红脂大小蠹种群空间格局地统计学分析及抽样技术

红脂大小蠹是我国一重要林业外来入侵害虫,主要危害油松、白皮松和华山松,目前已扩散到山西、陕西、河北、河南、北京等地。为了研究其种群空间格局,用地统计学方法分析了受害程度不同的油松纯林和混交林林分内红脂大小蠹种群空间分布特性。结果表明:两种受害程度不同的油松纯林内红脂大小蠹的危害具有显著差异,轻度受害林分内有虫株率为4.9%,而重度受害林分则达到23.6%。全方向的变异函数曲线图分析得知:轻度受害纯林、重度受害纯林、混交林林分内红脂大小蠹种群的空间依赖范围分别为49.400、47.400\,73.820m,而局部空间连续性强度分别为0.824、0.582\,0.762。轻度受害纯林与重度受害纯林林分内红脂大小蠹种群均表现为较强的空间聚集性,而混交林受害林分内其种群则表现为随机分布。受害程度不同的纯林林分内红脂大小蠹种群空间格局具有一定的差异,而且纯林与混交林林分内其种群空间格局也有较大的差别。本文根据红脂大小蠹种群空间分布特性,对其种群空间抽样技术与传统抽样技术做了相应的比较与探讨。     

大小蠹来源地的COⅠ基因标记

【背景】大小蠹属昆虫是重要的林木害虫,我国口岸有多次截获记录,确定大小蠹的来源地可以有针对性地加强对大小蠹的检验检疫工作。【方法】测定了5种高风险大小蠹(红脂大小蠹、红翅大小蠹、中欧山松大小蠹、落叶松大小蠹和间大小蠹)共12个样本的线粒体DNA细胞色素氧化酶C亚基Ⅰ基因(COⅠ)的部分序列。【结果】利用巢式PCR技术,在不同种类的大小蠹样本中均获得了530bp的靶标片段,比对分析显示,不同种大小蠹之间的COⅠ序列差异显著,同种大小蠹不同个体之间的COⅠ序列存在一定的差异,但差异不显著。系统进化树分析结果显示,大小蠹可以明显分为2支,其中,间大小蠹单独为一分支,另一分支由红脂大小蠹、红翅大小蠹、中欧山松大小蠹和落叶松大小蠹组成;同时,同种大小蠹不同个体的来源情况在进化树中有一定体现。【结论与意义】COⅠ基因可以较好地反映样本的来源地,对今后制定大小蠹的具体检验检疫措施有实际指导意义。     

红脂大小蠹传入中国危害特性的变化

通过对山西省灵空山林场与北京小龙门林场的红脂大小蠹危害情况进行详细调查,运用生态位理论对红脂大小蠹选择入侵不同树势油松进行分析,同时查阅陕西、山西、河北、北京等地红脂大小蠹危害的多年历史资料,以此来探讨红脂大小蠹传入中国后危害特性的变化。结果表明：红脂大小蠹传入中国后已由最初危害衰弱木和受伤木的次期性害虫变异为主要危害健康木和轻度衰弱木的初期性害虫,从而为揭示其种群扩张过程、灾害发生机制以及采取相应的控制措施提供了重要的理论依据。     

