東北地區(qū)螽蟖總科昆蟲分類學研究（直翅目：螽亞目）.pdf

1、本研究首先對東北地區(qū)螽蟖總科昆蟲的分布進行了記述。在本地區(qū)分布的螽蟖有一些近緣種類,它們在外形上很相似,不易區(qū)分。因此,作者對本地區(qū)螽蟖總科昆蟲進行外部形態(tài)分類學研究的同時,又從另外四個微觀角度對其進行了分類學研究,目的在于探討它們之間的親緣關系。本次研究共獲得螽蟖標本21種,隸屬于3科,10屬。 1、形態(tài)學方面：對采集到的21種螽蟖,采用傳統(tǒng)分類方法進行了外部形態(tài)描述及分類學記述。本文采用劉憲偉、殷海生(1999)所提出的分類

2、系統(tǒng),將螽蟖科提升為總科,下分為12科。研究結果如下： (1)本文研究的21種螽蟖隸屬于3科10屬：①露螽科Phaneropteridae,露螽屬Phaneroptera Audinet-Serville,條螽屬Ducetia Stal,掩耳螽屬Elimaea Stal;②螽斯科Tettigoniidae, 蟈螽屬Gampsocleis Fieber, 擬蟈螽屬Uvarovites Tarbinsky, 螽斯屬Tettigoni

3、aLinnaeus, 姬螽屬Metrioptera, 寰螽屬Atlanticus Scudder; ③草螽科Conocephalidae, 草螽屬Conocephalus Thunberg, 鉤額螽屬Ruspolia Schulthess。形態(tài)學研究結果完全符合劉憲偉、殷海生所提出的分類系統(tǒng)。 (2)-些種類在外形上很相似,不易區(qū)分,如：蟈螽屬的普通蟈螽模式亞種G,本文又從以下四個微觀角度對采集到的21種螽蟖的親緣關系進行了探討

4、。 2、解剖學方面：運用生理解剖和電鏡掃描技術對21種螽蟖消化道外部形態(tài)、前胃的內(nèi)部顯微結構以及胃盲囊進行了研究,首次利用螽蟖消化道前、中、后腸的長度進行了聚類分析,得出如下幾點結論： (1)螽蟖消化道可分為前、中、后腸三部分,不同屬種以及近緣種之間的差別主要在消化道各段的長度、前胃及中腸的胃盲囊,其余部分對分類單元的確立起輔助作用。 (2)消化道的形態(tài)特征在螽蟖總科昆蟲高級階元中具有非常穩(wěn)定的差異性,不同科、屬

5、之間差異明顯,可以作為不同科及屬之間的分類指標。 (3)消化道的形態(tài)特征在螽蟖總科昆蟲低級階元中也具有較穩(wěn)定的差異性,同屬不同種之間以及形態(tài)學上相近的近緣種之間差異較明顯,因而也可以作為不同種之間的分類指標。 (4)消化道的形態(tài)結構與其食性之間具有必然的相互關系,通過對這種關系的研究分析,為我們探索各類群之間的親緣關系及系統(tǒng)發(fā)育提供了有利的證據(jù),同時為害蟲的防治提供一定的理論依據(jù)。 (5)聚類分析結果與形態(tài)學分類

6、結果一致,近緣種普通蟈螽模式亞種和普通蟈螽東北亞種,烏蘇里螽蟖和短翅螽蟖,線條鉤額螽和姬鉤額螽以及中華草螽和普通草螽都各自首先聚在一起,然后再和該屬的其它種類或該科的其它屬聚在一起。 3、細胞學方面：采用染色體常規(guī)壓片法研究了21種螽蜥的染色體核型,利用染色體的相對長度進行了聚類分析,結果如下： (1)螽蟖的性別決定機制為XX♀/XO♂,這也是直翅目昆蟲大多數(shù)種類所具有的性別決定機制。 (2)螽蟖科昆蟲染色體數(shù)目

7、為2n(♂)=31,29;露螽科為2n(♂)=31,29,27; 草螽科為2n(♂)=31,都屬于螽蟖總科最普遍的二倍體染色體數(shù)。 (3)不同螽蟖以及外形上很相近的近緣種在染色體組式、染色體形態(tài)以及相對長度等方面差異較大：普通蟈螽模式亞種和普通蟈螽東北亞種在染色體相對長度以及染色體中最長與最短染色體的比值上差別都很明顯；短翅螽蟖的染色體組式為1L+5M+8S+X,而烏蘇里螽蟖則為1L+4M+9S+X,二者在染色體相對長度方面差異

8、也很顯著；線條鉤額螽和姬鉤額螽在染色體核型方面差別非常顯著,線條鉤額螽的核型公式為：2n(♂)=29m+2t,染色體組式為11M+4S+X,而姬鉤額螽的核型公式為：2n(♂)：25m+6t,染色體組式為10M+5S+X;中華草螽和普通草螽則全部為端部著絲粒染色體,兩者的染色體組式分別為6M+9S+X和7M+8S+X,差別同樣顯著。因此,染色體核型可以作為螽蟖和其它昆蟲類群不同種之間的分類指標。 (4)聚類分析結果與形態(tài)學分類結果

