光肩星天牛(Anooplophora glabripennis)是我国重要的蛀干害虫,主要危害槭属、柳属、榆属、杨属的健康树木。以幼虫钻蛀树木的干部危害并在树干部越冬,严重影响人工林、城市森林、农田防护林、园林树木的生长,造成了巨大的经济损失。冬季低温通常对越冬昆虫的存活、生长发育、繁殖扩散等产生直接影响,从而影响第二年昆虫种群的分布、数量以及爆发密度,而耐寒能力已成为昆虫种群生存和繁衍的重要先决条件。目前,光肩星天牛已由西北地区逐渐扩散至东北地区,而有关其越冬幼虫耐寒性的研究尚未见报道。因此,本文以不同种群、不同越冬时期和不同寄主树种幼虫为研究对象,分别从耐寒能力测定指标、体内生理生化物质、热激蛋白基因的表达等方面进行研究以揭示其耐寒性的影响因素、耐寒类型及其耐寒适应机制。主要结果如下:1.明确了新疆伊犁、内蒙乌拉特前旗、宁夏盐池、山东德州和北京大兴五个种群光肩星天牛幼虫的过冷却点、冰点及耐寒相关的物质含量差异性。不同种群光肩星天牛幼虫的过冷却点和冰点存在明显的差异,乌拉特前旗种群幼虫的过冷却点最低,北京种群的最高;不同种群幼虫的含水量、脂肪含量、糖原含量存在显著差异,过冷却点与糖原含量之间呈正相关关系,与含水量、脂肪含量无相关;不同种群幼虫的7种低分子糖醇(甘油、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、山梨醇、肌醇和海藻糖)的总量显著不同,通过产生不同的低分子糖醇物质(特别是甘油、葡萄糖、山梨醇和海藻糖)来抵抗寒冷。2.明确了光肩星天牛幼虫自然种群在不同越冬时期的耐寒能力及生理生化物质动态变化。不同越冬时期幼虫的过冷却点随着环境温度的季节性变化呈现先降低后升高的趋势。幼虫的鲜重和糖原在1月份下降至最低水平。幼虫血淋巴液中低分子糖醇物质和游离氨基酸的总量随着环境温度的降低逐渐增加。甘油(779.80±29.10μmol/L)和海藻糖(104.35±12.38 μmol/L)的浓度始终高于葡萄糖和甘露糖;在早春所有的低分糖醇物质(除了海藻糖)几乎全部被消耗。丝氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸含量、谷氨酸和丙氨酸在寒冷的冬季,都达到最高水平。光肩星天牛幼虫积累冷冻保护剂以提高其过冷却的能力,通过降低自身过冷却点抵抗环境温度的降低至结冰温度以提高耐寒性。光肩星天牛幼虫是耐结冰型昆虫。3.明确了三种不同寄主树种上光肩星天牛越冬幼虫的耐寒性差异。过冷却点和蛋白质含量存在显著差异,合作杨和速生杨上幼虫的过冷却点和蛋白质含量明显高于旱柳;甘油、葡萄糖、海藻糖的含量存在显著差异,旱柳上幼虫的甘油和海藻糖的含量最高,合作杨上幼虫的甘油含量最低,而速生杨上幼虫的海藻糖含量最低,葡萄糖含量最高;山梨醇和肌醇的含量在三种寄主树种上幼虫之间无显著差异。4.克隆了 3条光肩星天牛热激蛋白HSP20基因的开放阅读框全长,明确了HSP19.77、HSP20.7、HSP21.64蛋白序列中均存在一个由大约100个氨基酸组成的相对保守的热激结构域;HSP19.77、HSP20.7蛋白结构与其他鞘翅目昆虫具有较高的同源性;HSP21.64蛋白结构与扶桑绵粉蚧同源性达80%;HSP19.77和HSP20.7在最冷的月份表达量明显升高,HSP21.64基因的表达量持续升高至3月份。研究结果为明确光肩星天牛幼虫的生活史对策、生理生化调节和选择进化机制,以及明确其发生扩散原因、种群发生趋势和种群控制措施等提供理论指导,同时,为深入研究光肩星天牛的耐寒性分子调控机制奠定基础。