红脂大小蠹入侵机制与化学生态学研究

红脂大小蠹Dendroctonus valens LeConte是近来入侵我国的重大林业害虫,入侵山西后迅速在相邻省份扩展蔓延。文章围绕作者对红脂大小蠹入侵来源地、暴发机制以及红脂大小蠹化学生态学等领域开展的研究工作进展进行了总结。历史资料记载和分子证据均支持红脂大小蠹由北美(美国西海岸)地区传入。松树萜烯类化合物是红脂大小蠹寻找适合寄主的重要信号物质,近期在北美和中国几个地区同时开展的研究,确认了3-蒈烯对红脂大小蠹具有最强引诱作用,该研究结果简化和修正了先前北美一直使用的3组分植物源引诱剂配方;在筛选有效引诱成分的基础上,开展了引诱剂定量缓释载体的研究,该释放载体已经被授权专利,并得到广泛推广应用。红脂大小蠹信息素一直没有得到鉴定,近来通过对红脂大小蠹后肠提取物的分析,分离鉴定了5种电生理和行为上有生物活性的萜烯类氧化物,其中有3个组分对红脂大小蠹植物源引诱剂具有增效作用。在驱避剂方面,研究证实了马鞭草烯酮以及非寄主挥发物对红脂大小蠹具有驱避作用。同时,研究证明,马鞭草烯酮对红脂大小蠹的作用存在剂量效应。目前,作者正开展红脂大小蠹-共生菌-寄主松树三者相互关系以及红脂大小蠹与土著种之间化学通讯等方面的研究,以期阐明红脂大小蠹的入侵性及暴发机制,寻求更有效的控制途径。     

红脂大小蠹 Dendroctonus valens （ Coleoptera, Scolytidae ）和大唼蜡甲Rhizophagus grandis （Coleoptera, Rhizophagidae）的耐寒性

红脂大小蠹 Dendroctonus valens LeConte (Red turpentine beetle,RTB)是近年来在中国爆发的入侵生物,在我国主要以老熟幼虫在油松伐桩和立木的根部越冬.室内测定昆虫的过冷却点(SCP)和短时间致死低温(LLT)是评价昆虫耐寒能力的重要方法.实验结果显示,红脂大小蠹越冬幼虫的平均过冷却点为一11.98±2.55℃,是一种耐冰冻的昆虫.红脂大小蠹的过冷却点在不同地理分布区的种群问有明显差异,老熟幼虫的过冷却点明显低于低龄幼虫,在越冬前和越冬后的幼虫问没有明显差异.红脂大小蠹幼虫在冬季至少町以忍受-23.5℃的大气温度安全越冬.从2001年开始引入我国的云杉大小蠹的捕食者大唼蜡甲(Rhizophagus grandis cyll.)幼虫的过冷却点为-18.05±2.76℃,低于红脂大小蠹所有虫态的过冷却点,说明比红脂大小蠹有更强的耐寒能力.     

外来入侵种入侵机制研究取得的新进展

<正>入侵种的入侵机制是入侵生物学的核心科学问题。已有假说主要从天敌、资源和生态位几方面阐述了入侵种的入侵性。但是现有的入侵理论只能解释部分入侵物种的入侵性,所以新的入侵理论令人期待。2006年至今,动物研究所孙江华研究员领导的森林害虫化学生态研究组以红脂大小蠹-伴生真菌为研究模型,以多物种协同作用为切入点,开展了红脂大小蠹入侵机制的研究,继2007年     

一种红脂大小蠹天敌切头郭公虫Clerus sp.生物学初探

红脂大小蠹Dendroctonus valens LeConte,原产于北美,于20世纪80年代随木材贸易传入我国山西,是一种危害油松、白皮松、华山松等松科植物的毁灭性入侵害虫。本文对红脂大小蠹天敌切头郭公甲虫Clerus sp.的基本生物学特征进行了初步探讨。野外诱捕发现,红脂大小蠹诱剂3-蒈烯能诱捕到切头郭公甲虫Clerus sp.,并观察到此郭公甲虫紧抱红脂大小蠹的捕食行为及红脂大小蠹头部被切下的残骸。诱捕动态监测表明切头郭公甲虫与红脂大小蠹的发生在时间和数量上具有跟随关系。室内测定结果显示切头郭公甲虫平均体重约15.5 mg且个体大小与捕食能力呈正相关。切头郭公虫平均存活时间约38 d,10 d内平均每头郭公虫捕食3头红脂大小蠹,最多达8头。行为嗅觉试验表明切头郭公虫Clerus sp.对红脂大小蠹诱芯反应敏感,红脂大小蠹信息素组分frontalin不能增加其对红脂大小蠹诱芯的敏感性。本研究初步探明了红脂大小蠹天敌切头郭公虫Clerus sp.生物学特征,其较长捕食周期和较强的捕食能力决定其可作为红脂大小蠹的生物防治因子具有一定的优势和较好的天敌应用前景。     

