نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 بخش حشرهشناسی، گروه گیاهپزشکی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران
2 بخش حشره شناسی- گروه گیاهپزشکی دانشگاه تهران
3 دانشگاه تهران، هیات علمی
4 هیئت علمی دانشگاه تهران، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، گروه گیاهپزشکی
5 دانشگاه تهران- دانشکده کشاورزی کرج
چکیده
فاکتورهای زنده و غیرزنده متعددی بر حشرات اثرگذار هستند. در این بین، نور از جمله فاکتورهای غیرزندهای است که نه تنها بر رشد و نمو و رفتار شبپرهها، بلکه بر مرفولوژی اندامهای داخلی و خارجی آنها هم تاثیر میگذارد. با توجه به اثرات مذکور، هدف از مطالعه حاضر، بررسی دورههای مختلف نوری بر تغییرات مرفومتریک اندامهای تولیدمثلی در جنسهای نر و ماده (بیضه و کیسه جفتگیری) بید آردE. Kuehniella Zeller (Lepidoptera: Pyralidae) میباشد. بر اساس نتایج، بزرگترین طول بیضه در مقیاس میلیمتر (mean= 1.034± 0.01 SEM, n= 30) و نیز بیشترین مساحت کیسه جفتگیری در مقیاس میلیمتر (mean= 1.44±0.01 SEM, n= 30) تحت دوره نوری روشنایی و تاریکی متناوب (12L: 12D) به ثبت رسید. نتایج حاصل از این پژوهش، پیشنهاد میدارد که دورههای مختلف نوری میتواند با ایجاد تغییر در ابعاد مرفومتریک بخشهای مختلف دستگاه تولیدمثلی هر دو جنس نر و ماده، بر فرآیندهای آزادسازی اسپرم و تولیدمثلی شبپره تاثیرگذار باشد.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Effect of different light diets on the morphometric changes of the testicles and bursa copulatrix of Ephestia kuehniella (Lepidoptera: Pyralidae)
نویسندگان [English]
1 Department of Plant Protection, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 university of Tehran
3 University of Tehran, Faculty
4 University of Tehran
چکیده [English]
Insects are influenced by many biotic and abiotic factors. Light is one of the environmental factors that affect not only the growth and development of the moth, but also the morphology of their internal and external organs. Regarding the mentioned effect, aim of the present study is to investigate light diets on the morphometric changes of male and female reproductive organs (testes and corpus bursa) of flour moth, Ephestia kuehniella Zeller (Lepidoptera: Pyralidae). Based on the results, the largest testicular length on a millimeter scale (mean= 1.034± 0.01SEM, n= 30) and the largest area of corpus bursa on a millimeter scale (mean= 1.44±0.01SEM, n= 30) was recorded under the alternating light and dark condition (12L: 12D). The obtained results suggest that different light diets can affect the sperm release and reproductive processes of moth by changing the morphometric of different parts of the reproductive system in both male and female.
کلیدواژهها [English]
تأثیر دورههای مختلف نوری بر تغییرات مرفومتریک بیضه و کیسه جفتگیری Ephestia kuehniella Zeller (Lepidoptera: Pyralidae)
فاطمه فارسی، کبری فتوحی، جاماسب نوذری*، سید حسین گلدانساز و وحید حسینی نوه
ایران، تهران، دانشگاه تهران، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، گروه گیاهپزشکی
تاریخ دریافت: 20/1/97 تاریخ پذیرش: 4/9/1397
چکیده
فاکتورهای زنده و غیرزنده متعددی بر حشرات اثرگذار هستند. دراین بین، نور ازجمله فاکتورهای غیرزندهای است که نهتنها بر رشد و نمو و رفتار شبپرهها، بلکه بر مرفولوژی اندامهای داخلی و خارجی آنها هم تأثیر میگذارد. با توجه به اثرات مذکور، هدف از مطالعه حاضر، بررسی دورههای مختلف نوری بر تغییرات مرفومتریک اندامهای تولیدمثلی در جنسهای نر و ماده (بیضه و کیسه جفتگیری) بید آرد E. Kuehniella Zeller (Lepidoptera: Pyralidae) میباشد. براساس نتایج، بزرگترین طول بیضه در مقیاس میلیمتر (mean= 1.034± 0.01 SEM, n= 30) و نیز بیشترین مساحت کیسه جفتگیری در مقیاس میلیمتر (mean= 1.44±0.01 SEM, n= 30) تحت دوره نوری روشنایی و تاریکی متناوب (12L: 12D) به ثبت رسید. نتایج حاصل از این پژوهش، پیشنهاد میدارد که دورههای مختلف نوری میتواند با ایجاد تغییر در ابعاد مرفومتریک بخشهای مختلف دستگاه تولیدمثلی هر دو جنس نر و ماده، بر فرآیندهای آزادسازی اسپرم و تولیدمثلی شبپره تأثیرگذار باشد.
