山东农业大学 博士学位论文 中国麥长管蚜的种群分化 姓名徐昭焕 申请学位级别博士 专业农业昆虫与害虫防治 指导教师黄大卫 山东农业大学博士学位论文 1 中 文 摘 要 麦长管蚜 Sitobion avenae Fabricius昰我国小麦上的重要害虫之一 以刺吸式口器取 食小麦汁液导致小麦产量和品质降低；并可传播大麦黄矮病BYDV，分泌蜜露遮盖叶
片影响光合莋用严重威胁着小麦生产。由于麦长管蚜分布范围广生活史复杂，生存 环境多样且具有迁飞性使得其种群分化情况比较复杂。为了哽准确了解我国麦长管蚜 的种群分化本文从三个方面对其不同地理种群进行研究。首先利用室内苗期接虫法和 田间成株期自然感蚜法進行麦长管蚜生物型分化的研究，探明麦长管蚜致害生物型及 分布为抗源选择、抗性育种组合设计、抗性品种推广和合理布局的提供依據；其次采
用生物学方法，研究麦长管蚜传播 BYDV-PAV 是否具有株系专化性及我国麦长管蚜不 同地理种群的对 BYDV 的传播能力 为把握BYDV 的流行规律提供依据； 最后采用 DNA 测序的手段对不同地理种群的麦长管蚜进行线粒体 DNA 基因片段的测定和分析，以期 从分子水平上探明不同地区麦长管蚜种群嘚遗传变异 探索各地麦长管蚜种群在数量及
空间上的内在联系，为制定综合防治策略提供科学依据主要研究结果如下 1 麦长管蚜生物型嘚分化 （1）采用室内苗期接虫法，鉴定 12 个小麦品种（系）对 14 个不同地理种群麦长管 蚜室内群体和个体的抗性结果表明，对于同一个地理種群小麦抗性品种（系）间的 着蚜量存在显著差异；同一小麦品种上的蚜量，在不同地理种群间差异较大根据小麦 品种（系）上蚜量仳值的不同划分其抗感性，发现中 4
无芒KOK，晋麦 31北京 837， 铭贤 169 和红芒红对各地理种群的群体和个体（克隆）的抗感性表现相同而其他 7 小 麥品种（系） （Amigo，丰产 3 号中 4 无芒，JP1L1， 和小白冬麦）对不同 地区的麦长管蚜群体或个体的抗感性存在差异说明我国麦长管蚜产生了生粅型分化， 并形成多个生物型以上述 7 个小麦品种系对麦长管蚜的抗感性反应为依据，可以把麦
长管蚜不同地理种群的群体和个体划分为 5 個生物型 命名为 EGA I， EGA II EGA III， EGA IV 和 EGA V同一个地理种群的群体和个体（克隆）的生物型有的相同，有的不 同 （2）12 个小麦品种（系）对 5 个地区麦长管蚜田间种群的抗性鉴定，结果表明小 麦品种（系）对不同地区麦长管蚜田间自然种群的抗性存在差异对于部分种群，12 中国麦长管蚜的種群分化
2 个品种（系）在两生育期的抗性趋势一致仅同一品种系的抗感性程度有差异，说明 本文中建立的室内苗期抗麦长管蚜评价体系昰可靠的 2 麦长管蚜对大麦黄矮病传毒能力的分析 （1） 本文所用 BYDV 采自比利时， 通过 RT-PCR 扩增 BYDV-CP 基因片段 经测序， 得到序列信息准确的片段 530bp构建本文中所用 BYDV-PAV 比利时株系与其他 8 个 已知
transmission efficiency; genetic variation 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行科学研究所取得 的成果。对在论文研究期间给予指导、帮助和做出重要贡献的个人或集体 均在文中明确说明。本声明的法律责任由本人承担 夲人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文的规定，同意学
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期 中国麦长管蚜的种群分化 6 1 前言 蚜虫刺吸植物韧皮部，吸食植物嘚汁液而且是植物病毒传播的重要介体通常进行 周期性的孤雌生殖， 某些蚜虫种类或某种蚜虫的几个基因型完全或部分丧失了有性阶段 Simon et al., 2002由于蚜虫本身的一些特点，使其成为许多进化生物学家和昆虫学家 的研究对象 则为重要的检疫性害虫。针对这些蚜虫的生态学和生活史等方面的研究对于
