丝带凤蝶不同地理种群生态适应性研究

论文摘要

丝带凤蝶Sericinus montelus为中型蝶类,具有较高的观赏价值和经济价值。主要寄主为马兜铃Aristolochia debilis S.et Z.和北马兜铃A.contorta Bge。本文首次较系统地研究了该蝶不同地理种群的生理生态适应机理,并从分子生物学角度对其种群遗传分化进行了分析,其主要研究结果如下:1温度和光周期对丝带凤蝶生长发育的影响丝带风蝶在武汉地区一年发生6代。在试验所处理范围内,卵孵化率、幼虫和蛹成活率分别在25℃、25℃和20℃时最高,各虫态发育历期随温度升高显著缩短;适宜发育温度范围为20～30℃。丝带凤蝶以蛹滞育越冬,属兼性滞育昆虫,光周期反应为短日照滞育型,其感受光周期的敏感虫态为幼虫期,光照在蛹滞育过程中起决定作用,长日照抑制蛹滞育的发生,短日照诱导滞育的发生,高温抑制滞育的发生。25℃条件下,临界光照介于12h到14h之间,日均光照时间8—12h,滞育率为100%。30℃短日照条件下,有滞育个体出现,但滞育率均低于25%。高温、长日照有利于滞育蛹的解除,25℃条件下,短光照LD12:12滞育蛹平均历期为130.8d,较长光照LD16:8的73d长57.8d,而LD14.10平均历期则介于二者之间,为105.2天。同时滞育蛹种群内部对光周期感受存在较大的异质性,同一光照条件下,25℃温度诱导滞育蛹滞育强度高于其它温度,同一温度条件下,LD6:18和LD12:12两个处理的滞育强度最强。2光周期对丝带凤蝶武汉种群蛹期代谢储备积累的影响在25℃,光周期为LD16:8、LD14:10、LD12:12、LD10:14和LD8:16条件下,长光照下幼虫的平均发育历期少于19天,短光照下的大于20天;短光照下幼虫粪便的干重显著比长光照,滞育蛹平均蛹重均显著比长光照,含水量呈相反的趋势;滞育蛹的平均脂类含量显著高于非滞育蛹。除了光周期LD8:16下的雄蛹外,蛹的含糖量的分析结果与脂类含量差异是一致的,而短光照和长光照下蛋白质的含量差异不显著。3丝带凤蝶成虫对马兜铃提取物的EAG反应丝带凤蝶成虫对马兜铃提取物的EAG结果表明:雌雄蝶对6种粗提物均有触角电位反应,雄蝶反应强度大于雌蝶,雄蝶对100ul剂量水蒸汽蒸馏提取物反应最强,在一定范围内EAG反应强度与提取物剂量呈正相关,雌蝶对不同剂量的提取物EAG反应值差异不显著。4丝带凤蝶不同地理种群形态学差异不同纬度的7个种群形态间存在明显地理差异。随着采集地的纬度升高和温度降低,卵、幼虫、蛹和成虫个体逐渐变小,幼虫体色由漆黑色过渡灰黑色,毛瘤由红色过渡为黄色,蛹色逐渐加深,背部刺突颜色由黄色逐渐变为橙黄色、棕黄色、桔黄色和黑褐色;成虫斑纹经历经过多斑→少斑→多斑的变化过程。5温度对丝带凤蝶不同地理种群生长发育的影响在19—31℃的温度范围内,各种群卵孵化适应温度均为28℃;幼虫生长适宜温度范围存在明显差异,北方种群中山东和佳木斯不适应31℃的较高温度,北京种群适应各试验温度,怀化和赤壁种群幼虫对人工恒温饲养的适应性最差;蛹发育最适温度为25℃,北京种群对温度的适应范围较广。试验条件下,卵、幼虫和蛹的发育历期均随着种群采集地的纬度升高而延长,各种群间存在一定的差异,但差异的程度不同。不同地理种群各虫态发育起点温度存在差异,但各种群的发育起点温度均从卵、幼虫到蛹依次升高。卵发育起点温度最高为山东种群11.05℃,其次是佳木斯种群,最低为武汉种群9.95℃;幼虫发育起点温度以赤壁种群为界,纬度降低和升高,发育起点温度均呈上升趋势;不同地理种群的蛹发育起点温度随着纬度升高而升高,除怀化外,最低为武汉种群12.25℃,最高为佳木斯种群14.94℃。不同地理种群的幼虫有效积温大于蛹和卵的,卵的有效积温最低。各种群卵的有效积温差异不大,但随着纬度升高而逐渐升高;幼虫和蛹的有效积温以房县种群为界,随着纬度的升高和降低,均呈下降趋势。6光周期对丝带凤蝶不同地理种群滞育诱导的影响同一光照条件下,高纬度种群发育历期长于低纬度种群,同一种群内,长光照条件下幼虫发育历期显著短于短光照;同一光照条件下,南方种群蛹滞育率小于北方种群,怀化种群在8个处理中滞育率均未达到100%,佳木斯种群非滞育率均未达到100%。即随着地理纬度的上升,临界光周期逐渐延长,分别为:怀化种群12.46h、武汉种群13.14h、房县种群13.28h、山东种群14.19h、北京种群14.28,佳木斯种群则大干16h。7滞育诱导光周期对丝带凤蝶不同地理种群蛹滞育强度的影响及低温在蛹滞育解除中的作用不同地理种群丝带凤蝶幼虫期对不同光周期的反应,直接通过滞育蛹的滞育强度表现出来。