春尺蠖蛹期生物学特性研究

春尺蠖Apocheima cinerarius Erschoff属鳞翅目尺蛾科昆虫,危害杨树、柳树、榆树、沙枣树、梨树、苹果树、桑树等林果植物,也是新疆沙漠胡杨林的主要害虫之一。春尺蠖属于一化性专性滞育昆虫,蛹在树冠下土中越夏、越冬,蛹期长达10个月,曾报道蛹滞育前后形态上无明显差别。目前对于春尺蠖蛹期生物学特性鲜见报道,但经解剖发现不同蛹期存在明显的外观变化。因此,探究春尺蠖蛹期生物学特性,明确蛹期的基因表达变化,不仅有助于了解春尺蠖对生态环境的适应性,提高种群预测预报水平,更有助于阐明春尺蠖蛹期发育调控机制,为制订有效的综合治理策略提供科学依据,其研究结果如下:1.春尺蠖蛹外部形态特征雌蛹第8腹节腹板前缘中部具有“Y”型沟,与第7腹节腹板后缘形成倒三角状,而雄蛹无此特征。其次,雌蛹生殖孔与产卵孔连接形成裂缝,两侧比较平坦没有突起,而雄蛹第9腹节腹板中央有一纵裂缝的生殖孔,两侧各有半圆状瘤状突起。雌蛹的胸部背板各节间相对长度均小于雄蛹,而雄蛹中胸背板最宽,其后缘明显向外凸起。这些特征可作为春尺蠖蛹的形态特征快速、无损、准确鉴别雌雄个体。但春尺蠖雌、雄蛹蛹长、蛹宽等特征相似,无明显差别。2.春尺蠖蛹期发育特征根据野外取样和温室饲养相结合的方法对其蛹壳颜色变化进行系统观察,使用体视显微镜观察并用ZEN 2软件进行拍照,使用Photoshop软件中颜色取样器读取蛹壳RGB值。结果表明:自然条件下,随春尺蠖蛹的发育时期,其蛹壳颜色由黄褐色逐渐加深至红褐色再逐渐变为黑褐色,变过程的颜色RGB值对应呈现出由大到小的变化趋势。化蛹初期,一般为黄褐色,蛹壳头部有略微浅绿色,此时RGB值最大。5月至6月蛹壳颜色加深,6月至7月蛹壳颜色变化最为明显由红褐色逐渐变为黑褐色,并且黑褐色占据蛹期的绝大部分时间,此时RGB值变到最小,呈水平波动趋势。通过对不同发育时期的雌雄蛹进行解剖,去除蛹壳后春尺蠖蛹颜色变化规律与蛹壳变化类似,5月初剥离蛹壳后为淡黄色液体,附肢等尚未开始分化。6月蛹已经发育出完整虫体,但未形成成型的内生殖器。在9月至12月期间,虫体由红褐色变为黑褐色。为进一步明确雌雄蛹的内生殖器结构和卵巢发育阶段。解剖结果表明:（1）解剖虫体可清晰见2组各4根卵巢管,卵巢管内的卵粒数由少逐渐增多,体积由小增大,颜色逐渐加深呈深黄色,交配囊、受精囊、附腺囊与附腺也逐渐清晰且体积增大。雄蛹1对睾丸和储精囊逐渐增大,且发育趋于成熟,附腺增长且增粗,单射精管增粗,颜色加深。（2）蛹期内生殖器结构。雌蛹包括1对卵巢、1对侧输卵管、1个受精囊、附腺、产卵孔、交配囊、1根中输卵管,左右对称的8根卵巢小管。雄蛹内生殖器包括1个精巢,输精管、贮精囊、附腺各1对和1根射精管。（3）雌蛹卵巢分级。将卵巢发育初步划分为5级:未分化期（I级）、乳白透明期（II级）、卵黄沉积期（Ⅲ级）、成熟待产期（IV级）、产卵末期（V级）。雌蛹卵巢:9月份为Ⅰ级或Ⅱ级,10、11月为Ⅱ级或Ⅲ级,12月后大分部为Ⅳ级。（4）蛹期发育历程。根据蛹壳颜色、蛹壳内虫体颜色和内生殖系统的发育状况,将春尺蠖蛹期分成四个阶段,第一阶段蛹5月、第二阶段蛹6月上旬至8月下旬、第三阶段蛹:9月上旬至11月下旬、第四阶段蛹:12月上旬至2月下旬。3.春尺蠖滞育期转录组分析利用高通量Illumina Hi Seq测序平台对春尺蠖蛹期进行转录组测序。结果表明:总计获得287231Unigenes,序列总长度175.63Mb,序列总数287231条、平均长度611.46 bp,有60595、27968、30829、23939、54871、40225条Unigenes分别注释到Nr,GO,KEGG,Pfam,egg NOG,Swiss-prot数据库。春尺蠖雌蛹:5月和10月对比,上调基因4905个,下调基因10323个,差异表达基因15228个,差异表达最为明显。5月和6月对比,上调基因56,下调基因392个基因,差异表达基因448个,差异最不明显。雄蛹:5月和10月对比,上调基因5111个,下调基因3963个,差异表达基因9074个。5月8月对比,上调基因23,下调基因229个基因,差异表达基因252个,差异最不明显。其中ALP、CAT、POD、SOD、TRE、LDH、PK、FAR、CYC和PDHAα基因不同阶段差异明显,PK、CAT、SOD、POD 4个基因FPKM值夏滞育期间上升,PDHAα、FAR、TRE、LDH、CYC 5个基因FPKM值冬滞育上升。雌蛹的ALP基因FPKM值,夏滞育上升,冬滞育下降,雄蛹反之。10个基因中CYC基因FPKM值最大,LDH基因FPKM值最小。