דיסקציה ודירוג התפתחות השחלות בנקבות חרקים מסוג בר
Summary
הפרוטוקול מדגים שיטת דיסקציה פשוטה וקלה, המתאימה לנקבות חרקים נודדות מסוג בר שנלכדו במלכודות זרקור. טכניקה זו יכולה להבהיר באופן משמעותי את אותו מין על ידי השוואת שתי רקמות הרבייה, כלומר שק ההזדווגות והתפתחות השחלות של חרקים נקבות מסוג בר.
Abstract
מזיקים חרקים נודדים מציבים אתגרים רציניים לייצור מזון וביטחון בכל רחבי העולם. ניתן לנטר וללכוד את המזיקים הנודדים באמצעות מלכודות זרקורים. אחת הטכניקות החשובות ביותר לחיזוי מזיקים נודדים היא זיהוי המינים הנודדים. עם זאת, ברוב המקרים, קשה לקבל את המידע רק על ידי המראה. לכן, שימוש בידע שנרכש על ידי ניתוח שיטתי של מערכת הרבייה הנשית יכול לעזור להבין את המורפולוגיה האנטומית המשולבת של שק ההזדווגות השחלתי ודירוג התפתחותי של שחלות של חרקים נודדים מסוג בר שנלכדו במלכודות זרקור. כדי להדגים את הישימות של שיטה זו, מצב התפתחות השחלות ושלבי התפתחות גרגרי הביציות הוערכו ישירות ב- Helicoverpa armigera, Mythimna separata, Spodoptera litura ו – Spodoptera exigua עבור האנטומיה השחלתית, ושקי ההזדווגות השחלתיים נחקרו ב- Agrotis ipsilon, Spaelotis valida, Helicoverpa armigera, Athetis lepigone, Mythimna separata, Spodoptera litura, Mamestra brassicae ו – Spodoptera exiguaלחקור את מערכות היחסים שלהם., עבודה זו מציגה את שיטת הדיסקציה הספציפית לחיזוי חרקים נודדים מסוג בר, תוך השוואת מערכת הרבייה הייחודית של חרקים נודדים שונים. לאחר מכן, שתי הרקמות, כלומר השחלה ושקי ההזדווגות, נחקרו עוד יותר. שיטה זו מסייעת לחזות את הדינמיקה ואת ההתפתחות המבנית של מערכות הרבייה אצל נקבות חרקים נודדים מסוג בר.
Introduction
נדידת חרקים ממלאת תפקיד חיוני בדינמיקת האוכלוסייה של תפוצת חרקים עולמית לחרקים כמו Helicoverpa armigera – תולעת הכותנה, Mythimna נפרדת – תולעת הצבא המזרחית, Spodoptera litura – זחל הטארו, Spodoptera exigua – תולעת צבא הסלק, שדווחו כמזיקים חמורים בסין 1,2,3,4 . מרחקי הנסיעה הארוכים, התנועות העונתיות, ריבוי גבוה של מזיקים נודדים וגורמים אקולוגיים הביאו לקשיים רבים בניבוי, חיזוי והדברה של מזיקים אלה5. ניטור נדידת מזיקים נדרש כדי לחשוף את יכולת ההסתגלות והשינויים ההתנהגותיים המאפשרים מזיקים נודדים בהתאם לשינויי אקלים או מחזורים6. כדי לשמור על גדילתם, התרבותם והישרדותם, חרקים רכשו יכולת הסתגלות רציפה במהלך האבולוציה; סדרה זו של חיים אדפטיביים יצרה שינויים רבים במערכת הרבייה, כגון אסטרטגיית הגירה המובילה לשליטה על התפתחות השחלות בתהליך הנדידה הארוך.
