摘要:眼蕈蚊科是物种丰富度较高的双翅目类群之一。该科昆虫在世界分布广泛,已记录80属2800余种,中国记录32属409种。由于种类多、个体小、分布广,眼蕈蚊科昆虫分类中尚存诸多疑问,物种鉴别较困难,待描述的种类较多。目前该类群主要依据雄成虫形态特征和DNA条形码进行物种鉴定。本文介绍了眼蕈蚊科昆虫的生物学及危害、分类研究的国内外进展、野外采集方法和玻片制作方法,并提供了形态鉴定的主要特征图和分子鉴定的技术流程。本文为促进眼蕈蚊的分类鉴定和相关应用研究提供参考。
关键词: 眼蕈蚊总科, COI片段, 样本采集, 形态特征, 分子鉴定
研究背景
眼蕈蚊科Sciaridae属于双翅目Diptera,长角亚目Nematocera,眼蕈蚊总科Sciaroidea。眼蕈蚊昆虫分布范围广,种类繁多,该科的许多类群是重要的农业害虫 (Miao et al., 2020)。幼虫通常以腐烂的有机质、真菌的菌丝体、植物为食,近来发现少数种类为肉食性。该幼虫对农作物、园林植物、真菌等危害严重,以迟眼蕈蚊属Bradysia和厉眼蕈蚊属Lycoriella一些物种的危害最为严重,其幼虫导致缓慢生长,干黄枯死;幼虫和 成虫均可传播病原菌,某些成虫能传播螨虫,严重影响食 (药) 用菌生产。因此眼蕈蚊 为植物授粉、害虫生物控制和土壤有机物分解等过程中体现了多种生态系统服务功能 (Phillips et al., 2014)。
眼蕈蚊的分类研究开始于19世纪初,国内眼蕈蚊分类学研究工作开始于20世纪80年代,杨集昆教授和张学敏教授先后发表4新属221新种 (e.g. 杨集昆和张学敏, 1987)。前人的研究为眼蕈蚊的鉴定奠定了坚实的基础。但是,由于传统的形态鉴定主要依据雄性个体的外生殖器特征,受眼蕈蚊性别、发育阶段等因素的局限,鉴别结果的判定也易受主观影响,尤其是对研究者的分类知识和经验要求比较严格。近年来分 子生物学技术在昆虫分类鉴定中的应用越来越广泛。由于眼蕈蚊昆虫物种极其丰富、 属内物种形态相似度高、属级特征不明确、分类基础相对薄弱,导致眼蕈蚊物种难以 鉴定,经常存在同物异名、异物同名的现象,部分种类含有模糊的复合种。因此,形 态特征与分子技术手段相结合,将帮助眼蕈蚊科物种快速准确的分类鉴定。
目前眼蕈蚊科分为4个亚科1个伪厉眼蕈蚊属团,即眼蕈蚊亚科Sciarinae,鬃眼蕈蚊亚科Chaetosciarinae,强眼蕈蚊亚科Cratyinae,万眼蕈蚊亚科Megaloshyinae和伪厉眼蕈蚊属团Pseudolycoriella group (Shin et al., 2013)。全世界眼蕈蚊科共计80属2800余种,中国眼蕈蚊科32属409种 (Shin et al., 2013; Yang et al., 2019; 黄俊浩等,2020)。作为双翅目昆虫物种最丰富而研究较少的类群,眼蕈蚊昆虫的研究 目前主要集中在古北区,而其他地区对眼蕈蚊昆虫尚未有系统性研究。Menzel and Mohrig (2000) 在对古北区眼蕈蚊分类研究的基础上,估计全世界眼蕈蚊科昆虫约为2 万种。德国眼蕈蚊科昆虫的研究历史悠久、区系明确,目前已经记录500余种 (Moriniere et al., 2019),并不断发现新物种。近年来根据我们对东洋区眼蕈蚊昆虫区 系的考察,发现云南和海南热带雨林的马氏网收集样本中,眼蕈蚊个体数常常占全部 昆虫的20%左右,且物种多样性也非常高。Hebert et al. (2016) 对加拿大昆虫的DNA 条形码研究结果证实了我们的观察,发现加拿大眼蕈蚊科的种类至少为4,000种,其中已知物种数量仅占1.3%;以加拿大昆虫占世界种类1%的比例估算,世界眼蕈蚊科昆虫将达到40万种。
DNA条形码序列是线粒体基因组中一段短的标准的细胞色素c氧化酶亚基I (cytochrome C oxidase subunit I, COI) 基因片段,常用于许多类群中的物种鉴定、分 类和多样性分析,被认为是发现新物种和隐存种的有效工具,也是一种对昆虫分类有益的辅助技术手段 (Hebert et al., 2004)。由于不受物种发育阶段、性别、个体完整性 的影响,该方法可以提供更加可靠的物种鉴定。它不仅提高了物种鉴定的准确率,而且还加快了较难鉴别类群和多样性丰富类群的研究。近年来,DNA条形码技术在昆虫生物多样性和生物进化领域的研究逐步深入,多项昆虫国际条形码计划先后开展,极大地丰富了昆虫条形码序列信息库。目前,DNA条形码已经广泛地应用到生物多样性评估、群落生态学和食物网特征等方面的监测 (Ji et al., 2013; Pentinsaari et al., 2020)。
