伊氏叶螨线粒体基因组及寄主适应机制的研究开题报告

 2023-02-20 09:02

1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)

一、课题的背景

1.1叶螨的危害

叶螨科(Tetranychidae)叶螨属节肢动物门、蛛形纲Arachnida、蜱螨Acari、真螨目Acariformes,包括很多农业害螨,如朱砂叶螨、二斑叶螨、 截形叶螨、神泽叶螨、皮式叶螨、卢氏叶螨、豆叶螨等。叶螨体型微小,个体的大小范围在 0.2 mm - 0.9 mm 之间。目前已知约有1200 多个植食性叶螨,其中,有将近 10 % 的叶螨被认为是农业害虫,且能在农业上造成严重的经济损失。无论是在国内还是在国外,叶螨均有分布且发生较重[1],而且寄主范围极为广泛,尤其是在经济作物、粮食作物和蔬菜上发生危害较多。

近年来,随着气候环境的变化,农药的不规范使用,以及转基因作物种植面积逐渐扩大,使得一些次要害虫逐渐上升为主要害虫[2] 。农业害螨的发生和分布也发生了许多变化。其中,给农业经济造成巨大损失的主要包括二斑叶螨 Tetranychusurticae、截形叶螨T. truncatus、神泽叶螨 T. kanzawai、伊氏叶螨 T. evansi等。

叶螨对植物的主要危害方式是通过口针刺入植物叶片表皮组织,取食植物汁液,这种机械损伤可以造成细胞空洞、水分失调、叶绿素受损,会阻碍植物进行光合作用,受损叶片表面褪绿变白,严重时变为铁锈色,直至整株植物干枯凋零[3] 。从而使得植物的品质和产量造成一定的损失。此外,叶螨的取食行为可以改变细胞的含量,导致氮、磷、蛋白质的浓度较低,破坏细胞生理,而且能降低产量的植物毒性化合物[3]。而且,叶螨具有吐丝结网的能力,不仅能保护自身免受天敌的危害,减轻不利的气候条件,比如拦截危险的紫外线,还可以从危害较重的寄主上转移到新的寄主植物上进行危害[4]

1.2昆虫与植物的相互作用

植物为了抵御昆虫的侵害,被取食后,会利用自身生理改变产生防御物质(防御蛋白或有毒次生代谢物),致使昆虫停止取食、生长发育不良、繁殖能力下降,甚至死亡[5]。而昆虫为了攻克植物的防御,也演化出了相应的进攻体系。许多具有杀虫活性的植物次生物质如棉酚、单宁、烟碱、除虫菊素类被昆虫取食后会诱导昆虫自身的解毒机制,启动昆虫的解毒代谢能力,对该类物质产生抗性,而提高昆虫对寄主植物的适应能力[5]。昆虫体内的解毒酶如细胞色素P450酶系(P450s)、羧酸酯酶(CarE)、谷胱甘肽-S-转移酶 (GSTs)等对植物次生物质的解毒代谢作用是昆虫对寄主植物产生适应性的主要原因之一。为了适应新的寄主植物,昆虫通过在寄主植物的选择、取食、调控其生长发育及形态表现等行为上不断进化,进而促进其在新寄主植物上的适应性不断提高[6-7]

虽然叶螨可以取食广泛的植物类型,但在其所有潜在的寄主植物上,叶螨种群的个体表现不尽相同。有研究表明,导致局部适应群体的种内变异是叶螨扩大其寄主植物范围的机制之一[8]。只有对寄主适应的叶螨才会造成重大的损失,并且能够成为特定的寄主植物上的害虫[9],所以了解叶螨能适应不同寄主植物的机制对叶螨的防治尤为重要。

叶螨除了具有解毒代谢植物次生代谢物的生理适应机制外,还能利用解毒代谢作用对一些杀虫剂产生抗性。叶螨的解毒代谢的生理适应机制和对杀虫剂的抗药性,使得叶螨的食性得以保持,并不断地演变和进化,进而帮助植食性叶螨能适应多种不同的寄主植物种类,从而保证了叶螨种群在寄主植物上的建立和繁衍 [10]

