عنوان پایان‌نامه
نقش باکتری Wolbachia بر اکوفیزیولوژی دیاپوز در زنبور پارازیتویید Trichogramma brassicae
- رشته تحصیلی
- حشره شناسی کشاورزی - اکولوژی و کنترل بیولوژیک
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7463;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7463
- تاریخ دفاع
- ۱۹ تیر ۱۳۹۶
- دانشجو
- سمیه رحیمی کلده
- استاد راهنما
- احمد عاشوری
- چکیده
- زنبورهای پارازیتویید جنس تریکوگراما از مهمترین دشمنان طبیعی آفات بالپولکدار در ایران و جهان هستند که دستیابی به توانایی تولید انبوه و عرضه تجاری آن ها یکی از مهمترین نکات مورد توجه تولیدکنندگان این عوامل مفید است. تولید و کاربرد اقتصادی این عوامل علاوه بر تولید انبوه، در گرو توانایی ذخیره سازی بلندمدت آن ها در خارج از فصل زراعی به منظور فراهم نمودن مقدار کافی برای رهاسازی در زمان مورد نیاز است. از اینرو توانایی القای دیاپوز تحت شرایط کنترل شده، یکی از راهکارهای مؤثر در رفع مشکل ذخیره سازی بلندمدت این زنبورها می باشد. انتخاب سوش یا جمعیت مناسب، از دیگر مسائل مهم در پرورش انبوه و به کارگیری عوامل مفید است. اغلب زنبورهای پارازیتویید جنس تریکوگراما دارای دو شیوه تولیدمثلی (دوجنسی و ماده زایی) هستند. ماده زایی در اغلب زنبورهای این جنس توسط باکتری Wolbachia ایجاد می شود. با وجود ذکر مزایای مختلف برای ماده زایی (آلودگی به باکتری ولباکیا) در زنبورهای تریکوگراما، مانند نرخ رشد بالاتر، کاهش هزینه های تولید از طریق تولید نتاج ماده و ممانعت از هدر رفتن زمان برای یافتن جفت مناسب با این حال در مجموع فراوانی افراد ماده زای زنبورهای تریکوگراما (آلوده به باکتری) در طبیعت نسبت به افراد غیرآلوده (دوجنسی) بسیار کمتر است. بنابر فرضیه عمومی پژوهش حاضر، باکتری ولباکیا در طبیعت از طریق ایجاد اختلال در زمستان گذرانی و فرایند دیاپوز، سبب کاهش فراوانی زنبورهای پارازیتویید تریکوگراما آلوده (تک جنسی) می شود. به دنبال اثبات این فرضیه، نقش باکتری ولباکیا بر اکوفیزیولوژی دیاپوز در گونه Trichogramma brassicae Bezdenko به عنوان گونه مدل، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این رساله که بر اثر شیوه تولیدمثلی پارازیتویید در ورود و خروج از دیاپوز دلالت دارد می تواند در پیشبرد اهداف علوم کاربردی و محض مرتبط با پارازیتوییدها مؤثر باشد. بنابر نتایج حاصل از بررسی عوامل غیر زنده (طول دوره نوری و دما) و زنده (کیفیت میزبان و سن مادری) بر میزان دیاپوز دو جمعیت آلوده به ولباکیا و غیرآلوده، فرضیه این رساله مبنی بر توانایی کمتر جمعیت آلوده در تحمل دماهای پایین تایید شد. بر این اساس آلودگی به ولباکیا دارای یک نقش کاهنده بر توانایی زمستان¬گذرانی و دیاپوز زنبور T. brassicae است به طوری که جمعیت غیرآلوده با موفقیت بیشتری نسبت به جمعیت آلوده وارد دیاپوز شد. تجزیه و تحلیل داده های مربوط به میزان بیان ژن های ساعت نیز نشان داد که آلودگی به ولباکیا سبب کاهش بیان تمامی ژن های ساعت (clk، cyc، cry2، per و timeout) شده و احتمالاً از طریق کاهش میزان بیان این ژن ها در فرایند دیاپوز آن ها ایجاد اختلال می کند. نتایج کاربردی این پژوهش دلالت بر امکان ذخیره سازی بلندمدت دو جمعیت آلوده و غیرآلوده T. brassicae دارد. بنابر این نتایج، درصد خروج حشره های کامل با افزایش مدت زمان قرارگیری در دمای پیش ذخیره سازی (10 درجه سلسیوس) افزایش و با افزایش مدت زمان قرارگیری در دمای ذخیره سازی بلندمدت (4 درجه سلسیوس) کاهش می یابد. بنابر نتایج به دست آمده گرچه طول دوره نوری در ورود به دیاپوز مؤثر است ولی در این گونه، دما مهمترین عامل در القای دیاپوز بود به طوری که حدود 70 درصد از افراد هر دو جمعیت صرف نظر از طول دوره نوری در دمای 10 درجه سلسیوس وارد دیاپوز می شوند. بررسی اثر پیش مادری، مادری و مستقیم طول دوره نوری بر میزان ورود به دیاپوز نشان داد که هر دو جمعیت غیرآلوده و آلوده T. brassicae در طول روزهای کوتاه بیش از طول روزهای بلند وارد دیاپوز می شوند. اثر معنی دار کیفیت میزبان در ورود به دیاپوز در هر دو جمعیت آلوده و غیرآلوده نشان دهنده اهمیت نسل مادری در انتخاب میزبان مناسب است. همچنین واکنش دو جمعیت نسبت به سن مادری در میزان ورود به دیاپوز با یکدیگر به طور معنی داری متفاوت است. به طوری که در جمعیت غیرآلوده افزایش درصد دیاپوز همراه با افزایش سن مادری و در جمعیت آلوده افزایش درصد دیاپوز همراه با کاهش سن مادری بود. بررسی های فیزیولوژیکی همچون تغییرات ذخایر انرژی در دماهای متفاوت نشان داد که با کاهش دما، میزان لیپید و گلیکوژن کاهش می یابد که نشان دهنده مصرف بیشتر این ترکیبات در دماهای پایین نسبت به دمای بهینه است. همچنین نتایج نشان داد که آلودگی به ولباکیا سبب بروز تفاوت آماری معنی داری در میزان گلیکوژن در دو جمعیت آلوده و غیرآلوده شد. آ لودگی به ولباکیا در مواجه با طیف های مختلف نوری، بطور معنی-داری در القای دیاپوز در زنبور T. brassicae اثرگذار بود. آلودگی به ولباکیا سبب تغییر پاسخ به طیف‌های نوری مختلف در القای دیاپوز T. brassicae شد. از طرفی تغییرات میزان لیپید و پروتئین به صورت هماهنگ با طیف نوری برای افزایش یا کاهش دیاپوز بود که نشان دهنده اهمیت بیشتر این دو ترکیب در مقایسه با کربوهیدرات و گلیکوژن به عنوان منابع انرژی بود. نتایج به دست آمده در بخش های مختلف این رساله، نشان می دهد که جمعیت آلوده به ولباکیا در مجموع از توانایی کمتری در ورود و خروج از دیاپوز و در نتیجه زمستان گذرانی برخوردار است که تأییدکننده فرضیه اصلی رساله می باشد. از دستاوردهای این رساله علاوه بر پاسخ به بعضی از پرسش های محض علمی می توان به کاربرد تأثیرگذار این عوامل مفید در فرایند بهینه سازی تولید در برنامه های کنترل بیولوژیک صنعتی-اقتصادی اشاره کرد.
