寄主植物对草地贪夜蛾发育与繁殖、交配行为及肠道微生物的影响

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草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda隶属鳞翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae,自2018年年末入侵我国后,在我国迅速蔓延扩散危害,现已成为常发性害虫,其寄主范围广、迁飞速度快、具有极强的繁殖能力,严重地对我国农业生产和粮食安全构成威胁。本研究运用年龄-龄期两性生命表方法研究不同寄主植物(玉米、高粱、番茄、辣椒、茄子)及人工饲料对草地贪夜蛾幼虫生长和成虫繁殖的影响,明确幼期取食不同寄主植物对成虫交配行为的影响,并基于宏基因组测序方法分析取食不同寄主植物的草地贪夜蛾幼虫肠道微生物的组成结构、功能和抗生素抗性基因的差异。主要研究结果如下:1 5种寄主植物及人工饲料对草地贪夜蛾发育与繁殖的影响研究了玉米、高粱、番茄、辣椒、茄子和人工饲料对草地贪夜蛾幼虫生长和成虫繁殖的影响。研究表明,草地贪夜蛾取食茄子不能完成生活史。草地贪夜蛾幼虫取食不同寄主植物后,其幼虫期、蛹期、成虫期的发育历期、雌雄虫寿命、存活率及产卵量均存在显著差异。取食玉米的草地贪夜蛾幼虫期生长最快(15.21d),取食辣椒的草地贪夜蛾幼虫期生长最慢(25.18 d),且成虫前期最长(41.73d),蛹重最低(0.1134 g)。取食不同食料的雌虫产卵量存在显著差异,以取食人工饲料的草地贪夜蛾产卵量最高,为995.22粒,显著高于供试的寄主植物。取食人工饲料的草地贪夜蛾净增殖率(R0)、内禀增长率(r)、周限增长率(λ)最高,平均世代周期(T)最短。在寄主植物中,取食番茄的净增殖率最高,取食玉米的内禀增长率(r)和周限增长率(λ)高于其它3种植物,且其平均世代周期(T)最短。草地贪夜蛾取食5种寄主植物及人工饲料的适应性分别为人工饲料>玉米>番茄>高粱>辣椒>茄子。2幼期取食玉米、高粱和人工饲料的草地贪夜蛾交配行为研究对幼期取食玉米、高粱、人工饲料的草地贪夜蛾成虫交配行为昼夜节律进行了研究。结果表明,成虫交配时间发生在21:00~5:00之间。取食玉米、高粱和人工饲料的草地贪夜蛾成虫均只有1个交配高峰期,出现在20点熄灯后5 h,在00:00~1:00之间。取食不同寄主植物的草地贪夜蛾交配开始时间和交配持续时间差异不显著,而累计交配时间存在显著差异,取食高粱的累计交配时间最长(263.68±27.98 min),显著高于取食人工饲料(188.34±18.41 min)和玉米(148.29±14.34 min)。取食高粱的平均交配次数为1.74±0.18次,显著高于取食人工饲料(1.36±0.11次)和玉米(1.16±0.07次)。取食高粱的累计交配次数(2.10±0.17次)显著高于取食人工饲料(1.63±0.13次)和玉米(1.15±0.07次);取食玉米、高粱及人工饲料的草地贪夜蛾在4个暗期的累计交配率无显著差异,取食高粱的累计交配率最高(88.19±3.49%),取食玉米的累计交配率次之(70.92±16.72%),取食饲料的累计交配率最低(69.48±6.92%)。3草地贪夜蛾取食不同寄主植物的肠道微生物群落组成、功能及抗生素抗性基因分析利用宏基因组测序技术,分析了从取食人工饲料转移到不同寄主植物(玉米、高粱、番茄、辣椒)的草地贪夜蛾幼虫肠道微生物结构、功能及抗生素抗性基因差异。结果表明,草地贪夜蛾幼虫取食高粱后,其肠道微生物丰富度和肠道微生物多样性最高,而取食玉米的肠道微生物丰富度最低,取食辣椒的肠道微生物多样性最低。厚壁菌门(Firmicutes)是草地贪夜蛾幼虫肠道微生物中最具优势的菌门,肠球菌科(Enterococcaceae)是主要的优势菌科。主坐标(PCo A)和无度量多维标定法(NMDS)分析表明,取食不同寄主植物的草地贪夜蛾肠道微生物存在显著差异。在KEGG数据库注释到大部分功能类别与代谢有关,其中以碳水化合物代谢和氨基酸代谢为主。进一步对代谢通路上的KO(KEGG orthologous)注释,采用LEfse分析,高粱组中的KO基因主要参与肽/镍转运系统通透酶蛋白通路,辣椒组中KO基因主要为6-磷酸-β-葡萄糖甘酶基因。抗生素抗性基因(Antibiotics resistance gene,ARGs)分析发现草地贪夜蛾肠道微生物中含有van RC、efr A、efr B、van XYC、van SC等20种抗性基因,其中取食玉米的草地贪夜蛾肠道微生物中van RC丰度最高(16.43%),这些抗性基因分别介导对糖肽类、大环内酯类、氟喹诺酮类、利福霉素类、利福平、四环素等多种抗菌药物的耐药。综上,草地贪夜蛾可在番茄、辣椒上完成生活史;幼期取食玉米、高粱和人工饲料的草地贪夜蛾成虫累计交配时间、交配次数和累计交配次数存在显著差异;草地贪夜蛾肠道微生物结构受寄主植物的影响,从而影响肠道微生物功能和抗性基因。本论文研究结果可为深入探讨草地贪夜蛾对寄主的适应性机制提供参考。
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