褐飞虱体内类酵母共生菌与氨基酸营养的关系

利用全纯人工饲料饲喂技术,研究了缺失不同氨基酸对高温(35℃)处理后的缺菌褐飞虱Nilaparvata lugens Stål相对生长速度、体内共生菌数量的影响,发现10种必需氨基酸对缺菌褐飞虱生长的影响明显大于10种非必需氨基酸,饲料中必需氨基酸的缺少对褐飞虱（特别是高温处理褐飞虱）体内共生菌数量有一定的刺激作用。分析了缺菌试虫体内氨基酸组成和转氨酶活性的变化规律,发现在摄取的氨基酸营养相同的条件下（用全纯饲料D-97饲养）,高温处理试虫体内蛋白质氨基酸组成无明显变化,而游离氨基酸总量明显上升,且必需氨基酸所占比例显著下降,其中组氨酸（His）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、赖氨酸（Lys）、蛋氨酸（Met）和苯丙氨酸（Phe）摩尔百分含量均显著下降,表明必需氨基酸的相对缺乏可能是体内蛋白质合成受阻的一个重要原因,推测这可能是由于试虫体内共生菌数减少致使所合成的必需氨基酸减少而引起。处理试虫体内谷氨酰胺合成酶（GS）和丙氨酸氨基转移酶（ALT）活性明显提高,天冬氨酸氨基转移酶(AST)活性显著降低,结合游离氨基酸中谷氨酰胺（Gln）显著增多,推测类酵母共生菌可能利用谷氨酰胺等为原料进行必需氨基酸的合成。     

不同虫源和致害性的褐飞虱体内共生菌的种群动态

通过对不同地理种群和致害性的褐飞虱体内共生菌,在高温和抗性水稻品种作用下的种群动态研究表明,在正常湿度下褐飞虱体内共生菌的数量随若虫的生长发育而增加,5龄若虫期是共生菌增长的关键期;同一种群的褐飞虱秋季共生菌数量明显高于夏季。广西田间种群的短翅雌虫体内的共生菌数量显高于浙江省的杭州和龙游种群,经高温处理后,3个生物开共生菌数量均显减少,但其子代共生菌的数量在正常温度下马上恢复,与未经高温处理的褐飞虱共生菌数量基本相同,取食抗性品种的生物型1和田间种群的褐飞虱体内的共生菌数量均明显减少,取食抗性品种的第2代的共生菌又均比第1代少。这说明高温对共生菌的影响是暂的,而抗性品种的对共生菌的作用与褐飞虱种群对品种的适应性有关。     

共生菌在褐飞虱致害性变化中的作用

研究了不同虫源和致害性褐飞虱Nilaparvata lugens种群体内共生菌数量动态及其对褐飞虱在抗虫品种上的取食选择、生长发育、繁殖以及氨基酸转移酶活性的影响。结果表明,褐飞虱田间种群的致害性与其体内共生菌数量有关。广西南宁种群雌成虫体内的共生菌数量显著地高于浙江杭州和龙游两个虫源的雌成虫体内共生菌数量,而已纯化的3个不同致害性生物型体内的共生菌数量无显著差异。取食抗性品种能显著减少生物型Ⅰ雌成虫体内的共生菌数量。缺乏共生菌时,生物型Ⅰ、Ⅱ若虫对水稻品种TN1和ASD7的选择性增大,而对Mudgo的取食选择性下降。尽管缺共生菌的3个生物型在已适应的和不适应的感虫和抗虫品种上的若虫存活率和雌成虫产卵量均下降,若虫历期明显延长,但在已适应品种上的变化程度明显小于在不适应的抗虫品种上的变化程度。共生菌还明显影响成虫体内丙氨酸氨基转移酶和天门冬氨酸氨基转移酶的活性。这些结果证明体内共生菌的数量和质量在褐飞虱对水稻致害性的变化中发挥了重要作用。     