התפתחות השחלות נפוצה אצל מזיקים נודדים, מה שמשפיע על גדילת האוכלוסייה שלהם7. לכן, התפתחות השחלות היא נושא חם של מחקר מזיקים נודדים במשך זמן רב. סדרה של מחקרים הובילה למספר אינדיקטורים להתפתחות השחלות ואסטרטגיות סיווג. עד כה, מספר שיטות שימשו לניתוח התפתחות השחלות, למשל, Loxostege sticalis – עש האחו – התפתחות השחלה הכוללת את שלב הנוצות הראשוני, תקופת ההשרצה המוקדמת, תקופת ההשרצה וסוף האוביפוזיציה8. יש חוקרים המחלקים את רמות השחלות על בסיס התפתחות צבע החלמון במזיקים לפידופטרניים נודדים, כגון S. exigua – תולעת צבא הסלק, Pseudaletia unipuncta – תולעת הצבא האמיתית, ו– Cnaphalocrocis medinalis– תיקיית עלי האורז וכו ‘.9,10,11,12 . במחקרים קודמים חולקו רמות ההתפתחות השחלתית של מזיקים, כגון תולעת צמר גפן ורולר עלי אורז, לחמישה שלבים: שלב שקיעת החלמון, שלב הבשלת גרגרי הביצה, ההמתנה הבוגרת ללידה, תקופת שיא ההשרצה ושלב סיום ההשרצה13,14. ההתפתחות השחלתית של בורר התירס האירופי חולקה לשישה שלבים התפתחותיים: שלב שקיעת החלמון, הבשלת הביציות, נטיית טרום ביציות, שלב שיא ההשרצה ושלב ההשרצה הסופית15.
יתר על כן, לחרקים מאותו סוג יש שלבי התפתחות שונים, כגון רמות התפתחות השחלות של Spodoptera frugiperda – תולעת צבא הסתיו – מתחלקות לארבע רמות: שלב שקיעת החלמון, המתנה בוגרת ללידה, שיא אובי-פוזיטיביות, וסיום שלב ההשרצה16. מצד שני, להתפתחות השחלות ב- Spodoptera exigua – עש הסלק – יש חמש רמות: שקוף, ויטלוגנזה, הבשלת ביציות, שחרור ביצים והטלת ביצים מאוחרת17.
מחקרים קודמים יכולים לסווג את ההתפתחות רק מרמות התפתחות שחלות בודדות למרובות באמצעות בשלות צבע של חלמון, ביצית והתפתחות ביצית, אך לא ניתן לבצע סיווג על סמך אנטומיה של מערכת הרבייה. התפתחות שחלה המבוססת על אנטומיה מורפוגנזה היא תחום פחות נחקר. כאן, שיטת הדיסקציה נועדה לחזות נקבות נודדות באוכלוסייה באמצעות שני סוגי רקמת שחלה, כדי לפרט את דינמיקת הרבייה שלהן בהתבסס על המורפוגנזה האנטומית של שלב התפתחות השחלות ושק ההזדווגות – ולספק ראיות ישירות להבחנה בין נקבות בר נודדות.
כמה מחקרים מצאו כי, מיני חרקים נודדים Noctuidae נלכדו לעתים קרובות על ידי זרקורים18. השחלה של רוב מיני החרקים הנודדים Noctuidae נמצאת בשלבי התפתחות מוקדמים בשלב הראשוני של הנדידה ורמת השחלות עולה עם התקדמות הנדידה. במחקר זה מתוארת שיטת הדיסקציה לציוני התפתחות השחלות, כדי לחקור את שתי רקמות הרבייה של מזיקים שונים באוכלוסיית הנשים, שנלכדו באור חיפוש. שיטה זו לא רק מקדמת את המחקר להבנת דינמיקת הנדידה, אלא גם מתקנים בסיווג חרקים, מחקר פיזיולוגיה של חרקים, חיזוי מזיקים וחיזוי מיני מזיקים נקבות.
Protocol
Representative Results
Discussion
שיטות ניתוח שחלות משמשות באופן שגרתי להגנת הצומח, כדי להבהיר את תנועת מעוף החרקים ואוכלוסיית החרקים לחיזוי 19,20,21 ולפרט את השינויים הפיזיולוגיים בחרקים. הבחינו כי יכולת הנדידה הייחודית ויכולת הפיזור המהירה של מזיקים חקלאיים נפוצים, כגון ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי פרויקט החדשנות המדעית והטכנולוגית הגדול (2020CXGC010802).
Materials
| Digital camera | Canon ( China ) co., LTD | EOS 800D | |
| Dropper | Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD | ||
| Ethanol absolute (99.7%) | Shanghai Hushi Laboratory Equipmentco., LTD | ||
| Forceps | Vetus Tools co., LTD | ST-14 | |
| GT75 type halogen headlamp (1000 W) | Shanghai Yadeng Industry co., LTD | ||
| Helicoverpa armigera, Mythimna separate, Spodoptera litura, Spodoptera exigua | Jiyang district, Jinan city, Shandong province, China | ||
| Measuring cylinder, beaker, flask | Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD | ||
| Net bag | Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD | 0.5 m | |
| Net cages | Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD | 30 cm x 30 cm | |
| Petri dishes | Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD | 60 mm diameter |
References
- Wu, K. Monitoring and management strategy for Helicoverpa armigera resistance to Bt cotton in China. Journal of Invertebrate Pathology. 95 (3), 220-223 (2007).
