长颚斗蟋的翅二型:地理变异、进化意义及内分泌控制机理

翅的进化使昆虫觅食、求偶、避敌及扩大分布的效率获得了飞跃性的提高。然而，至少在直翅目等10目的昆虫中存在着翅多型现象- - 部分个体退化为不具飞行能力的短翅或无翅型。这些昆虫的翅 "为什么"、是"如何"朝着丧失的方向进化的？此类科学问题一直备受学者的关注。长颚斗蟋为林地常见的蟋蟀种类，雌、雄成虫均存在着翅二型现象，其翅型的分化受光周期、温度及密度的共同调控。本项目拟以长颚斗蟋为材料，研究其翅型分化的地理变异、弄清不同地理种群翅型分化的调控机制及其适应模式；检测成虫飞行肌发育与繁殖之间投资-收益的权衡关系（trade-off），探讨成虫（特别是雄虫）短翅化的进化意义；通过早熟素和JH处理、咽侧体移植、血淋巴JH滴度的测定，探讨其翅型分化的内分泌控制机理。以期为昆虫翅型分化的调控和进化、迁移扩散的进化及种群内翅多型性维持机制的解释提供依据和基础，对具迁移扩散多型性农林害虫的控制亦具一定的指导意义。

翅的进化使昆虫觅食、求偶、避敌及扩大分布的效率获得了飞跃性的提高。然而，至少在直翅目等10目的昆虫中存在着翅多型现象——部分个体退化为不具飞行能力的短翅或无翅型。本项目对长颚斗蟋翅二型现象进行了较为系统的研究。检测了环境因素对其翅型分化的影响及其地理变异，发现北方种群翅型分化受光周期的调控，而南方种群翅型分化不受光周期的影响，证实了其南北种群翅型分化的调控机制存在差异。一般高密度条件促进长翅个体的分化，有利于其迁移扩散，提高种群的适应度。而长颚斗蟋在高密度条件下，无论雌雄长翅率反而降低。本研究证实了其原因在于其好斗性，高密度时互相争斗导致附肢、附器损伤，在此胁迫（stress）条件下促进其短翅化。研究结果显示长颚斗蟋长翅型雌成虫较短翅型具有更发达的飞行肌，且飞行肌在羽化后更快速地发育，但卵巢的发育则显著慢于短翅型；短翅型雌成虫的产卵前期显著缩短，其早期产卵量及总产卵量显著提高，说明其雌成虫飞行肌与生殖系统的发育之间存在着资源分配的权衡关系（trade-off)。关于雄成虫短翅型进化意义的解释有两种假说，即遗传相关假说和权衡假说，但支持两种假说的实例均很少。本研究发现长颚斗蟋长翅型雄成虫较短翅型具有更为发达的飞行肌，而繁殖附腺的发育程度显著低于短翅型，说明即使是雄成虫，飞行肌的发育和维持也是以牺牲繁殖器官的发育为代价。短翅型雄成虫交配时形成的精包显著重于长翅型，且交配频率显著高于长翅型，即短翅型雄虫较长翅型具有更强的交配潜力，进而繁殖更多的子代。证实了其雄虫本身存在着飞行肌与生殖系统的发育之间存在着权衡关系。探讨了飞行时间对飞行能力和繁殖发育间权衡的影响，发现短时间的飞行无促进长翅型繁殖的效果，而长时间飞行可显著促进雌、雄成虫的繁殖发育，可见飞行时间是开启其长翅型自迁移至繁殖发育的信号，飞行能力和繁殖发育间的权衡因飞行时间达到临界阈值而削弱。此外，通过早熟素和JH处理、血淋巴JH滴度的测定，探讨了其翅型分化的内分泌控制机理。依托本项目培养博士研究生1名、硕士研究生2名，于Evolutionary Biology、Ecological Entomology及《昆虫学报》等发表论文9篇（含已录用，其中SCI期刊论文4篇），于European Journal of Entomology投稿论文1篇（SCI期刊）。此外，内分泌控制机理等的数据预计尚可发表SCI论文2篇。