【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）寄主植物對B型煙粉虱種群遺傳分化的影響農(nóng)業(yè)昆蟲與害蟲防治碩士論文

密級： 論文編號： 中國農(nóng)業(yè)科學院 碩士學位論文 寄主植物對 on 要 煙粉虱 復合種是一種在世界各地廣泛分布的重要農(nóng)業(yè)害蟲并包括許多生物型。 其中 一種入侵性較強的致害類型，也是近年來傳入我國的入侵生物型。自 20 世紀 90年代中后期入侵我國以來，在許多地區(qū)暴發(fā)危害，造成了嚴重經(jīng)濟損失?，F(xiàn)已成為我國蔬菜、花卉和棉花等經(jīng)濟作物上的主要害蟲。 目前 , 國內(nèi)外 對煙粉虱的生物型、生物學特性、寄主范圍、危害以及防治方法等都進行了大量的研究報道，在分子生物學水平上也進行了初步探討， 本論文在調(diào)研國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和本實驗室現(xiàn)有研究工作結(jié)果的基礎上，應用分子標記手段將地理區(qū)域、寄主植物和種群特性三因素相結(jié)合研究寄主植物對 B 型煙粉虱種群遺傳分化的影響。 應用 子標記方法對 2003間采自北京、天津、山東、山西、河南、河北、上海、武漢、福州等 9 個地區(qū)、 10 種寄主的 35 個煙粉虱種群生物型進行鑒定，結(jié)果表明，除武漢的黃瓜、番茄、菜豆未獲得目的片段外其余均為 B 型煙粉虱。并將其中 9 個列登陸 陸號分別為北京蘿卜 津番茄 北棉花 東番茄 西棉花 西西葫蘆 海黃瓜 漢南瓜 福州甘藍 將已確定為 B 型的煙粉虱種群作為供試種群，應用 子標記分別對北京（甘藍、黃瓜、番茄、蘿卜、西葫蘆）、上海（ 甘藍、番茄、黃瓜、茄子、南瓜、菜豆）和山東（番茄、黃瓜、茄子、蘿卜、南瓜、棉花）煙粉虱田間自然種群及 北京溫室 (甘藍、黃瓜、番茄、一品紅 )寄主脅迫種群的第五代、第十代樣品 進行遺傳分化分析。結(jié)果表明： （ 1） 北京、上海、山東三地區(qū)煙粉虱田間自然種群遺傳分化 析結(jié)果相似，都表現(xiàn)為同一寄主種群內(nèi)部多態(tài)性和雜合度高于不同寄主種群間多態(tài)性和雜合度，不同寄主種群間遺傳距離較低，種群內(nèi)部遺傳相似性較低，多態(tài)性較高，不同寄主種群間存在一定遺傳分化，但程度比較低，種群內(nèi)部出現(xiàn)一定的遺傳分化現(xiàn)象。 （ 2）北京、上海、山東三地區(qū)相同寄主黃瓜和番茄種群間 析表明，不同地區(qū)，同一寄主種群間存在遺傳分化現(xiàn)象，但種群間多態(tài)性、雜合度和遺傳距離都比較低。 （ 3）溫室寄主脅迫煙粉虱種群在甘藍、黃瓜、番茄、一品紅等蔬菜和 花卉寄主植物上，遺傳分化存在一定差異，蔬菜與花卉脅迫種群相比種群內(nèi)雜合度較高。 （ 4）溫室寄主脅迫種群繼代隔離飼養(yǎng)至第五代和第十代，仍表現(xiàn)為同一寄主種群內(nèi)部多態(tài)性和雜合度高于不同寄主種群間多態(tài)性和雜合度，不同寄主種群間遺傳距離較低，種群內(nèi)部遺傳相似性較低，不同寄主種群間存在遺傳分化，但程度較低，種群內(nèi)部出現(xiàn)一定的遺傳分化現(xiàn)象；第十代較之第五代，不同寄主種群間多態(tài)性和雜合度要高一些，種群內(nèi)部雜合度低一些。 （ 5） 與田間自然種群相比溫室寄主脅迫煙粉虱種群第 5 代與第 10 種間多態(tài)性、雜合度、遺傳距離和種內(nèi)遺傳相似 性均高于北京、上海、山東三地區(qū)田間自然種群，并且種內(nèi)雜合度有所降低。 