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。     

外来入侵种红脂大小蠹COⅠ基因分化的研究

红脂大小蠹Dendroctonu svalens LeConte为近年来危害最为严重的外来入侵生物。本研究利用特异引物扩增出红脂大小蠹COⅠ基因序列(GenBank登录号:GQ495096-GQ495128),在160个位点中发现3个该种与大小蠹属其他种不同的特异位点;比较不同地理种群的红脂大小蠹,发现中国种群间遗传分化不明显,说明入侵种的瓶颈效应,而遗传变异是入侵种与环境长期互作的结果;基于COⅠ基因序列比对的研究发现,入侵中国的红脂大小蠹与该虫原发生地北美洲部分种群具有同源性。     

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。     

外来入侵害虫红脂大小蠹对寄主挥发物的反应

2002年,利用寄主挥发性物质(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯、3-蒈烯和(-)柠檬烯按不同配比制成诱芯,采用自行研制的挥发物释放装置,在山西省关帝山森林经营局西葫芦林场对危害油松Pinus tabulaeformis Carr.的重大外来入侵林业害虫红脂大小蠹Dendroctomus valens LeConte进行了引诱试验。结果表明,3蒈烯对红脂大小蠹的引诱作用最强,明显优于单独使用(+)-α-蒎烯和(-)-β-蒎烯的诱虫效果,也比北美应用的标准诱芯［(+)- α蒎烯(-)-β-蒎烯与3-蒈烯的比例为1∶1∶1］效果好;在标准诱芯中加入油松另一主要成分-(-)柠檬烯会明显降低诱虫效果。红脂大小蠹引诱剂最佳释放量为150 mg/d。该研究不仅对我国红脂大小蠹的监控具有实际应用意义,也从理论上探讨了红脂大小蠹与寄主油松协同进化的化学生态学过程。     

世界重要入侵害虫对中国的威胁

GISD收录昆虫27种（截至2005年11月）,其中6种原产于中国,11种已入侵中国,10种对中国有入侵威胁.从分布、危害、传播途径等方面对这些昆虫种类进行讨论,发现：（1）GISD收录的世界入侵昆虫的信息尚不完善,一些危害严重的入侵昆虫并未被收录,如蔗扁蛾（Opogona sacchari）、湿地松粉蚧（Oracella acuta）、红脂大小蠹（Dendroctonus valens）等;（2）10种潜在入侵性昆虫对中国有巨大威胁,尤其是入侵性花园蚁（Lasius neglectus）和阿根廷蚂蚁（Linepithema humile）已在中国邻近地区发生,极有可能入侵中国;（3）来自亚洲和美洲的入侵昆虫比较容易入侵中国,对来自这些地区的昆虫应提高警惕.同时针对中国面临的严峻入侵形势,分别从立法、检疫、预警、综合防治等方面讨论了中国对外来入侵昆虫的应对策略.     

蚂蚁入侵适应性进化及其机制

入侵种被传至一个新的区域后,在面对当地某些生态因子的胁迫时如何发生适应性变化,是入侵生物学研究的一个重要课题。这方面信息对评价物种的入侵性、制订防控策略具有重要指导意义。入侵性蚂蚁作为无脊椎陆生动物中入侵最成功、危害最严重的一类,其生物学、生态学已得到大量研究,许多报道表明它们在定殖和扩张过程中会发生适应性变化。基于30多年的文献资料,从蚁群社会结构、超级蚁群形成能力、个体大小、觅食行为、种间竞争、天敌防御、适应低温能力、生态位转变等多个角度进行了全面总结,并针对这些方面适应性变化的机制,从表型可塑性、适应性进化、自身遗传学基础、与共生微生物的互利关系等角度进行了剖析。提出了今后有待重点研究的几个问题。将有助于深化对蚂蚁成功入侵机制的认识,为推进我国红火蚁(Solenopsis invicta Buren)、小火蚁(Wasmannia auropunctata Roger)等入侵性蚂蚁的研究与治理提供参考。     

近十年植物入侵生态学重要研究进展

外来植物入侵对本地生物多样性、生态安全、社会经济发展和人类健康造成了严重威胁。因此, 探究植物入侵机制及其生态效应对我国生态可持续发展具有重要意义, 也是植物入侵生态学的主要研究内容。过去10年, 生态学家开展了大量研究, 取得了丰硕成果, 为推动入侵植物防控与生物多样性保护提供了理论指导。为深入解析外来植物入侵机制, 为其防控管理提供依据, 本文从以下3个方面综述了植物入侵生态学重要进展: 首先是外来植物生物学特性、生物和非生物环境对植物入侵的调控作用; 其次是外来植物入侵对本地生态系统的影响; 最后介绍了外来植物入侵的类比研究范式——本地植物入侵, 以及多组学技术在入侵生态学研究中的应用。基于这些研究进展, 本文展望了该领域的未来发展趋势, 包括: (1)研究对象从单一物种扩展到多物种比较; (2)研究地理范围从局域尺度扩大到纬度梯度格局; (3)入侵机制从单一理论验证到综合阐释多个假说。     

