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蚂蚁入侵适应性进化及其机制

生态学报 2024年第13期44卷 5423-5434页

作者：倪美虹杨欣怡蒋明星浙江大学昆虫科学研究所/农业农村部农业昆虫学重点实验室/浙江省作物病虫生物学重点实验室杭州310058

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... 详细信息

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。

关键词：入侵性蚂蚁定殖社会结构性状可塑性适应性进化

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蚂蚁入侵中的适应性变化及其机制

生态学报 2024年

作者：倪美虹杨欣怡蒋明星浙江大学昆虫科学研究所/农业农村部农业昆虫学重点实验室/浙江省作物病虫生物学重点实验室

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... 详细信息

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。对此，笔者基于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。最后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。

关键词：入侵性蚂蚁定殖社会结构性状可塑性适应性进化

跨界小RNA调控昆虫与植物及病原微生物互作的研究进展

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昆虫学报 2024年 1-10页

作者：陈皓玮李贞方海波刘小侠张松斗中国农业大学植物保护学院昆虫学系

小RNA (small RNA,sRNA)是一类序列短于300 bp的非编码RNA,它在生物体的细胞生长、分裂、分化、增殖和凋亡过程中发挥着重要的调控作用。近年来的多项研究表明,sRNA还可以作为信号分子在物种之间传递,以跨界方式发挥调控作用。除了视觉... 详细信息

小RNA (small RNA,sRNA)是一类序列短于300 bp的非编码RNA,它在生物体的细胞生长、分裂、分化、增殖和凋亡过程中发挥着重要的调控作用。近年来的多项研究表明,sRNA还可以作为信号分子在物种之间传递,以跨界方式发挥调控作用。除了视觉和化学信息,生物个体之间还可以利用多种分子信号传递和实现信息交流,其中,sRNA分子不仅可以在生物个体内移动和调控基因表达,还可以跨越物种传播基因沉默信号,发挥动物、植物和微生物互作关系的信息纽带作用。作为地球上物种数量最多、生态位最丰富的类群,昆虫体内存在多种外源sRNA分子。本文分析sRNA介导跨界调控的分子基础,综述了近年来关于外源sRNA通过生物互作进入昆虫体内,跨界调控昆虫基因表达,影响昆虫与寄主植物及病原微生物之间互作关系的研究进展,并分析了跨界RNAi对昆虫生态适应性的影响以及在害虫防控中的应用前景。昆虫和植物之间sRNA分子的跨界转移可以调控植物抗虫性和社会性昆虫的品级分化,微生物的sRNA进入昆虫体内可以辅助病原微生物的侵染或寄生蜂的发育。利用基因工程改造或表达外源sRNA进行跨界调控是研发害虫高效生防产品的新途径。

关键词：昆虫分子信号小RNA 跨界调控生物互作害虫防控

真菌源水平转移的载脂蛋白D基因影响二斑叶螨的寿命与生殖

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昆虫学报 2024年 2-13页

作者：陈磊余心悦郭丽雪陈煜炜邴孝利胡琪琪孙荆涛洪晓月南京农业大学植物保护学院昆虫学系

[目的]载脂蛋白D(apolipoprotein D,ApoD)是一类参与代谢、组织发育、免疫和抗氧化等多项生物功能的胞外蛋白,是抗衰老和延长寿命的重要分子基础。本研究旨在解析ApoD基因在叶螨基因组中的复制与扩张程度及其系统发育,探讨多功能ApoD基... 详细信息