三种稻飞虱在恒定高温胁迫下的生态表现

对揭飞虱、白背飞虱、灰飞虱等3种稻飞虱的不同虫态在38℃恒温下,暴露不同时间后的生存率进行了研究。结果表明,随高温处理时间的延长．卵孵化率明显下降,卵历期延长。褐飞虱、白背飞虱卵在38℃恒温下暴露12h后．卵孵化率比对照分别低34%和45%;暴露24h后,两种稻飞虱的卵孵化率均比对照低25％;致死中时值LT50分别为11h和10h。3种稻飞虱8日龄若虫及羽化后3天的雌雄成虫的生存率,随处理时间的延长而呈显著下降趋势,褐飞虱、自背飞虱和灰飞虱若虫的致死中时值LT50依次为15．6h、17．8h和25．9h,长翅型雌成虫依次为34．7h、17．1h和43．2h．长翅型雄成虫依次为28．9h、23．2h和54．5h。另外,高温处理过的若虫,其羽化出成虫的体重明显下降,在高温下暴露30h后,白背飞虱长趣型雌成虫的体重比对照低32％,褐飞虱短翅型雌成虫低50％;高温处理后存活的白背飞虱雌成虫产出的卵块较小,总产卵量也明显下降。     

不同地理种群褐飞虱体内共生酵母菌的个体大小及数量差异

褐飞虱腹部脂肪体内普遍存在共生酵母菌,该类共生菌在褐飞虱的生理代谢和营养利用等方面起着重要作用。采用冷冻切片技术结合显微摄像系统观察法测定不同地理种群褐飞虱体内共生酵母菌的个体大小和数量。试验结果表明,不同地理种群褐飞虱雌(雄)成虫体内共生菌的个体大小和数量差异显著,依次为:对照种群>广西种群>浙江种群>福建种群。结合虫体内脂肪和糖元含量的分析得出,褐飞虱体内共生酵母菌的长、宽度和数量与脂肪和糖元含量显著正相关。文章从共生酵母菌的角度解释了不同地理种群褐飞虱致害性变异的内在原因,并推测,迁飞过程所导致的褐飞虱体内脂肪和糖元的消耗影响了该类共生菌的数量和质量,并最终导致褐飞虱对抗性品种水稻的致害性减弱。     

不同温度下浸水对褐飞虱生存、繁殖及其寄主的影响

不同温度下浸水对褐飞虱卵孵化、若虫存活率、成虫取食和繁殖及其寄主水稻的影响研究结果表明 ,在相对低温2 2℃和 2 1～ 2 6℃的自然变温条件下 ,产卵后立即浸水对浙江和广西 2个褐飞虱种群的卵孵化影响均不明显 ,而在产卵后4 d浸水对浙江种群的卵孵化有显著的抑制作用。 2 8℃浸水 5d和 35℃浸水 1 d后卵孵化率显著下降且孵化进程延长。卵浸水后的初孵若虫的存活率随卵浸水时间的延长明显下降。稻株浸水对其体内所含的昆虫必需氨基酸影响较大 ,其总量减少 ,而稻株内可溶性糖含量却显著增加 ,导致褐飞虱在浸水稻株上的若虫生存率、成虫取食量和繁殖力均明显下降     

温度和氮肥对褐飞虱存活、生长发育和繁殖的交互作用

在实验室条件下,研究了不同温度（20 ℃、23 ℃、26 ℃、29 ℃和32 ℃）和氮肥水平（不施氮：0 kg·hm^-2;高氮：250 kg·hm^-2）对褐飞虱存活、发育和繁殖的影响和交互作用.结果表明：在20 ℃~29 ℃范围内,随着温度的升高,褐飞虱的卵孵化率和若虫存活率提高,卵和若虫历期缩短,成虫寿命缩短,同时产卵量增加;32 ℃时, 褐飞虱卵孵化率和若虫存活率降低、卵和若虫历期延长、成虫生殖力降低;在不同温度下,高氮植株上的褐飞虱卵孵化率和若虫存活率、成虫生殖力均明显高于低氮稻株上的褐飞虱,同时高氮植株上褐飞虱的卵和若虫历期明显短于低氮稻株上的褐飞虱,说明施用高水平氮肥提高了褐飞虱对逆境条件的生态适应性;温度和氮肥对褐飞虱卵存活率、若虫历期和产卵量的交互作用显著,表明全球气候变暖和长期施用高水平氮肥很可能是近年来褐飞虱猖獗暴发的重要原因.     

