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科尔沁平原丘陵草甸草原蝗虫群落结构及亚洲小车蝗、黄胫小车蝗种群遗传分化的研究

作　者: 孙嵬
导　师: 丛斌
学　校: 沈阳农业大学
专　业: 农业昆虫与害虫防治
关键词: 科尔沁平原丘陵草甸草原 黄胫小车蝗 亚洲小车蝗 群落结构 集团结构 遗传多样性 遗传分化 基因流
分类号: S812
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


(一)群落结构科尔沁平原丘陵草甸草原具有牧草生长茂盛、产草量高、质量好等特点,是其所在区域内重要的天然割草场和放牧场。但近年来,此草原上大面积、高密度发生蝗虫灾害,严重威胁着牧业生产的正常发展。明确该区蝗虫的群落组成、种间关系及发生动态,对于草原蝗虫的有效管理和综合治理具有重要的意义。本文于2011-2012年,对科尔沁平原丘陵草甸草原的蝗虫群落结构进行了系统的研究,研究内容包括蝗虫群落的种类组成及区系地理成分、群落的时间结构及空间结构、群落多样性、群落集团结构、蝗虫群落与植物群落之间的关系,获得的主要研究结果如下：1.通对在科尔沁平原丘陵草甸草原的8个典型样地的蝗虫群落的调查,以及在样地及其周围的全面捕捉调查,共鉴定出此草原分布的蝗总科6科17属22种蝗虫,其中,斑翅蝗科(Oedipodidae)与网翅蝗科(Arcypteridae)蝗虫种类共计16种,占蝗虫种类总数的72.73%。蝗虫的区系地理成分以古北种为主,占蝗虫种类总数量的72.73%,在数量上占绝对的优势。8个典型样地因地形、植被组成等环境因子的差异,在蝗虫的种类组成及区系地理成分上均有着一定差异。2.受温度、植物群落等环境因子的影响,此草原上蝗虫的发生种类数、优势种的组成存在着明显的时间动态。7月20日调查得到的种类最多,共计6科13属17种蝗虫。各种蝗虫由于生物学习性等差异,对于水平空间资源的利用、分隔有着明显的区别；聚类分析结果显示,当欧式距离为9.5时,蝗虫群落可分化成4个不同的取食组合,表现出蝗虫适应于植物高度的垂直分层现象。3.蝗虫群落多样性指数7月>8月>6月>9月；群落均匀性指数6月>8月>7月>9月；群落丰富度指数7月>8月>9月>6月。各样地中,因植被组成、地形的不同,在蝗虫群落特征参数上有所差异。由于此草原上蝗虫早期种、中期种、晚期种组成种类上的不同,不同月份蝗虫群落的相似性数值上有着明显的区别。从各样地蝗虫群落的组成及相似性研究结果来看,地形的不同对于蝗虫种类的分布存在着明显的影响。4.蝗虫群落集团结构的研究结果表明,通过聚类分析蝗虫群落可以划分成6个集团,各集团之间在栖息环境及适应性上存在明显差异,说明多样的生境为蝗虫提供了多样的生存空间,在光照、地形等环境因子及蝗虫自身生物学特性的影响下,蝗虫为使生存适合度达到最大,在对适宜生境的选择中,形成了不同的资源利用集团；蝗虫的生态指标梯度按主成分分析可简化为3个主成分因子,累积贡献率达82.91%,代表的生物学信息为蝗虫对地面基层、取食高度、地形以及阴影的选择；不同的蝗虫种类因对生境资源的利用程度不同,表现出不同的生态位宽度,对生境资源利用的相似程度决定了蝗虫种间生态位重叠值的高低。5.2012年6月～8月间通过设置3植被组成相异且分布广泛的草原样地(Ⅰ：兴安胡枝子Stipa baicalensis+中华糙隐子草Cleistogenes chinensis植物群落样地；Ⅱ：贝加尔针茂Stipa baicalensis+糙隐子草C. squarrosa植物群落样地；Ⅲ：狗尾草Setaira viridis+蓖齿蒿Artemisia Pectinatal+兴安胡枝子植物群落样地),研究了植物群落结构、蝗虫群落结构以及蝗虫群落与植物群落之间的关系。结果显示,3个样地的植物重要值、高度、盖度、密度均有着明显差异,使得植物群落的组成复杂多样,为蝗虫提供多样化的生境选择。3个样地蝗虫种类组成相似,一年均只能完成一个世代交替。