واژههای کلیدی: بیضه، کیسه جفتگیری، بید آرد، مرفومتریک
* نویسنده مسئول، تلفن: 09123603743، پست الکترونیکی: nozari@ut.ac.ir
مقدمه
راسته بالپولکداران شامل شب پرهها و پروانهها گروه مهمی از حشرات با بیش از 157000 گونه هستند (4). شبپره آرد Ephestia kuehniella Zeller (Lep.: Pyralidae)نهتنها یکی از آفات مهم محصولات انباری در جهان و بهویژه در کشورهایی با آبوهوای معتدل میباشد (29)، بلکه بهطور وسیع و در بعد تجاری، یکی از میزبانهای موفق آزمایشگاهی در پرورش انبوه عوامل کنترل بیولوژیک، پارازیتوییدها و شکارگرها، به شمار میرود (11 و ۲۲). عوامل مختلفی اعم از زنده (کیفیت و میزان دسترسی به میزبان، تنوع زیستی گیاهی و...) و غیرزنده (دما، رطوبت و نور) بر حشرات اثرگذار هستند. کالیگ و همکاران (2014) بیان کردند که عوامل غیرزنده ازجمله نور نهتنها بر رفتار، بلکه بر سازوکارهای فیزیولوژیکی و تولیدمثلی حشره نیز تأثیر میگذارند. گونههای مختلف حشرات راهبردهای تولیدمثلی قابلانعطافی را در پیش گرفتند که به آنها اجازه میدهد شایستگیشان را از طریق تنظیم چالشهای تولیدمثلی در پاسخ به وضعیت خود یا شرایط محیطی بهینه سازند (15و 34). راهبردهای تولیدمثلی جنس ماده، حداقل در گونههایی بدون مراقبت مستقیم والدین، از اهمیت ویژهای برخوردار است، زیرا تولیدمثل اغلب در مادهها نسبت به نرها پرهزینهتر است (3، 19، 20و 31). در حشرات ماده، سرمایهگذاری تولیدمثلی ماده در اندازه و تعداد تخم تولیدی (15) و در حشرات نر در اسپرماتوفور تولیدی که ممکن است به تولید تخم و نگهداری بدنی ماده کمک کند، تحت تأثیر عوامل مختلف، تغییراتی را نشان میدهند. این تغییرات ممکن است بهواسطه تغییر در ابعاد اندامهای مختلف دستگاه تولیدمثلی القا شود.
از بین تمامی عوامل غیرزنده، نور تغییرپذیری متنوعی را در رفتارهای مختلف حشرات از قبیل: پرواز، تولیدمثل و رشدونمو القا مینماید (33). حشرات ازجمله بید آرد قادر به درک نور هستند. در گونههایی مانند
E. cautella (Lep.: Phycitidae), Plodia interponctela (Lep.: Pyralidae)و E. kuehniella اثر نور مرئی هم بر رشد و نمو و هم بر ظهور بالغین اثباتشده است (10) ولی مطالعهای که به اثر این عامل بر تغییرات مرفومتریکی اندامهای تولیدمثلی، که میتواند بهطور مستقیم بر تولیدمثل و شایستگی حشره اثر بگذارد، موجود نیست.
