稻飞虱:国际视野下的中国问题

稻飞虱对日本水稻的危害已有数百年历史,日本人对稻飞虱的研究也超过了一个世纪,而国际水稻研究所(IRRI)在热带稻区为治理稻飞虱也已努力了近40年。本文综述了日本、国际水稻研究所(IRRI)对稻飞虱的研究与治理,提出了我国稻飞虱研究的发展方向。作者认为,稻飞虱的问题首先是个国际问题,我们的虫源在境外,因此必须走出国门掌握一手虫情;同时需要逐步扩大国际合作,尽早转变思路,以国际眼光研究和解决中国的飞虱问题。     

安徽江淮地区灰飞虱的春季迁飞与扩散

通过2009,2010年春季对江淮地区安徽凤台麦田及灯诱灰飞虱Laodelphax striatellus(Fallén)种群的系统调查和雌虫卵巢的系统解剖,明确了本地越冬后灰飞虱的种群性质,作为灰飞虱能否迁飞的判据;运用美国NOAA网站的HYSPLIT平台对本地的迁入高峰做了数值模拟和虫源分析。结果表明:(1)江淮稻区灰飞虱麦田种群的迁移动态为远距离迁飞与本地扩散相结合;(2)在本地范围内,灰飞虱的本地繁殖型长翅成虫于麦收前可从麦田向秧田迁移扩散,在不利于长翅成虫起飞进行远距离迁飞的天气条件,如降雨、大风等的影响下,麦田迁飞型种群可向附近的秧田扩散;(3)灯诱与田间长翅雌虫卵巢解剖表明本地2010年6月5日和12日出现迁入虫群;虫源轨迹分析显示2010年6月5日迁入虫峰来自苏中的扬州地区,6月12日迁入虫源来自鲁南济宁地区。     

2008年广西北部湾稻区稻飞虱初迁入过程分析

2008年2月,我国南方和越南北方普遍遭遇了罕见的低温冻害,褐飞虱Nilaparvata lugens(Stl)与白背飞虱Sogatella furcifera(Horváth)越冬虫量大大减少,而广西北部湾稻区在3—4月却出现了大规模的稻飞虱迁入峰。结合2008年越冬考察、灯下监测以及田间系统调查结果,通过HYSPLIT模型与GrADS软件对此阶段出现的稻飞虱大规模迁入过程进行轨迹模拟与天气学背景分析,得出以下结论:(1)2008年广西早期迁入稻飞虱虫源与越南北部虫源关系不大,主要来自越南中部及老挝南部;(2)850hPa高空温度较高,低空急流频繁,以及过早出现的台风是造成钦州4月份稻飞虱大规模远距离迁入的最主要原因。因此,除越南北部红河三角洲地区外,为我国华南稻区提供早期迁入虫源的越南中部稻区更值得关注。     

褐飞虱(Nilaparvata lugens(St(a)l))前期迁入与ENSO指标的遥相关及其中长期预测

分析了全国6个不同褐飞虱发生区内16个监测点的褐飞虱(Nilaparvata lugens(St(a)l))前期迁入量与从前两年1月至当年6月各月ENSO 指标(包括4个Nino区海温和南方涛动指数(SOI)的月平均距平值)遥相关的时空分布.结果表明,与褐飞虱前期迁入量显著遥相关的ENSO指标主要为N3区、N4区和N3.4区的海温,三者共占显著相关指标总数的71.8%.在时间分布上,显著遥相关的ENSO指标主要分布在前两年和前一年(约占84%),当年仅占16.7%.从相关性质来看,褐飞虱前期迁入量与各Nino区海温在前两年至前一年春季之前呈负相关,而与前一年冬季至当年春季呈正相关;与前一年夏秋季ENSO指标的相关性质则无明显规律.褐飞虱前期迁入量与各Nino区海温和与SOI遥相关的相关性质相反.以前期显著相关的ENSO指标为预测因子,用逐步回归法建立褐飞虱前期迁入量的中长期预测方程.筛选出历史回检率和预测准确性较高的方程,经集成后共获得12个预报模型,可提前3～27个月作出预测,预测的准确率为88.9%.     