外来入侵物种管理中的排序体系研究进展

外来物种入侵是继生境破坏之后的第二大世界性的环境问题, 如何实现外来入侵物种分级, 对其进行有效管理是一个世界性的难题。研究总结了国内外外来入侵物种的排序体系, 从三个方面归纳了目前的排序系统: 1)针对所有入侵以及潜在入侵物种开展综合风险评估, 以此为基础提出防控管理清单; 2)针对已建群的外来入侵物种, 围绕不同管理目标进行入侵物种的排序, 包括以降低外来入侵物种对生物多样性影响为目的的外来植物排序、以生物防治为控制手段的外来物种排序、基于土地利用的种群管理排序; 3)针对区域管理提出外来入侵物种分区管理。认为外来入侵物种的入侵性、生态危害、分布范围、潜在分布和控制技术是实现排序的关键因素, 指标的选择与确定依赖于管理目标的设定。我国亟需确定外来入侵物种的优先控制区域, 并针对不同优先控制区域内外来入侵物种开展排序工作。     

外来种入侵的生物学与生态学基础的若干问题

外来物种的入侵及其所造成的危害已越来越为人们所认识。一个外来物种入侵一个新的生境无疑要具备一定的条件 ,尽管目前对这种条件的研究还只是初步的。首先从其自身来说 ,需要有足够的入侵性 ,这可以认为是入侵种的生物学基础 ,可能表现为具有多倍性、一定的遗传变异、杂合性或表型可塑性 ,以及不同的交配系统等 ;其次一个物种的入侵成功还取决于入侵生境的可入侵性 ,这可以认为是入侵种的生态学基础 ,而新的种间关系的形成 ,尤其是入侵种与其他种类的互惠共生关系的建成是关键。本文主要介绍了有关入侵种的生物学和生态学基础中的一些最新进展 ,希望有助于我国学者对相关研究内容的开展以及对有害外来种入侵的防治     

福寿螺入侵机制的研究进展

福寿螺(Pomacea canaliculata)是被世界自然保护联盟列入全球100种恶性外来入侵物种中唯一的一种淡水螺,已在世界范围内造成了严重的农业与生态危害。福寿螺适应性广、抗逆性强、繁殖率高、遗传多样性丰富等特点使其在新栖息地(尤其是脆弱生境)能够获得对土著种的竞争优势,并迅速建立扩大种群;福寿螺对天敌、寄生虫和病菌的防御为其生存和繁衍提供了保障;福寿螺的入侵降低了入侵地的生物多样性,并且形成恶性循环。本文从福寿螺的生态耐受性、种群遗传变异与繁殖增长、对入侵地其他生物的防御与竞争以及入侵地的生态脆弱性等4个方面对福寿螺的入侵机制进行了归纳和总结,并指出了未来在福寿螺入侵机制方面应着重研究的方向,旨在为福寿螺的预防控制提供基础资料及参考依据。     

外来种入侵的不确定性动态模拟

外来种的入侵性和生境的可入侵性是研究生物入侵机制的两个关键因素。总结多数学者的研究成果,认为外来种的拓殖率(迁移率或繁殖率)、死亡率及在新生境中的竞争力是衡量外来种能否入侵成功的内在实质。从全新的角度出发,将引入的外来种看作是对原有生态系统的一种干扰,并在此基础上结合Tilman的多物种共存模型提出了外来种干扰模型。模拟发现外来种在入侵时具有明显的不确定性。拓殖率小的外来种在新的生态系统中由于不能适应环境无法成功定殖,被排斥在系统之外;相反,拓殖率足够大的话,外来种由于自身优势具有很强的入侵性,在几年或几十年的时间内就会成功地在新的环境中建立种群并拓殖入侵,影响了当地物种的生存及原有生态系统的稳定。研究还发现,物种入侵也存在一定的不确定性,入侵不一定会一直持续下去,或许在百年或几百年的时间内入侵种会突然灭绝,原生态系统又恢复到原来的水平。     

