基本信息
- 项目名称：
- 甲虫防御腺的同源性及多态性
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文经对14科鞘翅目代表种的防御腺解剖、染色制片、特征记述和比较分析，基于防御腺形状、长度、皱褶等性状比较研究，规范描述了各科的形态，绘制了各种的特征图，编制了科级阶元分类检索表，并以其利用系统分类学软件构建了系统发育树。研究得出鞘翅目防御腺的形态因种类不同表现出明显差异，是区别科级阶元、检验分类体系和分析推断类群进化的有用特征，可用于鞘翅目昆虫高级阶元系统发育关系和分类地位的确定。
- 详细介绍：
- 利用防御腺释放化学物质以御敌、护窝和引起同种集结是鞘翅目(简称甲虫)昆虫特有的自卫习性。防御腺经过了从无到有、从简单到复杂、从低等到高等的复杂进化过程，具有共同起源性质和阶段分化特点，可用于推断不同甲虫类群的一般进化关系。同时，不同甲虫科间的防御腺形态差异很大，又表现出多态性。本文利用生物进化分类的原理及方法，选取14科57属125种甲虫，经解剖、染色、镜检等程序，对防御腺表型特征进行了规范描述，绘制了各种的形态特征图，并基于腺体形态编制了科级分类检索表；以腺体的形状、长度、宽度、囊距、壁质、皱褶等性状为统一的特征尺度，利用系统分类学软件构建了系统发育树。结果表明：防御腺的形态变化因甲虫种类不同表现出明显差异，凡分化多样性较大的类群，其腺体形态分化的多样性均十分明显，反之则比较单一；甲虫腺体的形态和特征可用于区别科级阶元、检验分类体系和推断类群与类群之间的相互关系，是十分重要的分类特征；同时也可用于鞘翅目昆虫高级阶元系统发育关系和分类地位的确定。本文还利用气相色谱和质谱测定了弯齿琵甲Blaps femuralis和炮步甲Stenaptinus insignis的分泌物化学成分，比较发现，二者均以烯类和醌类物质为主，但后者的烷烃含量较齿琵甲多。本研究为鞘翅目昆虫高级阶元分类提供了新资料。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 许多鞘翅目昆虫利用化学毒液防御敌人和保护种群。该毒液由防御腺产生，防御腺体在不同甲虫类群中形态变化迥然不同，经过了一个从无到有、从简单到复杂、由低级到高级的进化过程，成为区分类群的重要特征。 本研究的材料均来自于我国，经解剖、描记和比较形态学研究，证实鞘翅目昆虫的防御腺体在不同科间，其形态差异十分明显，界限清楚，可用于推断鞘翅目的系统发育关系分析。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：对鞘翅目14个科级阶元的防御腺进行解剖和比较形态研究，总结出其形态变化的初步规律，并用于区别甲虫类群和揭示及其类系发生。 先进性：防御腺在区分昆虫类群和推断其系统发育关系中具有重要作用，但国内外研究十分薄弱。本研究旨在通过努力，补充该领域研究的不足。 独特之处：本项目是我国首次开展的基于鞘翅目防御腺表征探讨其科级阶元分类和系统发育关系的研究。
应用价值和现实意义
- 应用价值：通过解剖和比较研究防御腺的形态特征，找到了用于区别鞘翅目科级类群的有用特征和稳定特征，为该类昆虫的分类识别提供了重要依据。 现实意义：在一个分类尺度上的特征比较研究，真实地反映了鞘翅目昆虫相关类群防御腺的性状衍变规律，为深入探讨该目昆虫系统发育关系和分类地位提供了有力证据。
学术论文摘要
- 利用防御腺释放化学物质以御敌、护窝和引起同种集结是鞘翅目(简称甲虫)昆虫特有的自卫习性。防御腺经过了从无到有、从简单到复杂、从低等到高等的复杂进化过程，具有共同起源性质和阶段分化特点。同时，不同甲虫科间的防御腺形态差异很大，又表现出多态性。本文利用生物进化分类的原理及方法，选取14科57属125种甲虫，经解剖、染色、镜检等程序，对防御腺表型特征进行了规范描述，绘制了各种的形态特征图，并基于腺体形态编制了科级分类检索表；以腺体的形状、长度、宽度、囊距、壁质、皱褶等性状为统一的特征尺度，利用系统分类学软件构建了系统发育树。结果表明：防御腺的形态变化因甲虫种类不同表现出明显差异，凡分化多样性较大的类群，其腺体形态分化的多样性均十分明显，反之则比较单一；甲虫腺体的形态和特征可用于区别科级阶元、检验分类体系和推断类群与类群之间的相互关系，是十分重要的分类特征；同时也可用于鞘翅目昆虫高级阶元系统发育关系和分类地位的确定。本文还利用气相色谱和质谱测定了弯齿琵甲Blaps femuralis和炮步甲Stenaptinus insignis的分泌物化学成分，比较发现，二者均以烯类和醌类物质为主，但后者的烷烃含量较齿琵甲多。本研究为鞘翅目昆虫高级阶元分类提供了新资料。
