摘要:為探索柞蠶胚胎對高溫脅迫的耐受性及其遺傳規律,對試驗群體遼蠶 527 及 5 個親本 10 個 F1 組合的柞蠶受精卵采取 43℃以上的高溫脅迫。結果表明:高溫脅迫對不同發育階段胚胎的影響存在顯著差異,有效積溫在 5~10℃時對高溫脅迫的耐受性最弱,而有效積溫在 20℃時對高溫脅迫的耐受性最強。高溫脅迫對胚胎生命力的影響存在顯著差異,隨著溫度的升高,孵化率降低。高溫脅迫也會延長胚胎的發育時期,并且對孵化整齊度產生重要影響,使孵化時間延長。不同品種對高溫脅迫的耐受性存在顯著差異,其中遼蠶 527 對高溫脅迫的耐受性最強,小白蠶的耐受性最弱。遺傳分析表明,柞蠶胚胎對高溫脅迫的耐受性受 4 對主基因控制,主基因效應明顯,其遺傳率為 91.97%,而微效多基因對其影響較小,遺傳率僅為 5.77%。綜上,通過雜交后代胚胎對高溫脅迫耐受性進行早期選擇,可以選育出對高溫脅迫耐受性強的柞蠶品種。
">時間:
溫度是影響昆蟲生長發育最重要的環境因子之一,一定范圍內溫度升高有利于昆蟲的生長發育和繁殖,但超過蟲體溫度耐受范圍后,會引起呼吸速率及生長發育緩慢、蟲體內酶活性降低、抗逆物質含量下降、失去耐受能力、死亡率增加等生理反應,還會導致卵孵化率降低、幼蟲細胞大量死亡、繁殖性能減弱等。
柞蠶屬變溫動物,保持和調節體溫能力較弱,自身無穩定體溫。柞蠶幼蟲飼養在適溫環境(16.5~22℃)中時,食欲旺盛、體質強健、生命力強、繭質優良;反之則生命力減弱、易發病害、死亡率高。環境溫度超過柞蠶最高生活溫度范圍時,會引起蠶體原生質變性或代謝酶系統破壞,導致生長發育異常甚至死亡,且高溫不良影響不僅作用于當齡幼蟲或蟲態,還會影響后續生長發育,如卵期、小蠶期接觸高溫,常導致大蠶期體弱、發病率高;大蠶期接觸高溫,常導致大蠶直接死亡或繭期死亡;蛹期高溫會引起蛾羽化不齊、卷翅蛾發生及造卵數減少等。
已有研究表明,高溫干燥會導致柞蠶受精卵孵化率降低、幼蟲生命力下降甚至誘發蠶病,高溫會導致柞蠶不受精卵率增加造成減產,高溫脅迫時間越長、溫度越高,柞蠶體內保護酶 CAT 活性上升幅度和速度越大。但目前關于柞蠶受精卵對高溫耐受性的研究較少,僅有少量利用高溫處理柞蠶卵防治微粒子病的報道。
秋柞蠶放養采用紙面掛卵收蟻法,孵化前胚胎需于室內自然溫保護 10d,并于孵化前一天下午將產卵紙掛于柞枝上,此期間若遇高溫天氣會對柞蠶胚胎生長發育產生不良影響。為探明高溫脅迫對柞蠶胚胎生長發育的影響及其耐受性遺傳規律,本研究對不同發育階段柞蠶卵胚胎進行短時高溫脅迫,以期為柞蠶耐高溫品種選育和高溫預防提供理論依據。
1 材料與方法
1.1 材料
以柞蠶品種遼蠶 527、遼蠶 582、抗大、9906、小白蠶、H04、大白 1 號、吉青、K6、黑蛾、黃蛾及部分品種雜交 F₁代受精卵為試驗材料。
1.2 不同發育歷期柞蠶胚胎的高溫脅迫
2022 年秋季,以遼蠶 527 優良母蛾為材料,在 26℃、相對濕度 70% 的條件下混合產卵 6h,蠶卵置 20℃、相對濕度 70% 條件下催青,然后根據發育時期不同進行 47℃、6min 水浴處理,孵化后調查孵化率,每次處理 3 次重復,每次重復 130 粒卵。2023 年春季,仍以遼蠶 527 優良母蛾為材料,在室溫 20℃、相對濕度 70% 條件下混合產卵 12h 后,置 20℃、相對濕度 70% 條件下催青,處理溫度為 47.5℃,時間為 7min,每次處理 3 次重復,每次重復 145 粒卵。
1.3 不同溫度和時間對柞蠶胚胎的高溫脅迫
