桥梁寄主诱发专化型棉蚜食性转变的机理

棉蚜种群存在明显的寄主专化性，表现为棉花型不能直接在黄瓜上存活，瓜型不能直接在棉花上存活。不过，申请者在研究中初步发现，棉花型和瓜型棉蚜在中间桥梁寄主的诱导下，可打破专化性，达到顺利互换寄主、实现食性转变之目的。然而，桥梁寄主是如何诱发食性转变的？这还不得而知。因此，本研究以室内长期保持的棉花型和瓜型棉蚜为材料，在寄主植物与蚜虫的协同进化关系上，研究引起食性转变的内在机理。该项目着重研究诱发专化型棉蚜食性转变的桥梁寄主种类与特征，以及专化型棉蚜对桥梁寄主选择压力的反应，从而在寄主植物的组织营养、蚜虫的生理与化学生态、种群遗传结构等方面，阐明诱发食性转变的机制。研究结果不仅可论证"蚜虫食性具有可塑性，专化性并非是蚜虫食性进化终结点"的推断，而且还有望提出"蚜虫食性进化具有双向性"的假说，从而丰富昆虫食性进化理论；同时，还可以为开发基于食谱调控技术和优化作物布局上的蚜虫防控新技术提供理论指导。

棉蚜种群在寄主利用上已特化出明显的专化性，世界各地均存在棉花型和瓜型两类寄主专化型。本项目申请者前期研究发现了棉花型和瓜型棉蚜存在中间桥梁寄主，如西葫芦，但是中间桥梁寄主是如何诱发棉蚜寄主专化性改变的，国内外尚无研究。本项目对此进行了研究。结果表明，棉花型和瓜型棉蚜均能在西葫芦和豇豆上建立种群，西葫芦介导棉花型获得了利用黄瓜的能力，而豇豆介导瓜型获得了利用棉花的能力，但尚未发现一种能同时介导棉花型和瓜型棉蚜实现寄主互换的植物。棉蚜的食性具有可塑性，专化性并非蚜虫食性进化的终结点。棉花型棉蚜的个体显著小于瓜型。西葫芦上的生活引起棉花型个体体型的显著增大，而瓜型个体则变小，从而使两专化型的体型趋于一致。在西葫芦上饲养不同代次后棉花型和瓜型棉蚜前、中、后足腿节和胫节长度显著变长。棉花型跗节长度显著变短，但瓜型的无明显变化。中间寄主改变了专化型棉蚜的形态特征以适应新的寄主植物。中间寄主改变了棉花型和瓜型棉蚜的寄主选择能力，棉花型在西葫芦上饲养后，其对棉花的选择率降低，而对西葫芦和黄瓜的选择率升高。但瓜型在西葫芦上饲养后，其对黄瓜和棉花的选择率变化不大。在西葫芦和豇豆上饲养3-4代后，棉花型和瓜型棉蚜触角第六节的原生感受器的指状突容易断裂且感器周边附着物增多。中间寄主诱导了棉蚜体内羧酸酯酶或乙酰胆碱酯酶活性的变化。棉花型和瓜型棉蚜在豇豆上饲养1-2代后，瓜型棉蚜体内全酯酶、羧酸酯酶和乙酰胆碱酯酶活力升高并达到或超过了棉花型。在西葫芦上饲养不同代次后，棉花型体内的羧酸酯酶活力上升并在第五代时超过了瓜型。南京田间棉蚜在春未夏初主要选择棉花建立种群，夏季主要选择西葫芦和黄瓜，秋季又主要在棉花上。南京棉蚜有4种基因型，木槿和棉花上以a和b基因型为主，西葫芦上以a和c基因型为主，黄瓜和南瓜上均以c基因型为主。西葫芦上存在有棉花型和瓜型棉蚜的主要基因型。研究发现瓜型棉蚜体内Buchnera的含量显著高于棉花型棉蚜，且中间寄主能调节专化型棉蚜体内原生共生菌的含量。瓜型棉蚜可在受迫和衰老的棉株上存活，从而渡过田间无瓜类植物的时期，保证该专化型棉蚜的长期存在。总之，西葫芦和豇豆可作为棉花型和瓜型棉蚜的中间桥梁寄主，并且通过改变专化型棉蚜体内酶活力、共生菌含量、体型特征和感受器形态等来诱导棉蚜食性的转变。在棉花和黄瓜作物混栽区，合理切断中间桥梁寄主，很可能是一种有效抑制棉蚜种群爆发的措施。