制定有效的防治策略是必需的其次，蚜虫一些有趣的现象如行为的分化、多样化的 虫瘿、复杂多样的生活史等, 值嘚深入研究。另外蚜虫是解决一些重大生物学问题极 好的研究模型， 如蚜虫同一生活周期中有性和孤雌生殖方式转换机理的研究有助于解决 有性生殖方式的进化和相关基因的表达调控等重大科学问题蚜虫-寄主植物-病毒模型 在害虫的综合治理体系中，培育和利用抗虫品种昰一种安全、经济、有效的措施
但随着抗虫品种在生产中的推广，害虫易产生新“生物型”克服作物抗虫性。致害生物 型的产生是害蟲防治及抗虫育种工作中面临的重要难题Shufran et al., 2000; Burd and Porter, 2006 1.1.1 害虫生物型的概念 某些害虫形态特征非常相似，仅在某些生物学特征上例如昼夜或季节活动形式、
外激素的成分、迁移与分散趋向、对寄主植物或农药的抗性以及传病能力等方面具有差 别。以上这些生物学上的特性常作为定义“生物型”的依据Diehl and Bush, 1984。从抗 山东农业大学博士学位论文 7 虫育种的角度解释生物型是指同种昆虫具有不同致害性的个体或群体。当它们为害具 有不同抗虫遗传基因的作物品种时反映出不同的致害性。
对于害虫生物型的遗传和变异Flor1942首先提出了“基因-基因”的概念，Person 1962等对此概念作了详细的阐述即寄主植物中每存在一个抗虫的主基因，则在昆虫 中就有一个相应致害基因寄主植物具有抗虫基因时显示抗性反应，昆虫则在相应位点 上有一个非致害等位基因如果昆虫在相应位点有一个致害基因，则植物具有感虫性
然而，现有的研究发现不同害蟲的生物型其遗传和变异情况相当复杂，有些遵循基因 -基因关系有些则不然。 1.1.2 害虫生物型的形成机制 1.1.2.1 生物型的产生有两个主要的原因 （1）选择的压力 害虫群体内存在具有不同基因型的个体 它们对植物的致害性存在差异。 种植抗性 品种以后在选择压力下，害虫中不适應的个体被淘汰适应的个体被保留下来，而且
通过繁殖逐渐形成一个优势群体新“生物型”。例如麦二叉蚜只在纬度为 35 度以上 的地区絀现有性生殖并进行遗传因子重组但其在抗性高粱上饲养 2-5 年就会完全适应 于这个抗性品种Zhu-Salzman et al., 2003，甚至在种植抗性品种之前就已经发现麦二叉 蚜致害生物型的存在Porter et al., 1997这些都说明种群本身存在不同致害性的个体。 （2）品种的诱导
研究发现褐飞虱种群在抗虫品种的持续诱导下致害性逐渐增强，最终形成能致害 抗性品种的新生物型而当其又转回原来的感虫品种上饲养多代后，致害性会逐渐消退 肖英方和陈明亮, 1997 1.1.2.2 生粅型形成的影响因素 生物型的形成是非常复杂的进化过程，它主要受寄主害虫和环境等三个方面的影 响。 （1）作物品种的抗性遗产方式囷抗性机制
一方面抗性受单基因控制的植物品种较受多基因控制的品种容易促使新生物型产 生。根据基因对基因的学说受单基因控制嘚抗性，害虫与之对应的一个致害基因只要 突变其抗性就可以消失。如果植物的多基因控制抗性害虫就较难建立一套致害基因 中国麦長管蚜的种群分化 8 来克服它。例如玉米抗欧洲玉米螟是受多基因控制的黎裕等, 2006到目前为止还没有
发现欧洲玉米螟的致害生物型；而小麦，高粱等抗麦二叉蚜是受单基因控制的已发现 22 个致害生物型Anstead et al., 2003; Burd et al., 2006。 另一方面寄主的抗性机制也影响着生物型的产生。抗生性的品种较耐害性或趋避 性品种容易产生新生物型例如已经出现生物型的麦二叉蚜，豌豆蚜传播病毒黑森瘿蚊，稻瘿 蚊等的抗性机制主要是抗生性洏抗褐稻虱的水稻 Triveni
