粘虫迁飞型转为居留型的关键时期和调控基础

论文摘要

迁飞是昆虫适应环境变化,维持种群繁衍的主要行为对策,也是动物界中昆虫种类和个体数量最大、以及迁飞害虫经常暴发成灾的主要原因。迁飞种群中通常存在着迁飞到他处生殖的迁飞型以及留在本地生殖的居留型,其比例因所处的环境因子不同而异。目前已知迁飞与居留型的分化存在着一个关键时期,即在这个时期内昆虫个体的发育途径是朝着迁飞型或居留型发展就被会确定。但是,所有已知存在关键时期的种类全部属于外翅类（如直翅目、同翅目和半翅目）昆虫,而在内翅类（鳞翅目,鞘翅目等）昆虫中尚未见到报道。本文在前人已有的工作基础上,应用生理、生态和分子生物学相结合的方法,研究确定了粘虫Mythimna separata（Walker）迁飞与生殖的关键时期及其在进化上的适应意义,明确了可对关键时期起作用的三种环境因子及其相应的作用,确定了保幼激素（JH）释放量的增加是迁飞个体转化为居留个体的主要原因,克隆和鉴定了对JH具有调控作用的粘虫促咽侧体激素（Mytse-AT）基因,并获得了该基因编码区的全序列,明确了Mytse-AT基因的半表达量和相对表达量与JH滴度的关系,得到了对粘虫具有生物活性即可以对其关键时期起作用的AT重组蛋白,为全面阐明粘虫的迁飞行为机制提供了新的科学依据,为深化昆虫迁飞研究的理论与应用实践开辟了新的途径。主要的研究结果如下: 研究确定了粘虫迁飞个体转化为居留个体的关键时期及其在进化适应中的意义。以迁飞个体的产卵前期较长飞行能力越强的理论为依据,对室内诱导的迁飞个体羽化后的不同时期进行饥饿处理的结果表明,成虫羽化后的24—30小时内进行超过12小时的饥饿,可以使处理成虫的求偶和产卵前期缩短,产卵量增加,而在其它时间进行处理则没有这种效果。表明成虫羽化后的24小时是粘虫迁飞与生殖调控的关键时期。即在成虫羽化前的发育过程中形成的迁飞行为在羽化以后的24小时内依然可以改变。但是,同样的环境因子对不同发育阶段的居留型成虫个体则没能产生相同的影响作用:羽化后24小时处理的成虫与2、3日龄处理的产卵前期虽然比对照的有所延长,但1—3日龄之间的处理并没有显著差异,另外,1日龄处理的产卵量及寿命等与对照的也没有显著的差异。这些结果表明,虽然迁飞个体可以在可操纵因素的影响下向非迁飞个体转变,非迁飞个体转化为迁飞个体的过程可能是不可逆的,因此,迁飞个体要比居留型的生活史弹性要强。这些结果较好地回答了迁飞种群较非迁飞种群的适应能力更强的问题。 研究明确了对关键时期可以起作用的一些环境因子及相应的影响作用。进一步就低温、光照等环境因子对处于不同发育阶段的迁飞个体进行处理的结果也表明,光照和低温与饥饿处理一样,对羽化后24小时内的迁飞个体的产卵前期具有影响作用,即可以显著地缩短成虫的生殖前期,并使产卵量增加。这样,低温和光照处理处理都可以使迁飞个体转变为生殖个体,但对羽化24小时以后的成虫进行同样的处理则对其产卵前期没有影响,表明处于关键时期的迁飞成虫个体对于来自不同的环境生理因子的刺激十分敏感。但是,这些环境因子的刺激必须要达到一定的程度才能产生作用:温度必须在5℃的条件下才能发生作用,而在10℃和15℃的条件下没有作用;饥饿则必须大于6小时才会发生作用,光照只有在24小时长光照的条件下才能发生作用,而在24小时全黑暗或在短光照的条件下没有作用。但是,相同强度的低温和光照对居留型相同时期进行的处