生物量较大的几种蝗虫明显分化为不同时期的优势种,轮纹异痂蝗Bryodemella tuberculatum dilutum、宽翅曲背蝗Pararcyptera microptera meridionalis是早期优势种蝗虫,短星翅蝗Calliptamus abbreviatus、亚洲小车蝗Oedaleus decorus asiaticus是中期优势种蝗虫,黄胫小车蝗是晚期优势种蝗虫O. infernalis。由于植物群落的差异,蝗虫对其的选择适应,使各样地蝗虫的发生密度及生物量存在着明显区别且具有时间动态。3样地植物群落系数与蝗虫群落系数的相关性有着明显的区别,样地Ⅰ、Ⅱ中植物群落多样性与蝗虫群落多样性之间呈负相关,而样地Ⅲ之间呈正相关,相关性均不显著(P>0.05)。结果说明,虽然蝗虫种类相似,但植被组成的差异,会造成蝗虫群落的组成及动态上的差异。以上研究结果可为此草原上蝗虫的监测及综合治理提供有效的理论依据。(二)遗传分化研究明确科尔沁平原丘陵草甸草原蝗虫群落结构中,亚洲小车蝗、黄胫小车蝗是此草原中、晚期优势种蝗虫,发生密度大,是该区草业发展的重要威胁且该两种蝗虫分布广泛。为明确该两种蝗虫不同地理种群的生态适应性及其遗传分化,选用ISSR、mtDNA(线粒体DNA)分子标记方法,研究了两种蝗虫地理种群间的遗传结构和基因交流模式,以期为该两种蝗虫制定防治策略提供遗传学的理论依据。研究结果如下：1.(1)对黄胫小车蝗各地理种群的线粒体DNA (mtDNA)的CO Ⅰ、Cytb基因片段进行了扩增、测序,在CO Ⅰ基因片段中检测到21种单倍型(GenBank登录号：KC297197-KC297217),单倍型遗传距离在0.003～0.027之间；在Cytb基因片段中检测到15种单倍型(GenBank登录号：KC484967～KC484981)单倍型间的遗传距离在0.002～0.007之间。基于mtDNA CO I、Cytb基因的单倍型构建的邻接系统发育进化树与单倍型网络图显示,黄胫小车蝗各地理种群中的单倍型散布在不同的分布群中,分布格局较为混杂,未形成明显的系统地理结构。(2)基于ISSR分子标记,黄胫小车蝗总群体的Nei氏遗传指数为0.2628,各地理种群的数值在0.2171-0.2563之间；黄胫小车蝗总群体的Shannon信息指数为0.4129,各地理种群的数值在0.3257～0.3805之间。基于mtDNA CO I基因序列,黄胫小车蝗总群体的单倍型多样度为0.653,各地理种群的数值在0.423-0.790之间。基于mtDNA Cytb基因序列,黄胫小车蝗总群体的单倍型多样度为0.462,各地理种群的数值在0.125～0.625之间。研究结果显示黄胫小车蝗具有较高的遗传多样性,表明其对环境的变化具有较大的生存空间和适应潜力。(3)基于ISSR、mtDNA分子标记研究结果显示,黄胫小车蝗各地理种群的总固定系数Fst、遗传分化系数Gst均较低,基因流Nm均大于4:AMOVA分子变异分析结果显示,黄胫小车蝗的遗传变异主要来自种群内部,种群间的遗传变异较低；成对种群的遗传距离矩阵与采集地点地理距离的自然对数矩阵之间未呈现出显著相关性。以上结果表明,黄胫小车蝗各种群间的基因交流并未受到地理距离的影响,地理隔离并非是导致黄胫小车蝗种群间遗传分化的主导因素。2.基于ISSR分子标记对亚洲小车蝗地理种群遗传分化的研究显示。亚洲小车蝗总群体的Nei氏遗传指数为0.2339,各地理种群的数值在0.1738-0.2445之间。亚洲小车蝗总群体的Sbannon信息指数为0.3753,各地理种群的数值在0.2569～0.3568之间。表明该种蝗虫对于变化的环境有着较强的适应能力。亚洲小车蝗种群间遗传分化指数Gst为0.1155,基因流Nm为3.83,种群间的变异占总变异的11.55%,种群内的变异占总变异的88.45%,地理种群间的遗传距离与地理距离之间无显著相关性。说明亚洲小车蝗种群间的遗传交流较为充分,遗传分化程度较低,基因交流并未受到地理距离的影响。

