病蟲害脂肪含量與昆蟲耐寒性的關(guān)系分析研究 生物技術(shù)專業(yè)

世界分布草地螟顧名思義又被稱之為別名黃綠條螟、甜菜網(wǎng)螟，通俗而言還被稱之為是羅網(wǎng)蟲、吊吊蟲或網(wǎng)錐額野螟，屬鱗翅目，螟蛾科，野螟亞科，錐額野螟屬[1-3]。草地螟其分布范圍較為廣泛，包括20多個(gè)國家和地區(qū)，主要緯度集中36o～55oN之間，例如：東歐、北歐、北美、前蘇聯(lián)、東北等地區(qū)是其發(fā)生病蟲害的主要區(qū)域，在這個(gè)過程中整個(gè)亞歐大陸遭受危害最為嚴(yán)重[4-6]。與此同時(shí)，俄羅斯等地區(qū)發(fā)生病蟲害也較為嚴(yán)重[7-8]。中國發(fā)生病蟲害地區(qū)主要是集中于華北、西北等農(nóng)作物較為茂密的地區(qū)，并且主要是以農(nóng)作物和牧草為主要對(duì)象，大約是集中于北緯37°以北的一些地區(qū)[9-11]，并且逐步向廣闊地帶傾斜[12]。新疆地區(qū)早在2005年就已經(jīng)持續(xù)多年發(fā)生了偏重害蟲災(zāi)難，從而給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)安全及生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的危害，并且造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失[13]；與此同時(shí)，新疆的伊犁地區(qū)、還有博爾塔拉等地區(qū)都發(fā)生了一系列災(zāi)害[14]，同時(shí)相關(guān)的種植地以及田地都連續(xù)發(fā)生了草地螟危害[15]。草地螟食性與危害草地螟的屬食性主要是以口食植物為主，包括：豆科、茄科、葫蘆科等300多種植物，特別喜歡豆類以及向日葵還是菜籽等食物，由于其食用的農(nóng)作物范圍較廣因此也大大增強(qiáng)了其使用能力與環(huán)境適應(yīng)力，在這個(gè)過程中其隱蔽性也較強(qiáng)，大大提高了壽命。與此同時(shí)，暴食時(shí)期的幼蟲可以在晚上偷取食物，然后吃光以后就需要就地取材，隨著群集遷移等方式的發(fā)生，在這個(gè)過程中如果看到了綠色植物就很快會(huì)被消滅，在2003年的時(shí)候，這種害蟲就在陜西、山西等地區(qū)出現(xiàn)，同時(shí)還遍及到內(nèi)蒙古以及東北三省等地泛濫成災(zāi)，值得注意的是，在這個(gè)過程中向日癸幾乎百分之百會(huì)受到傷害，葉子以及葉片全部被啃食變形并且被啃掉，與此同時(shí)，植株也呈現(xiàn)灰色和褐色的情況，并且大部分都被啃食一空，并且果樹還有花卉也遭到了嚴(yán)重的損傷與侵蝕。1.3草地螟生物學(xué)特性草地螟的一個(gè)世代包含卵、幼蟲、蛹和成蟲三個(gè)階段，其剛剛生長大約為5歲，在經(jīng)歷大約其中幼蟲一般分5齡，發(fā)育歷期一般為13天，初孵幼蟲有吐絲下垂的習(xí)性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，前3齡幼蟲的食量只占幼蟲期總食量的30%左右，體重增長緩慢，而4、5齡的取食量分別占幼蟲總食量的24%和46%，增長速度很快[17]。草地螟5齡幼蟲發(fā)育完成后，即停止取食。草地螟以老熟幼蟲，鉆入5~7cm厚的表土層邊吐絲邊粘沙粒，制成土繭外殼，而后繭內(nèi)反復(fù)吐絲，使內(nèi)壁加厚，土繭頂部與地表面齊并上部留有一小孔吐絲形成薄膜，多數(shù)情況下直立在表土層內(nèi)[18]。1.4環(huán)境因子對(duì)草地螟發(fā)生危害規(guī)律影響草地螟的發(fā)生，發(fā)展除了受自身生物學(xué)特性影響外，還受環(huán)境作物的種類、耕作栽培制度和環(huán)境氣象條件的影響，值得注意的是對(duì)于環(huán)境影響作為明顯，在這個(gè)也包括對(duì)于生物以及非生物兩種因素的影響，尤其是環(huán)境中的一切生物因素，包括：溫度、陽光、氣壓、光照以及降雨等因素，這些外在因素都在很大程度上影響了非生物種的發(fā)展并且分布十分廣泛，從而影響了昆蟲種群分布以及動(dòng)態(tài)數(shù)量，這也是環(huán)境因子對(duì)草地螟發(fā)生危害規(guī)律影響，結(jié)合了昆蟲的生長、發(fā)育以及分布動(dòng)態(tài)等情況進(jìn)行研究，滿足其實(shí)際生長規(guī)律。