植物激素信号调控的“植物病毒-植物-媒介昆虫”三者互作对温室气体变化的响应

全球气候变化已成为农业生产的重要限制因子.它不仅直接影响植物的净初级生产力,同时还影响植物病虫害的发生.因此国内外非常重视病虫害对全球气候变化中的温室气体(二氧化碳和臭氧)增高的响应研究.二氧化碳或臭氧浓度增高影响植物的生理过程,进而通过寄主植物的"上行效应"影响植物病虫害的发生.已有的研究表明,二氧化碳或臭氧浓度升高可通过降低植物氮营养,影响媒介昆虫或植物病毒的发生;而且最近的研究发现,植物激素信号通路在调控媒介昆虫和植物病毒响应二氧化碳和臭氧浓度升高中发挥重要作用.本文根据国内外的研究和本研究组取得的进展,系统地阐述了二氧化碳和臭氧浓度升高如何通过改变激素信号介导的植物抗性代谢进而影响植物病毒-植物-媒介昆虫三者互作关系.     

媒介昆虫与植物病毒互作研究进展

植物病毒大多借助媒介昆虫进行传播。植物病毒与媒介昆虫的互作关系研究是当今媒介生物学和生态学领域的前沿课题,也是寻找植物病毒有效防控途径的重要基础。本文主要概述了近十年来,包括呼肠孤病毒科Reoviridae、双生病毒科Geminiviridae、纤细病毒属Tenuivirus、番茄斑萎病毒属Tospovirus,、等多个科、属的植物病毒与其特异的媒介昆虫间的互作研究进展,探讨了昆虫传播植物病毒的机制以及昆虫对病毒入侵的响应机制,解析了植物病毒-媒介昆虫的互作关系,提出了未来研究发展的方向。     

大气CO_2浓度升高对植物-植食性昆虫的作用机制

大气二氧化碳浓度升高及其伴随的全球变暖引起国内外科学家的极大关注。CO2浓度升高主要通过改变植物的初级和次级代谢产物,影响以之为食的昆虫。本文结合作者近年来的研究成果,着重于以CO2浓度升高为作用因子,以植物和植食性昆虫的相互关系为对象,比较了咀嚼式口器昆虫与刺吸式口器昆虫对大气CO2浓度升高的响应特征,分析了不同取食类型昆虫-植物对大气CO2浓度升高的响应机制。     

大气CO2浓度升高对森林食叶昆虫的潜在影响

评述了大气CO₂浓度升高对森林食叶昆虫的影响,昆虫对森林取食为害水平的潜在变化,以及研究中的主要实验方法.大气CO₂浓度升高通过引起叶片化学变化进而影响食叶昆虫个体的取食和生长;但物种对环境变化反应的特异性、植物化学对高浓度CO₂的反应强度、昆虫对植物生理变化的敏感性和适应性、研究周期的长短、其它环境因子的协同效应以及不同实验中植物生长条件和研究方法的差异均将影响昆虫反应的方向和强度;CO₂气体浓度增高本身可能不足以对食叶昆虫个体的新陈代谢构成影响;大气CO₂浓度升高也可能影响森林食叶昆虫种群的大小.     

