消化道共生细菌在泽兰实蝇幼虫对紫茎泽兰适应中的作用

Procecidochares utilis is a obligate parasitic natural enemy of invasive alien crofton weed (Eupatorium adenophorum).Its larvae can overcome the toxicity of plant secondary substance in the host palnt(E. adenophorum) to finish the growth and development, but the mechanism is still not clear. This project was based on foundation that the growth and development of Procecidochares utilis was significantly inhibited after treatment by streptomycin, and speculated that symbiotic bacteria in alimentary tract may play a key role in adaptation to toxic secondary substance of E. adenophorum. We intend to using biological technology such as free-cultured 16S rDNA, fluorescence in situ hybridization and intestinal mutualists culture in vitro to study symbiotic bacteria flora associated with the development in alimentary tract and its symbiosis with the host insect (P. utilis), and isolate and identify the symbionts, and explore the degradation effects of symbionts to toxic substances in E. adenophorum. The results of this project can make clear the funtion how symbiotic bacteria in alimentary tract help P. utilis to adapt E. adenophorum. The results is expected to enrich the understanding of relationship between symbionts and host insect, and provide a new perspective for the formation mechanism of insect feeding habit. Moreover, the results will further enrich the biological and evolutionary biology, and lay the foundation for more effective control of E. adenophorum.

泽兰实蝇是入侵性杂草紫茎泽兰的专性寄生天敌，泽兰实蝇幼虫能够克服寄主的毒性植物次生物质而生长发育，但其机理尚不明确。本申请项目在前期发现农用链霉素处理后泽兰实蝇的生长发育受到显著影响，并推测消化道共生细菌可能在泽兰实蝇对含有毒性植物次生物质的紫茎泽兰的适应中起关键作用的基础上，拟采用免培养的16S rDNA、荧光原位杂交、消化道菌的体外培养等生物技术研究泽兰实蝇消化道中与泽兰实蝇生长发育有关的细菌菌群及与泽兰实蝇的共生关系，分离鉴定共生菌，探索共生细菌对紫茎泽兰有毒物质的降解效果。本项目的研究结果可明确消化道共生细菌在泽兰实蝇对紫茎泽兰适应中的作用，有望丰富对共生菌与宿主关系的认识，为昆虫食性形成的机制提供新的视角，并将进一步充实生物防治及进化生物学的内容，为更有效地控制紫茎泽兰奠定基础。

本项目研究了泽兰实蝇消化道中与泽兰实蝇生长发育有关的细菌菌群及与泽兰实蝇的共生关系，分离鉴定共生菌，探索共生细菌对紫茎泽兰有毒物质的降解效果，以期探索泽兰实蝇幼虫克服专性寄主紫茎泽兰的毒性植物次生物质而生长发育的机理。研究结果如下：.（1）消化道细菌多样性分析表明，对照组泽兰实蝇幼虫消化道细菌的16S rDNA基因序列文库共注释到了13个门类，4个纲，10个属，其中Wolbachia是优势属。经四环素处理后泽兰实蝇幼虫消化道细菌的多样性和物种丰富度均降低，仅有两个门类5个属。.（2）通过体外培养的方法从对照泽兰实蝇消化道分离得到13株菌，从处理组分离得到4株菌，且这4株菌包含于对照组所分离的13株菌中，由此推断四环素处理后消失的9株可培养的消化道细菌可能会影响泽兰实蝇幼虫生长发育。.（3）9株可培养消化道细菌的分布研究表明， ZLSY6、ZLSY7、ZLSY14分布于后肠，ZLSY13与ZLSY19分布于中肠；ZLSY17分布于唾液腺；ZLSY20和ZLSY22分布于前肠；ZLSY9即分布于中肠也分布于后肠。选择产气肠杆菌Enterobacter aerogenes（ZLSY13）、成团泛菌Pantoea agglomerans（ZLSY20）和抗坏血酸克吕沃尔菌Kluyvera ascorbata（ZLSY22）3株细菌回接处理经无菌处理的泽兰实蝇雌雄成虫，母代雌雄成虫与子一代的幼虫、蛹、成虫消化道中均有这3种细菌的存在，说明这3株细菌均可进行世代间传递，但在子一代卵粒中体外培养不稳定，需要改进方法进一步验证。.不可培养优势细菌Wolbachia菌分布于前肠、中肠、后肠、马氏管，其中中肠大量存在。此外，卵巢及卵上有大量Wolbachia存在，再次证明Wolbachia可以经卵垂直传播。.（4）泽兰实蝇幼虫消化道细菌的功能研究表明，四环素处理后泽兰实蝇幼虫体内的营养物质减少和能量减少；泽兰实蝇幼虫消化道细菌ZLSY22菌株对紫茎泽兰茎的乙酸乙酯粗提物有降解功能；ZLSY20和ZLSY22菌株对紫茎泽兰具有显著抑制效果；ZLSY7、ZLSY13、ZLSY19、ZLSY20和ZLSY22等5株细菌对秀丽隐杆线虫有高效的杀线虫活性。.（5）在研究周期内共发表期刊论文5篇，其中SCI收录1篇；出版专著1部；获授权发明专利1项，申请发明专利7项。培养研究生4名。