迁飞性害虫褐飞虱地磁定向的始发机制研究

本项目以迁飞性害虫褐飞虱为研究对象，重点开展其地磁定向机理研究，以发现不同翅型、性别和发育历期褐飞虱产生磁性物质的始发机制，在明确褐飞虱体内地磁定向物质基础上，构建基于模型和实验相结合的迁飞磁定向的唯象理论。具体研究内容包括：（1）通过蔗糖沉降技术纯化虫体腹部磁性物质，利用能量分散X-射线微分析、超导量子干涉磁强计、电子顺磁共振分析等，表征磁性物质的物化特性，开展磁定向的始发机制研究；（2）通过外加磁场和共聚焦激光扫描技术，研究磁性物质在磁场作用下的粒径变化和响应幅度；利用钙离子荧光探针及微管和微丝合成抑制剂，研究胞内钙离子的含量变化，阐明磁信号的传递和识别机制；（3）通过积分轨迹模型计算褐飞虱的迁飞轨迹，将结果叠加在地磁分布图上；结合实际地磁参数和相应虫情分析报告研究迁飞过程中的磁定向机制，建立相应的唯象理论。为明确褐飞虱迁飞定向提供直接的试验依据，并服务于褐飞虱的预测预报及其害虫治理。

本项目以迁飞性害虫褐飞虱为研究对象，重点开展其地磁定向机理研究，以发现不同翅型、性别和发育历期褐飞虱产生磁性物质的始发机制，在明确褐飞虱体内地磁定向物质基础上，构建基于模型和实验相结合的迁飞磁定向的唯象理论。主要研究内容包括磁定向的始发机制研究，主要是内源性磁性物质的表征与分析；磁信号的传递和识别机制研究，主要包括外磁场对昆虫表观生物学效应和磁感受信号分子的表达传递及机制；磁定向的唯象理论研究，主要是在迁飞磁定向的始发机制研究基础上，结合迁飞轨迹模型，建立相应的唯象理论。重要结果：首次证实在褐飞虱腹部存在内源性纳米磁颗粒（粒径50-450nm；主要成分为Fe3O4）。该磁颗粒在若虫及长、短翅型成虫体内均有发现，且长翅型雌成虫体内磁颗粒含量最高。围绕近零磁场对三种稻飞虱生长、发育和生殖的表型影响，以及对褐飞虱隐花色素基因的克隆与时空表达分析等取得了一系列原创性成果，并首次提出了白背飞虱体内潜在的隐花色素（“自由基对”假说中的磁受体）介导的激素信号转导磁生物学效应机制。为解析迁飞性害虫的地磁定向本质及规律提供了重要依据，为今后开展其他迁飞性害虫地磁场介导的迁飞、定向行为及进化生物学研究指明了方向。