基于几何形态学和DNA条形码的笨蝗及其近缘种物种界定

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笨蝗Haplotropis brunneriana及其近缘种隶属于直翅目Orthoptera蝗总科Acridoidea癞蝗科Pamphagidae癞蝗亚科Pamphaginae笨蝗族Haplotropidini,是粮食作物和其他经济作物的害虫之一。笨蝗及其近缘属种的形态特征非常相近,物种界定在国内国外学者的研究中存在较大争议,鉴定特征标准未达成统一。传统分类学多依据形态特征的定性分析进行物种的划分,这对于形态近似种常很难进行准确的分类识别。几何形态学的方法将研究对象的外部形态特征进行客观的定量数据统计分析,DNA条形码是一种结合分子生物学和生物信息学的生物分类技术,在分子水平上进行物种鉴定和系统发育关系分析,这都提高了物种鉴定的准确度和效率。本研究分别采用几何形态学和DNA条形码两种方法,对笨蝗及其近缘种的物种界定进行了研究。选取在属种鉴定中具有重要分类价值的前胸背板和前翅两个形态特征,对笨蝗及其近缘种共4属11种280个样本进行了定量的比较,分析了不同属种间前胸背板的侧面观和背面观、前翅的形态变化差异,探讨了前胸背板和前翅的形态变化是否可以作为属种间的形态分类特征,以及前胸背板与前翅在近缘种分类鉴定中的稳定性和可信度。同时测定完成4属5种31样本的DNA条形码数据,采用ABGD法和j MOTU方法进行物种划分,重建了最大似然树(ML tree)和贝叶斯树(BI tree),进行系统发育关系分析。研究结果表明:1、前胸背板侧面观形态变化最大部位在中隆线和后缘的夹角处,前胸背板背面观形态变化最大部位在后缘中央呈角状突出处,这两个特征的变化差异在典型变量分析中均能将不同的属和不同的种区分开,已经达到了分属和分种的程度,说明其能作为属级和种级阶元的鉴定特征,这与传统分类学把前胸背板作为属种鉴定特征的观点一致。2、前翅在长宽比上有变大的趋势,其形态变化差异在典型变量分析中不能将不同的属区分开,但能将不同的种区分开,仅达到了分种的程度,说明其能作为种级阶元的鉴定特征,这与传统分类学把前翅作为种间鉴定特征的观点一致。3、采自于承德的15头沟笨蝗属标本在基于前胸背板侧面观、背面观和前翅三个特征的几何形态学分析中,均能与沟笨蝗属内的蓝胫沟笨蝗和小五台沟笨蝗两个已知种区分开,推测其为一新种,暂定名为承德沟笨蝗Sulcotropis chengdeensis sp.nov.。4、基于DNA条形码的ABGD法和j MOTU法均将内群划分为7个组。基于DNA条形码重建的ML树和BI树显示,同一物种的标本多数聚为一支,这与传统形态学、几何形态学、ABGD法和j MOTU法划分物种的观点一致。承德沟笨蝗单独聚为一支,支持其为新种的推测。5、基于几何形态学和DNA条形码的研究结果均支持了笨蝗属、沟笨蝗属、驼笨蝗属和沟驼笨蝗属的成立。
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