柑橘大实蝇蛹滞育的解除及其寄生蜂生物学

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我国柑橘栽培面积和总产量居世界首位,柑橘已成为我国第一大水果。据报道,巴西、美国等近几年因黄龙病造成柑橘大幅减产,而中国柑橘产量的增长在稳定世界柑橘总产量中起到了重要作用。在我国柑橘产区,柑橘大实蝇Bactrocera minax是柑橘果树的重要害虫,由于气候变暖及果蔬贸易频繁,柑橘大实蝇的发生为害逐年加重,影响柑橘产业的健康发展。柑橘大实蝇一年发生一代,蛹冬季滞育长达6个月,阻碍了其基础和应用研究。因此,本文在明确柑橘大实蝇蛹滞育特性的基础上,探索快速解除蛹滞育的途径及分子机制,测定不同地理种群柑橘大实蝇蛹的发育起点温度和有效积温,研究柑橘大实蝇寄生蜂生物学特性,以期为其预测预报及可持续的绿色防控技术提供理论依据及技术储备。主要研究结果如下:1.温度与光周期对柑橘大实蝇蛹滞育的影响室内通过不同温度(15°C、20°C和25°C)和光周期(L:D=16:8、L:D=12:12和L:D=8:16)处理,探究了柑橘大实蝇蛹滞育特性。结果表明:低温诱导柑橘大实蝇蛹滞育,低温条件下的幼虫存活率、化蛹率及羽化率均显著高于高温条件,但50%个体羽化时间长达170天。相同温度条件下,不同光周期的幼虫存活率、化蛹率及羽化率之间均无显著性差异;存在极少部分非滞育蛹,比例约为3%-5%,在25°C条件下可直接发育并羽化。野外自然低温同样促进了柑橘大实蝇幼虫化蛹及羽化,并提高成虫的羽化整齐度。柑橘大实蝇蛹滞育解除不受光周期的影响。2.20E解除柑橘大实蝇蛹滞育通过局部处理和注射不同浓度的20E解除蛹滞育,在解剖镜下观察解除滞育后蛹的表型变化,利用q RT-PCR检测20E处理不同时间后,相关基因表达量的变化,并通过RNAi验证其基因功能。结果表明,注射比局部处理解除蛹滞育的效果更好,注射20E的最适剂量为0.2μg,成虫羽化率达70%左右。22℃条件下,20E处理解除滞育后7天左右蛹开始发育,40天左右开始羽化,20E解除滞育对成虫生殖力无影响。q RT-PCR检测发现,ecr、foxo、broad等早期效应基因表达量在20E处理后迅速上调,由此推测出20E介导的解除柑橘大实蝇蛹滞育的分子机制。3.柑橘大实蝇蛹发育起点温度及有效积温的测定利用不同恒温条件,比较了不同地理种群和不同滞育状态蛹的发育起点温度和有效积温。结果表明,湖北和陕西两地柑橘大实蝇滞育蛹的发育起点温度分别为11.92°C和11.72°C,对应有效积温分别为492.45日度和519.15日度,利用20E处理和自然解除滞育的柑橘大实蝇蛹的发育起点温度均低于滞育蛹,分别为6.46°C和10.36°C,有效积温分别为614.16日度和449.34日度。通过比较线性回归分析对应的R~2值表明,自然解除滞育的柑橘大实蝇蛹发育起点温度和有效积温数据更准确,适用于柑橘大实蝇成虫发生期的预测预报。4.柑橘大实蝇的监测及诱杀研究利用球形诱捕器监测柑橘大实蝇成虫羽化时间,结合湖北和陕西两地野外土壤和空气温度,及自然解除滞育后的柑橘大实蝇蛹发育起点温度,推算野外条件下蛹的有效积温;从不同柑橘品种、不同悬挂密度以及不同悬挂时间三个因素对该球形诱捕器的防治效果进行了评估。研究表明,球形诱捕器可有效监测柑橘大实蝇成虫发生,湖北地区自然解除滞育后的柑橘大实蝇蛹有效积温为288.27日度(土温)和350.56日度(气温),而陕西地区的有效积温为283.77日度(土温)和340.79日度(气温)。此外,球形诱捕器能诱杀柑橘大实蝇雌雄成虫,建议5月中旬在柑橘园悬挂球形诱捕器为宜,挂球1至2次即可。5.柑橘大实蝇寄生蜂鉴定及其生物学研究对柑橘大实蝇寄生蜂进行了形态、分子鉴定及相关生物学研究。该寄生蜂雄虫除了触角显著长于雌虫外,其他部位长度均短于雌虫,其中体长和前翅长度达到显著水平。通过COI基因序列比对结果表明,该寄生蜂与Diachasmimorpha属的3个物种亲缘关系最近,均达到90%以上。该寄生蜂在柑橘大实蝇幼虫阶段将卵产于幼虫体内,翌年从柑橘大实蝇蛹中羽化出成虫,每个被寄生的柑橘大实蝇蛹中仅羽化1头寄生蜂,出蜂率较低。柑橘大实蝇寄生蜂在国内首次发现,为新纪录种,结合其形态特征及专性寄生特性,拟定中文名为长尾大实蝇茧蜂(Diachasmimorpha feijeni),可用于柑橘大实蝇的生物防治。6.长尾大实蝇茧蜂转录组分析及20E处理利用Illumina测序技术,获得长尾大实蝇茧蜂幼虫和雌、雄成虫混样转录组数据库,初步探究了20E处理对寄生蜂滞育的影响。结果表明,长尾大实蝇茧蜂转录组数据量为10.88G,拼接得到48,331条Unigenes,平均长度约为1,031bp,其中19,216条Unigenes注释到了数据库中,占总数的39.76%,而注释到Nr数据库的Unigenes数量为18,249条,比对上最多的物种是毁侧沟茧蜂Microplitis demolitor,对应E值小于1e-50的Unigenes数量约占50%,相似度大于60%的Unigenes数量超过72%,说明该转录组测序及拼接质量较高。在23°C条件下,蛹体内注射20E后,长尾大实蝇茧蜂与柑橘大实蝇几乎同步羽化。综上所述,本文明确了柑橘大实蝇蛹的滞育特性,为专性滞育,系统研究了通过20E注射快速打破蛹滞育的途径,为柑橘大实蝇的基础研究提供了便利;探明20E解除柑橘大实蝇蛹滞育的早期调控基因(ecr、foxo、broad),测定了蛹发育起点温度和有效积温,评估了球形诱捕器的防治效果,鉴定了柑橘大实蝇寄生蜂-长尾大实蝇茧蜂。以上研究结果进一步丰富了我们对柑橘大实蝇的认识,为深入理解柑橘大实蝇蛹滞育发育的调控机制以及成虫监测预警、可持续的治理技术奠定了基础。
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