1.4.1溫度對(duì)草地螟生長發(fā)育的影響溫度對(duì)于昆蟲生長發(fā)育具有十分重要的影響，在這個(gè)過程中對(duì)于其各個(gè)階段都有影響，溫度一般在：12.3、12.7、12、11和10.5℃。當(dāng)其溫度低于30攝氏度的時(shí)候，其呈現(xiàn)的規(guī)律就隨著溫度的升高而降低，并且還延長到一定程度，直到溫度上升到35攝氏度以上，其發(fā)育時(shí)期反而會(huì)升高，主要是采用斯蒂曲線進(jìn)行描述。1.4.2濕度對(duì)草地螟生長發(fā)育的影響孟正平等研究了草地螟生殖力及卵孵化與濕度的關(guān)系，證明環(huán)境濕度對(duì)草地螟的生殖力有較大影響；在22℃左右適溫條件下，設(shè)置了22%、44%、65%、85%、97%五種濕度處理，在相對(duì)濕度為22%的低濕環(huán)境中，雌蛾不產(chǎn)卵；從相對(duì)濕度44%開始，隨著濕度的增大，單雌平均產(chǎn)卵量顯著增加，相對(duì)濕度97%時(shí)的單雌平均產(chǎn)卵量是44%時(shí)的7.22倍；成蟲產(chǎn)卵前期也隨著濕度的增加而相應(yīng)縮短；雌蛾的平均壽命則隨著相對(duì)濕度的提高而顯著延長，由相對(duì)濕度22%時(shí)的6.4天延長至97%時(shí)的16.9天；環(huán)境濕度對(duì)卵的孵化率影響不大。1.4.3光周期對(duì)草地螟生長發(fā)育的影響臨界光周期是指引起種群50%個(gè)體滯育的光周期。草地螟滯育的臨界光周期約為13～15h[31-32]。陳瑞鹿等的研究結(jié)果表明，草地螟滯育的主導(dǎo)因素為光周期與溫度的交互作用，趨向高適溫和長光照時(shí)滯育比率降低，直至不出現(xiàn)滯育，屬兼性滯育；在長光照和高適溫條件下滯育的比例很低，甚至不出現(xiàn)滯育，可以連續(xù)多世代繁殖[33]。黃少虹等在室內(nèi)通過人工誘導(dǎo)的方法對(duì)5種光周期和4種溫度條件下幼蟲滯育率進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，明確了草地螟是一種典型的長日照發(fā)育型種類，其中光周期是誘導(dǎo)滯育的主導(dǎo)因素[34]。研究出草地螟是長日照發(fā)育型昆蟲。光周期、溫度及其交互作用影響草地螟滯育誘導(dǎo)，其中光周期起主導(dǎo)作用，溫度伴隨著光周期起作用。1.4.4滯育對(duì)草地螟生長發(fā)育的影響滯育是草地螟越冬的唯一方式[35]，且各代的幼蟲均可滯育[36]，草地螟越冬代幼蟲的滯育又是影響當(dāng)?shù)叵x源基數(shù)重要條件之一，在草地螟的發(fā)生，特別是一代幼蟲發(fā)生中起著重要作用[24]。Goryshin等(1980)認(rèn)為前蛹的滯育受光周期調(diào)節(jié)[37]。Saulich等（1983）對(duì)前蘇聯(lián)兩個(gè)氣候區(qū)草地螟種群滯育的研究表明，草原區(qū)的草地螟幼蟲滯育具有光周期反應(yīng)特征，而森林草原區(qū)的草地螟無論光周期如何，均發(fā)生早期滯育[38]。1.6.2昆蟲耐寒性的生理生化機(jī)制根據(jù)昆蟲抗寒性的生理生化機(jī)制，可以分為耐寒昆蟲（freeze-susceptibles）和耐凍昆蟲（freee-tolerants）[68]。昆蟲實(shí)現(xiàn)生理適應(yīng)是通過進(jìn)入冬眠或滯育狀態(tài)，以鈍化非必須的生理和生化過程合成和積累保護(hù)性物質(zhì)，如多元醇、糖類、INPs、THPs。昆蟲的耐寒性不僅與生態(tài)適應(yīng)有關(guān)，而且在蟲體內(nèi)發(fā)生著復(fù)雜的生理生化反應(yīng)。體內(nèi)許多物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化，相互影響，綜合作用于昆蟲，形成了各自的抗寒物質(zhì)系統(tǒng)[69-70]。