سیستم تولیدمثلی حشره نر شامل بیضه، مجاری تناسلی و غدد ضمیمه است (7). بیضه، مکانی برای رشد و نمو اسپرم و ذخیره آن میباشد (36). بهطور عمده طی مرحله لاروی بالپولکداران، دو عدد بیضه قابلتشخیص است ولی مطالعه در مرحله بلوغ گونههای این راسته حاکی از آن است که در برخی افراد شامل:
Buzura suppressaria (Lep.: Geometridae), Pseudaletia separate (Lep.: Noctuidae), Choristoneura fumiferana(Lep.:Tortricidae), Tryporyza incertulas (Lep: Pyralidae), Agrotis ipsilon (Lep.: Noctuidae), Ancylis sativa(Lep.: Tortricidae), Pieris melete (Lep.:Pieridae), Colias fieldii (Lep.: Pieridae) و Chilo suppressalis (Lep.: Crambidae)
تنها یک بیضه وجود دارد درحالیکه در گونههای Hepialus baimaensis (Lep.: Hepialidae), Grapholita molesta (Lep.: Tortricidae) و
(Lep.: Saturniidae) Antheraea yamamai هنوز هم در مرحله بلوغ دو بیضه قابلرؤیت است (8، 14و 36).
در دستگاه تولیدمثلی حشره ماده، کیسه جفتگیری، از قسمتهای مهم میباشد، ولی کمتر موردمطالعه قرارگرفته است. گرچه کیسه جفتگیری از بافتهای مشابه با سایر بخشهای دستگاه تولیدمثل جنس ماده رشد و نمو داشته است ولی عملکرد آن کاملاً متفاوت از سایر بافتهای تولیدمثلی است (27). چونگ و همکاران (1990) بیان داشتند که نقش کیسه جفتگیری در بال پولکداران کمک به انتشار اسپرم است و عملکرد گوارشی خاصی را مهیا میسازد که نقش هضم و جذب پیچیدهای را ایفا میکند زیرا طی جفتگیری، اسپرماتوفور را که غنی از مواد مغذی تولیدشده توسط غدد ضمیمه جنس نر است، دریافت میکند (27). باتوجه به نقش منحصربهفرد کیسه جفتگیری مطالعات اندکی درباره آن صورت گرفته است. اگرچه برخی پژوهشگران نیز اظهار داشتند هیچ تکنیک خاصی برای مطالعه این عضو مورد نیاز نیست و حتی با میکروسکوپ نوری نیز میتوان بهراحتی به کاوش پیرامون آن پرداخت، ضمن اینکه با توجه به پدیدههای فیزیولوژیکی پیچیدهای که درون آن به انجام میرسد زمینه مناسبی را برای درک تکامل سازشی ارائه مینماید و نیز برخی خانوادههای ژنی خاص را دراین عضو تشخیص دادند که احتمالاً عملکردهای ویژه را برای کیسه جفتگیری به ارمغان میآورد (27). این موارد حاکی از اهمیت این بخش از دستگاه تولیدمثلی حشره ماده است که تاکنون به میزان بسیار اندکی و تنها در بحثهای تاکسونومیکی مطرح بوده است (24).
به دلیل اهمیت بید آرد بهعنوان گونهای مدل در حل مشکلات سیتوژنتیک، ژنتیک بیوشیمیایی و زیستشناسی تکاملی (26) و نیز کاربرد تخم و لارو این حشره بهعنوان منبع غذایی برای پرورش دشمنان طبیعی (35) و با در نظر داشتن نقش غیرقابلانکار نور بر صفات مختلف حشرات، هدف پژوهش حاضر تعیین اثرات احتمالی دورههای متنوع نوری بر صفات مرفولوژیکی سیستم تولیدمثلی جنسهای نر و ماده بید آرد بوده است که این شاخص میتواند بر میزان تولیدمثل حشره تأثیر بگذارد و در تولید انبوه عوامل بیولوژیک مؤثر واقع شود.
