大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗的雜交試驗(yàn)初報(bào)

毛本勇，李 淼，徐吉山

（大理大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院，云南大理 671003）

大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗的雜交試驗(yàn)初報(bào)

毛本勇，李 淼，徐吉山

（大理大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院，云南大理 671003）

對大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗開展室內(nèi)受控雜交實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，在正交和反交情況下均能產(chǎn)生有生育力的F1代，F(xiàn)1代自交產(chǎn)生F2；F2表征同F(xiàn)1，二者示差特征介于親本之間。上述結(jié)果表明大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗之間尚未形成生殖隔離，是同一物種的不同亞種；其示差性狀的遺傳未表現(xiàn)單基因遺傳規(guī)律中的顯隱關(guān)系特點(diǎn)。

大尾須卵翅蝗；犁須卵翅蝗；雜交；生殖隔離；物種

大尾須卵翅蝗Caryanda macrocercusa（Mao et Ren，2007）〔1〕隸屬于昆蟲綱Insecta、直翅目Orthoptera、斑腿蝗科Catantopidae、卵翅蝗亞科Caryandinae，2011年毛本勇等〔2〕將其移入卵翅蝗屬Caryanda St?l，1878，模式產(chǎn)地為云南南澗無量山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。后續(xù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該種尚分布于鳳慶三溝水、臨滄五老山、雙江大浪壩，呈點(diǎn)狀分布狀態(tài)，是云南地區(qū)的特有物種。

犁須卵翅蝗CaryandacultricercaOu，LiuetZheng，2007，目前僅知模式產(chǎn)地為云南永德忙海水庫〔3〕，經(jīng)多次調(diào)查未發(fā)現(xiàn)其他分布地，為云南特有種，其形態(tài)結(jié)構(gòu)和生活環(huán)境與大尾須卵翅蝗基本相似。

此二種蝗蟲的翅均退化為鱗翅狀，已經(jīng)失去飛行的能力，遷移擴(kuò)散能力弱，成為典型的地理隔離狀態(tài)下，適應(yīng)特殊小生境的小種群物種，是生境破碎化地區(qū)小種群物種形成機(jī)制研究的適宜材料〔4〕。

本試驗(yàn)旨在通過兩種卵翅蝗的正反交和自交實(shí)驗(yàn)，考查雜交后代生殖能力及性狀的分化狀況，從而提供推斷此二種蝗蟲親緣關(guān)系及其雜交遺傳規(guī)律的依據(jù)。

1 材料及方法

1.1材料大尾須卵翅蝗活體標(biāo)本2～3齡幼蟲40只，采集地：云南省臨滄地區(qū)鳳慶縣三溝水，地理坐標(biāo)24°40′N，99°55′E、海拔：2 186 m，采集時(shí)間：2013年6月18日，采集人：毛本勇、李淼、徐吉山。采集地為鳳慶縣城東北方向的一片山區(qū)林緣草地，草地周圍有云南松Pinus yunnanensis、藍(lán)桉Eucalyptus globulus等高大喬木，草被層植物豐富，有藎草Arthraxon hispidus、竹葉草Oplismenus compositus等多種禾本科植物及蕨類植物，還有稀疏的低矮灌木。

犁須卵翅蝗活體標(biāo)本3～4齡幼蟲60只，采集地：云南省臨滄市永德縣忙海水庫，地理坐標(biāo)23°2′N，99°28′E，海拔2 000～2 060 m，采集時(shí)間：2013年6月17日，采集人：毛本勇、李淼、徐吉山。小生境與大尾須卵翅蝗的生境相似。

1.2方法

1.2.1 飼養(yǎng)瓶準(zhǔn)備 購置直徑15 cm，高30 cm的透明塑料瓶，瓶壁、瓶蓋打小孔以透氣，瓶底墊5 cm厚的原產(chǎn)地土壤〔4〕。

1.2.2 蝗蝻飼養(yǎng) 將野外采集的上述兩種蝗蝻帶回實(shí)驗(yàn)室，置飼養(yǎng)瓶內(nèi)飼養(yǎng)。每日投喂藎草、竹葉草等禾本科植物，保持相對濕度60%～80%、室溫19～25°C，每日換草、清潔糞便、及時(shí)檢出死蟲，逐日觀察記錄蝗蝻發(fā)育情況〔4〕。2013年6月29日犁須卵翅蝗首先羽化，1 d后大尾須卵翅蝗也陸續(xù)羽化，于羽化的當(dāng)日及時(shí)將成蟲檢出，分瓶飼養(yǎng)，以避免同種交配。最后用于雜交實(shí)驗(yàn)的共有大尾須卵翅蝗（用“D”表示）15雄13雌和犁須卵翅蝗（用“L”表示）9雄17雌。

