五倍子蚜虫（Homoptera: Aphididae）的系统发育研究

论文摘要

五倍子系某些蚜虫寄生在盐肤木属(Rhus)的盐肤木、红麸杨和青麸杨等的树叶上，刺激叶组织细胞增生膨大而形成的各种虫瘿的总称，是我国重要的资源昆虫产品和传统的出口创汇商品，在医药、纺织、化工、食品、环保和农业等行业中用途广泛。能形成五倍子的蚜虫，通称倍蚜。倍蚜属于同翅目Homoptera，蚜总科Aphididae，瘿绵蚜科Pemphigidae，五节根蚜亚科Fordinae，倍蚜族Melaphidini，分属5个属，14个种。综合应用数学和分子生物学技术，分析性状演化的方向，探讨倍蚜间的亲缘关系，重建系统发育关系树，进而揭示倍蚜真实的演化历史。这一方面有利于更好地识别、保护和利用五倍子资源，给倍蚜提供分类上的建议，另一方面可以为生物地理学、昆虫与植物的协同进化研究等提供重要的材料。 本文采用4种技术手段：数值分类、支序分类、RAPD分子标记和EF1a、COⅡ基因序列分析方法对9种倍蚜进行研究，构建了倍蚜系统发育树，对其系统发育关系进行了分析。结合倍蚜形态学和生态学研究基础，提出了倍蚜系统发育关系假说。早期的倍蚜首先在食性上分化为寄生于盐肤木的倍蚜和寄生于红麸杨、青麸杨的倍蚜，然后沿着各自的方向演化，前者演化成了圆角倍蚜属和倍蚜属，后者演化成了铁倍花蚜属、小铁枣蚜属和铁倍蚜属。 聚类分析的结果支持现在的分类系统中对属的划分，但在一些种的归属上并不一致，这可能是由于倍蚜的形态受环境影响变异较大，形态数据与分子数据存在着差异所引起的。综合比较这两类数据的结果，将铁倍蚜属的4个亚种调整为2个种和4个寄主专化型似乎较为合理。对角倍蚜4个地理种群的RAPD分析结果，种群间具有丰富的DNA序列多态性并出现了一定程度的遗传分化，但这种分化尚停留在种群水平，造成分化的原因可能是地理上的隔离。 主成分分析的结果表明倍蚜触角、后足、翅的形态和比例特征，第一寄主种类、虫瘿形状和着生位置等是倍蚜分类的主要特征。通过将主要性状特征对应到系统发育树上的方法，分析特征演化的路线和方向。其中虫瘿形状和着生位置的演化路线分别为：花状→角状→长枣状、球状；复叶总轴顶端→叶翅→小叶中脉和侧脉。虫瘿形状的演化趋势是向获得更大的虫瘿空间，容纳更多的蚜虫个体，产生更厚的虫瘿外壁的方向进行；着生位置是向着生更多的虫瘿，着生部位的连接更为紧密，更有利于从寄主植物吸取营养物质的方向进行。这样的演化方式是倍蚜长期以来对环境条件适应的结果，也是倍蚜数千万年来保持种群繁盛的原因之一。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.1.3 项目来源与经费支持
• 1.2 五倍子和五倍子蚜虫概述
• 1.2.1 五倍子和五倍子蚜虫的种类
• 1.2.2 倍蚜的寄主
• 1.2.3 倍蚜的分布
• 1.2.4 倍蚜的生活周期
• 1.3 国内外研究现状及评述
• 1.3.1 我国古代对五倍子的观察与认识
• 1.3.2 我国现代对五倍子和倍蚜的研究
• 1.3.3 国外五倍子研究概况
• 1.3.4 倍蚜系统发育研究进展
• 第二章 昆虫系统发育的研究方法
• 2.1 数值分类方法
• 2.2 支序分类方法
• 2.3 分子系统学方法
• 2.3.1 RAPD方法
• 2.3.2 DNA序列分析
• 2.4 系统发育树的构建方法
• 2.4.1 最大简约法（Maximum Parsimony）
• 2.4.2 最大似然法（Maximum Likelihood）
• 2.4.3 距离法（Distance Methods）
• 2.5 系统发育树的可靠性检验
• 第三章 倍蚜的数值分类研究
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 研究样品的选择
• 3.1.2 材料来源
• 3.1.3 仪器和试剂
• 3.1.4 玻片标本的制作步骤
• 3.1.5 分类特征选取
• 3.1.6 特征的测量和观察
• 3.2 数据的处理
• 3.2.1 数据矩阵的获得
• 3.2.2 数据的标准化