获奖情况
- 已整理一篇论文投刊并在审理之中。 题目：甲虫防御腺的同源性及多态性
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 郭志峰, 任国栋, 安秋荣. 齿琵甲防御腺分泌物的分析. 河北大学学报（自然科学版）, 2000, 20(增刊): 122-124. [2] 滑会然, 任国栋. 12种大粉甲属 Promethis昆虫防御腺特征及其进化关系. 昆虫分类与多样性. 北京: 中国农业科技出版社, 2005: 199-204. [3] 李伟, 任国栋, 柳峰松. 弯齿琵甲防御腺分泌物的化学成分测定及抗菌活性分析. 昆虫知识, 2009, 46(3): 424-427. [4] 刘勇, 罗氚, 芸李蕾等. 云南琵琶甲防御性分泌物抗菌活性及GC-MS分析. 云南大学学报（自然科学版）, 2000, 22(3): 217-219. [5] 任国栋, 董赛红, 彭东岩. 中国琵甲属防御腺研究（鞘翅目: 拟步甲科）. 河北大学学报（自然科学版）, 2000, 20(增刊): 37-45.[6] 任国栋, 刘春林. 基于防御腺特征的中国刺甲族属级阶元系统发育分析（鞘翅目: 拟步甲科）. 昆虫学报, 2009, 52(10): 1146-1155. [6] Arnett R. H. Jr., Thomas M. C., Frank J. H. American beetles. CRC Press. 2001, 261 pp. [7] Crowson R. A. The Phylogeny of Coleoptera. Ann. Rev. Ent.,1960, 5: 111-134. [8] Crowson R. A. Adapted in The Biology of the Cleoptera. Academic Press. 1981, 802 pp. [9] Crowson R. A. A revision of the classification of Cantharoidea. Revista Univ. Madrid., 1972 ⅩⅪ(82): 35-74. [10] Crowson R. A. The Biology of the Coleoptera. Academic Press. 1981, 802 pp.
同类课题研究水平概述
- 自从Gilson（1889）首次报道了Blaps mortisaga 体内具有能释放臭味的腺体以来，至今全球对鞘翅目昆虫防御腺的散见于一些论文和专著中，缺少完整系统的研究。这些工作中尤以Tschinkel et al.（1978-1982）对北美178属247种拟步甲防御腺特征的研究比较完整，其他鞘翅目类群极少涉及。 我国对鞘翅目防御腺表征的研究十分薄弱。到目前为止，国内仅任国栋等（2000-2009）对172种拟步甲的防御腺形态进行了研究，发表论文6篇，但未涉及其他鞘翅目类群。 对防御腺的化学分泌物成分的测定也有报道。云南师大的刘勇等（2000）报道了云南琵甲Blaps sp.的防御腺分泌物由1-十三烯、2-甲基-1，4-苯醌和2-乙基-1，4-苯醌3个含量高的和7个微量的化学成分组成；郭志峰等（2000）和李伟等（2009）分别报道了齿琵甲的防御腺分泌物由14种化合物组成，包括2个烯烃、4个醇、2个酮和3个酸，其中以2-甲基苯醌、1-十三碳烯和2，4-二甲基-3-呋喃乙酮含量较高，苯醌、苯二酚、3，5-二羟基甲苯和十二烷醛等小分子化合物次之，为齿琵甲的分类研究提供了物质依据；应超波等（2009）对广屁步甲防御腺化学物质进行了红外光色谱分析，并通过使用GC-MS和GC-IR的方法对该虫的防御腺分泌物进行分析，共获得28种隶属于醌类，炔类和烃类的化学物质。