關鍵詞 : B 型 煙粉虱，不同寄主，寄主脅迫、遺傳分化， he . is as a a of is a Its an of 990s, it a it an on A of . on In we of to a of on . of 003 004, we 5 B. on OI to of t We to of of in as of of of of of of to as of of of on of of a of of of of of of of to of of of a of a of of of of of of of a . 錄 第一章 文獻綜述 1 侵生物學研究概況 1 物入侵 1 物入侵危害 1 物入侵特征 1 侵種群的遺傳學和快速進化 2 物入侵機制 3 群生態(tài)學 3 態(tài)學 3 蟲種群生態(tài)學 3 子生態(tài)學研究進展 5 子生態(tài)學 5 子生態(tài)學研究現(xiàn)狀 5 子標記技術(shù)在分子生態(tài)學研究中的應用 6 粉虱研究進展 10 粉虱起源與分布 10 粉虱生物型 11 粉虱的危害及寄主范圍 11 文設計 12 題依據(jù) 12 究內(nèi)容和方法 13 新點 13 術(shù)路線 14 第二章 煙粉虱生物型鑒定 15 料 15 法 17 頭煙粉虱 取 17 脂糖凝膠 收 17 子標記體系 18 果分析 18 頭煙粉虱 取 18 粉虱種群 增結(jié)果 19 序結(jié)果及 對 19 陸序列 20 果分析 21 第三章 煙粉虱田間自然種群遺傳分化 析 23 料 23 京地區(qū)供試昆蟲 23 海地區(qū)供試昆蟲 24 東地區(qū)供試昆蟲 24 要試劑 24 要儀器設備 25 法 25 頭煙粉虱 取 25 頭煙粉虱 取 25 記體系建立 26 據(jù)統(tǒng)計分析 27 果分析 28 因組 取 28 切連接與預擴增 28 物篩選 28 京地區(qū)不同寄主煙粉虱種群遺傳分化分析 29 海地區(qū)不同寄主煙粉虱種 群遺傳分化分析 33 東地區(qū)不同寄主煙粉虱種群遺傳分化分析 37 京、上海山東三地區(qū)同一寄主煙粉虱種群遺傳分化分析 41 結(jié)分析 43 第四章 寄主脅迫煙粉虱種群遺傳分化 析 44 料 44 京溫室寄主脅迫種群供試昆蟲 44 法 46 果分析 45 京溫室寄主脅迫種群第五代遺傳分化分析 45 京溫室寄主脅迫種群第十代遺傳分化分析 48 結(jié)分析 52 第五章 全文結(jié)論分析 53 參考文 獻 55 附錄 61 致謝 72 作者簡介 73 英文縮略表 英文縮寫 英文全稱 中文名稱 增片段長度多態(tài)性 線粒體細胞色素氧化酶 因 制性片段長度多態(tài)性 機 擴增多態(tài)性 異性序列擴增 單序列重復 數(shù)平均值不加權(quán)兩兩聚類法 中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 文獻綜述 1 第一章 文獻綜述 侵生物學研 究概況 入侵生物學是近年來發(fā)展起來的， 系統(tǒng)研究入侵生物暴發(fā)成災規(guī)律與機制，入侵生物的早期預警和風險，入侵生物的預防、撲滅和控制等一門新興學科，是當今國際、國內(nèi)研究的熱點和焦點。 物入侵 生物入侵是指某種生物從原來的分布區(qū)域擴展到一個新的（通常也是遙遠的）地區(qū)，在新的區(qū)域里，其后代可以繁殖、擴散并維持下去（ et 2001; 958）。生物入侵是一個復雜的鏈式過程，主要包括外來種的引入、定居與建立種群、時滯階段、擴散及爆發(fā)。 