松材线虫与本地蓝变菌及媒介松墨天生的协同互作入侵机制

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qq277824282
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随着全球贸易和旅游业的发展,生物入侵已成为全球关注的问题。从原产地到传入地,生物入侵最显著的特点是生物的生存环境发生重大改变。为适应新的生态环境,外来种需要发挥自身的生物潜力,与入侵地生物环境间进行复杂的相互作用,建立新的种间关系。已有研究从阿利效应、表型可塑性、遗传变异等方面,阐述了物种间的互作在生物入侵过程中作用。因此,对入侵种与入侵地生物间互作的研究,不但可以揭示生物成功入侵的内在机制,还将为生物入侵的预防和治理提供科学依据。  松材线虫(Bursaphelenchusxylophilus)是重要的林业外来有害生物,是松材线虫病的病原。松材线虫病是涉及松材线虫、寄主植物、伴生微生物、媒介昆虫等多生物因子参与的复合病害系统,它们相互作用共同导致松材线虫病的发生。然而,这些生物因子在松材线虫入侵扩散中的作用机制,尚未完全阐明。本论文以松材线虫为对象,重点研究了入侵地蓝变菌、松墨天牛、寄主马尾松及拟松材线虫等多物种间的互作在松材线虫成功入侵扩散中的作用机制。主要研究结果及创新点包括以下几个方面:  1.蓝变菌对松材线虫生长、繁殖和行为的影响。  本研究以生物成功入侵需要有足够的群体数量为基础,明确了不同蓝变菌对松材线虫生长、繁殖和行为的影响。在所供试的三种蓝变菌中,Sporothrixsp.1不但利于松材线虫的繁殖,而且可以促进松材线虫雌虫的生长;Sporothrixsp.2对松材线虫的繁殖并无明显促进作用。但是松材线虫对蓝变菌菌株Sporothrixsp.2具有明显的选择偏好性。在生物入侵机制的研究中,应该充分考虑本地种的作用。该研究结果还可为松材线虫的防治提供科学依据。  2.单萜调节松材线虫的繁殖和蓝变菌的生长。  松墨天牛取食导致马尾松的单萜物质释放量增加。在不同浓度条件下,单萜物质浓度增加导致蓝变菌的生长和松材线虫的繁殖受到一定的抑制。但是松材线虫可以利用高浓度的单萜和蓝变菌SporothrixSp.1提高自身的繁殖能力。在不同比例条件下,健康马尾松萜烯比(α-蒎烯:β-蒎烯=1:0.1)与蓝变马尾松萜烯比(α-蒎烯:β-蒎烯=1:0.8)对蓝变菌Sporothrixsp.1的抑制作用间无显著差异。但松材线虫的繁殖数量相对提高。该研究结果明确了寄主植物挥发物--单萜类物质和蓝变菌在松材线虫成功入侵中的作用,拓展了生物入侵机制的研究范畴。  3.松材线虫的表型可塑性在成功入侵中的作用。  通过不同食物条件的培养,松材线虫具有比相同生态位的拟松材线虫更高的表型可塑性。好的外界环境条件下,松材线虫倾向于产生更多的后代,卵的孵化用时短;逆境条件下,松材线虫倾向于产生更少更大的卵,卵孵化时间延迟。这也从一个侧面说明了,松材线虫适应范围广,入侵性更强,从而具有比本地种拟松材线虫更高的竞争力。该研究结果还可为生物入侵的生态学机制--竞争性替代提供理论依据。  4.松材线虫脱离松墨天牛可能与其呼吸代谢变化相关。  二氧化碳是自然界中重要的信号物质,许多有机体进化出了针对二氧化碳浓度变化的行为反应机制。昆虫在取食过程中,随取食时间,呼吸代谢提高,即释放更多的二氧化碳。而模式线虫-秀丽杆线虫能对高浓度的二氧化碳产生驱避反应。结果表明,松材线虫脱离松墨天牛的过程与松墨天牛的呼吸代谢变化相偶联。随着松墨天牛取食时间的延长,呼吸代谢速率逐渐增加,并在最初的一周达到最大值;随后呼吸代谢一直保持在较高的水平;用1%二氧化碳对扩散型4龄松材线虫,进行行为测试,发现线虫具有驱避反应。该结果为松材线虫的脱离机制提供了新的线索。  总之,线虫作为地球上数量最多的多细胞动物,已进化出适应自然栖息地生存的策略和能力。外来入侵种松材线虫,到达新的栖息地,利用当地多物种间的相互作用,充分发挥自身的潜力,获得成功入侵。
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