1.6.2.1體內(nèi)水分與昆蟲的耐寒性的關(guān)系對(duì)于昆蟲這種群體而言，其體內(nèi)的水分含量與其耐寒性有著十分密切的關(guān)系，通過主動(dòng)減少含量與增加脂肪量，能夠有效提高并且減少其濃度，強(qiáng)化了昆蟲的冷卻能力還有受理能力，增強(qiáng)其與外界的聯(lián)系，為了降低其冷卻能力需要進(jìn)一步加強(qiáng)其環(huán)境溫差，防止其出現(xiàn)較強(qiáng)的抗寒能力，在這個(gè)過程中，需要結(jié)合水滲透活性與含量，進(jìn)一步提升其抗寒能力。與此同時(shí)，如果昆蟲體內(nèi)呈現(xiàn)了與水平相關(guān)的正相關(guān)水平，還需要結(jié)合SCP較高的含量，對(duì)于昆蟲體內(nèi)的水分進(jìn)行研究，減少其出現(xiàn)了死亡等情況。例如：甘薯天峨幼蟲[74]和中華通草蛉成蟲二者體內(nèi)的水平較為強(qiáng)勁，冬季的水分也隨著其含量的增加而逐步減少，尤其是后期的水分也逐步降低。1.6.2.2脂肪含量與昆蟲耐寒性的關(guān)系昆蟲體內(nèi)的脂肪量與其SCP含量二者呈現(xiàn)的是相反相關(guān)的，由于其體內(nèi)含量較高，整個(gè)SCP含量才會(huì)降低，并且呈現(xiàn)了負(fù)相關(guān)、正相關(guān)兩種不同形式，尤其是含量與冷卻相關(guān)二者相會(huì)結(jié)合，才能夠滿足其甘油的含量，增強(qiáng)蟲體內(nèi)的新成代謝，通過二者進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步增強(qiáng)其耐寒性。1.6.2.3小分子碳水化合物與昆蟲耐寒性的關(guān)系Duman對(duì)黃粉甲等不同種類的昆蟲進(jìn)行分析和研究，如果糖蛋白的含量逐步增加，其抗寒性也日益提高，二者有著十分密切的關(guān)系和發(fā)展因素，在這個(gè)過程中糖蛋白的含量又可以稱之為晶化，從而逐步降低其溫度點(diǎn)成為溫度效應(yīng)，值得注意的是每個(gè)昆蟲所能夠吸收的含量還有其自身含量不盡相同，因此為了確保其能夠形成一整個(gè)科學(xué)的物質(zhì)系統(tǒng)。1.6.2.4抗凍蛋白與昆蟲抗寒性的關(guān)系值得注意的是在整個(gè)昆蟲發(fā)展和成長的過程中，對(duì)于昆蟲得抗寒性研究一直沒有停歇，仍然是研究的主要方向，這就需要結(jié)合相關(guān)的研究實(shí)例進(jìn)行分析和管理研究，滿足其研究的安全性與穩(wěn)定性，在這個(gè)過程中還需要結(jié)合昆蟲的實(shí)際穩(wěn)定性，強(qiáng)化昆蟲的內(nèi)部機(jī)體效果，充分發(fā)揮其穩(wěn)定性與科學(xué)性，在整個(gè)昆蟲發(fā)展的過程中還需要結(jié)合使其情況進(jìn)行抗蛋白的分析與管理，從而進(jìn)一步對(duì)昆蟲的抗凍特性進(jìn)行分析和研究，強(qiáng)化整個(gè)研究的效果。1.6.3影響昆蟲耐寒性的重要因素1.6.3.1季節(jié)變化寒帶和溫帶地區(qū)的昆蟲在長期進(jìn)化中形成了一套安全越冬的適應(yīng)性特征很多昆蟲的耐寒性的季節(jié)趨勢(shì)與當(dāng)?shù)貧鉁刈兓厔?shì)緊密相關(guān)，值得注意的是不同的昆蟲受到季節(jié)的影響是不同的，并且根據(jù)季節(jié)的實(shí)際變化情況進(jìn)行分析，強(qiáng)化整個(gè)昆蟲的耐寒能力與水平，尤其昆蟲的效果與研究質(zhì)量，結(jié)合昆蟲的發(fā)展與研究情況，針對(duì)于不同季節(jié)的變化進(jìn)行分析，強(qiáng)化其冰點(diǎn)變化與管理的重要意義，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)于昆蟲抗藥性的研究，這也為對(duì)于昆耐寒性研究提供了新的發(fā)展思路與手段。