外源激素对褐飞虱翅型分化的影响

该文报道外源蜕皮激素(ED)和保幼激素类似物(JHA)对褐飞虱Nilaparvata lugens (Stal)翅型分化及体内酯酶活性、可溶性糖和游离氨基酸含量等的影响。褐飞虱在3、4龄若虫期经JHA处理后,所羽化出的成虫短翅型比例明显升高;而在5龄若虫期处理,所羽化出成虫的短翅型比例无明显变化。ED处理能增加3、4龄若虫体内酯酶活性、可溶性糖及游离氨基酸含量,而JHA处理则能有效地抑制ED的这些生物活性,这可能是JHA处理后褐飞虱成虫短翅型比例提高的生理生化基础。     

褐飞虱、白背飞虱种间、种内密度制约效应研究

以高感品种TN1为材料．研究了褐飞虱、白背飞虱成、若虫密度对种群的制约效应。实验表明,单虫种一龄善虫密度15头／株和30头／株相比．褐飞虱成虫的羽化率、短翘率、体长和若虫历期均无明显差异,但成虫雌性比率前高;白背飞虱成虫羽化率前比后高21．22％．短翘率高15.25％。在两种飞虱一龄若虫密度30、45、60头／株等虫量混合组配下,褐飞虱成虫羽化率60头／株比30头／株下降28％,白背飞虱若虫历期以30头／株最长。在总虫量为30头／株时,种内(30头／株)和种间(15：15头／株)比．白背飞虱种内处理成虫羽化率高36．83％．昔虫历期短;褐飞虱以种内处理成虫短翘率高。从产卵位点来看．褐飞虱喜产在稻株叶鞘中下部厚肉组织上,白背飞虱以叶脉基部产卵为主．成虫密度2、4、8对／株3处理,其叶鞘、叶脉上的平均卵块变小;10天内的平均卵量亦减步。同密度下,种间组合比种内组合的产卵量多。从各指标对密度反应来看,褐飞虱比白背飞虱更耐拥挤。     

三种稻飞虱在高温变温下的生态表现

在大型人工气候箱内模拟自然高温变温(27℃-38℃)下研究褐飞虱、白背飞虱、灰飞虱等3种稻飞虱种群的表现,并以恒温28．3℃为对照。发现3种稻飞虱的卵孵化率在变温下暴露5天,10天后,除白背飞虱卵孵化率在10天处理下比对照下降30％外,其他几种处理均和对照无显著差异;从发育历期来看,各虫种卵的发育速率随变温处理时间的延长而加快;3种稻飞虱若虫在变温处理5天后,褐飞虱,白背飞虱和灰飞虱的生存率依次为20％,30％和55%,明显低于对照;变温处理10天后,白背飞虱无一个体生存;褐飞虱比对照低75％．灰飞虱低50％;褐飞虱和白背飞虱雌成虫寿命明显比对照短;灰飞虱雌成虫的产卵量各处理间无显著差异,但白背飞虱和褐飞虱的产卵量在变温处理8天后,仅为对照的40％和80％,变温处理15天后,分别为对照的15％和54％。     

水稻-褐飞虱-拟水狼蛛食物链的定量研究

应用荧光物质稀土元素铕示踪法对水稻褐飞虱拟水狼蛛食物链进行了定量分析研究。所施荧光物质的三种浓度20 mg/L、50 mg/L和100 mg/L 均为有效浓度,对水稻生长无可见的影响,孕穗期、抽穗期、乳熟期和黄熟期四个生育期水稻、褐飞虱和拟水狼蛛的荧光物含量均随所施荧光物质浓度的增高而增高。褐飞虱对不同生育期水稻的取食量依次为抽穗期>孕穗期>乳熟期>黄熟期,分别为每克褐飞虱生物量在24 h内摄食水稻17.5910 g, 17.4510 g, 13.8290 g和8.7070 g。拟水狼蛛对褐飞虱的捕食量为乳熟期>孕穗期>抽穗期>黄熟期,分别为每克拟水狼蛛生物量24 h捕食褐飞虱3.6380 g, 3.0830 g, 3.0770和2.8000 g。根据田间调查数据换算为每头拟水狼蛛捕食褐飞虱在孕穗期、抽穗期、乳熟期和黄熟期分别为11头、11头、13头和10头。     

Planthopper "adaptation" to resistant rice varieties: changes in amino acid composition over time