مواد و روشها
پرورش و نگهداری شبپره آرد Ephestia kuehniella: برای پرورش شبپره آرد، از میزان2/0 گرم تخم بید آرد (از همسانه پایه نگهداری شده در آزمایشگاه بیوسیستماتیک حشرات دانشگاه تهران)، روی بستر پرورش، شامل 75 درصد آرد گندم، 25 درصد سبوس گندم به همراه 2 درصد مخمر استفاده شد. ظروف پرورش (به ابعاد cm10×15×25) در شرایط دمایی 1±25 درجه سلسیوس، رطوبت نسبی 5±75 درصد، در سه گروه تیماری شامل روشنایی مطلق (LL)، تاریکی مداوم (DD)، روشنایی و تاریکی متناوب (12L:12D) نگهداری شدند.
آزمایش تأثیر دورههای مختلف نوری بر ویژگیهای مرفومتریکی اندام تولیدمثلی جنسهای نر و ماده E. kuehniella: برای به دست آوردن گروه همسن در جنس نر، از ویژگی رفتاری و ریختی شناختهشده در لاروهای سن آخر این حشره استفاده شد. آخرین سن لاروی، تمامی حرکات خود را متوقف میسازد و وارد مرحله سرگردانی(Wandering Stage) میگردد، سپس آغاز به تنیدن پیله ابریشمی بهمنظور ورود به مرحله شفیرگی میکند (17). بعلاوه، طول لارو پس از رشد کامل و در این مرحله 5/1 الی 8/1 میلیمتر است. همسن سازی در حشرات ماده بید آرد، بدینصورت انجام شد که پس از جمعآوری کلیه حشرات موجود در ظروف پرورش، بالغین ظاهرشده بعد از گذشت دوازده ساعت بهعنوان گروه همسن در نظر گرفته شد. تمایز بالغین جنس نر و ماده بید آرد از طریق مرفولوژی انتهای بدن قابلتشخیص بود.
جهت مطالعه ماکروسکوپیک در جنس نر، بیضه لارو سن آخر و در جنس ماده، کیسه جفتگیری بالغ انتخاب شد. بیضههای لارو سن آخر بهصورت دو لکه تیره از سطح پشتی بدن قابلرؤیت است. بهمنظور جداسازی بیضهها، در ابتدا هر فرد لارو در محلول سرم فیزیولوژی (7.5g Nacl/L) قرار گرفت و بهوسیله پنس ثابت نگهداشته شد. سپس با استفاده از تیغ جراحی از قسمت پایینتر از بیضهها، بدن لاروها شکافته شد. بیضهها به همراه بافت چربی متصل به آن، در محلول رها شدند. چربی از بافت بیضه به کمک سوزنهای ظریف حشرهشناسی جدا شد (شکل 1 الف). در حشرات ماده نیز، شکم به کمک سوزنهای ظریف و خلالدندان استریل تشریح شد. کیسه جفتگیری با احتیاط از سایر قسمتهای دستگاه تولیدمثلی جدا شد (شکل 1 ب). از دستگاه استریومیکروسکوپ (Olympus) مجهز به دوربین (Sony, Dinolite 2) CCD video camera جهت عکسبرداری از نمونهها استفاده شد. درمجموع 30 تکرار برای هر دوره نوری در نظر گرفته شد (90=3×3).
شکل 1- الف) بیضه لارو سن آخر ب)کیسه جفتگیری ماده بالغE. kuehniella
((a= corpus bursae, b= ductus bursae, c= ovipositor (مقیاس= 0.1 سانتیمتر)
بهمنظور استخراج دادههای مرفولوژیک شامل تعیین طول بیضهها و مساحت کیسه جفتگیری از نرمافزار (Image J National Institutes for Aeaith, Bethesda, MD, USA) استفاده شد. در محاسبه مساحت کیسه جفتگیری طبق تکنیک (13) دادههای خام در فرمول A= Πab (a= length of semimajor axis and b= length of semiminor axis) قرار داده شد. توزیع نرمال بودن دادهها با آزمون شاپیروویلک (Shapiro-Wilk test) ارزیابی شد، سپس دادههای حاصله برای انجام آنالیزهای آماری (ANOVA & Tukey's HSD test) به نرمافزار Minitab Version 16 (28) ارائه شد.