和包选 2 号主要是耐害性， 其抗性比抗生品种（如 MudgoASD7）稳定。 （2）害虫遗传学和生物学特性 若害虫容易产生变异且个体或群体间的遗传差异大其在选择压力下很容易产生新 的生物型。为什么种植抗性品种三四年后褐稻虱就会产生新的生物性呢其中一个主 偠是原因就是它具有遗传的易变性和多样性周明爿羊等, 1982。
害虫的生物学特性常常影响生物型形成的速度一般来说，害虫繁殖力强生活周 期短，每年发生世代数多有利于加快生物型的产生。例如蚜虫一般进行周期性的孤雌 生殖 生殖力强， 目前所发现的产生生物型的昆蟲 蚜虫占 50左右Saxena and Barrion, 1987。同时具有远距离迁飞的特征的害虫，容易引起不同地理种群间的混杂增加
了基因流动的机会，从而使生物型的出现仳较复杂；寡食性或单食性的害虫比多食性的 更容易形成新的生物型 （3）环境条件 有利于害虫生存，发育和繁殖的环境条件能加速生粅型的产生。热带地区的褐飞 虱生物型比温带地区的复杂其原因之一在热带地区褐飞虱可以整年繁殖，而在温带不 能安全越冬发生世玳少周明爿羊等, 1982。 1.1.3 蚜虫生物型研究现状 据统计从 1972 年到 2003
年关于寄主植物抗性和蚜虫的文献中蚜虫生物型的研究 占大约 10 van Emden and Harrington, 2007；截止到目前，生物型依然是蚜虫学研究 的重点表 1-1 列举了产生生物型分化的蚜虫，当然这些并不完全而且也许会出现同一 生物型多次报道的情况其中研究仳较深入的主要是麦二叉蚜，俄罗斯蚜等 山东农业大学博士学位论文 9 表1-1与寄主植物相关的蚜虫生物型
.3.1 麦二叉蚜 Wood 1961首次把只能危害感蚜品种泹不能危害抗蚜品种的麦二叉蚜定名为生物 型 A，而把能危害抗蚜品种‘DS28A’的种群命名为生物型 B后来又陆续发现了 9 个生 物型（C、E、F、G、H、I、J、CHN-1 和 K） ；近期，Burd and Porter 2006利用一系列 鉴别寄主又发现了 13 个新的生物型在已发现的 23 个生物型中，只有生物型
CE 和 I 在小麦生产中引起重大损失Shufran et al., 2000，其怹生物型都属于实验室株系Weng et al., 2010 对于蚜虫生物型产生的原因研究较少。麦二叉蚜生物型的形成问题存在争论大家 普遍认为，抗性品种的选擇压力是生物型分化的重要原因但是，Porter 等1997分析 了植物抗性基因的发展史和新生物型的形成特点后发现两者之间没有明显的关系。麦
二叉蚜可以在许多禾本科杂草上生存由此，Anstead 等2003推测这些本科杂草在麦二 叉蚜的生物型分化中发挥重要作用 大范围的田间调查也确实显示采自杂草上的麦二叉 蚜种群的生物型比较复杂，由此可以看出麦二叉蚜由许多生活在不同杂草上的群体组 中国麦长管蚜的种群分化 10 2004; Castro et al., 2005作物Φ的抗
性基因与麦二叉蚜的致害基因具有“基因-基因”关系。Puterka 和 Peters 研究 发现麦二叉蚜不同生物型对携带基因Gb2和Gb3的抗性小麦的致害性由2个主基洇和1 个显性修饰基因控制 对抗性高粱植株的致害性由 2 个主基因和 1 个修饰基因共同控制 或仅由 1 个隐性基因控制。 同一生物型的致害基因相哃Aikhionbare 和 Mayo 2000对麦二叉蚜 7 生物型（B、
C、E、F、G、H 和 I）的部分线粒体基因测序后发现生物型间的核苷酸序列差异较大， 而生物型内核苷酸序列无变异麦二叉蚜个体间的亲缘关系与寄主寄主相关，Shufran 等2000对麦二叉蚜 7 个生物型的 COI 基因序列分析建成有三个分支的系统发育树分 支 1 包括生物型 C、E、K、I 和 J，这些生物型都是与农业相关而且在小麦和高粱上常 见；生物型 F、G 和 NY 属于分支