外來種不一定都是入侵種，與之相關的兩個重 要概念是外來種（ 入侵種（ 外來種是指相對于本地種，是指對某一區(qū)域或特定生態(tài)系統(tǒng)而言，不是該區(qū)域或生態(tài)系統(tǒng)本地的任何物種（包括其種子、卵、孢子或其他可以使該物種繁衍的物質(zhì)）。入侵種是指由于其引入已經(jīng)、或即將使經(jīng)濟或環(huán)境受到損害，或危及人類健康的外來物種。 從生態(tài)學角度定義的生物入侵是一直存在的，并非偶然事件。 在傳入的生物中，只有很少的一部分生物能夠建立種群，成為入侵生物或者稱為外來入侵種 (簡稱 因此外來入侵種應滿足以下基本條件：首先，不屬于所考慮國家或生物地理區(qū)域原產(chǎn)的物種 ； 其次，已在新的入侵區(qū)域歸化，且正在逐漸增加其豐度或分布越來越廣 ； 再次，在某種程度上已成為有害物種，或至少給人類的某些經(jīng)濟活動帶來一定的負面影響或麻煩 ； 最后，人類往往是這些物種最初的有意或無意引種的責任者。 物入侵危害 生物入侵帶來的經(jīng)濟損失是巨大的， 1999 年美國總統(tǒng)克林頓在簽發(fā)總統(tǒng)令時提到（ 999），按照一些專家的估計，生物入侵每年對美國造成的損失可高達 1230 億美元。在我國，僅粗略統(tǒng)計，幾 種主要入侵種每年所造成的損失就高達 574 億元，入侵種造成的總體損失可達到數(shù)千億人民幣（中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會，生態(tài)安全課題組 2002）。 生物入侵對環(huán)境和生物多樣性也是一個極其嚴重的威脅。專家們估計，在美國，入侵植物已侵染了 1 億英畝以上。每年因入侵植物而損失達 300 萬英畝土地，是特拉華州面積的 2 倍。據(jù)分析，造成當?shù)卦S多物種滅絕，從而使得生物多樣性喪失的第一位導因是生境的被破壞和生境的破碎化。第二個最重要的因素，則是生物入侵（ et 1998），它對生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ，以及所有物種都賴以生存的自然界的平衡，造成了長期的威脅。正由于生物入侵是在全球的尺度上發(fā)生，因而，它還有造成全球植物系統(tǒng)和動物系統(tǒng)均勻化的趨勢（ et 2000）。 中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 文獻綜述 2 預測什么樣的物種有可能成為入侵者，一直是生態(tài)學家們長期奮斗的目標。 1996）于 書中，總結(jié)性地論述了“十分之一法則”。即可以把生物入侵過程，劃分為三次轉(zhuǎn)移。第一次轉(zhuǎn)移，是從進口到引入，稱為逃逸。第二次轉(zhuǎn)移，是從引入到建立種群，簡稱為建群。 第三次轉(zhuǎn)移，是從建群到變成 經(jīng)濟上有副作用的有害生物，即成為入侵生物?！笆种环▌t”，即每次轉(zhuǎn)移的概率是 10%左右，范圍大致在 5%和 20%之間。很粗糙地接近于 10%左右。 “十分之一法則”是通過大量收集數(shù)據(jù)，進行歸類和統(tǒng)計而得出的。如英國的被子植物，從進口到逃逸成功比例為 從逃逸到建群為 其中成為嚴重有害生物的為 美國有重大影響的非本地生物中，如陸地脊椎動物、昆蟲、軟體動物和植物病菌等，成為有害生物的為 4% 10%左右）。 1992）的 數(shù)據(jù)也顯示，夏威儀火山公園里 475 種外來植物中， 53 種成為有害生物，也就是 約 10%左右。 