- Jiang, X., Luo, L., Zhang, L., Sappington, T. W., Hu, Y. Regulation of Migration in Mythimna separata (Walker) in China: A Review Integrating Environmental, Physiological, Hormonal, Genetic, and Molecular Factors. Environmental Entomology. 40 (3), 516-533 (2011).
- Su, J., Lai, T., Li, J. Susceptibility of field populations of Spodoptera litura (Fabricius) (Lepidoptera: Noctuidae) in China to chlorantraniliprole and the activities of detoxification enzymes. Crop Protection. 42, 217-222 (2012).
- Che, W., Shi, T. Insecticide Resistance Status of Field Populations of Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae) From China. Journal of Economic Entomology. 106 (4), 1855-1862 (2013).
- Jiang, X., Luo, L. Regulation of Migration in Mythimna separata (Walker) in China: A Review Integrating Environmental, Physiological, Hormonal, Genetic, and Molecular Factors. Environmental Entomology. 40 (3), 516-533 (2011).
- Kiss, M., Nowinszky, L., Puskás, J. Examination of female proportion of light trapped turnip moth (Scotia segetum Schiff.). Acta Phytopathologica Et Entomologica Hungarica. 37, 251-256 (2002).
- Jiang, X. F., Luo, L. Z., Sappington, T. W. Relationship of flight and reproduction in beet armyworm, Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae), a migrant lacking the oogenesis-flight syndrome. Journal of insect physiology. 56 (11), 1631-1637 (2010).
- Sun, Y., Chen, R., Wang, S., Bao, X. Morphological observation on the development of female reproductive system in meadow moth Loxostege sticticalis L. Acta Entomologica Sinica. 34, 248-249 (1991).
- Fu, X., Feng, H., Liu, Z., Wu, K. Trans-regional migration of the beet armyworm, Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae), in North-East Asia. PLoS One. 12 (8), e0183582 (2017).
- Cusson, M., McNeil, J. N., Tobe, S. S. In vitro biosynthesis of juvenile hormone by corpora allata of Pseudaletia unipuncta virgin females as a function of age, environmental conditions, calling behaviour and ovarian development. Journal of Insect Physiology. 36 (2), 139-146 (1990).
- Fu, X. W., et al. Seasonal migration of Cnaphalocrocis medinalis (Lepidoptera: Crambidae) over the Bohai Sea in northern China. Bulletin of entomological research. 104 (5), 601-609 (2014).
- Telfer, W. H. Egg formation in Lepidoptera. Journal of Insect Science. 9, 1-21 (2009).
- Wu, K., Guo, Y., Wu, Y. Ovarian development of adult females of cotton bollworm and its relation to migratory behavior around Bohai bay of China. Acta Ecologica Sinica. 22 (7), 1075-1078 (2002).
- Wada, T., Ogawa, Y., Nakasuga, T. Geographical difference in mated status and autumn migration in the rice leaf roller moth, Cnaphalocrocis medinalis. Entomologia Experimentalis et Applicata. 46 (2), 141-148 (1988).
- Xingquan, K., Calvin, D. D. Female European corn borer (Lepidoptera: Crambidae) ovarian developmental stages: Their association with oviposition and use in a classification system. Journal of economic entomology. 97 (3), 828-835 (2004).
- Ge, S., et al. Potential trade-offs between reproduction and migratory flight in Spodoptera frugiperda. Journal of insect physiology. 132, 104248 (2021).
- Han, L. Z., Gu, H. N. Reproduction-Flight Relationship in the Beet Armyworm, Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae). Environmental Entomology. 37 (2), 374-381 (2008).
- Zhou, Y., et al. Long-term insect censuses capture progressive loss of ecosystem functioning in East Asia. Science Advances. 9 (5), eade9341 (2023).
- Hu, G., Lim, K. S., Horvitz, N. Mass seasonal bioflows of high-flying insect migrants. Science. 354 (6319), 1584-1587 (2016).
- Hu, G., et al. Environmental drivers of annual population fluctuations in a trans-Saharan insect migrant. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 118 (26), e2102762118 (2021).
- Fu, X., Liu, Y., Li, C. Seasonal migration of Apolygus lucorum (Hemiptera: Miridae) over the Bohai Sea in northern China. Journal of Economic Entomology. 107 (4), 1399-1410 (2014).