2022 年秋季,以遼蠶 527 優良母蛾為材料,在 26℃、相對濕度 70% 條件下混合產卵 6h,在蠶卵的 4 個不同發育時期(0.25、0.5、0.75、1d)進行 3 個溫度(43、45、47℃)和 3 個時間(6、12、18min)的水浴處理,每次處理 3 次重復,每次重復 102 粒卵,處理后繼續在 20℃、相對濕度 70% 條件下催青,孵化后調查孵化率。
1.4 不同柞蠶品種胚胎的高溫脅迫
2022 年秋季,以遼蠶 527、遼蠶 582、抗大、9906、小白蠶、H04、K6 和吉青為材料,在卵期有效積溫為 50℃時,進行 46℃水浴處理 6min,每個品種 3 次重復,每次重復 120 粒卵量,高溫脅迫后在室溫 25℃、相對濕度 70% 條件下進行催青,孵化結束后調查孵化率。
1.5 柞蠶胚胎耐高溫脅迫的雙列雜交試驗
以遼蠶、吉青、大白 1 號、黑蛾和黃蛾為試驗材料,于某年春配制 F₁代正交組合及親本在內共 15 個交配形式,每個組合 3 次重復,每次重復 120 粒卵,于有效積溫 50℃時(反轉期)進行 47.5℃、7min 水浴處理,處理后置 20℃、相對濕度 70% 條件下催青,每天調查孵化數,計算孵化率。
1.6 統計方法
方差分析采用 DPS 20.0 數據處理軟件,作圖采用 Graphpad 10.0 分析軟件,對高溫耐受性的遺傳分析采用主 - 微位點組遺傳分析方法。
2 結果與分析
2.1 高溫脅迫對柞蠶胚胎生命力及發育歷期的影響
短時高溫處理對不同發育時期的秋柞蠶受精卵的孵化率具有顯著影響(p<0.05)。其中,對發育時期為 0.5d 和 0.75d(有效積溫 6.5℃和 9℃)的柞蠶卵影響最大,孵化率小于 50%;對發育時期在 0.25、4、5、10d(有效積溫 4、41.5、51.5、101.5℃)的柞蠶卵影響次之,孵化率在 65%~70% 之間;對發育時期在 2d(有效積溫 21.5℃)的柞蠶卵影響最小,孵化率為 91.54%。當有效積溫超過 40℃時,秋柞蠶卵胚胎的發育時期延長 1~2d 不等,尤其當有效積溫在 60~70℃和 90~100℃時,發育時期均延長 2d。
2.2 不同脅迫溫度和脅迫時間對秋柞蠶卵胚胎生長發育的影響
不同溫度和時間處理下,不同有效積溫的秋柞蠶受精卵對其胚胎生命力的影響均達到極顯著差異(p<0.01),處理溫度、處理時間和有效積溫三者之間的互作也達到極顯著水平(p<0.01)。高溫脅迫處理時間越長,孵化率越低,43℃處理后胚子孵化率可達 83.85%,45℃處理后為 64.98%,47℃處理后僅為 39.30%。隨著脅迫時間延長,對胚子生命力影響越大,孵化率越低;在有效積溫為 6.5℃時,胚子對高溫脅迫耐受性最差,且隨脅迫溫度升高,孵化率降低。
2.3 高溫脅迫對不同柞蠶品種胚胎生命力的影響
不同柞蠶品種的柞蠶卵經高溫脅迫后,孵化率存在顯著差異,其中遼蠶 582 和遼蠶 527 孵化率最高,其次是 9906 和吉青,再次是抗大和 “K6”,高溫對小白蠶和 H04 卵期胚子生長發育影響最大,表明不同柞蠶品種受精卵胚胎對高溫脅迫的耐受性存在顯著差異。
2.4 高溫脅迫對柞蠶卵孵化效果的影響
高溫脅迫對春柞蠶受精卵孵化率有較大影響,其中影響最大的是在有效積溫為 80℃和 110℃,影響較小的是在有效積溫為 20、40、50、60℃。高溫脅迫對孵化整齊度也有較大影響,對孵化整齊度影響較小的是在有效積溫為 20℃和 50℃,而在其他發育階段均產生較大影響,不僅在孵化數量上有較大影響,同時在孵化批次上也有較大影響,在高溫脅迫條件下,幾乎在所有的發育階段其孵化批次均有所增加,其中批次增加最少的是在有效積溫為 5、20、40、60、100℃,批次增加最多的是在有效積溫為 70℃和 90℃。