大气CO_2浓度升高对取食不同基因型拟南芥上桃蚜转录组基因表达的影响

【目的】近年来,温室气体尤其是CO_2浓度的持续升高给自然界造成的影响一直深受关注,但大部分以植物为对象研究其对CO_2浓度升高的响应,而针对植食性昆虫为对象着重昆虫的研究较少。【方法】本实验以在两种不同基因型拟南芥(野生型wt和水杨酸途径信号缺失体npr1)上取食的桃蚜Myzus persicae为研究对象,以大气CO_2浓度为影响因子,利用高通量筛选技术研究了大气CO_2浓度升高对桃蚜转录组基因表达的影响。【结果】研究表明:大气CO_2浓度升高仅增加了npr1突变体上的桃蚜体重,而对野生型上的桃蚜体重没有影响。此外,正常CO_2浓度下取食npr1突变体的蚜虫相较于取食野生型体重显著降低。通过对不同处理下桃蚜的转录组数据进行分析发现:正常CO_2浓度下,取食npr1突变体相较于取食野生型wt拟南芥,蚜虫体内基因有661条表达上产生显著差异变化,主要富集于12条通路;CO_2浓度升高条件下,取食不同基因型拟南芥的蚜虫体内差异基因降至536条,主要富集于15条通路;不同CO_2浓度下,取食wt植株的蚜虫有220条基因产生差异表达,主要富集于9条通路;不同CO_2浓度下,取食npr1突变体的蚜虫有274条差异基因,主要富集于16条通路。正常CO_2浓度下取食不同基因型拟南芥与不同CO_2浓度下取食npr1突变体的蚜虫共同富集于4条通路:内质网内蛋白加工,蛋白酶体,丙酮酸代谢以及抗原的加工与呈递过程。【结论】CO_2浓度升高对蚜虫生长发育的影响存在寄主基因型特异性,CO_2浓度升高对取食npr1植株上蚜虫生长发育的促进作用主要通过增加蚜虫体内氨基酸、糖类以及脂肪等基础代谢进行调节。     

植物病原-媒介昆虫互作:研究进展与展望

大多数植物病毒及一些植物病原细菌由介体昆虫传播。植物病原与介体昆虫关系的研究有助于找到防控介体传播病原的关键环节,因此植物病原与介体昆虫的互作关系是植物病原传播机理研究中的核心问题。本文概述了国内外在植物病原与介体昆虫互作研究的最新进展,推介了本专辑论文的主要内容,并在此基础上,从生态和进化的角度提出了在植物病原-媒介昆虫互作研究中以下3个值得关注的研究方向:(1)植物病原与介体昆虫互作对生态系统的影响;(2)昆虫介体传播植物病毒的不同方式之间的关联性以及病毒、介体和植物之间的协同进化关系;(3)自然条件下植物病原-媒介昆虫互作的机理。植物病原与媒介昆虫互作的研究,既是生态和进化的理论问题,也和植物病原及其介体昆虫的绿色防控密切相关。     

大气CO2浓度升高对光合作用的影响

众多的事实表明,大气的CO_2浓度正不断地升高,从工业化革命时期的270—280ppm 上升到现在的350ppm 左右,平均每年以1.2—1.4ppm 的速率递增,预计21世纪中后期大气CO_2浓度将上升为现在的两倍。CO_2作为温室气体,必然给全球的生态环境带来深刻的变化,因此,植物如何对大气CO_2浓度的升高作出响应,已引起各国科学家的普遍关注,因此此课题已成为目前比较活跃的研究领域。CO_2是光合作用的原料,故弄清楚光合作用如何对大气CO_2浓度升高作出响应,对于了解未来大气CO_2浓度升高对植物的影响尤其重要。本文将讨论大气CO_2浓度升高对光合作用的影响,及其影响的机制。     

大气中CO2浓度升高对植物的影响

大气中CO_2浓度升高以及由此所引起的温室效应已成为人们普遍关注的议题。在未来的世界里,CO_2浓度将持续上升。预计到21世纪中叶,CO_2浓度可能达到700ppm。一些试验结果表明;CO_2浓度升高对多数植物的个体生长发育有促进作用,其中包括种子的发芽率提高,幼苗生长加快,叶面积增大,根系数量增多,气孔数量减少,茎干生长轮加宽,开花期提早,种子产量提高等。但是,CO_2浓度升高对植物也有不利影响。在高CO_2浓度环境中,由于过量产生的碳水化合物在叶片中的积累和矿物质的不平衡,许多植物在生长后期生长缓慢或出现负增长;个体生长发育规律的变化将导致一些增长种群逐渐向衰退种群过渡;C_3类杂草的加速生长将引起农业欠收;群落结构与组成的变化将促使一些植物走向绝灭;植物残渣中碳氮比的改变将引起生态系统生产力的下降等。因此,对于今后大气中CO_2浓度升高的影响还要做大量的研究。     