9、是一致的：上述幾種外形相近的近緣種首先聚在一起,然后再和該屬的其它種類或該科的其它屬聚在一起,與上述解剖學研究的聚類結果一致。結果表明,不同物種間染色體核型的近似程度與形態(tài)學上的近似程度呈正相關。 4、生物化學方面：首次采用聚丙烯酰胺凝膠電泳技術研究了16種螽蟖的酯酶(EST)同工酶,利用各酶帶的遷移率進行了聚類分析,探討聚類分析方法在同工酶分析中的價值。研究結果表明： (1)EST同工酶在螽蟖不同體段的酶譜中存在著差異

10、,螽蟖胸部的EST同工酶活性明顯強于后足股節(jié)。 (2)EST同工酶在科等高級階元中的差異不大,從酶帶數(shù)及酶活性上看,屬間、種間差異都很明顯,因而可以作為屬內(nèi)不同種間、不同屬不同種間的分類指標。其中,螽蟖科昆蟲的酶帶數(shù)量最多,露螽科昆蟲次之,草螽科昆蟲最少。螽蟖的EST酶譜的差異表現(xiàn)出了與該類群的形態(tài)學特征差異呈正相關的趨勢。 (3)外形上很相近的近緣種之間,EST酶譜的差異顯著。普通蟈螽模式亞種有6條酶帶染色較深,酶活性

11、較強,而普通蟈螽東北亞種只有3條酶帶染色較深,酶活性較強；短翅螽蟖有5條酶帶染色較深,酶活性較強,而烏蘇里螽蟖則有9條酶帶染色較深,酶活性較強；線條鉤額螽共有10條酶帶,其中7條酶帶染色較深,酶活性較強,而姬鉤額螽則共有11條酶帶,其中有4條酶帶染色最深,酶活性最強；中華草螽共有11條酶帶,其中5條酶帶染色較深,酶活性較強,而普通草螽則有10條酶帶,其中只有3條酶帶染色較深,酶活性較強；另外上述各近緣種之間的酶帶分區(qū)也不同,差異顯著。

12、 (4)聚類分析結果與形態(tài)學結果基本一致,說明利用聚類分析法對同工酶譜帶進行分析有一定的應用價值,近緣種類聚在一起,與上述解剖學以及細胞學研究的聚類結果-致。 5、分子生物學方面：首次提取了東北地區(qū)螽蟖總科21種昆蟲基因組總DNA,利用兩對特異性引物擴增并測定了DNA序列,獲得Cytb基因510bp,16SrDNA 454bp;使用ClustalX1.81、MEGA 3.0等系統(tǒng)發(fā)育分析軟件對DNA序列的堿基組成、氨基酸組

13、成、堿基替換、遺傳距離等進行了遺傳分析；采用鄰接法(NJ)、最小進化法(ME)和最大簡約法(MP)對Cyt 6數(shù)據(jù)集和16SrDNA數(shù)據(jù)集進行了螽蟖總科的系統(tǒng)發(fā)育關系重建,結果如下： (1)21種螽蟖昆蟲的510bpCytb基因序列中,序列的保守性是50.2％,變異性是49.2％：測得的454bp16s基因序列中,序列的保守位點占總數(shù)的60.1％,變異性是39.9％。 (2)Cytb基因序列中,T、C、A、G的平均含量分

14、別為37.3％、22.1％、29.5％和11.2％,其中,A+T含量為66.8％,而G+C的含量只有33.3％。Cytb基因的不同密碼子之間堿基組成表現(xiàn)了一定差異,密碼子第二位點最保守,保守位點占所有保守位點的55.2％；密碼子第三位點保守位點只有6個,而變異位點最多,占所有變異位點的65.3％。 (3)Cytb基因的兩種轉換(T-C、A-G)的頻率要高于四種顛換(T-A、T-G、C-A、C-G)的頻率,其中轉換以T-C替換數(shù)目

15、最多,達到49個,顛換以T-A最多達到28個,以C-G最少,只有2個；從顛換發(fā)生的位點看,大多數(shù)發(fā)生在密碼子的第三位,這可能與密碼子第三位點的高A+T含量相關。 16S基因的轉換頻率與顛換頻率差不多,為1.1倍；轉換數(shù)最高的也發(fā)生在A-G之間,顛換數(shù)最高的則發(fā)生在T-A。 (4)21種螽蟖由20種氨基酸組成,編碼170個氨基酸,其中保守氨基酸為115個,占所有氨基酸數(shù)目的67.6％,變異氨基酸55個,所占比例為32.4％

16、。 (5)用幾種建樹方法所構建的分子系統(tǒng)樹的拓樸結構大致相同,3科10屬螽蜥的系統(tǒng)關系與形態(tài)學分類結果一致。近緣種的系統(tǒng)關系如下：蟈螽屬Gampsocleis：(((G.sedakovii obscura, G. sedakovii sedkovii), G. ussuriensis), G. gratiosa);螽蟖屬Tettigonia:((T.caudata, T. cantans), T. ussuriana);草螽科C

17、onocephalidae: ((R. nitidula, R. jezoensis), (C。fuscus, C. chinensis)),結果與上述解剖學、細胞學以及生物化學研究的聚類結果相同。 本研究所采用的生理解剖-電鏡掃描技術、染色體常規(guī)壓片法、聚丙烯酰胺凝膠電泳技術和DNA測序等四種現(xiàn)代分類學方法及手段對東北地區(qū)螽蟖總科昆蟲的研究結果基本一致,并與形態(tài)分類學研究結果相同。因此,應用以上四種現(xiàn)代分類學方法能夠很好的區(qū)分