麦长管蚜地理种群时空动态的分子特征分析

论文题目: 麦长管蚜地理种群时空动态的分子特征分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 农业昆虫与害虫防治

作者: 国伟

导师: 沈佐锐

关键词: 麦长管蚜,微卫星,遗传结构,迁飞,基因交流

文献来源: 中国农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 麦长管蚜Macrosiphum miscanti Takahashi是我国重要的农业害虫,它分布广、食性杂、繁殖力强,不仅直接吸食小麦的汁液,而且还是麦类黄矮病毒病的重要传播媒介。由于麦蚜种群有较强的异质性,遗传变异度大,长期以来,有关该害虫的暴发机理及在我国具体的迁飞路线、迁飞距离及往返规律等还不甚清楚。本研究应用分子遗传学标记技术和GIS分析技术,对麦长管蚜不同地理种群的遗传多样性、地理种群间的遗传分化与基因流等问题进行了研究,分析了麦长管蚜地理种群时空动态的分子特征。深入研究麦长管蚜的种群遗传结构和种群间基因交流这些问题,有利于从根本上了解麦蚜的适应机理和成灾机理,从而为准确把握其发生规律并进行有效防治提供依据。本研究采用微卫星标记技术对不同地理种群麦长管蚜的遗传多样性进行研究,针对麦长管蚜建立了一套特异性的微卫星DNA标记系统,筛选出5个多态性高、重复性好、可用于麦蚜种群遗传分析的微卫星位点,然后利用这套微卫星标记对北京上庄、河北衡水、河北石家庄、河南郑州、山西太原、山西太谷、山东济南、陕西宝鸡、陕西杨陵、青海大通、宁夏固原、江苏南京、湖南长沙、贵州贵阳、湖北武汉等15个地理种群的麦长管蚜样品进行种群遗传分化和基因流的分析。得到以下结论:麦长管蚜不同地理种群间的基因交流与地理距离间呈现一定的相关关系。东部麦蚜种群基因交流比较频繁,西部麦蚜种群间基因交流非常少,有相对的基因隔离,我们认为,地理差异是影响麦长管蚜种群遗传结构的重要因素,麦长管蚜经过长距离的迁飞增加了种群间的基因交流,降低了种群间的遗传分化。麦长管蚜15个地理种群有着各不相同的环境因素,经度、纬度以及海拔高度等都有可能影响麦长管蚜的种群遗传结构。此外,我们把Wolbachia这一麦蚜体内的细胞内共生细菌作为特殊标记,研究了不同地理种群麦长管蚜体内Wolbachia的感染率,结果发现不同地理种群麦蚜Wolbachia的感染率差别很大。随着经度的增加,Wolbachia的感染率也有递增的趋势,东部地区感染率高而内陆地区感染率低,我们推测可能是由于地理隔离造成了一定程度上的生殖隔离。这个结论也与采用微卫星标记得出的麦蚜遗传结构的结论相吻合。最后,本研究利用GIS技术结合生物地理统计学(geo-statistics)对麦长管蚜的空间分布、空间相关分析、麦蚜发生动态的时空模拟等进行研究,以VC++为开发平台,以MapX控件作为图形平台,开发研制出了具有空间数据与属性数据编辑、查询、分析等基本功能的麦蚜基因流地理信息系统。其主要目的在于将抽象的麦蚜发生为害信息、麦蚜基因流信息以及相关的气象信息等以地图的形式快速、直观地显示,利用地理信息系统的空间分析、地统计分析等功能进行麦蚜迁飞的气象地理生物学分析,研究麦蚜种群空间格局的特征,并结合麦蚜历年的迁飞记录、气流资料以及气象数据等,推测麦长管蚜在我国可能的迁飞路线。本研究将微观的分子生态学与宏观的空间生态学有机的联系为一体,这对于从理论上进一步揭示麦蚜的暴发机理和迁飞规律,从实践中有效地开展综合治理都具有重要的参考价值。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