微流控芯片技术用于三种小蠹COⅠ-COⅡ区的PCR-RFLP分析

本研究运用PCR-RFLP对红脂大小蠹Dendroctonus valens LeConte、长毛干小蠹Hylurgops longipilis Reiher和六齿小蠹Ips acuminatus Gyllenhal mtDNA的COⅠ-COⅡ基因进行扩增。通过酶切位点的分析比较,筛选特异性的内切酶,结合微流控芯片技术对酶切产物进行快速检测。建立3种小蠹的准确、快速区分鉴定方法。     

气候变化条件下红脂大小蠹在中国的潜在适生区预测

红脂大小蠹作为一种国际性重大林业害虫,传入我国后,立即成为油松的致命性害虫并迅速在我国扩散开来。本研究利用中国历史气候数据(1981-2010年)和未来气候数据(2011-2040年),以CLIMEX软件和红脂大小蠹的生物学特性资料为理论依据,分析、预测、比较在历史气候条件下和未来气候条件下红脂大小蠹在中国的气候适生区。结果表明:在历史和未来气候条件下,红脂大小蠹的适生区域均集中在我国南方和华北地区,高度适生区所占比例最大。而在未来气候变暖条件下,由于各地的气候条件将发生变化,红脂大小蠹的适生区将向西北和东北方向扩增。研究表明气候变化会对红脂大小蠹的适生区有一定的影响,会导致其适生范围变大,适生边界北移,大部分地区适生程度增大。研究结果可为未来红脂大小蠹在我国的检疫防控、控制其扩散暴发提供一定的理论依据。     

细菌挥发物减缓伴生真菌对红脂大小蠹幼虫的不利作用

红脂大小蠹(Dendroctonus valens LeConte)携带着与其关系密切的真菌入侵中国,造成了数百万健康油松的死亡.红脂大小蠹的伴生真菌Ophiostoma minus在生长过程中与其幼虫竞争糖从而对红脂大小蠹幼虫的生长有明显的抑制作用.在小蠹虫与其伴生真菌的共生体系中,细菌挥发物在调节糖分分配中发挥着重要的作用.本文研究的3株红脂大小蠹幼虫主要伴生细菌Ralmella aquatilis,Serratia liquefaciens和Pseudomonas sp.7所产生的挥发物能够减缓O.minus对红脂大小蠹幼虫的拮抗作用,它们能抑制真菌的生长并减少真菌对葡萄糖的利用.利用SPME-GC-MS对3株细菌的挥发性物质进行分析,在Ralmella aquatilis B301中检测到了18种挥发物,在Serratia liquefaciens B310中检测到了21种挥发物,在Pseudomonas sp.7 B321中检测到了19种挥发物.上述挥发物丰度较高的3-甲基-1-丁醇、1,10-十一二碳烯、2-丁醇、2-庚酮、2,2-二甲基丁醇、(R)-2-己醇和氨能够显著性抑制O.minus的生长及其对主要糖的利用.本研究表明,优势伴生细菌所产生的挥发物能够抑制真菌的生长,调节红脂大小蠹幼虫-微生物体系中碳水化合物的分配,间接有利于红脂大小蠹幼虫的生长发育.     

