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南京农业大学李保平教授Nature子刊发表科研新成果:寄生蜂合作行为揭示性别比例偏倚机制

2014-09-16 20:53 何嫱 生物通 阅读 0
核心摘要: 南京农业大学李保平教授团队在《自然通讯》发表研究,发现雌性寄生蜂合作可提高繁殖成功率,并解释雌性偏倚性别比例的机制。研究通过实验观察不同数量雌蜂对宿主的攻击,发现共享宿主资源可增加后代产出,且性别比例不随雌蜂数量增加而改变,仍保持高度雌性偏倚。该发现为理解社会行为与性别比例演化提供了新视角,对害虫生物防治具有潜在应用价值。

根据一项新研究的结果,当雌性寄生蜂与其他雌性寄生蜂一起协作时,会获得更高的繁殖成功率,这也为性别偏倚性生殖提供了一种新的解释。

该研究于9月12日发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。来自南京农业大学、诺丁汉大学生物科学学院等机构的研究人员,通过观测寄生蜂的社会行为,揭示了它们在独立活动、存在其他雌性寄生蜂或处于较大蜂群中时的繁殖成功率差异。

南京农业大学的李保平教授是这篇论文的通讯作者,其主要研究方向包括害虫生物防治、入侵生物学及生物防治。

寄生蜂常借助宿主(如甲虫的幼虫)来繁殖。当一只成年雌性黄蜂找到宿主时,它会螫刺宿主并注入毒液使其瘫痪,然后将一个或多个卵产于宿主体内或体表。在寄生幼虫成熟前,宿主仍然存活;而当卵孵化成幼虫从宿主体内钻出时,宿主则会死亡。从宿主体内钻出后不久,成熟的黄蜂即可完成生殖周期。因此,黄蜂被视为重要的环保害虫防治手段,常被用于农业中攻击害虫,提高农作物产量。

共享资源

几乎所有的寄生蜂都是单独行动。以往研究表明,如果有第二只雌性寄生蜂将卵产在同一宿主上,对第一只雌性寄生蜂不利,因为其后代将不得不分享有限的资源。在这项新研究中,学者们完成了一项简单的实验,采用不同大小的宿主,攻击宿主的成年雌性黄蜂数量从1到8只不等。

论文的共同作者、诺丁汉大学动物种群生物学副教授Ian Hardy说:“有些黄蜂有积极的守卫宿主行为。当一只雌性黄蜂找到宿主时,它会螫刺宿主、产卵,并在卵孵化前不离开,同时击退其他黄蜂,防止它们吃自己的卵或在同一宿主上产卵。”他补充道:“在这项研究中,我们发现对于更大的宿主,单独一只雌性黄蜂很难获得后代;而如果有几只雌性黄蜂共同存在,生成后代的几率则大大提高。这表明共享宿主资源可使雌性黄蜂受益——对于寄生蜂来说,这是一个不同寻常的结果。尤其有趣的是,合作照料幼虫等社会行为通常通过雌性之间密切的遗传亲缘关系来解释,而在我们研究的黄蜂中,共享的利益并不依赖于亲缘关系。”

雌性占优势的性别比例

这项研究的另一个重要结果是阐明了黄蜂性别比例以雌性占优势(只有约3%的后代为雄性)的原因。雌性黄蜂一旦交配,就能控制后代的性别:要生儿子,它们会产下未受精卵;而受精卵则发育成女儿。Hardy博士说:“很多寄生蜂都显示以雌性占优势的性别比例——这是因为蜂群是一只雌性寄生蜂的产物,其后代将会彼此交配。偏倚的性别比例减少了儿子之间的交配竞争,使得最终孙辈的数量达到最大。通常,当几只雌性寄生蜂的后代在一起交配时,雌性寄生蜂会让偏倚性别比例下降,因为它们的儿子可以与其他雌性寄生蜂的女儿交配。”他进一步解释:“而在近期研究的合作黄蜂中,我们看到当在同一宿主上产卵的雌性寄生蜂数量增加时,性别比例并未发生大的改变。反之,雌性寄生蜂生成了极其偏倚的性别比例,这是因为当它们的女儿成熟并寻找宿主时,有其他雌性寄生蜂的女儿在附近帮助抑制宿主是大为有利的。因此,共同攻击大宿主的益处也导致了不同寻常的雌性偏倚性别比例,这是因为雌性之间相互改善了彼此的环境。”

(生物通:何嫱)

作者简介

李保平,男,博士,昆虫系教授,博士生导师。1982年7月毕业于新疆石河子农学院植物保护专业,获学士学位;1985年6月毕业于中国科学院西北高原生物研究所动物学专业,获理学硕士学位;1985-1986年在中国科学院西北高原生物研究所从事研究工作;1986-1991年在新疆八一农学院植物保护系任助教、讲师;1994年6月毕业于陕西师范大学动物学专业,获理学博士学位;1994-2000年在新疆农业大学植物保护系任副教授,兼任农学院副院长、外事处处长;1996年春赴英国国际生物防治研究所(IIBC)短期研修利用真菌杀虫剂防治蝗虫技术;2000年5月至2001年5月由国家留学基金委资助,赴美国加州伯克利大学国际生物防治中心访问学者,并在美国农业部杂草生物防治实验室(Albany, California)进行部分杂草生防合作研究;2001年12月至今在南京农业大学植保学院任教。研究方向:害虫生物防治;入侵生物学及生物防治。

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