二氧化碳与昆虫

<正> 二氧化碳(CO_2)对昆虫的影响,既包括直接作用,也包括间接作用。前者涉及昆虫栖居的微生境和人为处理中的CO_2,影响昆虫的行为、生理、代谢及存活;后者涉及化石燃料燃烧和森林砍伐所导致的大气CO_2浓度上升,改变植物组织的养分特征以及引起全球温度上升,对昆虫产生广泛的间接作用。这两种作用的性质和结果颇为不同。本文试图综合介绍这两方面的概况,以便就CO_2对昆虫的作用及其发展前景有一个较全面的了解。     

媒介昆虫-病毒-植物互作对生物入侵的影响

媒介昆虫-病毒-植物互作关系复杂多样。虽然相关的研究较多, 然而有关三者互作对于生物入侵的影响还知之甚少。已有证据表明, 寄主植物对病毒的敏感性和对媒介昆虫的适合性、媒介昆虫对寄主的适应能力等因素影响三者互作关系。当寄主植物易感病并且对媒介昆虫的适合性低, 而媒介昆虫对寄主植物的适应能力强时, 媒介昆虫与植物病毒之间很可能建立间接互惠关系, 这种互惠可促进媒介昆虫入侵和病毒病流行。此外, 媒介昆虫与植物病毒之间中性或偏害的互作关系对于外来生物入侵的促进作用也不容忽视。鉴于三者互作对于生物入侵的重要性, 今后需要对不同物种所组成的多种组合进行比较研究, 并采用多种方法揭示互作的生理和分子机制。     

大气CO2浓度增加对昆虫的影响

大气CO2浓度增加已经受到国内外的极大关注.CO2浓度升高不但影响植物的生长发育,而且还改变植物体内的化学成分的组成与含量,从而间接地影响到植食性昆虫,并进而通过食物链影响到以之为食的天敌.根据国内外研究进展,结合多年的研究,系统介绍了CO2浓度变化对植物-昆虫系统影响的研究方法,论述了CO2浓度变化对植食性昆虫、天敌的作用规律及作用机理,探讨了CO2浓度变化对植物-植食性昆虫系统影响的特征,分析了未来研究发展的趋势及其存在的问题.     

番茄感染双生病毒对叶毛密度和海氏桨角蚜小蜂搜寻行为及适合性的影响

植物病毒可通过影响植物形态和生理特性从而对媒介昆虫和寄生性天敌产生作用。然而, 在植物 媒介昆虫 寄生蜂三营养级关系研究中有关植物病毒的影响很少被考虑。本研究测定和分析了番茄植株感染番茄黄化曲叶病毒（tomato yellow leaf curl virus, TYLCV)后叶毛密度的变化及对烟粉虱Bemisia tabaci (Gennadius)重要寄生性天敌海氏桨角蚜小蜂Eretmocerus hayati Zolnerowich and Rose行为与适合性的影响。结果表明： 携带TYLCV病毒番茄植株叶毛密度显著增加, 为健康植株叶毛密度的1.8倍。海氏桨角蚜小蜂在带毒植株叶片上的寄主处置时间和寄主块停留时间显著长于其在健康植株叶片上的时间, 分别为其2倍和1.5倍, 但寄生蜂的寄生率、 羽化率及发育历期差异不显著(P>0.05)。本文首次报道了双生病毒侵染可引起叶毛密度的增加, 对理解植物-双生病毒-烟粉虱-寄生蜂四方关系提供了新的数据。     