Genetic diversity and biogeography of red turpentine beetle Dendroctonus valens in its native and invasive regions

Sequences of 479 bp region of the mitochondrial COI gene were applied to detect population genetic diversity and structure of Dendroctonus valens populations. By comparing the genetic diversity between native and invasive populations, it was shown that the genetic diversity of Chinese populations was obviously lower than that of native populations with both indices of haplotype diversity and Nei's genetic diversity, suggesting genetic bottleneck occurred in the invasive process of D. valens , and was then followed by a relatively quick population buildup. According to phylogenetic analyses of haplotypes, we suggested that the origin of the Chinese population was from California, USA. Phylogenetic and network analysis of native populations of D. valens revealed strong genetic structure at two distinct spatial and temporal scales in North America. The main cause resulting in current biogeographic pattern was supposedly due to recycled glacial events. Meanwhile, a cryptic species might exist in the Mexican and Guatemalan populations.     

外来入侵林业害虫强大小蠹的侵袭以及相关信息化学物质

强大小蠹是入侵我国并造成很大危害的鞘翅目棘胫小蠹科大小蠹属树皮低干森林害虫。它能侵害多种针叶树和松树 ,能被寄主挥发物和其它小蠹虫的外激素所引诱。该文综述了强大小蠹的侵袭习性以及寄主挥发物、其它小蠹虫的外激素对强大小蠹的引诱和驱避作用。     

Mutual interactions between an invasive bark beetle and its associated fungi

Interactions between invasive insects and their fungal associates have important effects on the behavior, reproductive success, population dynamics and evolution of the organisms involved. The red turpentine beetle (RTB), Dendroctonus valens LeConte (Coleoptera: Scolytinae), an invasive forest pest in China, is closely associated with fungi. By carrying fungi on specialized structures in the exoskeleton, RTB inoculates fungi in the phloem of pines (when females dig galleries for egg laying and when males join them for mating). After eggs hatch, larvae gregariously feed on the phloem colonized by the fungi. We examined the effects of five isolates of RTB associated fungi (two from North America, Leptographium terebrantis and L. procerum, and three from China, Ophiostoma minus, L. sinoprocerum and L. procerum) on larval feeding activity, development and mortality. We also studied the effects of volatile chemicals produced in the beetle hindgut on fungal growth. Ophiostoma minus impaired feeding activity and reduced weight in RTB larvae. Leptographium sinoprocerum, L. terebrantis and L. procerum did not dramatically influence larval feeding and development compared to fungi-free controls. Larval mortality was not influenced by any of the tested fungi. Hindgut volatiles of RTB larvae, verbenol, myrtenol and myrtenal, inhibited growth rate of all the fungi. Our results not only show that D. valens associated fungus, O. minus, can be detrimental to its larvae; but, most importantly, they also show that these notorious beetles have an outstanding adaptive response evidenced by the ability to produce volatiles that inhibit growth of harmful fungus.     

星豹蛛不同地理种群COⅠ基因序列差异初步分析

星豹蛛广泛分布于我国南北各省的农田、果园、菜田及森林等生态系统中,是农林害虫的重要天敌。本文测定了采自山西临汾、运城、晋中和忻州4个地区的星豹蛛地理种群细胞色素氧化酶亚基Ⅰ(COⅠ)基因部分序列(932bp),并对此序列及从NCBI网站GenBank上下载的采自国内10个省市星豹蛛相应序列一并进行遗传多样性研究,分析了碱基组成和变异情况以及核苷酸序列差异,采用距离矩阵邻接法和最大简约法构建了不同的分子系统树,得到了相似的拓扑结构,从分子水平初步探讨了星豹蛛不同地理种群的遗传结构。结果表明,星豹蛛地理种群间的COⅠ序列同源性达98%～100%,显示出较大的遗传差异。序列比对后从供试14个COⅠ序列中共检测出41个变异位点和6个单倍型,系统发育分析结果表明种群间存在一定的遗传分化。综合分析,星豹蛛不同地理种群之间的遗传差异较大,遗传多样性水平较高,进一步从分子遗传学角度证明了星豹蛛成为我国广布种的原因。     

