水椰八角铁甲寄主适应性机理的研究

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水椰八角铁甲Octodonta nipae (Maulik)是一种对我国南方棕榈科植物具有严重危害的外来入侵害虫。调查中发现,不同地区该虫在不同寄主上为害。由于生态栖境的分化,寄主胁迫下水椰八角铁甲的适应性发生变异。本文在前期对水椰八角铁甲寄主适应性研究的基础上,通过室内饲养和生化测定,研究了4种寄主植物(加拿利海枣Phoenix canariensis、棕榈Trachycarpus fortunei、刺葵Phoenix hanceana和蒲葵Livistona chinensis)对水椰八角铁甲取食、产卵的影响,并利用主成分分析法确定了寄主植物心叶中的主要营养成分。此外,通过气相色谱质谱联用仪测定分析4种寄主心叶中的挥发性次生物质的种类和含量,对比分析它们之间存在的差异性。然后,从生理生化的角度分析了取食不同寄主后各个发育阶段的水椰八角铁甲体内3种酶系(保护酶系、解毒酶系、代谢酶系)活性的变化。最后,初步探索了SSR分子标记在水椰八角铁甲种群遗传多样性中的应用。本文以寄主-铁甲为整体来综合分析水椰八角铁甲寄主适应性的机理,为研究该虫的入侵机制提供了科学依据。主要研究结果如下:水椰八角铁甲对上述4种寄主的选择差异显著,对加拿利海枣和棕榈的选择性较强,而对蒲葵的选择性最差。不同寄主心叶中的主要营养物质含量差异性显著,粗纤维和粗灰分在4种寄主心叶中的含量无显著差异。加拿利海枣中的可溶性糖、可溶性蛋白和游离氨基酸含量均为最高,分别为1.13%、1.05%和19.50%;蒲葵中粗脂肪含量最高,为7.04%,其他3种营养含量均最低。通过主成分分析发现:游离氨基酸、可溶性糖和可溶性蛋白是寄主心叶中的主要营养成分,贡献率分别为56.13%、26.72%、13.67%,且它们与水椰八角铁甲的取食量和产卵量呈显著正相关。通过气相色谱质谱仪测定4种寄主植物的次生挥发性物质,一共检测出32种物质,4种寄主心叶的物质种类和含量均存在显著差异。其中有4种成分(邻苯二甲酸二酯、己基癸醇、1-氟癸、双十二烷基乙醚)仅在海枣心叶中存在,而在其他3种寄主中均没有检测到。还有3种成分(2,4-二叔丁基苯酚、乙醇酸丁酯、邻苯二甲酸二丁酯)在海枣中大量存在,其含量显著高于其他3种寄主。还有两种成分(2-丙基-1-庚醇、己基辛醚)在其它3种寄主中大量存在,却在海枣中含量很低。这些物质均有可能对寄主的选择起作用。由于不同寄主中次生物质种类和含量的差异,水椰八角铁甲取食后体内的解毒酶会发生不同程度的变化,来防御有害物质适应寄主。取食3种寄主(海枣、棕榈、刺葵)心叶之后,其各虫态(幼虫、蛹、成虫)体内磷酸酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶、乙酰胆碱酯酶活力差异显著。在海枣上取食的水椰八角铁甲体内的谷胱甘肽-S-转移酶和乙酰胆碱酯酶活性最高,取食刺葵的最低。但是羧酸酯酶在取食棕榈的水椰八角铁甲体内活性最高,取食刺葵的仍为最低。幼虫阶段,3种解毒酶活性都随着龄期的增加而升高。蛹期酶活力均降至最低。蛹孵化后,酶活力开始上升。其中,成虫体内的羧酸酯酶和乙酰胆碱酯酶活性高于幼虫期,而成虫体内的谷胱甘肽-S-转移酶活性低于幼虫期。水椰八角铁甲在取食代谢的过程中会产生许多的自由基对虫体本身造成伤害,而虫体内的保护酶(过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POD、超氧化物歧化酶SOD)可以消除氧自由基保护虫体免受伤害,从而对寄主产生适应性。水椰八角铁甲取食3种寄主心叶后,其幼虫、蛹及成虫体内保护酶活性存在显著差异。取食海枣的铁甲体内CAT和SOD活性在各发育阶段均为最高,而POD酶活性在以刺葵为食的铁甲体内为最高。幼虫发育阶段,POD和SOD活性均随着龄期的增加而增加,且成虫体内酶活力高于幼虫和蛹。这些酶活力的差异从生物化学角度表明了水椰八角铁甲种群适应性的响应。植食性昆虫的营养必须从寄主中获取,而寄主心叶中营养物质(尤其是蛋白质和游离氨基酸)的差异会对水椰八角铁甲体内代谢酶活力(谷氨酰胺转移酶、谷丙转氨酶、谷草转氨酶)产生影响。在幼虫发育阶段,虫体内的3种代谢酶活性随着龄期的增加而升高,取食棕榈的铁甲体内的谷氨酰胺转氨酶活性在整个发育历期变化不显著。与之相似的是,取食刺葵的铁甲体内的谷丙转氨酶活性在整个发育历期变化也不明显。取食海枣的铁甲体内的谷氨酰胺转氨酶和谷丙转氨酶活性在3个种群中均为最高。而取食刺葵的铁甲体内的谷草转氨酶活性最高。本文初步探索了SSR分子标记技术在不同寄主上水椰八角铁甲遗传多样性研究中的应用。选取的来自椰心叶甲的8条微卫星序列,并设置最佳引物用于水椰八角铁甲种群遗传多样性的初步研究。经过反复设置筛选发现,这8条微卫星序列在水椰八角铁甲种群中均无特异性表达,不能用于水椰八角铁甲铁甲种群遗传多样性的研究。
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