大气CO2浓度升高对植物、植食性昆虫及其天敌的影响研究进展

自世界工业革命以来,化石燃料的大量使用以及人类对自然环境的过度破坏,致使大气CO₂浓度不断升高.研究大气CO₂浓度升高介导的农业生态系统内植物、植食性昆虫及其天敌的适应机制,对于阐明气候变化下农业害虫爆发危害规律,指导防控与减排具有重要意义.本文综述了大气CO₂浓度升高对农业生态系统中植物、植食性昆虫及天敌的影响,主要包括：1)相关研究方法的改进;2)大气CO₂浓度升高介导的寄主植物营养和次生代谢物质的变化;3)大气CO₂浓度升高对以植物为食的昆虫的个体生长发育、种群数量、行为的影响;4)天敌昆虫的生物学及捕食量与寄生率变化.最后对今后的研究方向进行了展望.     

大气CO2浓度升高对植物、植食性昆虫及其天敌的影响研究进展

自世界工业革命以来,化石燃料的大量使用以及人类对自然环境的过度破坏,致使大气CO₂浓度不断升高.研究大气CO₂浓度升高介导的农业生态系统内植物、植食性昆虫及其天敌的适应机制,对于阐明气候变化下农业害虫爆发危害规律,指导防控与减排具有重要意义.本文综述了大气CO₂浓度升高对农业生态系统中植物、植食性昆虫及天敌的影响,主要包括：1)相关研究方法的改进;2)大气CO₂浓度升高介导的寄主植物营养和次生代谢物质的变化;3)大气CO₂浓度升高对以植物为食的昆虫的个体生长发育、种群数量、行为的影响;4)天敌昆虫的生物学及捕食量与寄生率变化.最后对今后的研究方向进行了展望.     

植物病毒病媒介昆虫的传毒特性和机制研究进展

植物病毒病是农作物的“癌症”, 至今缺少有效的防治方法。目前已知80%的植物病毒病依赖于媒介昆虫传播, 而媒介昆虫对植物病毒的传播是一个昆虫、 病毒、 寄主植物互作的过程, 历经获毒、 持毒和传毒等多个阶段, 昆虫体内一系列病毒受体或蛋白参与了这个过程。昆虫传播病毒的方式有口针携带式、 前肠保留式和体内循环式3类, 它们各自对应的持久性为非持久性、 半持久性和持久性, 不同昆虫获取这3类病毒的获毒时间、 在体内存留位置和传毒时间也各不相同。 这个过程受到媒介昆虫的性别及龄期、 寄主植物、 环境条件、 昆虫体内共生菌等多种因素的影响。与之相关的蛋白主要有病毒衣壳蛋白(CP)、 次要衣壳蛋白（CPm）、 GroEL蛋白、 辅助因子(HC)和下颚口针蛋白等。近年来对植物病毒基因组的研究也取得了很大的进展, 对昆虫传毒机制的研究正受到越来越广泛的关注。本文综述了近年来该领域内的相关研究进展, 包括昆虫传播植物病毒的传毒方式、 影响传毒效率的因素、 传毒机制特别是昆虫体内与病毒传播可能相关的受体等。     

二氧化碳浓度升高对陆地生态系统的影响:问题与展望

理解生态系统对过去、现在和未来CO_2浓度变化的响应,对于在生态进化的时间尺度上认识和预测全球变化的后果至关重要。过去三十多年来CO_2浓度升高相关的科学问题主要集中在对植物生长和生产力的影响,碳氮周转,生态系统渐进式氮限制(PNL)形成,与其他胁迫因子(O_3污染、氮沉降、升温、干旱)之间的交互作用等方面。尽管生态学家在数据累积、基础理论上取得了一定进展,但是仍然存在较大不确定性和大量未知有待解决。该文探究了近30年来CO_2浓度升高对陆地生态系统影响研究的国际研究进展、重点领域及热点,回顾了CO_2浓度升高对植物影响的模拟实验研究发展,重点论述了CO_2浓度升高对粮食产量及品质、碳固定、水分利用效率、生态系统氮利用和土壤微生物响应等国际前沿动态研究中存在的主要问题与不足,在此基础上展望了未来研究中值得关注的前沿研究方向。     