条形码数据库 (barcode of life database,BOLD) 是一个收录、存储、分析和公 布DNA条形码的信息平台。该数据库收录的条形码不仅包括条形码序列,还有引物名称、标本信息、采集记录、鉴定人等信息。BOLD数据库对研究者是公开的,可以在网上免费获取信息,也可以将未知序列与BOLD上的序列进行比对,获取样本号和BIN (Barcode index number) 号,创建个人数据库。截止2021年5月,该数据库共收 录眼蕈蚊科条形码441,843条,其中,中国眼蕈蚊10,360条。
眼蕈蚊的生活史
眼蕈蚊主要生活在潮湿阴暗的森林中,物种丰富、个体数量大,一般30-60 d完成一 个世代。
- 卵 (图1A)
卵期4-7 d,乳黄色椭圆,当胚成熟时变成白色。 - 幼虫 (图1B)
一般9-17 d,大多数物种的幼虫研究较少,身体通常细长、白色,有一明显的黑色 头囊。头囊背面具三角形前额,一对头盖片由两条头盖缝与前额隔开,膜状上唇;触角小,位于前额侧端部。腹部白色至半透明,共12节。幼虫具各式各样的半气门,且每龄都有不同的变化。 - 蛹 (图1C)
通常3-5 d,蛹的背面具狭长的前胸背板、前胸气门、中胸背板、后胸背板、触角 鞘、翅鞘等;蛹腹面具额唇基,额唇基位于触角基鞘与喙鞘之间,下颚鞘位于复眼下面。 - 成虫 (图1D)
成虫为小型暗淡蚊类,体长0.1-1.5 cm,眼桥或有或无,身体较为粗壮,腹部微弯,足基节延长,翅脉简单且固定。
图1. 眼蕈蚊科昆虫各虫态 (A) 卵 异型眼蕈蚊Pnyxia scabiei;(B) 幼虫P. scabiei;(C) 蛹 P. scabiei;(D) 成虫 Bradysia sp.。
眼蕈蚊标本的野外采集
- 采集工具
眼蕈蚊成虫的野外采集常用方法为马氏网、扫网和灯诱。工具涉及:扫网、马氏网、诱虫灯、冻存管 (2.5 ml和5 ml)、镊子 (软镊和硬镊)、记录本等。 - 马氏网法
眼蕈蚊多生活在潮湿的灌草丛和郁闭度高的乔木林中。马氏网由垂直网面和顶部网 面组成,顶部成屋脊状,一端高,另一端低。在略高的顶部装置收集瓶,被拦截的眼蕈蚊向上爬去,最后掉入盛有不同浓度乙醇的收集瓶中 (75%/每1个星期收集1 次,85%/每2个星期,100%/每月)。 - 扫网法
扫网法是随着挥网的动作顺势将网袋向上甩,或者迅速翻转网柄使网口与网袋叠合,将装有无水乙醇的冻存管慢慢放入网中,避免入网眼蕈蚊逃脱,但也要注意避免将虫体的头、翅、足和生殖器破坏,将雌性和雄性个体分别放入不同的冻存管中,以便后期样本的挑选与鉴定。 - 灯诱法
部分眼蕈蚊昆虫具有趋光性,可以利用黑光灯或高压汞灯进行诱集。为了便于收集 眼蕈蚊,灯诱时常在灯旁边悬挂一块白布,或是专用灯诱帐篷,中间悬挂灯。诱集 地点最佳位置为林区、灌草丛等四周较为开阔的场所。
玻片制作和形态特征拍摄
- 药品
无水乙醇、Euparal-Essenz树胶 - 工具
解剖镜、显微镜、酒精灯、载玻片 (76 × 26 mm)、盖玻片 (直径10 mm)、解剖 针、培养皿、解剖镊2支 - 玻片制作
整个玻片制作过程在体式镜下进行,步骤如下:
第一步,将眼蕈蚊个体从85%酒精中取出后放在100%的酒精中,完成解剖。
第二步,滴一小滴混合胶于载玻片上,用细棒将其展开,将解剖下的外生殖器、头、翅、足四个部分分别放在小胶中,调整其位置,将生殖器腹面、头的正面、前 足的胫梳朝上,并将下颚须展开,放置20 min。
第三步,将放有组织的载玻片再滴适量的树胶,并分别盖上盖玻片进行封片。
第四步,水平放置一段时间后,检查玻片是否出现缺胶情况,若有需要,适当 进行补胶,室温静置1 d,使用烘箱在60 °C烘干或自然条件下风干,置玻片盒保 存 (图2)。 - 形态特征的拍摄
采用基恩士超景深三维显微镜VHX-6000,拍摄眼蕈蚊物种的主要鉴别特征,包括 外生殖器、前足胫梳、翅脉、下颚须、触角,度量单位为µm。
图2. 玻片标本示意图
物种的分子鉴定
- 材料与试剂
- 仪器设备
- 总DNA提取
采用试剂盒提取眼蕈蚊胸部或足的总DNA。总DNA分装成2管,1管用于PCR 实验,短期保存在4 °C冰箱;另1管保存于-20 °C冰箱中备用。DNA提取步骤 如下:
- PCR扩增