很難想象一切類群、一切被入侵的生態(tài)系統(tǒng)，入侵的成功率都恰恰是 10%，但 工作提示我們，生物入侵是一個小概率事件。 (2000)提出了成功入侵的五條生態(tài)學規(guī)則即具有較低多樣性的孤立環(huán)境對入侵有不同的敏感性、成功的入侵者大多是陸地上的本地種和非孤立陸地環(huán)境中的種類、原產(chǎn)地與入侵地的物理條件具有相似性、本地種不占據(jù)與入侵種類似的生態(tài)位、棲息于受干擾環(huán)境的種類和那些與人類活動相關的種類 易于在人工生態(tài)系統(tǒng)中入侵。 侵種群的遺傳學和快速進化 入侵有三種類型：一是外來種入侵；二是本地種大范圍的擴張；三是本地種和外來種雜交，然后爆發(fā)和大范圍擴張。盡管生物入侵遺傳學已受到重視，但遺傳學對外來物種的時滯效應、突然爆發(fā)生長和擴張的生物學基礎仍然不是很清楚。 對入侵者來說，入侵成功與否，受資源種群遺傳結(jié)構(gòu)的影響很大。研究證明，許多進化上具有重要意義的性狀都是由多基因控制或是多基因的適應。多基因位點間的相互作用往往可以決定進化的軌跡。資源種群具有豐富的遺傳變異是快速進化的基礎，通 過種內(nèi)和種間雜交，是產(chǎn)生遺傳變異的最快途徑，此外，少數(shù)特殊基因?qū)焖龠M化有直接的作用。 快速進化的遺傳基礎主要有以下幾方面： 1） 足夠的加性遺傳方差，加性遺傳方差是由于多基因控制的累加效應造成的遺傳變異，能為選擇提供主要的遺傳物質(zhì)； 2） 上位遺傳方差，上位作用有助于適合度性狀的變異。在沒有新的突變產(chǎn)生時，上位作用能夠在種群間或種群內(nèi)為選擇提供新的遺傳變異； 3） 雜交和基因滲透，許多研究表明，雜交和基因滲透是新變異的來源和新物種的起源。雖然雜交在許多情況下是有害的，但是成功的入侵很可能是通過許多雜合子的選擇而產(chǎn)生的； 4） 特殊基因，少數(shù)基因能夠?qū)ΨN群的建群能力及行為產(chǎn)生深刻的影響。如火蟻的多蟻后社群中的工蟻具有特別的 個基因與它緊密連接的基因能編碼一種外激素蛋白，能影響工蟻對蟻后的辨別能力，并調(diào)控它們的數(shù)量； 5） 基因型和環(huán)境的相互作用 不同的生境中適合度的權(quán)衡，基因和遺傳結(jié)構(gòu)受環(huán)境的影響很大，基因和環(huán)境的相互作用導致入侵種群在不中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 文獻綜述 3 同生境中的分異選擇。例如萍繞實蠅通過不同寄主的適合度的權(quán)衡選擇，導致在表型和生理上分化的產(chǎn)生。 物入侵機制 外來生物的入侵機制是入侵生物學的重要組成部分。近年 來，大量的研究表明生物入侵機制是極為多樣的，可能沒有一般的、通用的機制（徐承遠等， 2001）。其研究的熱點主要集中在外來種本身的特性和被入侵棲息地的環(huán)境特征上 (2000)。 研究認為， 該入侵種群對 土著昆蟲的競爭取代密切相關 ( 1996; 2002)。 B 型煙粉虱抗藥性的形成在其入侵過程中也起到了重要的作用 (et 2000; 2002)。同時 ,一些研究表明生態(tài)環(huán)境 (包括寄主植物、氣候因子、越冬場所等 ) 的影響也不容忽視 ,它們也是 B 型煙粉虱成功入侵的重要影響因素 (et 1995; et 1998; 張芝利 ， 2000)。 入侵生物的種群遺傳結(jié)構(gòu)是生物入侵機制研究的一個新領域 ,可以進一步明確入侵生物內(nèi)在遺傳特性與其成功入侵的關系 (徐承遠等 ， 2001)。