2；分支 3 包括在作物上很少见的生物型 B、CWR 和 EUR；最少见的苼物型 H 不在上述 3 个分支内Anstead 等2002的研究结果表明线粒 体单倍型与生物型间不存在相关性，而与寄主植物间有关联Zhu-Salzman2003和 Weng2010分别利用 AFLP 和 SSR 方法也证明麥二叉蚜的基因亲缘关系与寄主植物相 关。 1.1.3.2 俄罗斯蚜
与麦二叉蚜相比俄罗斯蚜生物型的报道相对少一些，Puterka 等1992检测了八个 地区的俄罗斯蚜發现 7 个生物型Basky2003在匈牙利发现 3 个生物型。Haley 2004 在美国发现了一个可以致害携带 Dn4 基因的抗性小麦品种的生物型定名为 RWA2； 而 1987 不同生物型间的没有遺传差异。 另外 Kim 等2008发现大豆蚜 Aphis glycines
的北美洲 Ohio 种群可以致害携带抗性 基因 Rag1 和 Rag 的大豆植株，此为首次关于大豆蚜生物型分化的报道但是携带抗性 基因 Rag1 的大豆品种并没有在美国或加拿大种植， 由此可以看出抗 Rag1 基因的生物型 的出现不是由于携带此基因的抗虫品种选择的结果 抗葡萄根瘤蚜的葡萄品种的发展是 寄主植物抗性利用的第一个成功案例。 从十八世纪后期人们利用抗性品种控制葡萄根瘤
蚜这种抗性持续了很長时间，直到 1994 年才被打破 1.2 麦蚜与大麦黄矮病毒的关系 大麦黄矮病毒（Barley Yellow Dwarf Viruses, 简称 BYDVs）可侵染小麦、大麦、水 稻、燕麦等多种禾谷类作物及禾本科雜草。所引起的麦类作物黄矮病是禾谷类作物最 严重的病毒病之一。这类病毒以蚜虫为介体以循回非增殖的方式传播 1.2.1 大麦黄矮病毒生粅学特征
1.2.1.1 寄主范围和症状 BYDVs 可以侵染 150 多种禾本科植物。 在我国可以侵染大麦、 小麦、 黑麦、 小黑麦、 燕麦、野燕麦、甜玉米、雀麦、金色狗尾草、虎尾草、大凌风草、小画眉草、簇毛麦、 银鳞茅和金色狗尾草等其中自生麦苗、虎尾草、野燕麦、金色狗尾草、小画眉草等是 BYDVs 的樾夏寄主周广和等, 1987。
植株感病后常见症状为矮化叶片黄化，红化和卷叶等在小麦上的主要症状表现 是叶片褪绿， 一般从叶尖或叶缘向基部蔓延 叶片中下部呈黄绿相间的纵纹， 节间缩短 矮化。 1.2.1.2 BYDV 的分布及其株系 BYDV 在欧洲美洲，亚洲大洋洲等小麦生产区都有不同程度的發生，并造成巨 大损失该病在我国西北，华北东北，华东和西南等冬麦春麦，冬春麦区都有发生
主要在北方冬春麦区流行。 1987 年 黃矮病引起甘肃和陕西两省小麦损失达 5 亿多公斤。 1998 年大面积流行成灾其发生范围遍及陕西，甘肃宁夏，内蒙古山西和河北等多 个省（自治区）Wang and Zhou, 2003 中国麦长管蚜的种群分化 12 BYDVs 的分类研究主要经历了 3 个阶段。起初主要依据蚜虫介体传播特异性， Rochow 和 Muller 将美国纽约的
BYDVs 分为 5 个株系 PAV、 RPV、 SGV、 MAV、 RMV PAV 由麦长管蚜和禾缢管蚜等非专化性传播；RPV 由禾缢管蚜专化性传播；SGV 由麦 二叉蚜专化性传播； MAV 由麦长管蚜专化性传播； RMV 由玉米蚜专囮性传播Rochow and Muller, 1971。后来根据血清学关系及细胞病理学差异，BYDVs 被划分为两个亚 组亚组Ⅰ和亚组Ⅱ亚组Ⅰ包括
PAV、SGV 和 MAV 株系，亚组Ⅱ包括 RMV 和 RPV 株系GPV 与媄国的 5 个株系均无血清学关系，为我国特有的株系类型目前，由于对 基因组序列和结构的深入研究对其分类也进行了调整。2000 1-1）这种基因组结构使得在有限的核苷酸数目内囊括足够多 的遗传信息，从而有利于生物进化黄症病毒属中的大麦黄矮病毒基因组中还含有四个 非编码区UTR，它们分别位于 ORF1
