西花蓟马对波动低温胁迫的响应及适应性进化

Low temperatures are a significant source of stress for many insect species, and are thought to limit fitness and　consequently distribution. The pest status of Frankliniella occidentalis is dependent on the interaction of environmental cold stresses and its cold tolerance. In nature, insects are exposed to fluctuating thermal regimes (FTR) on a regular and repeated basis. In this project, using the method of population ecology, autecology, biochemistry and molecular biology, we will observe the characterization, including water content, supercooling point and survival rate, measure the content of glycerol, trehalose and lipid and the activity of enzyme, as well as quantify the Hsp genes and neurohormone in F. occidentalis under cold stress on a FTR basis. We will compare the cold tolerance between different generations under cold stress and analyse the law of adaptive evolution, provide the powerful theoretical basis for potentiality-analysing of colonizing a new habitat and forecasting and controlling the breakout of pest and virus disease.

低温是限制昆虫适合度与分布的重要胁迫源。环境低温胁迫和西花蓟马低温耐受能力间的互作决定着其害虫地位。在自然界，昆虫是规律性和重复性接触波动温度条件。现有对西花蓟马低温耐受能力的研究都是在恒定低温的条件下进行的，生态学意义有限。西花蓟马低温耐受能力的生理生化和分子基础及其调节机制未见报道。本研究将围绕西花蓟马对波动低温胁迫的响应及其适应性进化这一科学问题，采用种群生态学、个体生态学、生物化学、分子生物学等研究方法，重点进行低温胁迫下西花蓟马含水量、过冷却点和存活率的表征观测，小分子抗冻物质甘油、海藻糖和脂肪的含量及其代谢与合成酶活性检测，分子伴侣Hsps基因表达以及神经激素(保幼激素和蜕皮激素)滴度的实时定量分析。比较波动低温胁迫不同代数的西花蓟马种群整体耐低温能力，分析其适应性变化规律，为西花蓟马在新入侵地建群的潜能分析，虫害及其传播病毒病暴发的预测预报及防控等方面提供有力的理论依据。

西花蓟马是农业和园艺作物上的重要害虫之一。环境低温在决定它的存活，发育，繁殖，分布和引起下一季作物损失等方面起到关键性作用，研究西花蓟马的低温耐受能力具有重要意义。昆虫在自然界中接触的是重复性波动低温条件，而目前关于西花蓟马低温耐受能力的研究大都是在恒定低温条件下进行的，生态学意义有限。在本项目研究中，克隆了编码西花蓟马5个热激蛋白的基因，分析了其受环境温度等因素影响的表达模式。发现热激蛋白基因Fo-HSP90, Fo-HSP70和Fo-HSP28.9是受热和冷胁迫诱导的，Fo-HSP40 只受热诱导，而Fo-HSP60对温度不敏感。比较了恒定低温和波动低温条件对西花蓟马生活史的影响。发现恒温和波动温度对西花蓟马的成虫前期发育历期、总产卵前期、成虫前期存活率以及生命表参数等有明显影响（P<0.05），而对成虫寿命和繁殖力等影响不显著。西花蓟马成虫前期发育历期在恒温（11.86 d）下显著长于在波动温度（11.36 d）下。总产卵前期在恒温与波动温度下分别为12.50 和11.37 d，达到显著差异水平。成虫前期在恒温下存活率（0.48）显著高于波动温度下存活率（0.44）。西花蓟马成虫寿命在恒温（雌虫13.56 d，雄虫10.15 d）和波动温度（雌虫11.37 d，雄虫9.71 d）下无显著差异。西花蓟马繁殖力在恒温（35.38 卵/雌）和波动温度（34.74 卵/雌）下无显著差异。内禀增长率（r）、周限增长率（λ）和净增殖率（R0）在恒温下分别为0.121/d、1.129/d 和7.538，在波动温度下分别为0.127/d、1.135/d 和8.831。随着西花蓟马接触低温时间的延长，其体内小分子抗冻物质甘油、海藻糖和脂肪的含量增加，保幼激素和蜕皮激素的滴度呈现先上升后下降的趋势。在本项目资助下，发表SCI论文1篇，国内核心学术刊物论文2篇。本项目的研究结果对揭示西花蓟马低温耐受性的内在机理奠定较好的基础，为其在新入侵地建群的潜能分析，虫害暴发的预测预报及防控等方面提供有力的理论依据。