[目的]载脂蛋白D(apolipoprotein D,ApoD)是一类参与代谢、组织发育、免疫和抗氧化等多项生物功能的胞外蛋白,是抗衰老和延长寿命的重要分子基础。本研究旨在解析ApoD基因在叶螨基因组中的复制与扩张程度及其系统发育,探讨多功能ApoD基因对二斑叶螨Tetranychus urticae的寿命和生殖的影响。[方法]联合使用BLASTP,HMMER,TBLASTN和GEMOMA鉴定番茄刺皮瘿螨Aculops lycopersici、截形叶螨Tetranychus truncatus和二斑叶螨基因组中ApoD家族基因;基于最大似然法构建细菌、真菌、植物、哺乳动物、昆虫、瘿螨和叶螨的ApoD系统发育树;依据二斑叶螨在不同发育阶段(卵、若螨、1日龄雌成螨和5日龄雌成螨)和不同植物(菜豆、拟南芥、番茄、茄子、棉花和黄瓜)上的ApoD家族基因表达谱,挑选出ApoDR2,ApoD9,ApoD17和ApoD24 4个基因,采用浸泡法对新羽化的二斑叶螨雌成螨进行ApoDR2,ApoD9,ApoD17和ApoD24的RNAi,并计算10 d内的存活率和单雌日均产卵量。[结果]二斑叶螨基因组中发现68个ApoD基因,近缘种截形叶螨有33个,番茄刺皮瘿螨仅有1个,叶螨科之外的生物普遍拥有1～10个ApoD基因。系统发育结果表明,叶螨的ApoD家族主要分为三大簇,分别与昆虫、瘿螨和真菌的脂质转运蛋白基因聚类;叶螨中剧烈扩张的ApoD支系与真菌ApoD基因存在多个特有的一致性位点,且亲缘关系最近。大部分ApoD基因在二斑叶螨若螨和成螨期高水平表达,在二斑叶螨取食不同植物时呈现多样的表达调控模式。沉默ApoDR2和ApoD9对二斑叶螨的适合度无显著影响,沉默ApoD17和ApoD24基因显著降低了二斑叶螨存活率和单雌日均产卵量,其中ApoD17对二斑叶螨的存活率和单雌日产卵量影响最大。[结论]推测真菌源水平转移后获得的ApoD基因在叶螨基因组中剧烈扩张,并且对二斑叶螨的寿命和生殖产生了不同程度的影响,但是其在叶螨中的多功能性有待进一步研究。

关键词：二斑叶螨载脂蛋白D 水平转移基因复制与扩张寿命生殖

扶桑绵粉蚧共生细菌 Delftia 的多样性与侵染动态

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昆虫学报 2024年第7期67卷 932-942页

作者：郑奕然倪美虹杨欣怡李紫成蒋明星浙江大学昆虫科学研究所农业部农业昆虫学重点实验室浙江省作物病虫生物学重点实验室杭州310058

【目的】本研究旨在明确昆虫共生细菌伯克氏菌目(Burkholderiales)丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)Delftia在扶桑绵粉蚧Phenacoccus solenopsis中的多样性、丰度动态和感染部位。【方法】克隆并测序扶桑绵粉蚧5个不同地理种群[浙江兰溪(寄... 详细信息

【目的】本研究旨在明确昆虫共生细菌伯克氏菌目(Burkholderiales)丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)Delftia在扶桑绵粉蚧Phenacoccus solenopsis中的多样性、丰度动态和感染部位。【方法】克隆并测序扶桑绵粉蚧5个不同地理种群[浙江兰溪(寄主:木芙蓉Hibiscus mutabilis)、浙江东阳(寄主:辣椒Capsicum annuum)、浙江杭州西湖区(寄主:大花马齿苋Portulaca grandiflora)、浙江杭州临平区(寄主:大花马齿苋)和广西防城港(寄主:朱槿Hibiscus rosa-sinensis)]3龄若虫肠道中细菌的16S rRNA基因片段,对Delftia株系进行鉴定和系统发育分析;采用qPCR定量分别取食棉花和番茄的扶桑绵粉蚧不同发育阶段(1-3龄若虫、初羽化成虫及2,4和6日龄成虫以及开始产蚧后2和4 d的成虫)整虫和其中取食番茄的上述各发育阶段成虫肠道和2,4和6日龄成虫卵巢中Delftia 16S rRNA基因的拷贝数;借助荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)检测扶桑绵粉蚧初羽化成虫肠道和马氏管中Delftia的侵染动态;分析扶桑绵粉蚧从寄主植物获得Delftia的可能性。【结果】扶桑绵粉蚧各地理种群3龄若虫所感染细菌Delftia的16S rRNA基因片段序列极为相似(相似度>99%),为同一个种Delftia sp.的不同菌株,且与部分其他昆虫、植物中及根际的Delftia系统发育关系十分接近。在若虫期,取食棉花和番茄扶桑绵粉蚧Delftia丰度均随龄期增大逐渐上升,但成虫期Delftia丰度变化因寄主植物而异,取食棉花扶桑绵粉蚧2日龄成虫内Delftia丰度较高6日龄成虫内Delftia丰度明显下降,开始产蚧后4 d成虫内Delftia丰度也有下降趋势;取食番茄扶桑绵粉蚧2日龄成虫内Delftia丰度显著下降,6日龄成虫内Delftia丰度明显上升,开始产蚧后4 d成虫内Delftia丰度也上升。初羽化成虫肠道和卵巢中Delftia丰度与扶桑绵粉蚧发育期关系密切,其中肠道中丰度随成虫发育推进呈缓慢下降趋势,卵巢中则自羽化至6日龄有一逐渐上升过程。成虫中肠和马氏管中均存在Delftia,但以马氏管中相对较多;扶桑绵粉蚧及其寄主番茄和棉花中存在极为相似的Delftia株系。【结论】扶桑绵粉蚧中Delftia菌的多样性很低,在宿主肠道、卵巢和马氏管中均有分布,其丰度受扶桑绵粉蚧生长发育阶段和寄主植物种类影响,在来源上存在从寄主植物获得Delftia的可能性。