南方种群的滞育蛹的滞育强度低于北方种群,低纬度种群羽化持续时间短,羽化时间较集中,而高纬度种群则相反。低温处理对滞育蛹滞育历期的影响结果表明,4℃处理15天三个地理种群滞育蛹发育历期均最短,个体间羽化时间集中。而在同-7℃处理中,房县种群处理无差异外,北京和山东种群表现为处理时间越长,羽化时间越早,羽化时间越集中。8丝带凤蝶不同地理种群遗传多样性分析PCR产物经纯化、测序、比较、修剪,最终得到长度为518bp的mtDNACOⅡ基因序列,对不同地理种群丝带凤蝶COⅡ基因序列组成分析结果表明:武汉、房县、赤壁三个种群序列完全相同,山东、北京、佳木斯三个种群序列完全相同,怀化种群与武汉、房县、赤壁三个种群相比较,只在1个位点上变异,山东、北京、佳木斯三个种群与武汉、房县、赤壁三个种群相比较,在5个位点上变异。使用MegAlign软件构建丝带凤蝶不同地理种群间的分子进化树,结果表明:怀化、武汉、房县、赤壁四个地理种群的亲缘关系近;佳木斯和北京两个地理种群亲缘关系较近,此两种群与山东种群亲缘关系较远。前四者和后三者的亲缘关系最远。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一部分 文献综述
• 第一章 文献综述
• 1 环境因子对昆虫种群分化的影响
• 1.1 温度在昆虫生态适应中的作用
• 1.1.1 温度对昆虫滞育的诱导作用
• 1.1.2 温度对昆虫滞育的抑制、维持和解除作用
• 1.1.3 温度协迫在昆虫种群分化中的作用
• 1.2 光周期在昆虫滞育中的作用
• 1.2.1 昆虫滞育诱导的光周期反应类型
• 1.2.2 昆虫滞育阶段对光周期的动态反应
• 1.2.3 光周期在昆虫地理种群分化中的作用
• 1.3 食物在昆虫种群分化中的作用
• 1.3.1 食料对昆虫生长发育的影响
• 1.3.2 食料对昆虫滞育的诱导
• 1.3.3 寄主对昆虫种群分化中的作用
• 1.4 昆虫滞育的生理生化代谢特征
• 2 昆虫的种群分化研究
• 2.1 形态学水平的研究
• 2.2 生化技术的应用
• 2.3 分子生物学技术的应用
• 3 丝带凤蝶研究现状与应用概述
• 3.1 分类研究及形态特征
• 3.1.1 分类研究
• 3.1.2 形态特征
• 3.2 地理分布和寄主
• 3.3 种群生物学特性
• 3.4 国内外研究进展
• 4 研究的目的和意义
• 4.1 项目研究背景
• 4.2 研究目的意义
• 第二部分 丝带凤蝶武汉种群研究
• 第二章 丝带凤蝶生活史及温度对生长发育的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 供试昆虫
• 1.2 生活史观察
• 1.3 温度对发育和存活的影响
• 1.4 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 丝带凤蝶田间种群动态
• 2.2 温度对丝带凤蝶存活的影响
• 2.3 不同温度下各虫态的发育历期
• 2.4 发育起点温度和有效积温
• 3 讨论
• 第三章 丝带凤蝶滞育与非滞育蛹及其成虫形态学研究
• 1 材料与方法
• 1.1 供试虫源
• 1.2 试验方法
• 1.3 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 蛹
• 2.1.1 蛹个体大小
• 2.1.2 蛹的腹部8～9节特征
• 2.2 滞育蛹与非滞育蛹形态差异
• 2.2.1 蛹体颜色
• 2.2.2 蛹腹部刺突
• 2.2.3 蛹个体大小
• 2.3 滞育和非滞育蛹羽化后的成虫形态差异
• 2.3.1 成虫个体大小
• 2.3.2 成虫体色
• 3 讨论
• 第四章 温度和光周期对丝带凤蝶武汉种群滞育诱导和滞育解除的影响
• 1 材料和方法
• 1.1 供试虫源
• 1.2 试验条件
• 1.3 试验方法
• 1.3.1 温度对滞育诱导的影响
• 1.3.2 光周期在滞育诱导中的作用
• 1.3.3 光周期在滞育解除中的作用
• 1.3.4 温度对滞育解除的影响
• 1.3.5 滞育诱导温度对滞育强度的影响
• 1.3.5 滞育诱导光周期对滞育强度的影响
• 1.4 滞育判别
• 1.5 统计分析
• 2 结果
• 2.1 温度对丝带风蝶蛹滞育诱导的影响
• 2.2 光周期在丝带风蝶蛹滞育诱导中的作用
• 2.3 光周期在滞育解除中的作用
• 2.4 温度在滞育解除中的作用
• 2.5 滞育诱导温度对滞育强度的影响
• 2.6 滞育诱导光周期对滞育蛹的滞育持续期的影响
