利用生物多样性控制作物害虫的理论与实践

生物多样性是人类可持续发展的重要基础,保护和利用生物多样性是国际社会普遍关注的问题。近年来,通过改善农田生物多样性和强化农田生态系统保益控害的服务功能,实现作物病虫害生态调控已成为国内外研究的热点。本文在总结分析国内外利用生物多样性控制害虫理论研究和实际应用的基础上,综述了该领域的研究进展、实践成果和发展前景。文中介绍了生物多样性的基本概念及其与害虫综合治理的关系,系统概述了利用农田生物多样性控制作物害虫的各种理论假说,包括天敌假说、资源集中假说、联合抗性假说、"推-拉"假说、中度复杂假说、景观缓冲假说等;从提高天敌多样性、作物多样性、非作物多样性和景观多样性等方面综合评述了利用农田生物多样性控制作物害虫的应用实践,重点介绍了我国的一些典型的实际应用案例,旨在充分展示中国昆虫学科技工作者在该领域做出的贡献;针对现代农业集约化经营导致农田生态系统结构简单、农田生物多样性不断下降等特点,对如何以农田景观为单元进一步做好利用生物多样性控制作物害虫的理论研究和应用实践进行了讨论和展望。     

节肢动物内共生菌Wolbachia的研究进展

沃尔巴克氏体Wolbachia为母系传播的胞内共生菌,可通过对宿主产生多种调控方式扩大其自身在宿主种群的传播。据推测,有40%~60%的节肢动物都感染有Wolbachia,并可根据不同株系间的系统发育关系将其分为多个超群。为了有助于深入研究Wolbachia对其宿主的调控方式及其调控机制及提出更为有效的害虫生物防治策略,本文综述了节肢动物内共生菌Wolbachia的研究现状。1924年Wolbachia被报道首次发现于尖音库蚊Culex pipiens的生殖组织中,1971年确认其与宿主的胞质不亲和现象有关。Wolbachia可以通过胞质不亲和、杀雄、雌性化、孤雌生殖等作用方式调控宿主的生殖。除生殖调控之外,Wolbachia对宿主的调控方式还包括调控宿主新陈代谢、抵制病原菌、影响宿主生殖力等。Wolbachia调控的胞质不亲和现象可用“修饰-营救”(modification-rescue)模型解释,且已有与Wolbachia诱导宿主胞质不亲和相关的功能基因被报道。wMel株系是首个公布全基因组序列的Wolbachia株系,随后又有数十种不同株系的Wolbachia基因组陆续被破译。wMel株系Wolbachia可起到抑制登革热病毒传播的作用;同时,Wolbachia和昆虫不育技术的结合对白纹伊蚊Aedes albopictus野外种群起到良好的控制效果。鉴于目前节肢动物内共生菌Wolbachia的研究现状,我们认为未来应开展以下研究：(1)Wolbachia基因组及生殖调控作用关键功能基因的研究;(2)Wolbachia与宿主间互作机制的研究;(3)Wolbachia在生物防治方面的应用。     

中国小菜蛾群体遗传变异的时空动态

【目的】小菜蛾 Plutella xylostella 是十字花科蔬菜最重要的迁移性害虫之一,在中国越冬区(OR)的群体和季节性繁殖区(SBR)的群体之间具有“源-汇”关系和复合群体的特征。本研究旨在揭示中国小菜蛾群体遗传变异的时空动态,以期进一步阐明该虫的迁移特性及其对区域灾变的影响。【方法】基于已经发表的4组不同采样时间中国小菜蛾 COI 序列(共1 567条)数据,将每个数据集细分为3组:OR群体、SBR群体以及特定采样时间(ST)的群体。对不同组(群体)进行遗传多样性、遗传分化、单倍型相似性和群体演化史的分析。【结果】基于 COI 序列的小菜蛾群体遗传变异分析结果表明,同一采样时间内,OR群体和SBR群体遗传多样性水平相当。虽然SBR群体在单倍型频率上不稳定,导致包含SBR的群体间遗传分化较大,但SBR群体单倍型均能够在同一采样时间的OR群体中找到,或SBR单倍型仅与OR单倍型相差2个碱基以内;SBR群体中单倍型频率在不同年份间变化大,遗传分化最大,而ST群体之间遗传分化的变异水平最低。不同采样时间样品 COI 序列的碱基错配分布图呈现相同的单峰状,且不同采样时间样本主要是由几种相同的单倍型构成。【结论】这些结果表明:迁移是影响中国季节性繁殖区小菜蛾群体遗传变异的主要因素;中国不同区域的小菜蛾群体遗传变异在时间尺度上具有稳定性和相关性。小菜蛾复合群体特征为阐明其季节性迁移特性提供了重要的生态学依据。     