关键词：扶桑绵粉蚧共生细菌 Delftia 细菌多样性细菌丰度侵染动态

番茄苗期叶位色素含量高光谱检测及可视化研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 386-391页

作者：赵建贵王国梁张宇赵丽洁陈宁王文俊杜慧玲李志伟山西农业大学农业工程学院山西太谷030801 山西农业大学谷子研究所山西长治046000 山西农业大学基础部山西太谷030801

叶片色素含量是表征作物栽培基质营养元素和生理状态的重要指标;快速、精准获取色素含量及叶位分布规律是设施农业水肥精准化管理的基础。以番茄苗期不同叶位叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素(Chll)和类胡萝卜素(Caro)为研究指标,... 详细信息

叶片色素含量是表征作物栽培基质营养元素和生理状态的重要指标;快速、精准获取色素含量及叶位分布规律是设施农业水肥精准化管理的基础。以番茄苗期不同叶位叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素(Chll)和类胡萝卜素(Caro)为研究指标,用营养液配制10个氮素浓度;根据叶片位置摘取1710片(285个样本)用于可见光-近红外高光谱采集;运用卷积平滑(S-G)、标准正态变量变换(SNV)和多元散射校正(MSC)对光谱数据预处理。首先采用竞争自适应加权算法(CARS)对特征波段“粗”提取,然后利用迭代和保留信息变量算法(IRIV)判断“粗”提取波段的重要性,并对强弱波段组逆向消除“精”提取最优波段集合,建立偏最小二乘回归(PLSR)模型。结果表明:(1)营养液氮素浓度为302.84 mg·L^(-1),叶片色素含量最大,且高浓度的抑制作用高于低浓度,叶位色素含量呈上叶位>中叶位>低叶位分布规律;(2)采用CARS-IRIV-PLSR算法“粗-精”特征波段筛选策略分别对Chla、Chlb、Chll和Caro提取了4、4、10和11条特征波段,其Rp为0.7722、0.7321、0.8471和0.8587;(3)结合最优模型色素定量反演图像可视化表达,Chla、Chlb和Chll分布规律一致,而Caro与Chll分布规律相反,该结论与植物生理特征和测定结果相吻合。采用高光谱成像技术能够实现对叶片色素含量进行无损检测及可视化表达,为设施农业植物叶片色素分布、养分亏缺和施肥决策等提供数据支撑和理论依据。

关键词：高光谱叶位色素含量特征波段可视化

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蛹期高温对稻纵卷叶螟种群的抑制作用

昆虫学报 2024年第4期67卷 528-537页

作者：朱阿秀刘向东南京农业大学植物保护学院昆虫学系南京210095

【目的】本研究旨在明确稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis蛹对高温的敏感性,为利用蛹期高温预测种群发展趋势提供生物学指标和模型。【方法】对稻纵卷叶螟1-5日龄蛹分别在37,39和41℃下进行1次性1-7 h的热击,对1日龄蛹在37,39和41℃... 详细信息