1.3伊氏叶螨研究进展

伊氏叶螨(T. evansi BakerPritchard)是典型的入侵害虫,同时也是我国检验检疫的重要对象。起源于南美洲,大约在20世纪50年代入侵非洲、北美洲,之后逐渐到达欧洲南部、夏威夷群岛、台湾和琉球群岛。随着全球气候的变暖,伊氏叶螨适生区逐渐增大,其可能入侵的区域也相应地扩大。伊氏叶螨被认为是取食茄科作物的专食性害虫,虽然除茄科植物外它还能取食其他科的植物,但其造成的危害几乎只发生在茄科植物上。当伊氏叶螨入侵成功后由于缺少天敌的控制,逐渐取代土著的叶螨种群,成为当地寄主植物上的主要害虫并造成了巨大的损失。根据其生物学特性,我国东南部将是其可能的入侵之地[2]

参考文献

[1] 崔玉楠, 孙荆涛, 葛成, 杨思霞, 徐敏, 赵婧妤, 洪晓月. 基于形态与 RFLP 技术相结合的快速叶螨鉴定法. 应用昆虫学报, 2013, 50(02):329-335.

[2] Jin P Y , Sun J T , HoffmannA , et al. Phylogenetic signals in pest abundance and distribution range ofspider mites. 2019, 19(1):223.

[3] Park Y L , Lee J H . LeafCell and Tissue Damage of Cucumber Caused by Twospotted Spider Mite (Acari:Tetranychidae)[J]. Journal of Economic Entomology, 2002, 95(5):952-957.

[4] Saito Y. Spider mites. Theirbiology, natural enemies and control. Lifetypes of spider mites, 1985, 1: 253-264.

[5] 钦俊德, 王琛柱. 2001.论昆虫与植物的相互作用和进化的关系.昆虫学报, 44(3): 360-365.

[6] 彭露, 严盈, 刘万学, 万方浩, 王进军. 2010. 植食性昆虫对植物的反防御机制. 昆虫学报, 53(5): 572-580.

[7] 禹海鑫, 叶文丰, 孙民琴, 徐宁, 娄少之, 冉俊祥, 娄永根. 2015. 植物与植食性昆虫防御与反防御的三个层次. 生态学杂志, 34(1): 256-262.

[8] KantM R., Sabelis M W, Haring M A, Schuurink R C. 2008. Intraspecific variation in a generalistherbivore accounts for differential induction and impact of host plantdefences. Proceedingsof the Royal Society B: Biological Sciences, 275(1633): 443-452.

[9] WybouwN, Zhurov V, Martel C, Bruinsma K A, Hendrickx F. et al. 2015. Adaptationof a polyphagous herbivore to a novel host plant extensively shapes thetranscriptome of herbivore and host. Molecular Ecology, 24(18): 4647-4663.

[10] DermauwW, Wybouw N, Rombauts S, Menten B, Vontas J, Grbic M, Van Leeuwen T. 2013. Alink between host plant adaptation and pesticide resistance in thepolyphagous spider mite Tetranychusurticae. Proceedings of the National Academy of Sciences of the UnitedStates of America, 110(2): E113-E122.

2. 研究的基本内容和问题

二、研究的目标内容

本实验把茄科专食性的伊氏叶螨作为研究对象,通过寄主转移试验,以期探究伊氏叶螨在番茄、豇豆、茄子三种寄主植物上的瞬时适应能力。通过比较伊氏叶螨在不同寄主中表现出来的适应性差异及其相对应的基因转录组差异,我们可能揭示伊氏叶螨适应性的分子遗传机制。

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3. 研究的方法与方案

三、实验方

3.1研究材料

供试虫源:

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4. 研究创新点

5. 研究计划与进展

四、研究计划及预期进

2019年12月-2020年1月

试验材料的准备,包括两种叶螨种群的鉴定扩增,所需植物的种植培养

2020年2月-2020年3月

寄主转移实验,数据统计分析

2020年3月

叶螨转录组样品的收集及RNA提取、植物转录组的提取

2020年4月

叶螨转录组及植物转录组测定结果的分析,论文撰写

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