新疆荒漠昆虫准噶尔小胸鳖甲耐寒性与耐寒机理研究

冬季低温是生物有机体最不利的生存威胁，新疆荒漠昆虫能够在低温环境成功地生存和繁衍，在于进化过程形成的特殊耐寒适应机制。本项目以准噶尔盆地古尔班通古特沙漠的特有种准噶尔小胸鳖甲（Microdera punctipennis）为研究对象，探讨小胸鳖甲如何通过形成热滞活性物质和小分子渗透保护物质耐受低温环境的机理。主要内容包括优化小胸鳖甲人工养殖体系，获得不同发育期的幼虫、蛹和成虫的实验材料。对不同季节的小胸鳖甲成虫和不同发育阶段的幼虫进行耐寒性分析，测定冷却点、血淋巴热滞活性值、抗冻蛋白和甘油含量、含水量，评价小胸鳖甲的抗冻策略和耐寒机制。分析低温、干燥、光周期等胁迫条件下小胸鳖甲成虫和幼虫耐寒性相应指标的变化，分析其耐寒性的响应机制。通过虫体含水量变化，分析抗冻蛋白与结合水含量的关系。实时定量PCR检测在环境因子胁迫条件下抗冻蛋白基因和热激蛋白基因的表达是否受到诱导，二者在表达上有无相关性。

摘要:准噶尔小胸鳖甲适应荒漠环境，研究其耐寒性机制对于认识生物在极端环境下的适应进化具有理论意义。本项目研究小胸鳖甲的耐寒性策略、环境因子对耐寒生理指标的影响、抗冻蛋白与热激蛋白基因表达的季节性特点和环境效应，从生理和分子水平初步探讨其耐寒机制。研究表明，小胸鳖甲的耐寒性有季节性变化，采取避冻型策略过冬，冷驯化能提高耐寒性。中龄幼虫存在冷驯化现象。耐寒性与血淋巴渗透浓度相关，而渗透浓度与抗冻蛋白的表达量高度相关，抗冻蛋白积累引起过冷却点降低、含水量降低，使小胸鳖甲在冬季进入过冷却状态，避免结冰。零上低温通过提高抗冻蛋白的表达、降低过冷却点和含水量而提高小胸鳖甲的耐寒性。干旱也能诱导抗冻蛋白表达使渗透浓度提高，进而降低过冷却点和含水量。抗冻蛋白基因表达对低温和干旱的响应方式相似，提示抗冻蛋白在细胞应对非生物胁迫中可能发挥重要作用。零上低温和干旱胁迫都不影响甘油的含量，甘油可能不参与小胸鳖甲的耐寒性。小胸鳖甲幼虫的耐寒性与发育阶段密切相关，迅速发育的3~4龄期含水量高、过冷却点高，抗冻蛋白的表达较低，耐寒性弱。干燥基质使幼虫含水量降低、过冷却点降低，耐寒性提高；小胸鳖甲的热激蛋白Mphsp70基因在夏季和冬季都有大量表达，温和低温可抑制热激蛋白基因的表达，表明Mphsp70基因对极端高低温刺激更敏感。幼虫的Mphsp70具有发育阶段性差异表达，大龄幼虫的表达量是小龄幼虫的5倍左右。本研究初步确定了准噶尔小胸鳖甲的耐寒性特点，为深入理解荒漠昆虫的环境适应性奠定了基础。