植物群落的生物多样性及其可入侵性关系的实验研究

 生物入侵已经成为一个普遍性的环境问题,并为许多学者所关注。尽管一些理论研究和观察表明生物多样性丰富的群落不容易受到外来种的入侵,但后来有些实验研究并没能证实两者的负相关性,多样性 可入侵性假说仍然是入侵生态学领域争论比较多的一个焦点。人为构建不同物种多样性和物种功能群多样性（C3 禾本科植物、C4植物、非禾本科草本植物和豆科植物）梯度的小尺度群落,把其它影响可入侵性的外在因子和多样性效应隔离开来,研究入侵种喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)在不同群落里的入侵过程来验证多样性 可入侵性及其相关假说。研究结果显示,物种功能群丰富的群落可入侵程度较低,功能群数目相同而物种多样性不同的群落可入侵性没有显著性差异,功能群特征不同的群落也表现出可入侵性的差异,生活史周期短的单一物种群落和有着生物固氮功能的豆科植物群落可入侵程度较高,与喜旱莲子草属于同一功能群且有着相似生态位的土著种莲子草(A. sessilis)对入侵的抵抗力最强。实验结果表明,物种多样性和群落可入侵性并没有很显著的负相关,而是与物种特性基础上的物种功能群多样性呈负相关,群落中留给入侵种生态位的机会很可能是决定群落可入侵性的一个关键因子。     

高黎贡山外来植物入侵现状及管控建议

高黎贡山是中国生物多样性的关键地区,也是西南地区重要的生态安全屏障。在气候变化和人类活动等影响下,高黎贡山正面临越来越多的外来植物入侵,其生物生态安全遭受严重威胁。本研究通过系统野外调查并结合文献数据分析,揭示高黎贡山外来植物入侵现状,根据分布范围、记录频次、分布状态以及危害性划分入侵植物的入侵等级,并提出相应管控建议。结果显示,高黎贡山现有外来植物共225种,其中入侵植物214种、外来栽培植物11种;入侵植物分散于50个科,其中菊科占比最高,达到17.29%,其次是豆科(14.02%)、大戟科(7.01%)和苋科(6.54%);从地理来源看,美洲物种占比最高,达到67.76%(145种),其次是亚洲来源物种(17.76%)。根据入侵现状评估结果, 1级(恶性入侵植物)和2级(严重入侵植物)入侵物种分别有15种和27种,另外还有一些物种虽然目前尚未形成明显危害,但具有较高的入侵风险。高黎贡山外来入侵植物类群组成和原产地来源复杂多样,入侵等级分布具有地域特点,应实施分类管理措施以提高管控成效。以上结果可以为更好地管理高黎贡山地区外来植物、推动高黎贡山国家公园建设提供重要参考。     

海洋外来物种入侵生态学研究

海洋外来物种入侵已成为最为严重的全球性环境问题之一。海洋生态系统类型多样、环境复杂,其生物入侵的监测、控制与管理难度相对较大。我国对陆地外来生物的入侵已开展了较为深入的研究,但对于海洋外来生物的入侵研究仍处于起步阶段,对其入侵监测、入侵机制、入侵危害的程度以及防治等问题缺乏基础数据。本文在分析国内外海洋外来生物入侵现状的基础上,概述其入侵生态学研究形势及相关成果,包括海洋外来物种的入侵途径、入侵过程、入侵生态效应以及全球变化对入侵的影响等。海洋外来生物的入侵可能对海洋生态系统造成直接或间接的影响,如种间竞争破坏生态环境、与土著种杂交造成遗传污染、病原生物及有毒藻类导致海洋生态灾害加剧等。此外,从政策和法规、入侵风险评估、监测和公共宣传教育、生物信息系统和有效管理机制等方面提出对我国海洋外来物种入侵的防治策略。本研究为我国海洋外来物种的进一步研究提供了参考。     

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。     

意大利苍耳入侵对本地植物群落物种多样性和稳定性的影响——以乌鲁木齐市为例

研究外来植物不同程度入侵对区域群落结构和植物群落物种多样性的影响对评价其对生态系统的危害具有重要意义。以入侵植物以意大利苍耳(Xanthium italicum)为主要研究对象,选择意大利苍耳危害较明显且分布面积较大的中国新疆乌鲁木齐市米东区为研究区域进行植物样方调查,以意大利苍耳和其共生的本地植物为切入点,以物种多样性指数、群落稳定性、群落可入侵性、影响程度指数、入侵植物的竞争优势和入侵强度来探究不同入侵程度下的本地植物群落物种多样性和群落稳定性的变化。结果表明:(1)与未入侵地相比,意大利苍耳轻度入侵显著增加了本地植物群落的物种多样性(P ＜ 0.05),而重度入侵显著降低了本地植物群落的物种多样性(P ＜ 0.05)。(2)在意大利苍耳入侵的群落中,群落稳定性由轻度入侵水平到重度入侵水平降低了25%,而群落可入侵性、意大利苍耳的竞争优势指数和入侵强度指数分别增加了77%、79%和83%。(3)在轻度入侵水平下,意大利苍耳对本植物群落物种多样性、群落稳定性和群落物种数的影响程度指数 ＜ 0,产生了积极影响;相反,在轻中度和重度入侵水平下意大利苍耳对本植物群落物种多样性、群落稳定性和群落物种数的影响程度指数 ＞ 0,产生了负面影响。(4)本地植物群落多样性与群落稳定性均呈正相关,但与群落可入侵性呈负相关(P ＜ 0.05)。(5)Shannon-Wiener指数对群落的稳定性的直接通经系数最大,为0.828;Simpson''s指数对群落可入侵性的直接通经系数最大,为0.932。由此可见,意大利苍耳在中度和重度入侵对植物群落结构产生巨大影响,而作为"一带一路"的核心和枢纽地带的新疆,将会对其脆弱的生态系统和土著物种的多样性造成不可估量的影响。应在入侵初期对其进行控制与铲除,防止意大利苍耳等有害外来入侵种的入侵和进一步扩散与蔓延。     