第一章绪论

1.1 麦长管蚜及其迁飞的研究

1.1.1 麦长管蚜的定种与分布

1.1.2 麦蚜的迁飞行为

1.1.3 麦蚜的飞行能力

1.1.4 影响麦蚜迁飞的生态因子

1.1.5 研究蚜虫迁飞的方法

1.2 论文的构思和总体结构

1.2.1 本课题的研究意义

1.2.2 本课题的研究内容

1.2.3 本课题的研究技术

第二章我国不同地理种群麦长管蚜的遗传结构

2.1 实验材料

2.1.1 样品的采集与保存

2.1.2 实验仪器及主要试剂

2.2 实验方法

2.2.1 单头麦长管蚜DNA提取

2.2.2 微卫星标记体系的建立

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 等位基因在麦长管蚜不同地理种群中的分布

2.3.2 遗传多样性分析

2.3.3 Hardy-Weinberg平衡检测

2.3.4 连锁不平衡检测

2.3.5 讨论

第三章麦蚜地理种群遗传多样性与生态因子的相关性分析

3.1 遗传分化和遗传距离

3.1.1 种群遗传分化

3.1.2 遗传距离

3.1.3 基因交流

3.2 不同种群组合的分子变异来源分析

3.3 遗传多样性与生态因子的相关性分析

3.3.1 地理距离

3.3.2 Mantel检测

3.3.3 种群空间动态模型

3.4 讨论

第四章我国麦长管蚜感染Wolbachia的研究

4.1 Wolbachia简介

4.1.1 Wolbachia的形态与分类

4.1.2 Wolbachia的分布与共生部位

4.1.3 Wolbachia对寄主的作用

4.1.4 Wolbachia的分子检测技术

4.2 实验材料

4.2.1 样品的采集与保存

4.2.2 实验仪器与试剂

4.3 实验方法

4.3.1 DNA提取

4.3.2 PCR扩增及电泳检测

4.4 实验结果与讨论

4.4.1 不同蚜虫感染Wolbachia的研究

4.4.2 不同地理种群麦长管蚜感染Wolbachia的研究

4.4.3 麦蚜体内Wolbachia的wsp基因序列

4.4.4 讨论

第五章麦蚜基因流地理信息系统的研制与开发

5.1 GIS简介

5.1.1 GIS的特点

5.1.2 GIS的组成与结构

5.1.3 GIS的功能

5.1.4 GIS在有害生物综合治理中的应用

5.2 麦蚜基因流地理信息系统的开发目的和研制意义

5.3 麦蚜基因流地理信息系统的研究内容与技术路线

5.3.1 本系统的研究内容

5.3.2 本系统的技术体系与实施路线

5.4 系统的软硬件技术支持

5.4.1 本系统的硬件环境

5.4.2 本系统的软件环境

5.5 麦蚜基因流地理信息系统的组成结构

5.5.1 空间数据的建立

5.5.2 属性数据库的建立

5.5.3 空间数据与属性数据的关联

5.6 麦蚜基因流地理信息系统关键技术的实现

5.6.1 系统的主界面

5.6.2 麦蚜基础信息查询模块

5.6.3 导航图的实现

5.6.4 专业地图设计

5.6.5 数据绑定

5.7 麦蚜基因流地理信息系统的主要功能

5.7.1 系统的主要功能模块

5.7.2 系统的主要工具

5.8 麦蚜基因流地理信息系统的整体组装

5.8.1 系统的模块集成与测试

5.8.2 系统的包装

5.8.3 系统的分发

5.8.4 系统的主要特点

第六章主要结论与讨论

6.1 主要结论

6.1.1 不同地理种群麦长管蚜的遗传结构

6.1.2 麦蚜感染Wolbachia的研究

6.1.3 麦蚜基因流地理信息系统的研制

6.2 讨论

6.2.1 麦长管蚜在我国可能的迁飞强度和迁飞路线

6.2.2 分子标记技术研究生态学问题的方法设计

6.2.3 Wolbachia作为特殊遗传标记的选择与探讨

6.2.4 麦蚜基因流地理信息系统的进一步改进与完善

6.3 本研究结果对麦蚜综合防治的意义

6.4 本论文的创新点

参考文献

附录

致谢

作者简介

博士期间发表论文及研究成果

发布时间: 2005-07-18

参考文献

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[7].长期缺水胁迫对小麦—麦长管蚜—烟蚜茧蜂三级营养关系的影响[D]. Syed Suhail Ahmed.西北农林科技大学2017
[8].小麦抗蚜生化机理和G蛋白在离体昆虫细胞系中表达、纯化及活性测定[D]. 陈巨莲.中国农业科学院2001
[9].麦长管蚜等六种昆虫OBP3的基因克隆、蛋白表达及麦长管蚜嗅觉相关蛋白鉴定[D]. 范佳.中国农业科学院2011
[10].模拟气候变暖对麦蚜避热行为及其在植物上分布影响的研究[D]. 马罡.中国农业科学院2012

麦长管蚜地理种群时空动态的分子特征分析

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