• 3 讨论
• 第五章 光周期对丝带风蝶蛹期代谢储备积累的影响
• 1 材料和方法
• 1.1 供试昆虫
• 1.2 试验方法
• 1.3 统计分析
• 2 结果与分析
• 4 讨论
• 第六章 丝带风蝶成虫对马兜铃提取物的触角电位反应
• 1 材料和方法
• 1.1 试虫及饲养
• 1.2 马兜铃提取物的制备
• 1.3 样品物质Ⅶ
• 1.4 触角电位（EAG）反应
• 2 结果分析
• 2.1 丝带凤蝶雄虫对马兜铃的不同提取物的EAG的反应
• 2.2 丝带凤蝶雌蝶对马兜铃的不同提取物的EAG的反应
• 2.3 丝带凤蝶雌雄蝶对不同粗提物EAG差异比较
• 3 讨论
• 第三部分 丝带凤蝶不同地理种群生态适应性研究
• 第七章 丝带凤蝶不同地理种群的形态学差异
• 1 材料与方法
• 1.1 供试虫源及寄主植物
• 1.2 试验方法
• 1.3 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 不同地理种群卵和幼虫之间差异
• 2.1.1 卵个体大小差异
• 2.1.2 幼虫个体差异
• 2.1.3 幼虫体色观察
• 2.2 蛹的形态差异
• 2.2.1 蛹色及斑纹
• 2.2.2 蛹个体大小
• 2.3 成虫形态差异
• 2.3.1 成虫个体大小
• 2..3.2 成虫体色
• 3 讨论
• 第八章 温度对丝带风蝶不同地理种群生长发育的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 供试昆虫
• 1.2 试验方法
• 1.3 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 温度对丝带风蝶各虫态存活率的影响
• 2.1.1 温度对卵孵化率的影响
• 2.1.2 温度对幼虫存活率的影响
• 2.1.3 温度对蛹羽化率的影响
• 2.2 温度对丝带凤蝶不同虫态发育历期的影响
• 2.2.1 温度对卵历期的影响
• 2.2.2 温度对幼虫历期的影响
• 2.2.3 温度对蛹历期的影响
• 2.3 不同地理种群丝带凤蝶发育起点温度和有效积温
• 2.3.1 发育起点温度
• 2.3.2 有效积温
• 3 讨论
• 第九章 光周期对丝带凤蝶不同地理种群滞育诱导的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料来源
• 1.2 实验方法
• 1.3 蛹滞育判别标准
• 1.4 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 光周期对丝带凤蝶不同地理种群幼虫发育历期的影响
• 2.2 不同种群丝带凤蝶蛹滞育诱导特征
• 2.2.1 不同光周期对种群滞育率的影响
• 2.2.2 临界光周期与纬度关系
• 3 讨论
• 第十章 滞育诱导光周期对丝带凤蝶蛹滞育强度的影响及低温在蛹滞育解除中的作用
• 1 材料与方法
• 1.1 材料来源
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 滞育诱导光周期对滞育强度的影响
• 1.2.2 低温对滞育解除的影响
• 1.3 蛹滞育判别标准
• 1.4 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 不同地理种群在不同光照条件下滞育蛹的滞育解除
• 2.2 全暗DD期低温处理对丝带凤蝶不同地理种群滞育蛹滞育解除的影响
• 2.2.1 对滞育蛹滞育持续的影响
• 2.2.2 对滞育蛹羽化持续时间的影响
• 3 讨论
• 第十一章 丝带凤蝶不同地理种群遗传多样性分析
• 1 材料与方法
• 1.1 供试虫源
• 1.2 仪器和试剂
• 1.3 单个虫体DNA提取方法
• 1.4 检测提取的DNA
• 1.4.1 琼脂糖凝胶电泳检测法
• 1.4.2 紫外分光光度计检测法
• 1.5 PCR扩增目的片段及序列测定
• 1.5.1 PCR扩增反应体系（50d）
• 1.5.2 PCR扩增程序
• 1.5.3 琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物
• 1.5.4 序列测定
• 2 结果与分析
• 2.1 不同种群DNA序列测定结果
• 2.2 丝带凤蝶不同地理种群间遗传关系
• 3 讨论
• 第四部分 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录