• 3.2.3 欧氏距离的计算
• 3.2.4 相关系数的计算
• 3.2.5 聚类分析
• 3.2.6 主成分分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 量度特征分析
• 3.3.2 比例特征
• 3.3.3 性状转化为数值的特征
• 3.3.4 基于欧氏距离的系统发育分析
• 3.3.5 基于相关系数的系统发育分析
• 3.3.6 主成分分析
• 3.4 结论和讨论
• 3.4.1 数值分类对传统分类的提示和补充
• 3.4.2 数值分类的参数和聚类方法的选择
• 第四章 倍蚜的支序分类研究
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 材料来源
• 4.1.2 特征的定义
• 4.1.3 分类特征选取
• 4.1.4 特征的测量和观察
• 4.2 数据的处理
• 4.2.1 系统发育树的构建
• 4.2.2 行为学、形态学特征与系统发育树的对应
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 基于支序分类数据构建的倍蚜UPGMA系统发育树
• 4.3.2 基于支序分类数据构建的倍蚜MP、NJ系统发育树
• 4.3.3 倍蚜主要特征与系统发育树的对应
• 4.4 结论和讨论
• 第五章 倍蚜系统发育和角倍蚜种群分化的RAPD分析
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 材料来源
• 5.1.2 仪器和试剂
• 5.1.3 倍蚜基因组DNA的提取
• 5.1.4 PCR扩增
• 5.1.5 产物检测
• 5.1.6 数据统计与分析
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 PCR反应体系的建立
• 5.2.2 倍蚜种间RAPD扩增结果
• 5.2.3 角倍蚜4个地理种群的扩增结果
• 5.2.4 基于RAPD遗传距离的聚类分析
• 5.2.5 角倍蚜地理种群间的聚类分析
• 5.2.6 倍蚜不同分类阶元之间的遗传距离
• 5.3 结论和讨论
• 5.3.1 倍蚜形态学分类与RAPD结果的比较
• 5.3.2 角倍蚜种群分化的原因
• 5.3.3 RAPD技术在倍蚜研究中的价值
• 第六章 基于EF1α和线粒体COⅡ基因的倍蚜系统发育分析
• 6.1 材料和方法
• 6.1.1 材料来源
• 6.1.2 仪器和试剂
• 6.1.3 基因组DNA提取
• 6.1.4 PCR扩增
• 6.1.5 DNA测序
• 6.1.6 序列的拼接和比对
• 6.1.7 数据分析和系统发育关系树重建
• 6.1.8 行为学、形态学特征与系统发育树的对应
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 PCR扩增结果
• 6.2.2 序列特征
• 6.2.3 基于EF1α基因的系统发育分析
• 6.2.4 基于COⅡ线粒体基因的系统发育分析
• 6.2.5 基于EF1α、COⅡ基因联合数据的系统发育分析
• 6.2.6 倍蚜行为学、形态学特征与系统发育树的对应
• 6.3 结论和讨论
• 6.3.1 倍蚜的分类系统评述
• 6.3.2 倍蚜和寄主植物的关系
• 6.3.3 铁倍蚜属4个亚种分类地位的讨论
• 6.3.4 倍蚜的生活方式及其成因
• 第七章 倍蚜的系统发育假说
• 7.1 虫瘿的形成和演化路线
• 7.1.1 倍蚜虫瘿的演化路线
• 7.1.2 倍蚜虫瘿演化路线分析
• 7.2 倍蚜的系统发育假说
• 7.2.1 假说的提出
• 7.2.2 假说的证据和分析
• 第八章 结论和讨论
• 8.1 倍蚜种群繁盛的原因
• 8.2 倍蚜研究中的形态数据和分子数据比较
• 8.3 系统发育重建方法评述
• 参考文献
• 图版
• 1、几种常见的五倍子
• 2、角倍蚜接种后虫瘿长大的过程
• 致谢
• 附录
• 1、论文中的缩写词表
• 2、导师简介
• 3、攻读博士学位期间发表的论文