- Fu, X., Liu, Y., Li, Y., Ali, A., Wu, K. Does Athetis lepigone Moth (Lepidoptera: Noctuidae) Take a Long-Distance Migration. Journal of Economic Entomology. 107 (3), 995-1002 (2014).
- Huang, J., et al. The Effect of Larval Diet on the Flight Capability of the Adult Moth (Athetis lepigone) (Möschler) (Lepidoptera: Noctuidae). Florida Entomologist. 105 (4), 287-294 (2023).
- Sun, X., Hu, C., Jia, H. Case study on the first immigration of fall armyworm, Spodoptera frugiperda invading into China. Journal of Integrative Agriculture. 20 (3), 664-672 (2021).
- Feng, H. Q., Wu, K. M., Cheng, D. F., Guo, Y. Y. Northward migration of Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) and other moths in early summer observed with radar in northern China. Journal of Economic Entomology. 97 (6), 1874-1883 (2004).
- Ge, S. S., et al. Flight activity promotes reproductive processes in the fall armyworm, Spodoptera frugiperda. Journal of Integrative Agriculture. 20 (3), 727-735 (2021).
- Guerra, P. A., Pollack, G. S. Flight behaviour attenuates the trade-off between flight capability and reproduction in a wing polymorphic cricket. Biology Letters. 5 (2), 229-231 (2009).
- He, W., Zhao, X., Ge, S., Wu, K. Food attractants for field population monitoring of Spodoptera exigua (Hübner). Crop Protection. 145, 105616 (2021).
- He, L. M., et al. Adult nutrition affects reproduction and flight performance of the invasive fall armyworm, Spodoptera frugiperda in China. Journal of Integrative Agriculture. 20 (3), 715-726 (2021).
- Kongming, W., Yuyuan, G., Yan, W. Ovarian development of adult females of cotton bollworm and its relation to migratory behavior around Bohai Bay of China. Acta Ecologica Sinica. 22 (7), 1075-1078 (2002).
- Feng, H., Wu, X. Seasonal Migration of Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) Over the Bohai Sea. Journal of Economic Entomology. 102 (1), 95-104 (2009).
- Miao, J., Guo, P., Li, H. Low Barometric Pressure Enhances Tethered-Flight Performance and Reproductive of the Oriental Armyworm, Mythimna separata (Lepidoptera: Noctuidae). Journal of Economic Entomology. 114 (2), 620-626 (2021).
- Fu, X., Zhao, X. Seasonal Pattern of Spodoptera litura (Lepidoptera: Noctuidae) Migration Across the Bohai Strait in Northern China. Journal of Economic Entomology. 108 (2), 525-538 (2015).
- Rhainds, M., Kettela, E. G. Oviposition threshold for flight in an inter-reproductive migrant moth. Journal of Insect Behavior. 26 (6), 850-859 (2013).
- Showers, W. B. Migratory ecology of the black cutworm. Annual review of entomology. 42, 393-425 (1997).
- Zhang, Z., et al. Morphological differences of the reproductive system could be used to predict the optimum Grapholita molesta (Busck) control period. Scientific Reports. 7 (1), 8198 (2017).
- Zheng, D. B., Hu, G., Yang, Ovarian development status and population characteristics of Sogatella furcifera (Horváth) and Nilaparvata lugens (Stål): implications for pest forecasting. Journal of Applied Entomology. 138 (1-2), 67-77 (2014).
- Wan, G. J., Jiang, S. L. Geomagnetic field absence reduces adult body weight of a migratory insect by disrupting feeding behavior and appetite regulation. Insect Science. 28 (1), 251-260 (2021).
- Laštůvka, Z. Climate change and its possible influence on the occurrence and importance of insect pests. Plant protection science. 45, S53-S62 (2009).
- Xu, R. B., Ge, S. S. Physiological and Environmental Influences on Wingbeat Frequency of Oriental Armyworm, Mythimna separata (Lepidoptera: Noctuidae). Environmental Entomology. 52 (1), 1-8 (2022).
- Jiang, X., Cai, B. Influences of temperature and humidity synthesize on flight capacity in the moth s of Oriental armyworm, Mythimna separata(Walker). Acta Ecologica Sinica. 23 (4), 738-743 (2003).
- Zhang, L., Luo, L., Jiang, X. Starvation influences allatotropin gene expression and juvenile hormone titer in the female adult oriental armyworm, Mythimna separata. Archives of Insect Biochemistry and Physiology. 68 (2), 63-70 (2008).