高浓度CO_2下植物内源激素响应机制研究进展

随着工业化的不断发展,特别是化石燃料的使用迅速增加,大气CO_2浓度随之不断上升。CO_2浓度的不断升高会很大程度的影响植物生长发育,而植物体内各种激素之间的相互协调是调节植物生长发育的重要途径。因此,研究大气CO_2浓度升高后植物内源激素含量的变化及内在响应机制将有重大的意义及发展前景。现阶段,对于高CO_2浓度下植物根系形态、生长发育等研究的比较广泛,但与植物内源激素相结合的研究还甚少。回顾了其他学者的研究成果,研究发现大气CO_2浓度升高能够加速净同化率,改善净光合,同时积累生长促进激素,减少生长抑制激素,从而调节同化物的分配,促进植物生长。并综述了植物的内源激素,包括生长素(IAA)、赤霉素(GA_3)、脱落酸(ABA)、细胞分裂素(CK)和乙烯(ET)对CO_2浓度升高的响应,分析了CO_2对于相关激素合成和信号转导途径中基因表达的影响,包括不同植物内源激素含量变化及其内在响应机制的研究进展,并展望本领域中有待深入的研究方向。     

CO_2浓度倍增对红松幼苗根尖和叶解剖结构及生理功能的影响

大气CO_2浓度升高对植物的影响是目前植物生态学研究中普遍关注的问题。以往的研究主要关注植物地上部分叶解剖结构及生理功能的改变,而对根解剖结构和生理功能变化以及根与叶变化之间潜在联系的研究较少。该文以三年生红松(Pinus koraiensis)幼苗为研究对象,通过CO_2浓度倍增(从350μmol·mol~(–1)增加到700μmol·mol~(–1))试验,研究当年生针叶和根尖解剖结构及生理功能的变化。结果表明:(1)CO_2浓度倍增处理的红松幼苗,气孔密度显著降低,叶肉组织面积、木质部及韧皮部面积明显增加;(2)CO_2浓度倍增导致红松幼苗根尖直径增粗,皮层厚度和层数显著增加,管胞直径变小;(3)高CO_2浓度处理下,叶气孔导度和蒸腾速率降低,光合速率和水分利用效率提高,同时根尖的导水率显著下降,但管胞的抗栓塞能力显著提高。这些结果显示,叶和根解剖结构及生理功能在CO_2浓度升高条件下具有一致的响应。未来研究中应该同时关注全球气候变化对植物地上和地下器官结构与功能的影响。     

CO2浓度增加对玉米杂交种和亲本叶绿体类囊体膜光合特性的影响

当今世界工农业生产迅速发展,人口急剧增加,对能源的消耗也与日俱增。因此大气层中的 CO_2浓度不断升高。有专家预计,到21世纪后期,全球的 CO_2浓度将会升高一倍。伴随着 CO_2浓度的升高,全球的气温也将升高5—6℃。随着大气和温度的变化,其他气候因子也会发生相应变化,这些都将给植物生长发育带来预想不到的影响。因此 CO_2浓度     

大气二氧化碳浓度升高对植物-昆虫相互关系的影响

综述了CO2浓度升高对植物与昆虫相互关系影响的研究结果。大量研究表明,高浓度CO2对植物生理生化活动有显著的影响,植物营养物质的变化对植食性昆虫亦产生不同程度的影响,高浓度CO2条件对咀嚼式口器昆虫的取食、生长发育和生殖有不同程度的不良影响,昆虫为了获得足够的氮素营养而增加取食强度和时间,从而更易于受到天敌的攻击,这些昆虫的生长率、繁殖和生存率有下降的趋势;而对刺吸韧皮部汁液的昆虫来说,多引起种群数量增加或无显著影响。并对研究中存在的问题进行了分析,提出了今后研究的方向。