红脂大小蠹后肠挥发性物质的鉴定、触角电位和室内趋向实验

对外来松树害虫红脂大小蠹Dendroctonus valens LeConte的信息化学物质进行了研究。通过GC-MS测定,鉴定出红脂大小蠹后肠挥发性物质中除了含有松树挥发性物质α-蒎烯、β-蒎烯、3-蒈烯、月桂烯和柠檬烯外,还含有马鞭草烯醇和马鞭草烯酮;利用触角电位技术,对马鞭草烯醇、马鞭草烯酮以及在林间引诱效果最好的3-(+)-蒈烯进行了触角电生理测试;利用Y-型双向选择嗅觉仪对这些物质进行了室内趋向实验。实验结果表明: 1 μg的马鞭草烯醇、马鞭草烯酮和3-(+）-蒈烯引起雌雄触角的电位反应分别达416 μV/470 μV、597 μV/630 μV和926 μV/1 099 μV。浓度为1 μL/mL的马鞭草烯酮引起红脂大小蠹的正趋向反应,而在100 μL/mL浓度下引起红脂大小蠹的负趋向反应;在1 μL/mL的浓度下,3-(+ )-蒈烯引起了红脂大小蠹正趋向反应,而马鞭草烯醇则对红脂大小蠹具有驱避作用,说明这些物质在红脂大小蠹搜寻寄主和调节虫口密度方面起着重要作用。     

Mitochondrial COI gene transfers to the nuclear genome of Dendroctonus valens and its implications

Mitochondrial gene transfer to the nuclear genome could affect the accuracy of results in population genetics and evolutionary studies using mitochondrial gene markers. In a population genetics study of the red turpentine beetle (Dendroctonus valens), an invasive species in China, we found numerous ambiguous sites existing in the Cytochrome Oxidase I (COI) gene sequences obtained directly from polymerase chain reaction (PCR) products amplified from total genomic DNA using universal primers. By comparing the profiles of restriction endonuclease digestions and the sequences of PCR products amplified from mitochondrial DNA and nuclear DNA of the same individuals, we confirmed it was a phenomenon of mitochondrial gene transfer to the nuclear genome. Large numbers of COI pseudogenes were detected in this species. According to different levels of condon position bias and phylogenetic analysis, these should have originated from independent integration events. The impact of nuclear mitochondrial DNA sequences on population genetics analyses was discussed.     

基于微卫星的中国红火蚁种群遗传结构的研究

[背景]自入侵中国之后,红火蚁已给农林业、健康卫生、生态环境等造成了危害。红火蚁在中国的入侵、扩散路径及方式等仍然是待解决的问题。[方法]利用微卫星分子标记,对来自国内14个地区和国外1个地区共15个红火蚁地理种群的遗传多样性水平及种群遗传结构进行了研究。[结果]应用7对微卫星引物共检测到28个等位基因,15个红火蚁种群在各微卫星位点的基因型频率均符合Hardy-Weinberg平衡。各种群的平均表观杂合度HO、预期杂合度HE、Shannon信息指数Ⅰ、基因多样性指数Nei＇s和多态位点百分率P分别为0.2848、0.2708、0.3174、0.2629和43.63%,研究结果表明这15个红火蚁种群具有比较丰富的遗传多样性。种群间平均分化系数FST为0.4258,说明有42.58%的变异来源于种群间,表明红火蚁各种群之间有较高程度的分化,且遗传分化可能是由地理隔离和基因流障碍（Nem=0.7442）共同引起。遗传距离D显示,河源种群与其他种群间的遗传距离均相对高于其他各种群间的遗传距离,表明河源种群与其他地理种群之间存在较大的遗传差异,可能是较为原始的类型。[结论与意义]短距离的种群主要通过自然扩散方式传播,地理距离与亲缘关系有一定的相关性;长距离的种群主要依靠人为传播,因此地理距离与遗传距离不成正比。对于长距离的入侵事件,监控与检疫是关键的预防措施。