The brown planthopper, Nilaparvata lugens, shows considerable geographic and temporal variability in its response to varieties of cultivated rice. N. lugens has repeatedly “adapted” to resistant rice varieties; however, the physiological changes underlying planthopper adaptation are poorly understood. Endosymbionts within planthoppers, such as yeast-like endosymbionts (YLS) could play a role as they produce essential amino acids for planthoppers. We used a full factorial study to determine how natal rice variety, exposed rice variety, YLS presence, and the number of reared generations affected nymphal development, planthopper total nitrogen content, and planthopper hydrolyzed amino acid profiles. Nymphal development was strongly influenced by a four-way interaction between the exposed rice variety, natal rice variety, number of reared generations, and YLS presence. While symbiosis improved nymphal performance in the 8th generation, it appeared to be a drain on nymphs in the 11th generation, when the aposymbiotic nymphs actually showed higher performance than the symbiotic nymphs. This suggests that the symbiotic relationship may be acting beneficially in one generation while acting as a drain during another generation. Aposymbiotic planthoppers reared for 11 generations had a higher proportional concentration of rare amino acids than those reared for 8 generations, indicating that the planthopper itself appears to improve its ability to acquire rare amino acids. Therefore, the change in amino acid composition of planthoppers suggests an underlying change in protein expression or amino acid metabolism over time.     

On the functional significance of symbiotic microorganisms in the Homoptera: a comparative study of Acyrthosiphon pisum and Nilaparvata lugens

All phloem‐feeding Homoptera possess symbiotic microorganisms. Although the phylogenetic position and anatomical location of the micro‐ organisms differ, the underlying theme of the symbiosis is the same; the microorganisms improve the nutritional quality of the diet through the provision of essential amino acids. The symbiosis has been well documented in aphids, but little information is available from other homopteran groups. The impact of the loss of bacterial symbionts in the pea aphid Acyrthosiphon pisum Harris and eukaryotic yeast‐like symbionts in the Asian rice brown planthopper Nilaparvata lugens Stål was examined in parallel. The weight and relative growth rate of aphids and planthoppers was significantly reduced by symbiont loss, and characteristic features of aposymbiotic pea aphids, so‐called ‘metabolic signatures’, were, for the first time, observed in aposymbiotic N. lugens. For example, the amount of protein per unit fresh weight was reduced by 26 and 10%, and the free amino acid levels increased 1.8‐ and 1.4‐fold, in aposymbiotic A. pisum and N. lugens, respectively. In addition, the concentration of the amino acid glutamine was elevated in the tissues of aposymbiotic insects. The data are discussed in the context of our current understanding of the nutritional role of the symbiosis and the mechanisms of nitrogen metabolism in the two insect species. It is concluded that the metabolic adjustments of the insects to symbiont loss are broadly equivalent.     

Pathways of Amino Acid Degradation in Nilaparvata lugens (St?l) with Special Reference to Lysine-Ketoglutarate Reductase/Saccharopine Dehydrogenase (LKR/SDH)

Nilaparvata lugens harbors yeast-like symbionts (YLSs). In present paper, a genome-wide analysis found 115 genes from Ni. lugens and 90 genes from YLSs that were involved in the metabolic degradation of 20 proteinogenic amino acids. These 205 genes encoded for 77 enzymes. Accordingly, the degradation pathways for the 20 amino acids were manually constructed. It is postulated that Ni. lugens can independently degrade fourteen amino acids (threonine, alanine, glycine, serine, aspartate, asparagine, phenylalanine, tyrosine, glutamate, glutamine, proline, histidine, leucine and lysine). Ni. lugens and YLSs enzymes may work collaboratively to break down tryptophan, cysteine, arginine, isoleucine, methionine and valine. We cloned a lysine-ketoglutarate reductase/saccharopine dehydrogenase gene (Nllkr/sdh) that encoded a bifunctional enzyme catalyzing the first two steps of lysine catabolism. Nllkr/sdh is widely expressed in the first through fifth instar nymphs and adults, and is highly expressed in the fat body, ovary and gut in adults. Ingestion of dsNllkr/sdh by nymphs successfully knocked down the target gene, and caused nymphal/adult mortality, shortened nymphal development stage and reduced adult fresh weight. Moreover, Nllkr/sdh knockdown resulted in three defects: wings were shortened and thickened; cuticles were stretched and thinned; and old nymphal cuticles remained on the tips of legs and abdomen and were not completely shed. These data indicate that impaired lysine degradation negatively affects the survival and development of Ni. lugens.     