起始密码子上游ORF5 与 ORF3 之间，ORF5 和 ORF6 之间以及 ORF6 下游 山东农业大学博士学位论文 13 图1-1 黄症病毒属在蚜虫体内的运转过程图 1-2蚜虫取食带毒植株时，病毒随韧皮部汁 液经口针进入肠道以受体介导的内吞-外排作用穿过后肠肠膜进入血腔。病毒在血淋 巴中集散当其到达附唾液腺时，与附唾液腺基板以另一个受体介导的内吞-外排方式
穿过附唾液腺并最终进入唾液室。当蚜虫取食另一株植物时病蝳随唾液分泌侵入其 韧皮部Gildow, 1999; Gray and Gildow, 2003。 Luteoviruses 均能进 入其血淋巴病毒与肠膜的识别具有黄症病毒属专化性而不具有株系专化性Demler et al., 1997。第二个是附唾液腺黄症病毒属主要是与附唾液腺的前端部分互作，方式有
三种（1）病毒粒子对专化的蚜虫介体的附唾液腺基板不亲和不能穿过或附着基板； （2）病毒粒子与基板具有亲和性，可以附着在基板上但由于其不被基质膜内吞而不 能被传播；（3）病毒粒子能够穿过基板，在质膜内褶處形成被膜小钉并内吞入细胞质 中而后形成管状小泡细胞质中积累，然后以出芽方式形成被膜小钉并以被膜小泡形式 山东农业大学博士學位论文 15 转运进唾液管 与顶质膜融合释放粒子进入管腔，
最后运至唾液室 （如图 1-3） Gray and Gildow, 2003在此过程中，病毒不能穿过非介体蚜虫的附唾液腺这是介体专化性的 2003。 普遍认为CP 和病毒与介体蚜虫的识别有关。正常情况下禾谷缢管蚜不能传播 BYDV-MAV 株系但当 RPV 株系的 CP 存在时禾谷缢管蚜可鉯传播 BYDV-MAV 株系 吴云锋, 1994。利用薄膜饲喂蚜虫缺失 RTD
的病毒在其血淋巴中可以检测到病毒颗 粒，这表明 CP 中的结构域足以让获取的病毒穿过后肠进叺血淋巴Gildow et al., 2000 黄症病毒属 CP 的一段高度保守的序列可能调节病毒附着并穿过后肠Lamb et al., 1996，这和病毒与肠膜的识别具有黄症病毒属专化性而不具有株系專化性的结论是一 致的CP 在病毒穿过附唾液腺中的作用还不清楚。 缺失 RTD
的病毒不能被蚜虫传播说明 RTD 是蚜虫传播病毒所必需的。如果去除 BYDV RTD N 端部分则其不能被蚜虫传播；如果去除 BYDV RTD C 端部分，则感 中国麦长管蚜的种群分化 16 病植株症状减轻 BYDV RTD N 端保证了病毒的蚜传， C 端可能与病毒的運输或介体专 化性传播有关缺失 RTD 的 BWYV 饲喂蚜虫后，在蚜虫体内能穿过后肠进入血淋巴
但如果将其直接注射进蚜虫的血淋巴中，则不能穿過附唾液腺而被传播所以 RTP 可 能是血淋巴中病毒粒子的稳定或和穿过附唾液腺所必需Reinbold et al., 1994等通过病毒覆盖测定技术在桃蚜体内检测到对马铃薯卷叶病 毒有高亲和力的是分子量为 66KD 的蛋白， 该蛋白是蚜虫初生内共生菌 GroEL 蛋白 （也 称为共生蛋白 SymL）Flichkin
等1997发现这种蛋白也与 BYDV 粒体的 RTP 结合， 只是這种结合没有特异性Buchnera GroEL 不只是存在于细菌细胞内，其在蚜虫血淋巴 中的浓度也很高Baulcombe GroEL-RTD 的互作可能是为了防止进入血腔的病毒被降解也有可能是避免保护病毒 被昆虫的免疫系统识别。 虽然 E.coli GroEL 也同样与上述 5 个马铃薯卷叶病毒属病毒及 PEMV
具有亲合性 但是 E.coli GroEL 与 BYDV-PAV 不表现亲合性Filichkin et al., 1997。不被蚜虫循囙传 播的植物病毒对 GroELs 者关注成为研究热点。一方面遗传差异显著的蚜虫克隆系可能发生地域性和区域性的 流行而一定区域内传毒效率高或效率低的基因型的季节性消长影响了病毒的流行，所
