几种夜蛾科昆虫趋光行为及生理机制的比较研究

Light plays an important role in the mating process of insects, especially to the Noctuid moths. This proposal is going to select several devastated Noctuid pests, including Helicoverpa armigera, Spodoptera exigua, Agrotis ipsilon, Heliothis assulta, and Mythimna separate as experimental objects to carry out the following studies. Firstly, assess the influence of different wavelengths, intensities, and time of periods of light treatment on the phototaxis ratio, courtship and mating behavior, pheromone titers, development status of ovary and testis, oviposition level and hatching rate on these pests. Then, survey and verify the effect of phototaxis behavior on the mating and reproduction of these moths in the field. Finally, clone three light vision genes (lwrh, brh, and UVrh) in the moths, and prepare the corresponding multiclonal antiserums separately, and test the gene and protein expression patterns in the compound eyes of these pests after treated with lights of different wavelength or intensities. Present proposal could help digging out the mechanism underlining the phototaxis behavior exhibiting by Noctuid moths, and supply valuable evidences for development of physical communication system to control agricultural pests through altering their ecological behavior.

光在昆虫交配中具有重要的作用，尤其是夜蛾科害虫。本项目选择夜蛾科重大害虫棉铃虫、甜菜夜蛾、小地老虎、烟青虫、粘虫等作为研究对象，研究这些害虫在不同波长光源、不同光强、适应不同时间的光和黑暗情况下，测定比较他们的趋光率、交配和求偶行为、信息素滴度、卵巢和精子发育、成虫产卵率、卵孵化率等生物指标，在田间验证不同波长的光源对这些害虫的感光行为；最后通过克隆这些害虫的3种光基因：长波lwrh、蓝波brh和紫外UVrh；测定不同光波段、不同光强刺激下的这些成虫三个视觉基因的表达模式；制备三个视觉基因的抗体，检测比较蛋白在这些害虫小眼中的表达模式。开展本研究能够揭示夜蛾科害虫趋光和感光行为的深层机制，从而为利用物理通讯信息及其调节下的害虫生态行为变化控制害虫提供一条新的思路和途径。

光对昆虫，尤其是具有趋光性的夜蛾科昆虫的行为有重要影响。为了比较不同夜蛾科昆虫的趋光反应行为，揭示夜蛾科害虫趋光和感光的行为机制，本项目以三种夜蛾科害虫棉铃虫、粘虫和甜菜夜蛾为研究对象，观测了他们的趋光行为反应，克隆了害虫复眼内3种视蛋白基因并对不同光周期、不同颜色光照、饥饿和交配处理对视蛋白基因表达模式的影响进行了检测，同时利用RNA干扰技术研究了视蛋白对趋光行为的调控作用。研究结果表明：1）三种夜蛾科害虫具有相似的趋光反应行为，趋光率显著高于避光率，趋光反应在雌雄蛾之间无显著差异，均对紫外光和蓝光区表现出显著的趋向性。2）三种害虫的紫外uv、长波lw和蓝光blue基因表达具有明显的组织特异性，均在头部和复眼中表达最高；3个视蛋白基因在三种害虫体内的表达均具有昼夜节律性，但持续黑暗或光照处理会打破视蛋白基因的表达节律性；uv的表达更易受到营养状况与光照的影响，紫外光照射会诱导棉铃虫和粘虫uv基因的上调表达，饥饿会显著抑制uv的表达水平；蓝、绿和紫外光照射及交配均会导致甜菜夜蛾3个视蛋白基因表达的显著变化。3）以人工合成多肽为抗原成功诱导获得了棉铃虫3个视蛋白的多克隆抗体，western blot检测结果表明3个视蛋白在棉铃虫和甜菜夜蛾体内均呈现出节律性表达。4）复眼注射双链RNA可以显著降低3个视蛋白基因在棉铃虫和甜菜夜蛾头部的表达水平；注射lw的dsRNA 12 h后，甜菜夜蛾对绿光的趋向率下降57.1%，说明长波视觉基因在趋光行为中发挥着重要作用。本研究明确了棉铃虫、粘虫和甜菜夜蛾的趋光反应特征并从视蛋白角度阐释了三种害虫趋光反应的分子机制。研究结果可为揭示夜蛾科害虫的趋光行为机制提供重要基础，并可为利用害虫的光反应行为进行害虫防控提供新思路。