因此 ,B 型煙粉虱入侵種群遺傳結(jié)構(gòu)的研究 ,對于從遺傳特性來揭示成功入侵機制具有重要的意義。通過研究入侵種群在入侵不同地理群體遺傳結(jié)構(gòu)多態(tài)性特征、遺 傳分化與生物入侵的關系 ,以揭示入侵過程中的種群系統(tǒng)發(fā)育地理格局與演變機制。應用分子標記體系 ,研究煙粉虱不同生物型種群間基因交流與雜交帶模式 ,可以探討生物型間控制寄主選擇適應性等性狀基因的交流與分化機制 ,從而揭示其新致害類群形成的遺傳基礎（禇棟等， 2004）。 群生態(tài)學 系統(tǒng)生態(tài)學的創(chuàng)始人之一 1963)認為生態(tài)學是對自然界結(jié)構(gòu)和功能的研究。我國著名生態(tài)學家馬世駿認為：“生態(tài)學是研究生物的生存條件，生物群落與環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用的過程及其規(guī)律的科學”。兩個定義反映了生 態(tài)學的現(xiàn)代發(fā)展趨勢，將系統(tǒng)科學的概念引入了生態(tài)學的研究。強調(diào)了生態(tài)系統(tǒng)與其環(huán)境系統(tǒng)之間的相互作用和對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能分析。 蟲種群生態(tài)學 昆蟲種群生態(tài)學是以昆蟲為研究對象，在種群（ 集成水平上進行研究的生態(tài)學。 其研究范圍主要是個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)四個水平。 傳多樣性 遺傳多樣性被認為是生物多樣性的核心問題。蘊藏于物種內(nèi)或種間的分子、細胞和個體水平的遺傳變異，是遺傳多樣性的基礎，也是物種保持進化潛能的基本條件，與生物多樣性的形成、消失和發(fā) 展休戚相關。然而，由于人類活動的加劇，引起了全球環(huán)境的迅速惡化。最大限度地保護生物多樣性已成為國際社會關注的熱點。 從廣義上講遺傳多樣性是指種內(nèi)或種間表現(xiàn)在分子、細胞、個體三個水平的遺傳變異度，狹中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 文獻綜述 4 義上則主要是指種內(nèi)不同群體和個體間的遺傳多態(tài)性程度。從某種意義上來看，一個物種就是一個獨特基因的多樣性。但我們所說的基因多樣性或遺傳多樣性又遠遠超出了物種多樣性的范圍，或者說物種的多樣性還遠遠不能包含全部基因多樣性的內(nèi)容?；蚨鄻有曰蜻z傳多樣性的表現(xiàn)是多層次、多水平的。在討論遺傳多樣性時，我們首先考慮種內(nèi)或種以下分 類階元，即亞種間或亞種內(nèi)、群體間或群體內(nèi)豐富多樣的遺傳變異。種內(nèi)的遺傳變異或遺傳多樣性即遺傳學中所稱的多態(tài)性，又表現(xiàn)在生物的不同組織水平。首先是外部形態(tài)。如分布于蘇聯(lián)亞洲部分以及中國、朝鮮、日本等地的亞洲瓢蟲（ 其不同的地理群體顯示了豐富而又有規(guī)律的鞘翅變異，這是遺傳學中熟悉的遺傳多態(tài)性的典型例子。其次是染色體水平。一個物種的核型特征即染色體數(shù)目、形態(tài)及行為的穩(wěn)定是相對的，種內(nèi)染色體的多態(tài)性是廣泛存在的現(xiàn)象。 群的遺傳與變異 一個種群的遺傳結(jié)構(gòu)受到許多 因子的影響，正是由于這些因子的影響，才導致種群發(fā)生進化，進化是等位基因頻率發(fā)生變化的過程。