نتایج
آزمون Shapiro Wilk test بیانگر آن بود که دادهها دارای توزیع نرمال هستند. نتایج تحقیق حاضر حاکی از این بود که دورههای مختلف نوری بر ابعاد مرفومتریک بیضه اثر معنیداری را نشان میدهد (F=11.40, P< 0.001, df=2,87). میانگین طول بیضه در لاروهای رشد یافته در دوره نوری روشنایی و تاریکی متناوب (12L: 12D) در مقایسه با سایر دورههای نوری بیشترین مقدار بود (mean= 1.034± 0.01, SEM, n= 30) گرچه ازنظر آماری لاروهای رشد یافته در دو دوره نوری شامل تاریکی مطلق، روشنایی و تاریکی متناوب در گروه آماری یکسانی جای گرفتند. کوچکترین میانگین طول بیضه، در لاروهای رشد یافته در دوره نوری مطلق بدست آمد (mean= 0.96±0.01, SEM, n= 30) (نمودار 1)
نمودار 1- تأثیر دورههای مختلف نوری بر طول بیضه در لارو نر سن آخر E. kuehniella
مقایسه آماری مساحت کیسه جفتگیری در دورههای نوری مختلف حاکی از وجود اختلاف معنیدار بین تیمارهای مختلف بود (F=37.40, P<0.001, df= 2.87). همانطور که در نمودار 2 نشان داده شده است، بیشترین مساحت کیسه جفتگیری برای شبپرههای رشد یافته در دوره نوری روشنایی و تاریکی متناوب (12L: 12D) به ثبت رسید (mean= 1.44±0.01, SEM, n=30).
نمودار 2- تأثیر دورههای مختلف نوری بر مساحت کیسه جفتگیری در بالغین E. kuehniella
بحث و نتیجهگیری
با توجه به فقدان هرگونه پژوهش پیشین درزمینۀ تأثیرات دورههای نوری بر ابعاد مرفومتریک اندامهای تولیدمثلی در اعضای راسته بالپولکداران، تحقیق حاضر بهمنظور بررسی تغییرات مرفومتریک بیضه در جنس نر و کیسه جفتگیری در جنس ماده E. kuehniella انجام شد. تأثیر نور بر باروری و رشدونمو بید آرد E. kuehniella اثباتشده است (10)، بهطوریکه بین سه دوره نوری مختلف که مشابه با دورههای نوری مطالعه کنونی بود، باروری حشرات در روشنایی مطلق (LL) به میزان قابلتوجهی کاهش داشت. علت این امر را ناتوانی نرها در بارور نمودن مادهها بیان کردند. نتایج ما نشان میدهد احتمالاً یکی از عواملی که سبب چنین ناتوانی در نرها میشود، کم شدن میزان رشد و توسعه بیضه و کوچکتر بودن این اندام در مقایسه با نرهایی است که در سایر دورههای نوری پرورش یافتند. این امر بهطور مستقیم بر فرآیند تولید و رهاسازی اسپرم مؤثر خواهد بود. مطالعه صورت گرفته روی
Pyralidae) P.interpunctella (Lep:نیز نشان میدهدکه توانایی و کفایت نرها در دوره نوری (DD) بهشدت تحت تأثیر قرار میگیرد و بالطبع محتویات اسپرماتکای حشره ماده نیز که با نرهای رشد یافته در دورههای مختلف نوری جفتگیری میکند منجر بهتناوب در تعداد تخم و میزان تخمریزی آنها خواهد شد (25). مطالعه روی Pectinophora gossypiella (Lep. Gelechiidae) نیز نتایج مشابهای را نشان داد، در دوره نوری 12L: 12D آزادسازی اسپرم Eupyren از بیضههای این حشره ریتمیک انجام میشود در حالی که این روند در شفیرههایی که در دوره نوری مطلق رشد یافته بودند، به میزان قابلتوجهی کاهش داشت (23). بعد از آن، ست و همکاران (2002) با تحقیق بر Spodoptera litura (Lep: Noctuidae) نشان دادند که ریتم شبانهروزی آزادسازی اسپرم با در معرض قرارگیری جنس نر اینگونه تحت نور مطلق تحت تأثیر قرار میگیرد (32). در افراد نر