真蝽、托里伊蝽，并编制了各属分种检索表。真蝽属为Olivier于1789年建立，隶属于蝽科蝽亚科蝽族Pentatomine，是一个较大的属，到目前为止本属有34个种，其中苍山真蝽分布于云南苍山，绿角真蝽分布于陕西秦岭。伊蝽属是St（?）l于1876年建立，录属于蝽科蝽亚科Sephelini族，到目前为止本属有5种，其中托里伊蝽分布在中国新疆。4．真蝽属部分种类COI基因的分子系统学研究：真蝽属内成员形态差异较大，多少呈现为一异质的类群，其群的划分以及是否应将其分成4个属，国内外昆虫学者分歧较大。本研究以COI部分基因片段为分子标记，以同蝽科宽铗同蝽作外群，来探讨真蝽属9种昆虫的分子进化机制和系统发育关系，现得出如下结论：a．本研究共得到真蝽属9种昆虫10条长为798 bp的COI基因部分片段，其序列组成分析显示COI基因相对比较保守，碱基A+T含量有明显的偏向性。b．真蝽属9种昆虫核苷酸替换主要发生在密码子第三位点上，第二位点最为保守，且三个位点均表现出转换高于颠换，转换主要以T与C之间为主，颠换以T与A之间为主。转换与颠换的比值平均为1.6。c．本试验数据组分析结果表明显示Pentatoma parataibaiensis和Pentatoma semiannulata的R值相对较高，它们之间未校正的遗传距离也仅为0.034，表明褐真蝽和拟太白真蝽的关系比较近。4种建树方法均将褐真蝽群中的拟太白真蝽和褐真蝽以很高的支持度聚在了一起，但同时也以较高的支持度和绿角真蝽聚为一支，说明绿角真蝽应划归到褐真蝽群。d．本试验数据组分析显示Pentatoma angulata、Pentatoma rufipes Henan和Pentatoma rufipes Shaanxi两两之间的R值相对较高，遗传距离较小。4种建树方法均显示红足真蝽两个地方种群没有聚合在一起，红足真蝽的河南种群首先和角肩真蝽聚在一起，然后再和陕西种群聚和为一支，因此它们之间的关系有待于进一步研究。e．4种建树方法基本上支持了红足真蝽群的划分，本实验中红足真蝽群4种昆虫的关系为：（（红足真蝽，角肩真蝽），（斜纹真蝽，金绿真蝽））。f．褐腹真蝽群的日本真蝽和褐脉真蝽群的昆明真蝽的系统关系在本实验中难以确定，在各种拓扑结构中其分支的支持度均较低。关于真蝽属群的划分，以及是否应该将本属划分为几个较小的属有待于进一步的研究。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一部分 前言
• 1 半翅目简史及异翅亚目系统学研究概况
• 1.1 半翅目简史
• 1.2 半翅目异翅亚目系统学研究概况
• 2 蝽科研究概况
• 2.1 蝽科系统学研究概况
• 2.2 蝽科形态分类学研究概况
• 2.3 蝽科区系研究概况
• 3 分子系统学技术在半翅目中的应用概况
• 3.1 分子系统学定义
• 3.2 各种分子系统学技术的特点以及它们在半翅目的应用
• 4 本研究的目的和意义
• 第二部分 秦岭山脉蝽科昆虫区系分析
• 1 秦岭山脉概况及标本采集情况
• 2 秦岭山脉蝽科昆虫名录
• 3 区系分析
• 3.1 秦岭山脉蝽科昆虫在世界动物区系中的归属与所占比重
• 3.2 秦岭山脉蝽科昆虫在中国动物地理区划中的归属与所占比重
• 3.3 秦岭山脉蝽科昆虫随着纬度的变化
• 4 讨论
• 第三部分 蝽科新种记述
• 1 真蝽属
• 1.1 真蝽属概述
• 1.2 真蝽属主要特征
• 1.3 真蝽属检索表
• 1.4 真蝽属二新种
• 1.4.1 苍山真蝽
• 1.4.2 绿角真蝽
• 1.5 讨论
• 2 伊蝽属记述
• 2.1 伊蝽属概述
• 2.2 伊蝽属主要特征
• 2.3 伊蝽属检索表
• 2.4 托里伊蝽
• 2.5 讨论
• 第四部分 真蝽属部分种类COI基因的分子系统学研究
• 1 实验材料
• 1.1 标本来源
• 1.2 实验耗材与仪器
• 2 实验方法
• 2.1 DNA提取与检测
• 2.1.1 提取试剂的配制
• 2.1.2 DNA提取
• 2.1.3 DNA样品紫外分光光度检测法
• 2.1.4 DNA样品凝胶电泳检测法
• 2.2 PCR扩增
• 2.2.1 引物
• 2.2.2 扩增体系与反应程序
• 2.3 PCR产物纯化与测序
• 2.3.1 PCR产物纯化
• 2.3.2 PCR产物测序
• 3 数据处理与分析方法
• 3.1 序列拼接与对准
• 3.2 序列比对
• 3.3 序列组成分析
• 3.4 数据组信号检测
• 3.5 建树
• 3.5.1 距离法建树
• 3.5.2 简约法建树
• 3.5.3 极似然法建树
• 3.5.4 贝叶斯系统发育推论法
• 4 序列特点
• 4.1 序列组成分析
• 4.2 密码子使用频率与氨基酸组成分析
• 4.3 碱基替换分析
• 4.4 遗传距离分析
• 5 数据组系统发育信号检验
• 5.1 p距离与R的关系
• 5.2 碱基替换饱和性分析
• 5.3 g1和PTP检验
• 6 蝽亚科真蝽属系统发育重建
• 6.1 距离法
• 6.2 简约法建树
• 6.3 极大似然法建树
• 6.4 贝叶斯系统发育推论结果
• 7 讨论
• 7.1 真蝽属目前所存在的问题
• 7.2 外群的选择
• 7.3 真蝽属部分种类COI基因片段的序列组成和分子进化
• 7.4 COI基因序列数据系统发育信号评估
• 7.5 真蝽属部分种类的系统发育关系的讨论
• 8 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文