论文目录

• 英文缩略表
• 第一章 引言
• 1.1 立论依据
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 关键时期的概念
• 1.2.2 全变态昆虫中的关键虫期
• 1.2.3 其它生理行为中存在的关键时期
• 1.2.4 关键时期的生理特征及作用机制
• 1.2.5 关键时期的多样性和普遍性
• 1.2.6 关键时期的进化及适应意义
• 1.3 研究目的和意义
• 第二章 关键时期的确定
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验虫源及饲养方法
• 2.2.2 关键时期的确定
• 2.2.3 有关参数的确定
• 2.2.4 数据处理
• 2.3 结果分析
• 2.3.1 产卵前期
• 2.3.2 产卵量和产卵历期
• 2.3.3 交配率
• 2.3.4 成虫寿命
• 2.3.5 雄蛾求偶前期
• 2.3.6 羽化后0～30内饥饿处理结果
• 2.3.7 羽化后0～6小时粘虫的行为观察
• 2.3.8 羽化初期取食量的观察
• 2.4 讨论
• 第三章 关键时期起作用的主要环境因子
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验虫源及饲养方法
• 3.2.2 不同环境因子处理方法
• 3.2.3 有关参数的确定
• 3.2.4 数据处理
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 处理条件的确定
• 3.3.2 产卵前期
• 3.3.3 产卵量
• 3.3.4 产卵历期
• 3.3.5 交配率
• 3.3.6 成虫寿命
• 3.4 讨论
• 第四章 关键时期的影响作用机制的研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试验虫源
• 4.2.2 饥饿处理方法
• 4.2.3 卵巢级别的确定
• 4.2.4 飞行肌干重和飞行能力测定
• 4.2.5 雌蛾保幼激素滴度测定
• 4.2.6 数据处理
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 卵巢发育级别
• 4.3.2 飞行肌
• 4.3.3 飞行能力
• 4.3.4 粘虫血淋巴中保幼激素滴度
• 4.4 讨论
• 第五章 AT基因的克隆与鉴定
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料
• 5.2.1 供试昆虫
• 5.2.2 质粒与细菌菌株
• 5.2.3 主要实验试剂
• 5.2.4 部分试剂的配制
• 5.3 仪器设备
• 5.4 实验方法
• 5.4.1 粘虫蛾脑组织的解剖
• 5.4.2 粘虫蛾脑组织总RNA的提取
• 5.4.3 反转录合成发cDNA第一链
• 5.4.4 引物的设计和合成
• 5.4.5 PCR反应
• 5.4.6 PCR产物的电泳检测
• 5.4.7 PCR产物浓缩
• 5.4.8 胶回收
• 5.4.9 目的片段和载体的连接
• 5.4.10 重组质粒的转化
• 5.4.11 质粒DNA提取
• 5.4.12 酶切鉴定
• 5.4.13 序列测定
• 5.5 结果与分析
• 5.5.1 AT基因的克隆、鉴定
• 5.5.2 序列分析
• 5.5.3 系统聚类分析
• 5.6 讨论
• 第六章 AT基因的时序差异性表达
• 6.1 引言
• 6.2 材料
• 6.2.1 试验虫源
• 6.2.2 质粒与细菌菌株
• 6.2.3 主要实验试剂
• 6.2.4 溶剂的配制
• 6.3 实验仪器
• 6.4 实验方法
• 6.4.1 半定量RT-PCR方法
• 6.4.2 AT基因时序差异表达的荧光定量研究
• 6.5 结果分析
• 6.5.1 AT基因的转录水平的半定量RT-PCR分析
• 6.5.2 适时荧光定量PCR结果分析
• 6.6 讨论
• 6.6.1 半定量RT-PCR结果的讨论
• 6.6.2 适时荧光定量PCR结果的讨论
• 第七章 AT基因的原核表达和重组蛋白的纯化
• 7.1 引言
• 7.2 材料
• 7.2.1 菌种和质粒
• 7.2.2 主要化学试剂
• 7.2.3 部分储存液配方
• 7.3 仪器设备
• 7.4 实验方法
• 7.4.1 引物设计
• 7.4.2 AT克隆载体的构建
• 7.4.3 融合表达载体的构建
• 7.4.4 连接产物的转化、鉴定
• 7.4.5 细胞培养和诱导表达
• 7.4.6 诱导条件的改变
• 7.4.7 重组蛋白活性的检测
• 7.4.8 SDS-PAGE凝胶电泳
• 7.4.9 表达蛋白菌液的上柱前处理
• 7.4.10 融合蛋白纯化
• 7.5 结果与分析
• 7.5.1 AT融合表达载体的构建及鉴定
• 7.5.2 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析
• 7.5.3 诱导条件的改变
• 7.5.4 粗提物的活性分析
• 7.5.5 蛋白纯化
• 7.6 讨论
• 第八章 结论与讨论
• 8.1 主要结论
• 8.1.1 羽化后的24小时是粘虫迁飞个体转化为居留个体的关键时期
• 8.1.2 可对关键时期起作用的环境因子
• 8.1.3 JH提前分泌是环境因子可以促使迁飞个体转变为滞留个体的主要原因
• 8.1.4 对JH释放具有调控作用的Mytse-AT基因编码区全序列的确定
• 8.1.5 Mytse-AT基因的表达量与JH滴度的动态关系
• 8.1.6 对粘虫具有生物活性的Mytse-AT外源重组蛋白
• 8.2 问题及今后的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历