洲际入侵植物生态位稳定性研究进展

人类活动引起的大规模洲际物种交换与生物入侵, 改变了当地生态系统结构与功能, 使生物多样性受到日益严重的威胁。本文通过综合分析主要国家和地区入侵植物的地理起源, 发现洲际入侵主要包括东亚—北美、东亚—南美、欧洲—南非、欧洲—北美、欧洲—东亚、北美—大洋洲等, 这些洲际入侵造成的后果往往比陆内入侵更为严重。利用物种分布模型(SDMs)预测入侵物种潜在分布范围是有效管理和提早预防生物入侵的重要依据, 但这些模型的一个关键假定是: 入侵物种的生态位在空间和时间上是保守的、稳定的。然而, 对于远离原产地种群并能快速适应新生境的洲际入侵植物来说, 生态位可能发生显著的变化。入侵种能否在入侵地保持原有的生态位, 取决于制约其生态分布的限制因素和生态过程在不同地区间是否发生变化。本文中作者总结了洲际入侵与陆内入侵的生态与进化过程的异同点, 认为这些限制物种原产地分布的因素如扩散限制、种间互作、适应性进化、生态可塑性和种群遗传特性等均可能导致入侵物种生态位的改变。建议下一步的研究应该重视: (1)对生态位属性进行多尺度的研究, 包括时间、空间、环境或系统发育等几个方面; (2)对比生态位稳定与发生偏移的物种特性, 确定什么样的入侵物种更容易改变原有的生态位; (3)进行生态位时间动态格局研究, 探讨生态位变化的倾向、历史速率和偏移程度, 以便判定生态位变化趋势。这些研究结果将会进一步提高物种分布模型的预测能力, 有助于更为准确地揭示气候变化和物种入侵对生物多样性的影响。     

基于现代物种共存理论的入侵生态学概念框架

在入侵生态学60多年的发展历程中, 生态学家提出了多种多样的假说来解释生物入侵的机制。这些纷繁复杂的假说在丰富我们对生物入侵认知的同时, 也给入侵生态学概念的整合带来了困难。其中, 外来种和土著种是否存在生态学差异, 以及这种差异如何影响生物入侵, 是入侵生态学研究和争论的焦点问题。现代物种共存理论通过将外来种和土著种的生态学差异划分为生态位差异和适合度差异, 为入侵生态学概念的整合提供了新的视角。依据该理论, 外来种可以通过两种策略实现成功入侵: 一是扩大与土著种的生态位差异, 二是提高自身相较于土著种的适合度优势。因此, 外来种-土著种的生态位差异和适合度差异共同决定了入侵的成败与危害程度。通过对经典入侵假说进行梳理, 我们发现大部分假说都可以在该理论框架下进行解读, 不同假说的主要差别在于强调不同生态学过程对生态位和适合度差异的影响。同时, 这一理论框架很好地解释了为什么外来种-土著种的亲缘关系和性状差异会对生物入侵产生复杂的影响, 为达尔文归化谜团的和解以及外来种-土著种功能性状的比较研究提供了新的思路。目前, 现代物种共存理论还处于快速发展的阶段, 依旧存在很多不足, 但将其运用到生物入侵的实证研究中将是入侵生态学今后一个重要的发展方向。     

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.     

草地物种多样性对群落可入侵性影响的研究进展

综述草地群落入侵实验中物种多样性和群落可入侵性关系的研究进展。目前物种多样性与群落可入侵性主要出现了对立的关系模式,被普遍接受的解释机制为尺度依赖。但其它研究中出现了更为复杂的关系,提出物种特性、植物更新、种间关系变化和群落构建机制等其它因素可能是导致物种多样性与群落可入侵性出现复杂关系的原因。建议未来研究中应注意的几个问题,即物种多样性与群落可入侵性关系在不同营养级适用性,与群落构建机制变化间的联系和时间尺度对物种多样性与群落可入侵性关系的影响。