全文目录


摘要  13-16
Abstract  16-19
第一章 绪论  19-33
  1 草原蝗虫的研究概况  20-27
    1.1 草原蝗虫的地理分布  20
    1.2 草原蝗虫群落结构  20-22
    1.3 放牧干扰等对草原蝗虫群落的影响  22-24
    1.4 蝗虫的种群遗传分化  24-25
    1.5 草原蝗虫生态阈值与经济阈值的研究  25-26
    1.6 草原蝗虫的防治  26-27
  2 种群遗传结构研究中常用的分子标记  27-31
    2.1 等位酶  27
    2.2 RAPD  27-28
    2.3 RFLP  28
    2.4 AFLP  28-29
    2.5 mtDNA  29-30
    2.6 微卫星分子标记  30
    2.7 ISSR  30-31
    2.8 MP-PCR  31
    2.9 SNP  31
  3 本研究的目的和意义  31-33
第二章 科尔沁草原蝗虫群落组成及区系地理成分  33-41
  1 研究区与研究方法  33-36
    1.1 研究区概况  33-34
    1.2 样地概况  34-35
    1.3 调查方法  35-36
    1.4 数据处理  36
  2 结果与分析  36-40
    2.1 蝗虫种类组成  36-38
    2.2 区系地理成分  38-40
  3 讨论  40-41
第三章 科尔沁草原蝗虫群落的时间结构与空间结构  41-49
  1 研究地区与研究方法  41
    1.1 研究区概况及样地设置  41
    1.2 调查方法  41
    1.3 数据处理  41
  2 结果与分析  41-48
    2.1 时间结构  41-46
    2.2 空间结构  46-48
  3 讨论  48-49
第四章 科尔沁草原蝗虫群落多样性  49-57
  1 研究地区与研究方法  49
    1.1 研究区概况及样地设置  49
    1.2 调查方法  49
    1.3 数据处理  49
  2 结果与分析  49-56
    2.1 蝗虫群落的多样性  49-53
    2.2 蝗虫群落的相似性  53-56
  3 讨论  56-57
第五章 科尔沁草原蝗虫群落集团结构  57-68
  1 研究地区与研究方法  57-59
    1.1 研究区概况及样地设置  57-58
    1.2 数据采集  58-59
    1.3 数据分析  59
  2 结果与分析  59-65
    2.1 集团的划分  59-61
    2.2 PCA结果  61-63
    2.3 生态位宽度  63-64
    2.4 生态位重叠  64-65
  3 讨论  65-68
第六章 科尔沁草原蝗虫群落与植物群落  68-90
  1. 研究地区与研究方法  69-70
    1.1 研究区概况及样地设置  69
    1.2 调查方法  69-70
    1.3 数据统计  70
  2. 结果与分析  70-87
    2.1 植被调查结果  70-74
    2.2 蝗虫调查结果  74-84
    2.3 群落多样性  84-87
  3. 讨论  87-90
第七章 黄胫小车蝗不同地理种群的遗传分化及基因流分析  90-127
  第一节 基于ISSR分子标记的黄胫小车蝗不同地理种群的遗传分化研究  91-106
    1 材料与方法  91-97
      1.1 供试虫源  91-92
      1.2 主要仪器设备及试剂  92-93
      1.3 基因组DNA的提取及检测  93-94
      1.4 引物筛选  94-95
      1.5 反应体系的建立  95-96
      1.6 电泳检测  96
      1.7 数据统计与分析  96-97
    2 结果与分析  97-106
      2.1 基因组DNA的提取  97-98
      2.2 ISSR—PCR反应体系的优化  98-101
      2.3 ISSR—PCR扩增结果  101-103
      2.4 遗传多样性  103-104
      2.5 遗传相似性  104
      2.6 遗传距离  104-106
      2.7 遗传分化  106
  第二节 基于线粒体CO Ⅰ和Cyt6基因序列的黄胫小车蝗不同地理种群的遗传分化研究  106-123
    1 材料与方法  106-108
      1.1 供试虫源  106-107
      1.2 主要仪器设备及试剂  107
      1.3 基因组DNA的提取及检测  107
      1.4 PCR扩增和产物测序  107-108
      1.5 数据统计与分析  108
    2 结果与分析  108-123
      2.1 电泳检测及测序结果  108-110
      2.2 碱基组成及序列变异  110-111
      2.3 单倍型分析  111-114
      2.4 单倍型系统进化分析  114-116
      2.5 遗传多样性及中性检验  116-118
      2.6 遗传分化分析  118-121
      2.7 分子变异分析  121
      2.8 遗传距离与地理距离  121-123
  第三节 讨论  123-127
    1 分子标记的选择  123-124
    2 单倍型分析  124-125
    3 遗传多样性  125
    4 遗传分化与基因流  125-127
第八章 亚洲小车蝗不同地理种群的遗传分化及基因流分析  127-134
  1 材料与方法  127-129
    1.1 供试虫源  127-128
    1.2 主要仪器设备及试剂  128
    1.3 基因组DNA的提取及检测  128
    1.4 引物筛选  128
    1.5 反应体系  128-129
    1.6 电泳检测  129
    1.7 数据统计与分析  129
  2 结果与分析  129-132
    2.1 ISSR—PCR扩增结果  129
    2.2 遗传多样性  129-130
    2.3 遗传相似性  130
    2.5 遗传距离  130-131
    2.6 遗传分化  131-132
  3 讨论  132-134
第九章 结论  134-137
  1 研究结论  134-136
  2 创新点  136
  3 问题与展望  136-137
参考文献  137-151
致谢  151-153
攻读学位论文期间发表文章  153

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中图分类: > 农业科学 > 畜牧、动物医学、狩猎、蚕、蜂 > 普通畜牧学 > 草地学、草原学
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