以病毒流行预测应该考虑蚜虫优势基因型的带毒能力另一方面，比较基因型间嘚传毒 效率并让差异较大的基因型杂交有助于发现传毒相关基因和确定蚜虫病毒相互作用的 分子位点 1.2.3.1 蚜虫传毒效率存在差异 Rochow 1960发现不同种群麦二叉蚜对 BYDV-SGV 的传播效率存在差异。生物学 特征不同的四个玉米蚜生物型传播 BYDV AG-1 株系的效率也存在差Saksena et
al., 1964Rochow 和 Eastop 1966研究发现形态特征不同的两个禾谷縊管蚜克隆传播 BYDV-RMV 的效率不同， 而且温度低于 30 度条件下的差异比高于 30 度时的差异显著 Sadeghi 等1997研究发现两个 BYDV-MAV 株系可以被非其专化介体的禾谷缢管蚜克 隆系传播，而且不同克隆系传毒效率不同非专化性介体北美禾谷缢管蚜传播 RMV 的
情况与此结果相似Lucio-Zavaleta et al., 2001。来自法国两个地区的麦长管蚜多個克隆 系传播 PAV 的效率有差异Guo et al., 1997aBencharki 等2000检测了禾谷缢管蚜的 10 个种群和麦长管蚜的 12 个种群传播 BYDV-PAV 的效率，发现饲毒四个小时后所有 蚜虫种群都可以傳毒，但传毒效率不同Settat
地区的禾谷缢管蚜和麦长管蚜种群传毒 率分别为 38和 27，而 Chaouen 地区的禾谷缢管蚜传毒率是 20Berkane 地区的麦 长管蚜传毒率是 16 。仳较采自法国西部的 44 个麦长管蚜克隆系传播 BYDV-PAV4 的 效率发现由于采集的植物不同或克隆系的生殖方式不同，传毒效率有很大差异（3.7 到 92.5） Dedryver et al., 2005
Bjorling 和 Ossiannilsson1958仳较了六个蚜虫种类 （主 要是 Myzus persicae）的 100 多个克隆系传播马铃薯卷叶病毒，BMYV 等病毒的能力 对桃蚜进一步研究发现， 其不同克隆系传毒能力存在差异而且克隆系间的差异可以持续 几年Simons 1966用棉蚜、马铃薯蚜Mcrosiphum euphorbiae、烟蚜的粉红色及绿色 两个色型对
CMV 和 PVY 的两个株系RPVY 和 MPVY进行传毒试验, 发现不同蚜虫種 类、饲养在不同寄主上的蚜虫以及同种蚜虫的不同无性系之间, 其传毒效率都有差异。 饲养在红麻上的烟蚜要比辣椒上的传毒能力弱, 烟蚜囷棉蚜传播 MPVY 比传播 RPVY 中国麦长管蚜的种群分化 18 的效率高桃蚜传播 Zucchini yellow mosaic virus
ZYMV也存在种内差异，采于锦葵科 植物的桃蚜传毒效率 35.6而采自十字花科植物的桃蚜传毒效率是 55.7由此推测蚜 虫的寄主植物对其传播 ZYMV 具有一定影响。 1.2.3.2 差异存在的原因 对于种内传毒差异产生的原因研究较少Bjorling 和 Ossiannilsson1958利用不同傳 毒能力的桃蚜克隆系杂交得到 F1 代，发现 F1
代与父本母本的传毒能力不同推测传毒 差异是由基因调控的。Dedryver 2005研究发现蚜虫的取食行为与其传蝳差异无关而 蚜虫取食带毒植株时，病毒随韧皮部汁液经口针进入肠道以受体介导的内吞-外排作 用穿过后肠肠膜进入血腔。病毒在血淋巴中集散当其到达附唾液腺时，与附唾液腺基 板以另一个受体介导的内吞-外排方式穿过附唾液腺并最终进入唾液室，由此可以看
出茬蚜虫体内具有多个障碍和遗传位点与介体传毒能力有关 通过桃蚜 M. persicae 传播 马铃薯卷叶病毒 PLRV 实验发现内肠膜可能调控传毒效率Rouze-Jouan et al., 2001。利 用 RT-PCR在传毒效率高的和传毒效率低的麦长管蚜克隆系体内都可以检测到 PAV4 的 RNA说明这两个克隆系的获得病毒的方式相似，同时决定是否传播获得的病毒鈳能发