1.2.3 正反雜交實(shí)驗(yàn) 2013年7月9日開展正反雜交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)搭配為D♂（15只）×L♀（17只），置于標(biāo)記為“正交”飼養(yǎng)瓶中飼養(yǎng)觀察；反交實(shí)驗(yàn)搭配為L♂（9只）×D♀（13只），置于標(biāo)記為“反交”飼養(yǎng)瓶中飼養(yǎng)觀察。每日觀察記錄蝗蟲生活、交尾、產(chǎn)卵及死亡現(xiàn)象情況。死亡的雄性制作成針插標(biāo)本或無水乙醇浸泡標(biāo)本。

1.2.4 自交實(shí)驗(yàn) 將正反交實(shí)驗(yàn)后的飼養(yǎng)瓶置室內(nèi)自然溫度下，保持濕度為60%～80%。2014年4月上旬卵開始孵化，繼續(xù)上述常規(guī)飼養(yǎng)工作，直至子一代（F1）自交、產(chǎn)卵、死亡。重復(fù)上述操作至2015年子二代（F2）孵化、羽化、交配、死亡為止。

采用超景深三維顯微系統(tǒng)（VHX-5000）拍攝雄蟲腹部末端、外生殖器形態(tài)照片。

2 結(jié)果

2.1行為文獻(xiàn)〔4〕報(bào)道了大尾須卵翅蝗的生物學(xué)特性。正反交實(shí)驗(yàn)和自交實(shí)驗(yàn)中，親本、F1代和F2代蝗蟲的覓食、停息、爬動(dòng)、清潔身體污物、蛻皮、交尾、產(chǎn)卵等活動(dòng)均與大尾須卵翅蝗相似，未見異常行為。

2.2子代個(gè)體數(shù)正反交實(shí)驗(yàn)得到F1代，F(xiàn)1代自交得到F2代，見表1。

表1 大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗雜交實(shí)驗(yàn)F1代、F2代個(gè)體數(shù)

由表1可知，正交（D15♂×L17♀）實(shí)驗(yàn)（2013年）：2014年共孵化出F1代1齡蝗蝻52只，養(yǎng)殖過程中死亡30只，得到成蟲22只（♂14只，♀8只），通過自交在2015年共孵化出F2代1齡蝗蝻30只孵化，養(yǎng)殖過程中死亡1只，得到成蟲22只（♂10只，♀19只）。反交（L9♂×D13♀）實(shí)驗(yàn)（2013年）：2014年共孵化出F1代1齡蝗蝻49只，養(yǎng)殖過程中死亡20只，得到成蟲29只（♂7只，♀22只）；通過自交在2015年共孵化出F2代1齡蝗蝻33只孵化，養(yǎng)殖過程中死亡3只，得到成蟲30只（♂14只，♀8只）。

2.3性狀分化兩種蝗蟲的表征差異主要表現(xiàn)在雄性腹部末端和雄性外生殖器形態(tài)上〔1-3〕。檢視了所有正反雜交實(shí)驗(yàn)得到的F1和F2，發(fā)現(xiàn)F1和F2的表征相同，其與親本之間的差別也主要反映在上述雄性特征上。三者之間的區(qū)別見表2和圖1。

表2 大尾須卵翅蝗、犁須卵翅蝗及其F1的主要區(qū)別

圖1 親本與F1示差特征比較

由表2和圖1可知，無論正交或反交得到的F1及F1自交得到的F2，它們的表征均相似。F1及F2與親本之間的差異主要表現(xiàn)在雄性腹部末端形態(tài)，即：第10腹節(jié)背板后緣尾片的突出部分較小，狹圓形；肛上板正三角形；雄性尾須寬度適中，上緣近平直，近端部斜切；陽具基背片冠突闊，側(cè)觀基部與前突近之間夾角近60°。這些性狀均介于兩親本之間。

3 結(jié)論及討論

3.1大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗的物種地位目前學(xué)術(shù)界普遍接受的是“生物學(xué)物種”概念，認(rèn)為對于有性生殖生物而言，“物種是一群可以相互進(jìn)行自由交配的自然種群，并且這些種群和自然界其他的物種的種群之間存在著生殖隔離”〔5〕。Shafer和Wolf的研究〔6〕認(rèn)為，由地理隔離和遺傳漂變導(dǎo)致形成的小種群逐漸適應(yīng)于不同的生態(tài)環(huán)境，是為不同的生態(tài)型或地理宗。隨著時(shí)間的推移，這些生態(tài)型或地理宗之間的性狀逐漸發(fā)生分化，最終產(chǎn)生了生殖隔離，并導(dǎo)致了新物種的形成。雜交實(shí)驗(yàn)常常用于考查對象間的生殖隔離程度，以此判別它們的親緣關(guān)系〔7-11〕。通常，考查對象如果表型差異，又有不同的分布區(qū)，彼此之間卻無生殖隔離，應(yīng)作為不同亞種處理。