桃小食心虫成虫期高表达气味结合蛋白基因的克隆与表达谱分析

【目的】桃小食心虫Carposina sasakii是我国北方落叶果树的重要蛀果害虫,一旦幼虫蛀入果内,便会对果实的品质产生影响。成虫期是控制此害虫发生为害的关键时期。气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)作为昆虫嗅觉感受系统中与气味分子结合的重要气味运转蛋白,在成虫寄主植物定位及交配行为中具有重要作用。本研究对桃小食心虫气味结合蛋白基因进行克隆、鉴定和成虫组织表达分析,以期为OBPs在桃小食心虫嗅觉感受过程中的功能研究奠定基础。【方法】基于前期获得的桃小食心虫转录组测序数据,选择在其雌雄成虫触角中相对高表达的5个OBP基因(CsasOBP7, CsasOBP12, CsasOBP15, CsasOBP19和CsasOBP21)。采用RACE技术克隆出这5个OBP基因cDNA全长序列,进行生物信息学分析;通过qRT-PCR技术检测这5个OBP基因在桃小食心虫不同发育阶段(1和5日龄卵、初孵幼虫、老熟幼虫和蛹)以及在刚羽化、交配高峰期的和交配后6 h的雌雄成虫不同组织［触角、头(不含触角)、胸、腹、足和翅］中表达量。【结果】获得桃小食心虫5个OBP基因CsasOBP7, CsasOBP12, CsasOBP15, CsasOBP19和CsasOBP21的全长cDNA序列(GenBank登录号: MZ476786-MZ476790)。其中CsasOBP19为一段C端不完整的Minus-C OBP,其余均属于完整的Classical OBPs,且均含有信号肽。系统发育分析表明,在桃小食心虫5个CsasOBPs中, CsasOBP7和CsasOBP19的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,CsasOBP7和CsasOBP19均在桃小食心虫蛹期高表达,而CsasOBP12, CsasOBP15和CsasOBP21均在卵期高表达。从桃小食心虫成虫刚羽化、交配高峰直至交配后6 h,5个CsasOBP基因表达量总体呈下降趋势。在成虫刚羽化时,这5个CsasOBP基因在各组织中均有表达,且主要在雄虫组织中高表达;在成虫交配高峰期,这5个CsasOBP基因在雄虫触角中高表达,特别是CsasOBP7和CsasOBP15只在雄虫触角中特异性表达;在成虫交配后6 h,每个CsasOBP基因只特异性地高表达于1或2个组织中。【结论】桃小食心虫的这5个CsasOBP基因在成虫交配高峰期雄虫触角中高表达,意味着这些CsasOBP基因可能在雄虫寻找雌虫过程中发挥着重要作用。     

沙葱萤叶甲海藻糖磷酸酶基因GdTPP的克隆、原核表达及对温度胁迫的响应

【目的】海藻糖磷酸酶(Trealose-6-phosphate phosphatase,TPP)是参与昆虫海藻糖合成的关键酶之一。本研究旨在克隆和表达沙葱萤叶甲Galeruca daurica海藻糖磷酸酶基因,分析其对不同温度胁迫的响应,以期为进一步揭示其在沙葱萤叶甲生长发育及抗寒、耐热中的作用奠定基础。【方法】根据沙葱萤叶甲转录组数据,通过cDNA末端快速扩增(Rapid-amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆沙葱萤叶甲TPP的全长cDNA序列,并对该基因进行生物信息学分析;将该基因与pET28a载体链接构建表达载体,导入大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)使其表达;利用实时荧光定量PCR(qPCR)检测TPP基因在沙葱萤叶甲2龄幼虫不同温度下的表达格局。【结果】克隆获得1条沙葱萤叶甲TPP基因cDNA全长序列(GdTPP,GenBank登录号:MG431210),该基因全长1 372 bp,开放阅读框(ORF)864 bp,编码287个氨基酸;蛋白预测分子量为32.32 ku,等电点(pI)为6.19;无信号肽和跨膜结构;包含2个N-糖基化位点;蛋白质亚细胞定位预测该蛋白位于细胞质中。同源性分析表明,GdTPP与马铃薯甲虫Leptinotarsa decemlineata TPP亲缘关系最近。成功构建原核表达载体pET28a-GdTPP,经IPTG诱导,GdTPP在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中高效表达。qPCR结果表明,低于25℃对照时,GdTPP表达量随着温度下降而上升,﹣10℃时达到最高值,为对照的1.82倍;高于25℃对照时,GdTPP表达量随着温度上升而上升,40℃时达到最高值,为对照的1.68倍。【结论】沙葱萤叶甲幼虫通过上调GdTPP的表达来应对高温和低温胁迫,该结果为进一步揭示TPP在昆虫应对温度胁迫过程中的作用奠定了基础。     