- Abstract
- Trichogramma is one of the most important natural enemies of Lepidopteran key pests around the world. The ability to achieve mass rearing and commercial release of Trichogramma wasps is one of the points that always attracted the attention of producers for these biological control agents. The mass production technology and release technique of Trichogramma greatly depend on their long term storage in the agricultural off-season for providing a large number of parasitoids at the appropriate time. It seems that diapause induction under controlled laboratory conditions is the best proposed solution to solve the problem of long-term storage of these parasitoids. The selection of biological control agents’ population is other important issues in mass rearing and release of these agents. Most of the Trichogramma species have two reproductive modes, arrhenotoky and thelytoky. Thelytoky is often associated with the presence of endo-symbiont bacteria of the genus Wolbachia. Despite all the advantages of Wolbachia infection such as higher growth rate, less production costs through production only female offspring and no time wasted on searching for mates at low densities of wasps, the infection frequency among females in Trichogramma populations is often low. The main hypothesis of this research was Wolbachia decreases the abundance of Trichogramma wasps in nature by decreasing the overwintering and diapause rate. To prove the hypothesis, the role of Wolbachia on Eco-physiological parameters of diapause in T. brassicae was studied. The results can be divided to two parts, pure and applied science. According to pure science results, negative impact of Wolbachia on fitness of T. brassicae was observed and caused lower rate of overwintering and diapause. The results also suggest that Wolbachia infection make disturbance on the clock gene (clk, cyc, cry2, per and timeout) expression which consequently reduces the clock gene expression in infected T. brassicae. The applied science results showed that we are able to store both infected and uninfected populations for a long time at low temperatures. The results showed that the emergence rate of adults approximately increased as the duration of pre-storage temperature (10°C) increased however it gradually decreased as the duration of storage temperature (4°C) increased in both populations. Our results demonstrated that temperature is the most important factors in diapause of T. brassicae and about 70% of both infected and uninfected individuals entered diapause at 10°C. Furthermore, the effect of grand maternal, maternal and direct photoperiods showed that both infected and uninfected populations enter diapause in short term photoperiods. The diapause percentage was significantly affected by host quality of diapausing generation which showed the importance of maternal decision on the selection of a suitable host for its progenies. The results also showed that Wolbachia infection not only reduced diapause percentage but also changed the wasp’s response to enter diapause in different maternal ages. We also showed that diapause percentage changed with maternal age increasing, it increased in uninfected population and decreased in infected population. Comparison of energy reserves at different temperatures showed that lipid and glycogen contents decreased by temperature reduction which reflected more use of these components at lower temperatures. The results also showed a statistically significant difference in the amount of glycogen in infected and uninfected populations. Our results showed that light wavelength has a significant effect on diapause induction and energy reserves of T. brassicae. Also, the results revealed a significant correlation between the diapause percentage of the progenies which their maternal generation were developed under different wavelengths of light and the amount of energy reserves of ovipositing females. Changing in lipid and protein contents were in concert with light wavelength in order to increase or decrease diapause, indicating the importance of these two compounds compared with carbohydrates and glycogen as energy reserves. As a result, Wolbachia infection could change the reaction of T. brassicae to all the biotic (host quality and maternal age) and abiotic (temperature and photoperiod) environmental factors in diapause induction. Consequently, according to the pure science results about less ability of infected population in overwintering and diapause, our hypothesis was proved for the first time. On the other hand, the possibility of long term storage in both populations was obtained as the applied science results which can be useful in mass production of this useful agent.