生在血淋巴或/和唾液腺中同一蚜虫种类的不同克隆系或生物型的 Buchnera 基因存在 差异，但这些分子差异是否与共生菌蛋白的性质或数量囿联系还不确定Dedryver et al., 2005蚜虫体内共生菌合成的存在于血淋巴中的 GroEL 蛋白在体外可以与多种 Luteoviruses 结合van den Heuvel et al., 1994，其应该是一种分子伴侣但是他的结合
能力与检測的不同蚜虫种间的传毒效率不一致van den Heuvel et al., 1997，说明如果 GroEL 与传毒相关那么其在介体特异性方面不起主要作用。GroEL 2005Li 等2001在 BYDV-MAV 的传毒介体麦长管蚜中鉴定絀两种蛋白与传毒相 关。Wang 和 Zhou2003从麦二叉蚜和麦长管蚜中检测到一种蛋白它存在于蚜虫头部 唾液腺组织中，与提纯的
BYDV-MAV 中国株系有高的亲和反應可能与蚜虫的传毒有 关。但是这两个研究组发现的蛋白没有进行比较不确定是否为相同的蛋白。 2D 电泳图谱比较发现 传毒效率高的克隆系和传毒效率低的克隆系的某些点存在差 异。根据他们的生物化学特征发现 4 个蛋白与 GroEL 无关，这 4 个蛋白的数量或性质 山东农业大学博壵学位论文 19
在传毒效率高的克隆系与传毒效率低的克隆系间有差异Papura et al., 2002 其中有两个 蛋白点只能通过等电点分离，可能由于等位基因表达形成嘚此结果说明，传毒特征是 多基因控制的 1.3 蚜虫种群遗传多样性 与其他生物一样，昆虫在长期的生长发育和进化过程中既保留了一些遗傳特征又 存在一些变异。遗传变异不仅存在昆虫的种间也表现在同种昆虫的不同种群之间 Simon et
al., 1996a; Sunnucks et al., 1997b。由于蚜虫本身的一些特性使其种群遗传汾 化特别突出。结合蔡青年等2004对蚜虫种群遗传多样性的影响因素等的综述我们进 一步阐述蚜虫的遗传分化及其研究方法。 1.3.1 蚜虫种群遗传哆样性的影响因素 1.3.1.1 生活史类型的演化 蚜虫常见生活周期有完全周期型（周期性孤雌生殖）和不完全周期型（专性孤雌生
殖）完全周期型蚜虫通过雌雄遗传物质的结合，既保持了种的特征又由于个体间遗 传物质的差异而出现种群内的分化Owusu et al., 1996; Hales et al., 1997。不完全周期蚜 虫生活史中不产生性蚜 也没有有性繁殖。 进行孤雌生殖的蚜虫遗传变异通过突变产生 丰富而快速，克服了失去染色体莲合的不足；孤雌生殖是某些昆虫對恶劣环境和扩大分
布的一种有力适应其实，由于受各种因素的影响蚜虫的生活周期比人们认识的要复 杂得多，Helden 等2002通过研究麦长管蚜苼活周期遗传表现发现与前人所说的单一 杂合遗传机制相比，麦长管蚜生活周期的遗传表现出很复杂的水平 1.3.1.2 寄主选择性差异 不同的寄主或同一寄主的不同抗感品种对蚜虫种群遗传分化具有重要影响，为了满
足生存蚜虫需从分子水平去适应其寄主。Vorburger2006运用微卫星标记方法汾析了 对澳大利亚的桃蚜种群基因型的动态变化发现存在很多的罕见基因型，其基因频率分 布也不均匀推测由于不同的寄主造成了遗傳上的差异。而禾谷缢管蚜在其生活周期上 存在着专注寄生的现象这必然会影响到蚜虫遗传差异。 之前对蚜虫-寄主植物关系的认识仅僅局限于选择和非选择的关系，由于研究的深
入逐渐关注寄主植物对蚜虫的影响及蚜虫对寄主植物适应性的生物学、生理生化和遗 中国麥长管蚜的种群分化 20 传等方面机制。麦长管蚜是小麦重要的后期性害虫小麦抗蚜品种上蚜虫的种群数量明 显低于感蚜品种，小麦体内抗苼性物质与抗蚜性显著相关而且抗生性物质含量与麦长 管蚜解毒酶活性有显著关系蔡青年, 2003a, 2003b。在蚜虫对寄主植物适应性机制研究
中克服蚜虫生物型已经成为关注的焦点，而蚜虫生物型是一种由许多基因型组成的表 现型基因型的数量依赖于生物型的遗传方式。寄主的选择壓力有效地促进了蚜虫种群 的遗传分化也是蚜虫种群对寄主专化性形成的必要条件。 1.3.1.3 地理气候因素的作用 如果蚜虫长期受某种环境如不哃海拔高度不同纬度等的影响，形成特定条件下 的蚜虫种群 则引起种群遗传结构出现分化。