东北迁飞场对粘虫的Pied piper效应

【目的】我国2代粘虫的回迁过程和3代粘虫的种群构成还少有研究,东北与华北3代粘虫的虫源问题也不清楚。为此,需厘清2代粘虫发生区的风场动态和迁出种群的去向,明确东北粘虫夏季迁出种群与华北3代粘虫的虫源关系。【方法】根据国家气象信息中心的高空气象记录,统计东北和华北地区夏季各方位风向的频次和平均出现频率,利用HYSPLIT平台模拟东北粘虫夏季迁出种群的迁飞轨迹和落点分布。【结果】东北和华北地区7、8月的风向均以西南、南风为主且因气旋频繁过境而风向多变,不利于东北粘虫夏季种群回迁进入华北农作区;而对其迁出种群的轨迹模拟结果也表明,东北粘虫夏季种群能够进入华北的可能性极低:它们或迁入更北的无法生存的山区,或未能成功跨海而死亡,抑或迁入朝鲜半岛成为当地的虫源(同样无法越冬),还有一部分滞留东北地区继续为害一代后因气候原因死亡,而只有在极少数风向风速条件适宜的情况下才有可能进入河北。【结论】东北地区的夏季风场不利于东北粘虫的回迁,华北3代粘虫的种群构成与东北夏季种群几无关系,东北迁飞场表现出显著的Pied piper效应。     

东北二代粘虫大发生机制:1978年个例分析

【目的】迁入我国东北地区的粘虫繁殖一代后,新羽化的成虫将外迁他地,但某些年份因某种特殊的天气过程而滞留当地,形成当地的2代种群并造成严重危害,如1978年。阐明种群滞留的关键因子和大发生种群的形成机制,是实现东北2代粘虫准确预测和及时防治的前提。【方法】根据东北三省的虫情资料,利用NCEP/NCAR再分析资料和WRF模式输出的大气背景场,对1978年东北地区粘虫蛾盛期的种群动态和迁飞过程进行逐日分析。【结果】(1)因副热带高压稳定偏北导致发蛾峰期东北地区盛行西南风,东北2代粘虫蛾无法向南回迁至关内华北地区,而是向北迁飞;(2)当年黑龙江2代粘虫大发生,其虫源是由当地1代羽化后在当地的存留或迁出成虫蛾又折返黑龙江以及辽宁与吉林两省2代成虫的迁入造成;(3)蛾峰期黑龙江上空气旋的频繁活动、强对流天气的持续出现以及丰富的降水是造成当地虫源滞留和迁入虫源降落与滞留的原因。【结论】东北1代粘虫蛾迁出期的西南大风和大范围强降水使大量迁出种群和过境种群集中滞留在三江平原而形成大发生种群,造成东北2代粘虫1978年在黑龙江的暴发。     

土壤水分胁迫对拉瑞尔小枝水分参数的影响

采用压力室法在土壤水势为-0.021、-0.121、-0.698、-0.968 MPa 4种情况下对大田种植的1年生Larrea tridentata的小枝水势进行测定,并绘制PV曲线,通过PV曲线求解各水分参数,用以判定土壤水分胁迫对L.tridentata生理特性的影响。研究结果表明:供水良好的情况下,L.tridentata水势日变化呈双峰曲线,随着土壤水分含量的减少,峰值逐渐变得不明显。在土壤水分胁迫条件下,L.tridentata有一定的渗透调节和保持膨压的能力,它一方面通过细胞壁弹性和拥有较高的束缚水含量来保持膨压,另一方面原生质具有较强的忍耐脱水的能力。随着土壤干旱胁迫的逐渐加重,其耐脱水能力提高,保持膨压的能力逐渐减弱。通过对其在不同土壤水分胁迫条件下渗透调节和维持膨压能力的综合评价,得出其在4种土壤水分状况下的综合抗旱指数分别为0.25、0.17、0.933、0.657,说明随着土壤水分含量的逐渐减少,L.tridentata能逐渐提高自身抵御干旱的能力以适应干旱;通过抗旱模型的判定得出L.tridentata属于高水势延迟脱水型耐旱树种。     

退耕还林地结构与生态功能的耦合关系

退耕还林的林地结构与生态功能效益是退耕还林工程的关键性问题。基于典型黄土高原丘陵沟壑地7种代表性的退耕还林模式的野外调查和取样分析结果,选取14个林地结构因子和2个代表性生态功能因子,对林地结构进行因子分析,并构建了林地结构与生态功能的灰色关联度模型和耦合协调度模型。用建立的模型分析吴起县退耕还林地7种模式的林地结构、土壤侵蚀及地表径流数据,结果表明,不同林地结构因子间相关度不同,经过主成分分析降维为4个主成分因子,分别反映了林分的乔木层结构指标、上层结构生物量指标、土壤层指标及其它指标;不同林地结构因子与生态功能的关联度系数不同,林地结构因子对地表径流的影响明显高于对土壤侵蚀率的影响,其中林分组成对径流的影响最明显,土壤因子影响最不明显;草本层生物量、枯落物生物量等近地表的相关结构对土壤侵蚀的作用明显。不同退耕还林模式的林地结构与生态功能的耦合协调度状况都不良好,仍需要进行调整和改善。