導致種群遺傳變異的遺傳因子主要有： 1） 突變，由于 因的點突變和染色體結(jié)構(gòu)或數(shù)目的改變是種群遺傳變異的源泉，為進化提供了所需的原料； 2） 自然選擇，當種群的遺傳結(jié)構(gòu)具有一定的變異，能造成個體在表型上的差異，并影響個體的適合度時，自然選擇通過對個體表型的選擇而間接作用于基因，通過對個體的選擇而改變種群的基因庫，造成種群基因頻率的改變。其選擇方式主要有三種：定向選擇、穩(wěn)定選擇和歧化選擇； 3） 遷移與基因漂流 ，當種群間發(fā)生一定的遷移后，等位基因頻率在一組種群中將會呈現(xiàn)一種梯度分布，即在某個種群中某個等位基因的頻率最高，然后慢慢向另一個種群進行梯度遞減，形成一個漸變?nèi)海?4） 遺傳漂變，在小種群中，由于隨機誤差所造成的種群中基因頻率的隨機波動，稱為隨機遺傳漂變。基因頻率隨機變化的結(jié)果，隨著世代的積累，種群中的遺傳變異將會逐漸消失。新建立的種群可能源于少量個體，由于奠基者所攜帶的等位基因是同源等位基因庫中容量很小的一次抽樣，所以奠基者通常會與同源種群在等位基因頻率上略有差異。在瓶頸期間，遺傳漂變作用在很大程度上改變了新 種群的等位基因頻率，因而，重新恢復起來的種群中的等位基因頻率就發(fā)生了改變。 蟲與植物的協(xié)同進化 協(xié)同進化是組建地球上生物多樣性的主要過程之一，其最初定義是：一個物種或一組物種的遺傳組成的改變，是由于其它物種的遺傳改變而引起的，即在相互作用的物種中發(fā)生一些交互的進化改變。這個定義范圍較廣， 1980） 給協(xié)同進化下了一個嚴格的定義：一個種群的個體性狀受另一個種群的個體性狀的影響而產(chǎn)生進化改變，緊接著第二個種群又對第一個種群的改變產(chǎn)生相應的進化反應。 協(xié)同進化主要有兩種 形式：一是對抗性協(xié)同進化，即植物表現(xiàn)出的物理或化學性狀能影響植食性昆蟲的嗜好或種群動態(tài)。這種對抗性的協(xié)同進化最早是由 1946） 觀察發(fā)現(xiàn)的，并提出一個重要的協(xié)同進化過程： 1） 植物通過突變或重組產(chǎn)生新的次生化合物； 2） 新的次中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 文獻綜述 5 生化合物減少這些植物對昆蟲的可口性，因此，通過自然選擇被保留下來； 3） 具有這些新的次生化合物的植物通過進化輻射形成一個適應帶，在這個適應帶內(nèi)沒有以前的植食性昆蟲存在，種化導致享有相同化學物質(zhì)的植物形成一個新的分類單元； 4） 在昆蟲種群內(nèi)一個新的突變或重組出現(xiàn)，這些個 體能夠克服新植物的防御； 5） 然后，這些個體形成它們自己的新的適應帶，并在先前輻射的具有新的化合物的植物種上大量的輻射演化，因而形成一個新的分類單元。二是互惠性協(xié)同進化。生物之間的互惠共生不可避免地需要相關種之間的適應調(diào)節(jié)，因此，有人認為互惠性的相互關系是最可靠的協(xié)同進化。其最典型的實例是榕小蜂和榕樹間的關系，二者之間近乎完美的匹配是驚人的平衡演化實例。例如，由榕樹所產(chǎn)生出來的具有專一性的揮發(fā)性的引誘劑，使榕小蜂尋找另一株榕樹時完全準確無誤。因為榕小蜂的感覺器只對榕樹所散發(fā)的揮發(fā)性化學物質(zhì)有反應，而榕果口上的 護鱗大小與形態(tài)也只允許正確大小及形狀的榕小蜂進入。二者相互適應，共同進化，保證了兩個種的繁殖和發(fā)育。 子生態(tài)學研究進展 分子生態(tài)學是 90 年代初新興的一門生態(tài)學學科分支，它一經(jīng)產(chǎn)生就引起了人們的廣泛重視。不同的學者從各自的研究