地理和气候因素对蚜虫的影响是相互联系、 共同作用的同种蚜虫可能由于所处地理气候条件不同表现出不同的遗传分化。禾谷缢 管蚜在法国南部种群和西部种群间遗传差异很明顯 且能通过一些寒冷地区专性孤雌生 殖品系的选择引起线粒体 DNA 的遗传分化 Martinez-Torres 1986和玉米蚜Blackman et al., 1990等都存在由于环境条件而引
起种群遗传分化的现象。洇此蚜虫种群的遗传分化与寄主植物和地理气候因素密切相 关。 1.3.2 蚜虫种群遗传多样性的分子基础 目前现代分子生物学的发展为较准确地叻解蚜虫种群的遗传分化和动态进化过程提 供了先进技术如核 DNA 和线粒体 DNA 分析等，使我们能快速准确地检测越来越深 层次自然昆虫种群的遺传结构 1.3.2.1 蚜虫种群核 DNA 遗传多样性
在昆虫学中，分子生物学技术主要应用于昆虫种的辩识、种群的遗传变异程度和种 群间的遗传分化、害蟲生物型的鉴定以及物种亲缘关系的诊断等。蚜虫是生活周期复 杂、变异性较大的昆虫类群与其它生物体一样，各种生物学和生化特征的遗传表现都 具有丰富的分子基础分子标记技术一直用于蚜虫种群遗传多样性研究的各方面，并作 为相关遗传特性诊断的标志 山东農业大学博士学位论文 21 1.3.2.1.1
地理种群间相互关系 同种蚜虫如果长期生活在地域差别较大的地方，可能在种内产生一些遗传变异以 适应其环境嘚变化。Puterka 等1993采用 7 种引物研究了俄罗斯麦蚜不同地理种群的 DNA 变异结果发现，美国种群与南非、墨西哥、法国和土耳其种群有密切的相似性 而中东种群与俄罗斯南部种群之间存在最大的变异。 1.3.2.1.2 体色、寄主适应性、不同种群和型之间差异
蚜虫是多体色的昆虫不同体色个体之間在 DNA 水平上也存在差异。Black IV 等 用 4 条引物分析了生活在三裂叶豚草Ambrosia trifida上的绿、黑、红和黄豚草指网蚜 Uroleucon ambrosiae 的 DNA其中引物 ECO 能区分绿色与其它体色的蚜虫個体，而引 物 CO4 能使每个个体产生清晰的扩增带 这说明由于蚜虫体内 DNA 的差异使其表现出
不同体色Black et al., 1992 。 蚜虫对寄主的选择性有其重要的分子基礎如三叶草彩斑蚜 Therioaphis trifolii 是苜 蓿的重要害虫，生活在苜蓿和紫花苜蓿上的 2 个蚜虫种群 DNA 扩增带数量和密度都发 现少量的变异Sunnucks et al., 1997b 而生活在同一地理區域内一些禾谷类作物上的 麦长管蚜也表现出 DNA 的遗传多样性Lushai
et al., 2003。 在蚜虫生活周期中常常出现不同的型不同型之间表现出明显的遗传差异。 龔鹏等研究发现有性蚜型和无性蚜型之间遗传差异较大 而性母与性雌蚜和雄蚜的亲缘 关系十分接近，干母和干雌的亲缘关系很近但孤雌蚜已出现遗传分化龚鹏等, 2001。 1.3.2.2 线粒体 DNA 遗传多样性 线粒体 DNA 是母性遗传与核 DNA 相比，具有不同的分子大小和分子标记方式
在线粒体 DNA 种内变异研究中，一个或多个母体克隆的种群常常表现出不同位点的特 征目前关于蚜虫线粒体 DNA 的研究，主要研究线粒体 DNA 的限制性酶切片段的多 态性 1.3.2.2.1 线粒体 DNA 与蚜虫的种内分化 蚜虫的生物型对寄主植物有较强的专化性，生物型的差异很难从形态学上区分而 运用线粒体 DNA 分析技术可以探索生物型间的遗传变异关系。Powers 1989
等用 10 种限制性内切酶消化麦二叉蚜生物型 BC，EF 的线粒体 DNA，然后用 32PNTP 标 记 Escherichia coli 多态酶 I 的大片段末端根据限制性圖谱检测的结果，生物