褐飞虱不同致害性种群体内共生菌18S rDNA部分序列比较

分离纯化了褐飞虱3种不同致害性种群体内类酵母共生菌 (yeast-like symbionts, YLS),并对其18S rDNA基因序列进行了比较。结果表明,褐飞虱3种不同致害性种群体内类酵母共生菌18S rDNA均扩增出600 bp左右的片断。依据获得的18S rDNA特异性序列,结合已知真菌的18S rDNA部分序列,构建了不同宿主的YLS分子系统树。结果显示, 褐飞虱3种不同致害性种群体内的YLS同属子囊菌亚门（Ascomycotina）的核菌纲（Pyrenomycetes）,并与此纲中的Hypomyces chrysospermus亲缘关系相对最近。     

水稻褐飞虱内生共生细菌Arsenophonus的鉴定和系统分析

利用16S rDNA通用引物扩增了水稻褐飞虱Nilaparvata lugens（Stål）体内共生细菌的序列,经克隆、测序和NCBI数据库比对,发现褐飞虱体内存在杀雄菌属Arsenophonus类共生细菌,系统发育上与粉虱科和木虱科体内的Arsenophonus属亲源关系较近。在褐飞虱体内该共生细菌具有两种长度不同的16S rDNA序列,分别为1 504 bp和547 bp,其中后者为前者中间缺失了957 bp,其余序列相同。通过重新设计两对引物进行扩增,进一步确认不同褐飞虱地理种群及寄主种群均存在两种片段。Arsenophonus特异的 23S rDNA引物的扩增结果表明,Arsenophonus存在于所有检测的褐飞虱种群中,但不存在于水稻寄主中。荧光定量PCR检测发现3个褐飞虱室内寄主种群Arsenophonus属共生细菌含量不同,其中TN1种群明显高于Mudgo种群和ASD7种群。此为水稻褐飞虱体内存在Arsenophonus属共生细菌的首次报道。     

回放雄虫第二种鸣声对稻褐飞虱生殖过程的抑制作用

结果表明：1. 回放稻褐飞虱雄虫第二种鸣声 (SMVS) 1～12 h可以显著降低雌雄虫的成功交配率,而回放SMVS 24 h则对此无明显影响;2. 回放SMVS对交配率的影响主要在于对试虫相遇前的求偶过程,表现为雌虫鸣叫率显著下降,对雄虫求偶声 (FMVS) 的反应延迟;雄虫对雌虫求偶声 (FVS) 的反应程度有所降低;雌雄虫的相遇前期显著延长;3. 回放SMVS不影响交配试虫的授精率和产卵量,但影响授精的质量, 表现在精包明显变小,卵的发育率下降。     

褐飞虱侵害后不同水稻品种根及地上部氮、磷、钾含量的变化

利用浓硫酸-过氧化氢消煮法,研究了不同耐、感虫品种水稻分蘖期在褐飞虱侵害胁迫后根及地上部间营养成分含量的变化情况。结果表明：褐飞虱侵害协优963后3天,根及地上部N、P、K含量、6天根及地上部N含量、9天地上部N含量在60、120头/株侵害后变化不明显;6天根及地上部P含量、6天根K含量、9天地上部P含量、9天根及地上部K含量在120头/株侵害后显著下降,60头/株侵害后变化不明显;6天地上部K含量、9天根N含量在60、120头/株侵害后均显著下降。对于协优63,3天地上部N含量、3天根及地上部P含量、6天及9天地上部N、P含量在60、120头/株侵害后变化不明显;6天根N、P含量、根及地上部K含量、9天根N含量在120头/株侵害后显著下降,60头/株侵害后下降不明显;3天、9天根及地上部K含量、9天根部P含量在60、120头/株侵害后均显著下降。表明不同水稻品种体内不同营养物质含量在褐飞虱侵害后变化不同,协优63较协优963敏感;K含量变化最明显,其次为P,最后为N;而且根比地上部对褐飞虱的反应敏感。     

稻褐飞虱雄虫第二种鸣声及其生殖竞争意义

本文研究了稻褐飞虱Nilaparvata lugens雄虫第二种鸣声(SMVS)及其生殖竞争意义,结果如下：1.SMVS是2头或2头以上同种雄虫共栖一处时才产生的特殊信号,不同密度, 不同虫龄雄虫SMVS的呜叫习性不同,虫龄和温度对SMVS有明显影响。2.具SMVS行为的雄虫在求偶、交配系列行为中的优势逐步明显,最终成功交配的SMVS雄虫达70.2%,而非SMVS雄虫仅“14.9%。3.回放SMVS录音可以显著降低稻褐飞虱交配率(下降41.0%)。 SMVS是一种生殖竞争信号,具种的专一性。