次生共生菌Regiella insecticola对麦长管蚜的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

许多节肢动物与微生物都存在共生关系。在节肢动物与共生菌共生关系中，对蚜虫与共生菌的研究算是最为深入也是最典型的。蚜虫与共生菌之间的共生关系是长期协同演化的结果, 两者互利共生, 蚜虫为共生菌提供生存环境和营养来源, 并对共生菌的生长繁殖进行调控; 共生菌为蚜虫生长发育提供多种必需的营养物质, 在宿主的营养和新陈代谢中发挥着重要作用^[1]。这种持久又亲密的关系促进着共生双方在复杂的自然选择中表现型向更优的方面进化。

在蚜虫体内，存在有专性的初级共生菌，如：buchnera aphidicola，可以给蚜虫提供其自身不能合成的氨基酸，也会提供一些脂类、固醇等营养物质^[2]。除此之外，蚜虫体内还存在一些次生共生菌。到目前为止，所发现并且已鉴定出的次生共生菌主要有：hamiltonella defensa，regiella insecticola， serratia symbiotica， rickettsia，spiroplasma，rickettsiella，paxs，arsenophonus 和 wolbachia，在蚜虫上研究较多的为前五种^[3~7]。共生菌会随着蚜虫的生殖进行垂直传播，但有时也会进行水平传播，水平传播的方式主要通过交配和其它媒介（红蜘蛛、寄生蜂等）^[8]。

通常认为，次生共生菌并不像初级共生菌那样对蚜虫的生长生殖以及存活起到重要作用^[8]，但是近几年也发现了次生共生菌对昆虫的一些影响。在豌豆蚜中含有serratia 和hamiltonella 两种次生共生菌时，可以有效减少寄生蜂的寄生^[9~10]；同时， regiella可以提高昆虫抵抗真菌病原体的能力^[11]，而serratia也可以帮助昆虫抵抗热负荷^[12]；brumin（2011）经过研究也确定rickettsia会影响粉虱的热击蛋白基因表达，从而间接提高粉虱对高温的抵抗力。虽然次生共生菌会增强蚜虫抵抗天敌、寄生物的能力，也可以增加蚜虫对环境变换时的耐受力。但近年的研究发现次生共生菌对蚜虫本身也有一定的损伤：spiroplasma也会影响蚜虫有性世代的后代中雄虫的数量^[13]，hemiltonella 和spiroplasma 会降低无性豌豆蚜的生殖力，同时hemiltonella也会缩短蚜虫的寿命^[14~15]。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：明确次生共生菌对麦长管蚜生长发育与繁殖的影响。

研究内容：本次试验设计探究天然含有Regiella insecticola次生共生菌、天然不含有Regiella insecticola次生共生菌以及实验室通过抗生素消除Regiella insecticola次生共生菌的三种类型麦长管蚜，研究其中不同温度和不同拥挤度下有翅蚜产生比率及生长发育与繁殖能力等。

3. 研究的方法与方案

翅型分化影响：空间拥挤会诱导有翅蚜的产生，但是蚜虫的拥挤效应可以连续影响后代蚜虫的成翅，所以实验开始时试验用蚜的前3代蚜虫必须保持无翅状态，具体的操作方法为：将无翅成蚜放入营养充足，空间宽阔的小麦罩笼中饲养若干天，待其产下适量仔蚜g1代后移去母蚜，继续保持g1代的营养条件和空间充足饲养，并且用相同的方式连续产仔获得g2代、g3代。最后g3代确定为实验用虫。

分别将三个品系一定数量g3代成虫分别混合在一起，并随机挑取15头成蚜为一组放入一个直径为7cm深2cm的培养皿中，培养皿内事先放入3株种植7天、大小和发育状态一致的小麦苗，麦苗去根，茎末端用湿润的脱脂棉包住以保持水分，培养皿用保鲜膜包裹并在表面扎空。同样的装置做4组，培养24h后，在培养皿中保留固定数量的仔蚜，分别为10头/皿，20头/皿，30头/皿和40头/皿。将成蚜和多余的仔蚜用毛笔挑出，每天给脱脂棉滴水，以保持小麦的新鲜。培养3~4天后，待仔蚜发育至能看清有没有翅芽产生的状态时，统计它们的有翅蚜比率。每隔5天统一更换培养皿内麦苗，去根，并用脱脂棉包住茎末端以保持水分。第一次使用种植7天、大小和发育状态一致的小麦苗3根，以后每次使用6根。每个品系每个处理做5个重复。

生殖生长影响：分别取三个品系g3代成虫同一天产下的仔蚜单头放入培养皿中，培养皿设置如上述翅型分化诱导试验中描述。每5天给培养皿换新鲜的小麦苗，每天给脱脂棉加水，并记录仔蚜每日的死亡数量以及它们发育为成蚜并产下第一头仔蚜时的日龄，即记录它们的发育历期，同时记录它们的产仔量，做成生命表，如果仔蚜发育为有翅蚜，则将其挑出不记。计算三个品系蚜虫的平均发育历期、平均寿命（即平均世代周期），内禀增长率以及净增殖率。设置3个重复，每个重复30头蚜虫。相关的计算公式（胡祖庆，2006）为：

4. 研究创新点

国内外对次生共生菌对寄主影响的研究正在逐步开展、深入，且已有一定的研究成果。本次试验在已有研究成果基础上，将温度和种群密度作为双因子影响因素，探究有无Regiella insecticola次生共生菌对寄主麦长管蚜的翅型分化及生长生殖的影响差异。通过温度、密度双影响因子的设置，使麦长管蚜实验环境更贴于田间实际。以不同温度下三种类型麦长管蚜单头培养作为对照，从而探究温度与Regiella insecticola次生共生菌，种群密度与Regiella insecticola次生共生菌的相互作用及对寄主的联合影响，提高试验结果的实际应用性。

5. 研究计划与进展

2013年6月：蚜虫饲养，连续选育3代用以进行试验的无翅麦长管蚜。

2013年7月至8月中旬：25c单头培养三种类型麦长管蚜的生长发育与繁殖测定。

2013年9月至2013年10月：25c，28c，31c温度下，10头/皿，20头/皿，30头/皿和40头/皿不同密度下，麦长管蚜实验室内成翅诱导及生长生殖测定。