本次正交、反交和自交實(shí)驗(yàn)中的生殖行為與同種個(gè)體之間的生殖行為相似〔4〕；正交和反交能夠產(chǎn)生F1，F(xiàn)1自交能夠產(chǎn)生F2，F(xiàn)1雌雄蟲具有正常的生殖能力，表明大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗之間仍未形成生殖隔離。大尾須卵翅蝗分布于南澗無量山、鳳慶三溝水、臨滄五老山及雙江大浪壩，基本上沿北緯23°～25°呈點(diǎn)狀分布，種群間不存在基因流；犁須卵翅蝗僅分布于永德忙海水庫周圍。兩者分布地之間相隔永德大雪山，種間不存在基因流，符合具有不同分布區(qū)的條件。兩者之間表型差異明顯，符合由地理隔離和遺傳漂變介導(dǎo)形成的小種群特點(diǎn)。綜上所述，大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗在自然界不存在基因流，它們表型差異明顯，似乎可以作為不同物種看待；但在實(shí)驗(yàn)室條件下，它們可以相互配育，產(chǎn)生可育的F1代，按嚴(yán)格的物種定義，它們應(yīng)該作為同一種的不同亞種對待。它們正處于分化成不同物種的進(jìn)程中。

然而F2代雖有自交行為，卻未產(chǎn)生F3代。F2代是否存在生殖隔離仍需開展重復(fù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

需要說明的是F1代養(yǎng)殖過程中，可能由于飼養(yǎng)瓶空間狹小，空氣流動(dòng)不暢，導(dǎo)致大約一半的蟲體死亡。由于樣本數(shù)量較少，未能開展雜交組合與同種間生殖力對照實(shí)驗(yàn)，故今后仍有開展大樣本雜交對照實(shí)驗(yàn)的必要。

3.2表型遺傳實(shí)驗(yàn)結(jié)果在F1代和F2代示差鑒別性狀介于親本之間，沒有表現(xiàn)單基因遺傳規(guī)律中的顯隱關(guān)系特點(diǎn)，提示上述性狀可能受多基因〔11〕抑或共顯性等位基因控制，這需要深入研究。

〔1〕MAO B Y，REN G D.A new genus and a new species of acrididae（orthoptera）from yunnan，china〔J〕.Entomological News，2007，118（4）：366-370.

〔2〕毛本勇，任國棟，歐曉紅.云南蝗蟲區(qū)系、分布格局及適應(yīng)特性〔M〕.北京：中國林業(yè)出版社，2011：74-75.

〔3〕OU X H，LIU Q，ZHENG Z M.Two new species of the genus Caryanda（Orthoptera，Catantopidae）from Yunnan province，China〔J〕.Acta Zootaxonomica Sinica，2007，35（4）：758-762.

〔4〕杜燕林，聶秋月，李淼，等.大尾須卵翅蝗生活史及生物學(xué)特性觀察〔J〕.大理大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，1（6）：66-68.

〔5〕MAYR E.Animal species and evolution〔M〕.Boston：Belknap Press of Harvard University Press，1963.

〔6〕SHAFER A B，WOLF J B.Widespread evidence for incipient ecological speciation：a meta-analysis of isolation-byecology〔J〕.Ecol Lett，2013，16（7）：940-950.

〔7〕朱道弘，ANDO Y.稻蝗屬三近緣種間的生殖隔離機(jī)制及其進(jìn)化意義〔J〕.昆蟲學(xué)報(bào)，2004，47（1）：67-72.

〔8〕劉春琴，田雷雷，李克斌，等.基于COI基因?qū)θN大黑鰓金龜分類地位的研究〔J〕.應(yīng)用昆蟲學(xué)報(bào)，2013，50（1）：93-100.

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〔10〕葉奕英，許政拱，黃若密，等.廣西和云南兩地微小按蚊的雜交試驗(yàn)〔J〕.中國寄生蟲學(xué)與寄生蟲病雜志，1992，10（4）：287-289.

〔11〕高瑞桐，王保德.光肩星天牛和黃斑星天牛雜交研究〔J〕.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22（3）：23-26.

A Preliminary Report on the Crossbreed between Caryanda macrocercusa and C.cultricerca

Mao Benyong,Li Miao,Xu Jishan
（College of Agriculture and Biology Science,Dali University,Dali,Yunnan 671003,China）

An indoor hybridization experiment by forced mating between two grasshoppers:Caryanda macrocercusa and C.cultricerca were carried out.Results showed that the reciprocal crosses in the two species could produce fertile progeny F1;these differential characters of F1 same as F2 were intermediate between the parents.The results indicated that the reproductive isolation between C. macrocercusa and C.cultricerca was not yet formed.The two nominal species were the different subspecies of the same species.The heredity of the differential characters didn't conform to the single-gene dominant genetic law.

Caryanda macrocercusa;C.cultricerca;hybridization;reproductive isolation;species

Q969.97

A

2096-2266（2016）12-0053-04

10.3969∕j.issn.2096-2266.2016.12.013

（責(zé)任編輯 李 楊）

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31260520；31560605）

2016-08-26

毛本勇，教授，博士，主要從事昆蟲系統(tǒng)學(xué)及進(jìn)化生物學(xué)研究.