2.5 柞蠶受精卵胚胎對高溫脅迫耐受性的遺傳
2023 年春季,以 5 個柞蠶品種為親本,配制 10 個 F₁雜交組合,短時高溫脅迫后調查孵化率。5 個柞蠶親本品種的孵化率平均為 74.63%,變幅為 31.28%~95.81%,其中,親本品種遼蠶 527 的孵化率最高(95.81%),大白 1 號的孵化率最低(31.28%)。10 個雜交組合的孵化率平均為 80.71%,變幅為 28.65%~95.54%,其中,遼蠶 527× 大白 1 號的孵化率最高(95.54%),其次是遼蠶 527× 吉青(94.42%),吉青 × 大白 1 號的孵化率最低(28.65%)。不同柞蠶親本品種及雜交組合間孵化率的差異達到極顯著水平(p=0),柞蠶孵化率的主位點組效應達到極顯著水平(p=0),其遺傳率為 91.97%,微位點組效應也達到極顯著水平(p=0),其遺傳率為 5.77%。5 個柞蠶親本品種孵化率的 4 個主位點組的基因型可分為 5 種類型,遼蠶 527 對高溫脅迫的耐受性最強,加性效應總和為 21.21;大白 1 號對高溫脅迫的耐受性最低,加性效應總和為 - 45.77。5 個柞蠶品種中微效基因加性效應最大的是大白 1 號,為 4.12,最小的是遼蠶 527,為 - 3.92;10 個雜交組合中顯性效應最高的是遼蠶 527× 黑蛾,為 7.09,最低的是黃蛾 × 大白 1 號,為 - 8.58。
3 討論與結論
本研究通過短時高溫脅迫探明耐高溫柞蠶品種選育的可能性和可行性。研究表明,不同發育階段的胚胎對高溫耐受性存在較大差異,其中耐受性最差的是有效積溫為 6~10℃,此時正是合子(受精卵)形成的關鍵時期及胚胎發育初期,所以對高溫的耐受性較弱;有效積溫為 20℃時耐受性最強,此時胚胎已完全形成,發育至最長期,卵黃中營養物質全部吸收完成,胚胎處于能量旺盛期,對高溫的耐受性最強,這一結果與生產實際符合,生產上產卵 48h 后,要經過 24h 的常溫(20℃)保卵,才能冷藏而不影響孵化率。高溫脅迫對柞蠶卵胚胎的發育有明顯的抑制作用,這一研究結果與油松毛蟲、黃斑長翅卷葉蛾有高度一致性;高溫脅迫不僅對胚胎的生命力有負面影響,同時也影響其孵化整齊度,這為柞蠶耐高溫個體的選擇提供了理論依據,通過高溫脅迫選擇第 1 日孵化的個體及第 1 日孵化率高的蛾區有利于提高選擇效果;不同柞蠶品種對高溫脅迫的耐受性存在較大差異,與研究不同柞蠶品種幼蟲的耐熱性有相同規律;本研究探明胚胎對高溫的耐受性受 4 對主基因和微效多基因控制,其中主基因起主導作用,遺傳率為 91.97%,微效多基因遺傳率為 5.77%,親本對高溫的耐受性較易于傳遞給子代,因此,在耐高溫品種的選育中,應在分離的早期世代進行選擇效果較為理想。
綜上,有效積溫在 5~10℃時對高溫的耐受性最弱,有效積溫在 20℃時對高溫的耐受性最強;隨著溫度的升高,胚胎的耐受性降低,隨著高溫脅迫時間的延長,胚胎的耐受性也隨之降低;高溫脅迫延長了孵化時間,降低了孵化整齊度;在高溫脅迫下,遼蠶 527 對高溫的耐受性最強,小白蠶的耐受性最弱;遺傳分析表明,胚胎對高溫脅迫的耐受性受 4 對主基因調控,主基因遺傳率為 91.97%。本研究探明了胚胎的最佳耐受時期,闡明了柞蠶胚胎對高溫耐受性的遺傳規律,并篩選出在胚胎期耐高溫的柞蠶品種,為在柞蠶生產中預防高溫和耐高溫遺傳資源的創新與利用提供理論參考。
焦陽;姜曉旭;吳艷;鐘亮;戚俐;陳俊山;徐亮,遼寧省希業科學研究所,202403