茶园周边景观格局对茶小绿叶蝉种群遗传结构的影响

摘要: 【目的】研究不同茶园茶小绿叶蝉Empoasca onukii种群的遗传分化和基因流格局,探究其种群遗传结构差异和扩散特点及其与茶园景观格局的关系。【方法】以福建省安溪县为研究区域,在运用ArcMap10.5和R软件包raster分析研究区域景观组成和结构的基础上,选取周边景观格局不同的18个茶园采集茶小绿叶蝉(530个个体),基于23个微卫星位点对这些个体进行PCR扩增和基因型测定,采用ARLEQUIN 3.5.2, FSTAT 2.9.3和R软件包adegenet 2.0.0分析其遗传多样性和遗传分化情况;采用STRUCTURE 2.3.4和R软件包adegenet2.0.0中的DAPC程序分析其种群遗传分化;利用BAYESASS 3.0.4估算种群间最近几代的迁移率;同时利用景观遗传学的统计方法Mantel、距离矩阵多元回归模型(MRM)和一般线性模型(GLMM)将茶小绿叶蝉种群遗传分化与景观组成和景观结构的空间数据进行关联分析。【结果】供试18个茶小绿叶蝉种群的23个微卫星位点的等位基因数为9~52,等位基因丰富度(A_R)为3.686~4.397,基因多样性(D_IV)为0.676~0.734,期望杂合度(He)为0.659~0.729。聚类分析显示,有大量森林生境的西北部5个相邻样点的种群组成一个类群,有大量居民点和其他作物田分布的东北部的5个相邻样点的种群分为两个类群,而集约化种植模式明显的南部样点的种群也分成两个类群。两两种群间的Nei氏遗传距离为0.042~0.984,Provesti氏遗传距离为0.207~0.650,遗传分化指数F_ST为0.002~0.222。BAYESASS分析显示,种群间的现时基因流(Nm)相对较低,介于0.007~0.180,而在种群内部的基因流介于0.674~0.854。在此基础上,Mantel和距离矩阵多元回归模型分析显示,地理距离和采样点周围1 000 m范围内草地面积占比是与茶小绿叶蝉种群遗传分化有关的两个关键因子;一般线性模型分析进一步证实茶小绿叶蝉种群遗传分化与这两个关键因子线性关系显著,茶小绿叶蝉种群遗传多样性与采样点周围半径1 000 m范围内草地面积占比线性关系显著。【结论】结果说明研究区域内茶小绿叶蝉种群形成了明显的遗传分化结构和地理距离隔离格局,异地种群间现时基因交流受限明显,因此推测茶小绿叶蝉其自主扩散能力比较有限,不具有远距离迁飞的习性。茶园周围1 000 m范围内草地生境对茶小绿叶蝉种群的遗传多样性具有积极作用,茶园周边景观组成和尺度范围可能通过影响茶小绿叶蝉种群的扩散和定殖过程而与其种群遗传结构相关联。     

基因组学时代害虫治理的研究进展及前景

随着DNA测序技术的不断更新和生物信息学的快速发展,昆虫基因组学的研究与日俱增,提高了人们对种群遗传学和进化生态学的理解和认识,促进了对重要农业害虫的适应性和致害机理的研究,为安全、有效、可持续地开展害虫综合治理提供了新思路和新手段。近两年来,全球发布的昆虫基因组数量每年可达30个。在遗传学、生态学和进化论等生命科学基本原理和方法的指导下,基因组学的研究为揭示害虫遗传变异的内在机制、生态适应性策略和种群变动规律提供了重要的数据和信息资源,同时催生了一系列害虫治理新技术和新方法的研发与应用。为了进一步促进和加强基因组时代的害虫治理研究,拓展该领域研究的广度与深度,本文就昆虫基因组的研究,昆虫与植物协同进化模式及其互作机理,昆虫免疫和抗药性分子机制,以及害虫防治新技术等方面进行了综述,旨在为了解基因组时代害虫治理的研究进展及前景提供参考,对进一步改进害虫生态控制的策略和措施也具有指导意义。