大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗的雜交試驗初報

毛本勇，李 淼，徐吉山

（大理大學農學與生物科學學院，云南大理 671003）

大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗的雜交試驗初報

毛本勇，李 淼，徐吉山

（大理大學農學與生物科學學院，云南大理 671003）

對大尾須卵翅蝗和犁須卵翅蝗開展室內受控雜交實驗。結果顯示，在正交和反交情況下均能產生有生育力的F1代，F1代自交產生F2；F2表征同F1，二者示差特征介于親本之間。上述結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單基因遺傳規律中的顯隱關系特點。

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，模式產地為云南南澗無量山國家級自然保護區。后續調查發現，該種尚分布于鳳慶三溝水、臨滄五老山、雙江大浪壩，呈點狀分布狀態，是云南地區的特有物種。

犁須卵翅蝗CaryandacultricercaOu，LiuetZheng，2007，目前僅知模式產地為云南永德忙海水庫〔3〕，經多次調查未發現其他分布地，為云南特有種，其形態結構和生活環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，已經失去飛行的能力，遷移擴散能力弱，成為典型的地理隔離狀態下，適應特殊小生境的小種群物種，是生境破碎化地區小種群物種形成機制研究的適宜材料〔4〕。

本試驗旨在通過兩種卵翅蝗的正反交和自交實驗，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系及其雜交遺傳規律的依據。

1 材料及方法

1.1材料大尾須卵翅蝗活體標本2～3齡幼蟲40只，采集地：云南省臨滄地區鳳慶縣三溝水，地理坐標24°40′N，99°55′E、海拔：2 186 m，采集時間：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林緣草地，草地周圍有云南松Pinus yunnanensis、藍桉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23°2′N，99°28′E，海拔2 000～2 060 m，采集時間：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 飼養瓶準備 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厚的原產地土壤〔4〕。

1.2.2 蝗蝻飼養 將野外采集的上述兩種蝗蝻帶回實驗室，置飼養瓶內飼養。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、及時檢出死蟲，逐日觀察記錄蝗蝻發育情況〔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羽化，于羽化的當日及時將成蟲檢出，分瓶飼養，以避免同種交配。最后用于雜交實驗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 正反雜交實驗 2013年7月9日開展正反雜交實驗。正交實驗搭配為D♂（15只）×L♀（17只），置于標記為“正交”飼養瓶中飼養觀察；反交實驗搭配為L♂（9只）×D♀（13只），置于標記為“反交”飼養瓶中飼養觀察。每日觀察記錄蝗蟲生活、交尾、產卵及死亡現象情況。死亡的雄性制作成針插標本或無水乙醇浸泡標本。

1.2.4 自交實驗 將正反交實驗后的飼養瓶置室內自然溫度下，保持濕度為60%～80%。2014年4月上旬卵開始孵化，繼續上述常規飼養工作，直至子一代（F1）自交、產卵、死亡。重復上述操作至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（VHX-5000）拍攝雄蟲腹部末端、外生殖器形態照片。

2 結果

2.1行為文獻〔4〕報道了大尾須卵翅蝗的生物學特性。正反交實驗和自交實驗中，親本、F1代和F2代蝗蟲的覓食、停息、爬動、清潔身體污物、蛻皮、交尾、產卵等活動均與大尾須卵翅蝗相似，未見異常行為。

2.2子代個體數正反交實驗得到F1代，F1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驗F1代、F2代個體數

由表1可知，正交（D15♂×L17♀）實驗（2013年）：2014年共孵化出F1代1齡蝗蝻52只，養殖過程中死亡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，養殖過程中死亡1只，得到成蟲22只（♂10只，♀19只）。反交（L9♂×D13♀）實驗（2013年）：2014年共孵化出F1代1齡蝗蝻49只，養殖過程中死亡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在雄性腹部末端和雄性外生殖器形態上〔1-3〕。檢視了所有正反雜交實驗得到的F1和F2，發現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在雄性腹部末端形態，即：第10腹節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術界普遍接受的是“生物學物種”概念，認為對于有性生殖生物而言，“物種是一群可以相互進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〕認為，由地理隔離和遺傳漂變導致形成的小種群逐漸適應于不同的生態環境，是為不同的生態型或地理宗。隨著時間的推移，這些生態型或地理宗之間的性狀逐漸發生分化，最終產生了生殖隔離，并導致了新物種的形成。雜交實驗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系〔7-11〕。通常，考查對象如果表型差異，又有不同的分布區，彼此之間卻無生殖隔離，應作為不同亞種處理。

本次正交、反交和自交實驗中的生殖行為與同種個體之間的生殖行為相似〔4〕；正交和反交能夠產生F1，F1自交能夠產生F2，F1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形成的小種群特點。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；但在實驗室條件下，它們可以相互配育，產生可育的F1代，按嚴格的物種定義，它們應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程中。

然而F2代雖有自交行為，卻未產生F3代。F2代是否存在生殖隔離仍需開展重復實驗證實。

需要說明的是F1代養殖過程中，可能由于飼養瓶空間狹小，空氣流動不暢，導致大約一半的蟲體死亡。由于樣本數量較少，未能開展雜交組合與同種間生殖力對照實驗，故今后仍有開展大樣本雜交對照實驗的必要。

3.2表型遺傳實驗結果在F1代和F2代示差鑒別性狀介于親本之間，沒有表現單基因遺傳規律中的顯隱關系特點，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.云南蝗蟲區系、分布格局及適應特性〔M〕.北京：中國林業出版社，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特性觀察〔J〕.大理大學學報，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制及其進化意義〔J〕.昆蟲學報，2004，47（1）：67-72.

〔8〕劉春琴，田雷雷，李克斌，等.基于COI基因對三種大黑鰓金龜分類地位的研究〔J〕.應用昆蟲學報，2013，50（1）：93-100.

〔9〕趙清山，鄔文波，呂國平，等.松毛蟲的雜交遺傳試驗〔J〕.昆蟲學報，1992，35（1）：28-32.

〔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〔J〕.中國寄生蟲學與寄生蟲病雜志，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〕.北京林業大學學報，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

（責任編輯 李 楊）

國家自然科學基金資助項目（31260520；31560605）

2016-08-26

毛本勇，教授，博士，主要從事昆蟲系統學及進化生物學研究.