PCR扩增反应中,COI选用引物LCO1490和HCO2198各0.2-0.3 μl (Folmer et al., 1994)。PCR反应体系为15 μl,10 x Buffer 1.5 μl,Mg2+ 1.5 μl (25 mmol/L),2.5 mmol/L的dNTP 1.5 μl,0.13 μl的Takara Taq酶,模板DNA 1-2 μl,缓冲液DEPC 7.77-8.77 μl,或premix酶7.5 μl,引物LCO1490和HCO2198 各0.2-0.3 μl,模板DNA 1-2.5 μl,缓冲液DEPC 4.4-5.9 μl。
COI片段的PCR扩增条件为95 °C预变性5 min,共运行35个循环:95 °C 变性30 s,45 °C退火40 s,72 °C延伸50 s,72 °C延伸10 min,最后4 °C Forever。PCR产物在1%的琼脂凝胶上检测扩增效果,最后用于测序工作。
- 序列处理
- 序列比对
将每条序列在BOLD Systems v4 (http://www.boldsystems.org/) 上进行鉴定,单 个基因片段可以运用MEGA7.0软件、基于Kimura-2-parameter参数模型,采用 邻接法 (Neighbour-Jioning,NJ) 构建系统发育树。
- 序列相似度分析
以韭菜迟眼蕈蚊 (韭蛆) Bradysia odoriphaga的分子鉴定为例。
>Bradysia sp. COI 371 bp
GAGTTTGTGAGATTTGACTTTTACCCCCCTCATTAACTTTATTATTAACAAGAAGATTAGTTGAAAGAGGAACAGGGACAGGATGAACAGTTTATCCTCCTCTATCTTCCACAATTTCTCATTCAGGTGCATCAGTAGATTTATCAATTTTTTCTCTTCATTTAGCAGGAATTTCTTCTATTTTAGGGGCGGTTAATTTTATTTCTACAATTATTAATATACGGACTCCTGGGATATCATTTGATAAAATACCTTTATTTGTTTGATCAGTATTAATTACAGCAATTCTTTTATTATTATCTTTACCTGTATTAGCAGGAGCTATTACAATATTATTAACAGACCGAAATTTAAACACTTCATTTTTTGTA
- 遗传距离分析
运用MEGA 7.0 软件,基于Kimura-2-parameter 模型,计算迟眼蕈蚊属Bradysia tilicola group 26条序列的遗传距离 (图6)。数据显示,Bradysia sp.与Bradysia odoriphaga遗传距离为2.0%。而根据眼蕈蚊科平均种内遗传距离3.0%,确认为同一物种。
图6. 迟眼蕈蚊Bradysia sp.遗传距离分析
- 物种分子鉴定的结论
根据对Bradysia sp.的序列相似度分析和遗传距离分析,确认该物种为韭菜迟眼蕈 蚊Bradysia odoriphaga (Yang et Zhang,1985)。
物种的形态鉴定
- 形态特征及术语
眼蕈蚊物种的形态鉴定依据雄性个体,主要是雄外生殖器、触角、下颚须、翅脉和前足胫梳等结构特征。本文的研究术语主要参考Menzel and Mohrig (2000) 和Menzel and Smith (2017)。
致谢
感谢国家自然科学基金项目的资助 (31872270)。
参考文献
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Copyright: © 2021 The Authors; exclusive licensee Bio-protocol LLC.
引用格式:刘彩霞, 王青云, 吴鸿, 黄俊浩. (2021). 眼蕈蚊科昆虫的采集、制作与物种鉴定.
Bio-101: e1010635. DOI:
10.21769/BioProtoc.1010635.
How to cite: Liu, C. X., Wang, Q. Y., Wu, H. and Huang, J. H. (2021). Collecting, Preparation and Identification of Black Fungus Gnats (Diptera: Sciaridae).
Bio-101: e1010635. DOI:
10.21769/BioProtoc.1010635.