矿物燃料燃烧、化学氮肥的过度使用使得全球活性氮释放增加了3至5倍，且预测全球氮沉降将从2005年至2100年会再增加2.5倍。根据2016年的国际氮项目会议，全球氮肥消耗在2000年为82.1Tg氮，2010年增加至101Tg氮，并预测至2030年将为132Tg氮。大量的氮沉降以及氮肥使用增加了向农业系统中输入的氮，将促进作物氮同化作用，增加作物产量，并进一步通过食物链或食物网影响农业生态系统的结构和组成。昆虫是农业生态系统的一个重要组成，其生活史特征对施氮的响应已被广泛报道，发现昆虫适合度对寄主植物施氮存在着正响应（增加）、负响应（下降）或无响应（不变）等特征。但以往的研究主要集中在植物营养抗性的变化对昆虫响应施氮的作用，而从昆虫自身的生理响应和分子调节机制研究较少。基于此，本博士论文以红色和绿色两种色型的豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)为对象，以蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）为寄主植物，通过外源施氮探究寄主植物蒺藜苜蓿的氮代谢、氨基酸组成、抗性变化及其级联效应对蚜虫取食行为、生长发育和繁殖的影响，以揭示豌豆蚜氨基酸代谢、氮营养感知、生长激素调节、非编码RNA差异的规律和机制，最终阐明不同色型豌豆蚜响应寄主植物施氮差异的内在调控机制。主要结果如下:　　(1)施氮处理下蒺藜苜蓿的营养改变，而非诱导抗性的变化决定豌豆蚜的表现　　利用高效液相色谱、实时荧光定量PCR、刺探电位图谱等技术，检测施氮下蒺藜苜蓿的营养组成及激素介导的诱导抗性水平的变化，分析红色、绿色两种色型豌豆蚜的取食行为、生长速率以及繁殖的改变。结果发现，与不施氮的蒺藜苜蓿相比，绿色型豌豆蚜取食施氮的蒺藜苜蓿可诱导苜蓿大多数游离氨基酸浓度的增加，而红色型豌豆蚜能诱导增加的游离氨基酸种类较少。而且，取食施氮的蒺藜苜蓿后的两种色型豌豆蚜都可诱导具有有效抗蚜性的茉莉酸/乙烯抗性途径关键基因表达，而降低无效抗蚜性的水杨酸抗性途径关键基因表达，这种增加的抗性与施氮下豌豆蚜增加的刺探时间及减少的韧皮部取食时间一致。进一步通过分析豌豆蚜的生活史特征，发现施氮下两色型豌豆蚜的生长速率都增加，红色型豌豆蚜的繁殖不变，而绿色型豌豆蚜的繁殖增加。这些结果清楚表明，施氮下的蒺藜苜蓿的营养发生改变，而非激素介导的诱导抗性改变在决定豌豆蚜生活史特征中发挥重要作用。　　(2)施氮特异性增加绿色型豌豆蚜亮氨酸和甲硫氨酸、激活TOR通路并增加繁殖　　进一步分析施氮下红绿两色型豌豆蚜体内游离氨基酸的浓度、共生菌Buchnera必需氨基酸的合成、TOR（target of rapamycin）信号通路的改变，并利用显微注射氨基酸、双链RNA干扰、化学抑制剂等验证方法，深入研究施氮下营养改变对红绿豌豆蚜的繁殖调节。结果显示，取食施氮的蒺藜苜蓿，绿色型豌豆蚜体内增加4种必需氨基酸的浓度，即亮氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸及缬氨酸，同时Buchnera中合成这几种氨基酸的基因表达也上调;施氮下绿色型豌豆蚜中增加的亮氨酸和甲硫氨酸浓度可分别增加TOR信号通路的激活，进而通过促进卵黄蛋白原的合成来增加繁殖。与之相反，施氮下红色型豌豆蚜中必需氨基酸的浓度、TOR信号通路或者繁殖都不改变。本结果表明，特定氨基酸的积累以及营养转导通路导致了施氮下豌豆蚜色型特异性的繁殖。　　(3)施氮影响豌豆蚜繁殖力变化的miRNA组学研究　　非编码RNA中的microRNA(miRNA)在调节昆虫繁殖响应环境变化中发挥重要作用。利用高通量测序结合qPCR技术，研究了miRNA在施氮下豌豆蚜繁殖调节中的作用，结果表明，与取食不施氮蒺藜苜蓿相比，取食施氮蒺藜苜蓿后绿色型豌豆蚜成体中下调了与繁殖相关的3种miRNA表达，分别是miRNA-8、miRNA-278及bantam。进一步抑制取食不施氮蒺藜苜蓿的豌豆蚜中这三种miRNA的表达，发现仅有降低bantam表达可增加绿色型豌豆蚜的繁殖;而分别将取食施氮蒺藜苜蓿的豌豆蚜中这三种miRNA的表达增加，则都可降低绿色型豌豆蚜的繁殖。但在红色型豌豆蚜中却未检测到繁殖相关miRNA表达的显著改变。通过使用软件进行靶标基因预测，发现bantam在豌豆蚜中的靶标基因富集到代谢通路、MAPK信号通路、FOXO信号通路和Wnt信号通路，暗示着施氮引起的绿色型豌豆蚜中bantam表达降低，可能通过靶向这些信号通路来促进繁殖的增加，也显示施氮下红绿两色型豌豆蚜中miRNA的表达与其繁殖密切相关。　　(4)施氮通过保幼激素调节豌豆蚜体重和繁殖的增加　　基于发现取食施氮蒺藜苜蓿的绿色型豌豆蚜的生长速率也增加，导致其四龄和成体时体重的增加现象。为了检验施氮下保幼激素(juvenile hormone，JH)含量的增加是施氮下绿色型豌豆蚜体重及繁殖增加需要这个科学假设，分析了施氮下不同龄期的绿色型豌豆蚜体内游离氨基酸含量、保幼激素通路相关基因表达以及保幼激素滴度。结果显示，取食施氮蒺藜苜蓿的绿色型豌豆蚜在四龄及成体阶段具有更多的游离氨基酸含量，并且上调了JH合成相关基因的表达和JH滴度，暗示着JH可能参与到施氮下绿色型豌豆蚜对施氮的正响应中。当对取食不施氮蒺藜苜蓿的豌豆蚜外源施加JH时，发现100ng的JH施加可增加豌豆蚜成体体重及繁殖，而对取食不施氮蒺藜苜蓿的豌豆蚜，使用雷帕霉素来降低JH滴度，或者干扰JH合成基因来降低JH滴度都可降低成体体重和繁殖。这些结果清楚表明，施氮下四龄和成体豌豆蚜中增加的JH滴度是导致其增加的体重和繁殖的主要因素。　　综上所述，本博士论文系统研究了豌豆蚜及其寄主植物蒺藜苜蓿对外源加氮的响应特征与机制，深入探究了不同色型豌豆蚜响应施氮在繁殖调控的差异。发现由于豌豆蚜体内亮氨酸和甲硫氨酸的特异性积累，增强了TOR信号途径，增加JH滴度是导致施氮下绿色型豌豆蚜繁殖增加的机制，而miRNA bantam表达的降低也参与了其繁殖响应调节的过程。未来随着外源施氮的增加，绿色型豌豆蚜的种群适合度特别是繁殖力将进一步增加，对豆科植物的为害将更加严重。显然，从农业昆虫的生理及分子层面研究豌豆蚜对寄主植物施氮的响应对于理解农业害虫爆发机制，寻找有效的害虫防控靶标，预防施氮增加情况下害虫爆发具有重要意义。