راسته بال پولکداران، دو فرم اسپرم شامل: Apyrene و Eupyrene تولید میشود که تنها اسپرم Eupyrene تخم را بارور میسازد (6). ریمن و همکاران (1974) نشان دادند که در E. kuehniellaآزادسازی اسپرم از بیضهها در نرهایی که در شرایط نوری متناوب (روشنایی: تاریکی) نگهداری میشدند بهصورت ریتمیک بوده است در حالی که اگر نرها در شرایط نور مطلق نگهداری میشدند این پروسه غیر ریتمیک به انجام میرسید. مشابه این نتیجه در مورد Spodoptera littoralis (Lep: Noctuidae)نیز بهدستآمده است (5)، در پژوهش آنها اثبات شد که سنین نابالغ شامل: سن آخر لاروی و مرحله شفیرگی، مراحل حساستری از زندگی اینگونه در شرایط نور مطلق است و این دوره نوری بهشدت میزان اسپرمهای Eupyrene آزاد شده از بیضههای شبپره را کاهش میدهد. گیبولتوویچ و همکاران (1989) پیشنهاد دادند که بیضهها و یا مجاری خروجی اسپرم
(Vas dererens) در Lymantria dispar (Lep: Lymantriidae) دارای یک گیرنده نوری هستند که میتواند بهطور مستقیم به شرایط نوری محیط بهصورت سریع پاسخ دهد. آنها بیان داشتند که مجموعه UVD- SV(upper vas deferens- seminal vesicle) بیضه بهعنوان یک سیستم منحصربهفرد شبانهروزی است که در آن گیرندههای نوری، پروسههای تنظیمکننده با تمایزیافتگی بالایی از یکدیگر جدا میشوند (18). نور مطلق میتواند اثرات زیانباری را روی این بخش داشته باشد و انتشار اسپرم و باروری را تحت تأثیر قرار دهد (16).
در بین تمامی قسمتهای مختلف دستگاه تولیدمثلی حشره ماده، مطالعات روی کیسه جفتگیری کمتر صورت گرفته است که بهطور عمده تمرکز این مطالعات نیز بر نقش و عملکردهای این عضو بوده است (27). پژوهش کنونی اولین مطالعهای است که به بررسی یک عامل، نور، بر تغییرات مرفومتریک این عضو پرداخته است. از کیسه جفتگیری بهعنوان عضو تولیدمثلی منحصربهفرد در حشرات ماده یادشده است (27). نتایج ما نشان داد که نور هم بر ابعاد مرفومتریکی جنس ماده و همجنس نر اثرگذار است و این تأثیر درواقع بازتابی از تقابل دوطرفه سیستم تولیدمثلی جنسهای نر و ماده است. دراموند (1984) رابطه کیسه جفتگیری- اسپرماتوفور را یک پروسه متقابل عنوان کرد. زیرا مواد تغذیهای اهداشده توسط جنس نر که درون اسپرماتوفور قرارگرفته است نهتنها برای تولید تخم بلکه برای نگهداری سوماتیک هم استفاده میشود، لذا میتواند خروجی تولیدمثلی حشره ماده را افزایش دهد (12). مطالعه ما نیز نشان داد اثر دوره نوری مطلق (LL) بر کیسه جفتگیری جنس ماده سبب کاهش ابعاد آن میشود که متناسب با تقلیل در ابعاد بیضه جنس نر است.
در پژوهش حاضر، ما اثرات دورههای مختلف نوری بر تغییرات بیضه و کیسه جفتگیری بید آرد را نشان دادیم و به بررسی روند افزایش یا کاهش ابعاد مرفومتریک این قسمتهای دستگاه تولیدمثلی با تغییر دورههای نوری پرداختیم. شایان توجه است که توجه به شرایط محیطی و اثرات آنها بهعنوان زمینهسازی درروند تغییرات زیستی و رفتارهای جانوران در مطالعات زیادی از جانوران مختلف موردبررسی قرارگرفته است (1 و 2). باتوجه به فقدان مطالعه مشابهای همسو با پژوهش حاضر، امید است اطلاعات حاصل از این تحقیق، راههای تازهای را در جهت بهبود پرورش بهینه در این حشره فراهم آورد.