1.6.4昆蟲抗寒與害蟲預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及防治的關(guān)系昆蟲抗寒與害蟲預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)主要是指溫度寒冷的地區(qū)，所有昆蟲都會(huì)經(jīng)歷一個(gè)漫長而寒冷的發(fā)展時(shí)期并且成為其能否生存下去的重要因素之一，如果一個(gè)地區(qū)越來越寒冷，這也對(duì)給昆蟲的耐寒性提出了一定的挑戰(zhàn)，并且實(shí)現(xiàn)了決定作用。值得注意的是，對(duì)于該物種昆蟲的耐寒性的影響需要結(jié)合天氣狀況進(jìn)行分析，確定在同種范圍之內(nèi)的天氣是否能夠滿足昆蟲的生活，并且結(jié)合具體的不同天氣變化確定分布范圍，從而進(jìn)行預(yù)測(cè)和管理，提高整個(gè)昆蟲的耐寒性，為其提供重要生活依據(jù)。例如：美國的一種物種白蛾屬鱗翅目燈蛾科，這種物種在本質(zhì)上就屬于一種適用性的害蟲，主要是體現(xiàn)在其多食性上，并且給世界各地的農(nóng)作物都造成了十分嚴(yán)重的影響，作為重點(diǎn)害蟲需要進(jìn)行防治。值得注意的是，鞠珍學(xué)者曾經(jīng)系統(tǒng)的對(duì)于這種物種進(jìn)行了研究和分析，然后根據(jù)其溫度的變化呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)含量的升高以及總脂肪量的升高，通過對(duì)白白蛾的研究和治療可以發(fā)現(xiàn)其實(shí)際意義與價(jià)值。1.7.1ISSR分子標(biāo)記的原理及特點(diǎn)1.7.1.1ISSR分子標(biāo)記的原理ISSR分子標(biāo)記的原理最重要的核心就是重復(fù)與重組，通過序列的簡單重復(fù)與重新組合形成一系列的反應(yīng)鏈條并且能夠?qū)SR（簡單序列重復(fù)）序列結(jié)合的PCR（聚合酶鏈反應(yīng)）進(jìn)行反復(fù)的重組與引物，在這個(gè)過程中兩個(gè)分子的距離較為相近，實(shí)現(xiàn)了反方向的擴(kuò)充與分段的增長，例如：由于ISSR分子標(biāo)記的原理能實(shí)現(xiàn)多個(gè)區(qū)域的擴(kuò)增，通過隔離帶進(jìn)行區(qū)分，揭示了隔離帶之間的物種變化與調(diào)節(jié)因素，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于ISSR分子標(biāo)記的原理，滿足群體的實(shí)際生長狀態(tài)。1.7.1.2ISSR標(biāo)記技術(shù)的特點(diǎn)ISSR分子標(biāo)記是在PCR中直接使用微衛(wèi)星序列進(jìn)行DNA擴(kuò)增的分子標(biāo)記技術(shù)，該技術(shù)具有以下特點(diǎn)[104]。（1）由于不需知道任何靶標(biāo)序列的SSR背景信息，ISSR引物設(shè)計(jì)比SSR技術(shù)更加簡單，其引物可基于任何在微衛(wèi)星位點(diǎn)上的SSR重復(fù)序列，且側(cè)翼靶標(biāo)簡單序列重復(fù)的任何一端均能錨定基因組序列。（2）ISSR分子標(biāo)記所用的PCR引物長度一般在20個(gè)核苷酸左右，退火溫度較高，因此引物專一性更強(qiáng)，有效地提高了與模版的結(jié)合，重復(fù)性好。（3）ISSR分子標(biāo)記符合孟德爾遺傳規(guī)律，具有顯性或共顯性特點(diǎn)。（4）模板DNA用量少，實(shí)驗(yàn)成本低，操作簡單快速、高效。ISSR標(biāo)記是一種在PCR中直接使用微衛(wèi)星序列進(jìn)行DNA擴(kuò)增的分子標(biāo)記技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先ISSR分子標(biāo)記技術(shù)結(jié)合SSR和RAPD兩種分子標(biāo)記的優(yōu)點(diǎn)；其次ISSR為顯性標(biāo)記，符合孟德爾遺傳規(guī)律[105]。1.7.2ISSR技術(shù)在昆蟲遺傳多樣性研究中的應(yīng)用張穎等[106]運(yùn)用ISSR分析方法對(duì)來自11個(gè)不同地理種群進(jìn)行了