【目的】本研究旨在明确稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis蛹对高温的敏感性,为利用蛹期高温预测种群发展趋势提供生物学指标和模型。【方法】对稻纵卷叶螟1-5日龄蛹分别在37,39和41℃下进行1次性1-7 h的热击,对1日龄蛹在37,39和41℃进行1-7 h/d持续2和3 d的多次热击,并以一直饲养在27℃下的蛹为对照组,测定热击处理组和对照组蛹羽化率、蛹历期、每雌产卵量及卵孵化率;采用线性回归方法建立蛹羽化率、蛹历期、每雌产卵量及卵孵化率与热击时长的关系模型。【结果】与对照组相比,1-5日龄稻纵卷叶螟蛹分别受37,39和41℃高温1次性热击1-7 h后,随着热击温度的升高蛹历期延长,蛹羽化率、每雌产卵量和卵孵化率降低;在相同的高温下,随着热击时间的增长蛹历期呈线性延长,蛹羽化率、每雌产卵量和卵孵化率呈线性下降,并且变化率在各日龄处理间基本相同;37或39℃热击后,1日龄蛹组的蛹历期长于3-5日龄蛹组的,但前者的蛹羽化率低于后者。1日龄蛹在37和39℃下多次热击后蛹历期随日热击时间的增长而缩短,在41℃下仅2 d内的热击有该趋势,3 d内7 h/d的热击延长了蛹历期;蛹羽化率、每雌产卵量及卵孵化率均随日热击时长的延长而线性降低,并且降低幅度随温度的升高而增大,但在热击2和3 d间无显著差异。37,39和41℃下2和3 d,日热击时长每延长1 h蛹羽化率将分别降低3.25%,4.95%和7.49%,每雌产卵量分别减少5.02%,7.80%和10.82%,卵孵化率分别降低2.20%,3.31%和5.05%,说明热击显著抑制了种群的发展。【结论】稻纵卷叶螟蛹对高温较为敏感,热击影响其发育、存活和繁殖力,可根据蛹期高温及持续时长预测稻纵卷叶螟种群的数量。

关键词：稻纵卷叶螟蛹高温热击时长繁殖力种群预测

跨界小RNA调控昆虫与寄主植物及病原微生物互作的研究进展

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昆虫学报 2024年第7期67卷 1019-1028页

作者：李贞陈皓玮方海波刘小侠张松斗中国农业大学植物保护学院昆虫学系北京100193

小RNA(small RNA,sRNA)是一类序列短于300 bp的非编码RNA,它在生物体的细胞生长、分裂、分化、增殖和凋亡过程中发挥着重要的调控作用。近年来的多项研究表明,sRNA还可以作为信号分子在物种之间传递,以跨界方式发挥调控作用。除了视觉... 详细信息

小RNA(small RNA,sRNA)是一类序列短于300 bp的非编码RNA,它在生物体的细胞生长、分裂、分化、增殖和凋亡过程中发挥着重要的调控作用。近年来的多项研究表明,sRNA还可以作为信号分子在物种之间传递,以跨界方式发挥调控作用。除了视觉和化学信息,生物个体之间还可以利用多种分子信号传递和实现信息交流,其中,sRNA分子不仅可以在生物个体内移动和调控基因表达,还可以作为1种分子信号跨越物种发挥动物、植物和微生物互作关系的信息纽带作用。作为地球上物种数量最多、生态位最丰富的类群,昆虫体内存在多种外源sRNA分子。本文分析了sRNA介导跨界调控的分子基础,综述了近年来关于外源sRNA通过生物互作进入昆虫体内,跨界调控昆虫基因表达,影响昆虫与寄主植物及病原微生物之间互作关系的研究进展,并分析了sRNA介导的跨界RNAi对昆虫生态适应性的影响以及在害虫防控中的应用前景。昆虫和植物之间sRNA分子的跨界转移可以调控植物抗虫性和社会性昆虫的品级分化,微生物的sRNA进入昆虫体内可以辅助病原微生物的侵染或影响寄生蜂的发育。利用基因工程改造或人工表达外源sRNA进行跨界调控是研发害虫高效生防产品的新途径。

关键词：昆虫分子信号小RNA 跨界调控生物互作害虫防控

基于水稻冠层多信息融合的监测褐飞虱种群大小的BP神经网络方法

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昆虫学报 2024年第4期67卷 572-581页

作者：熊志强王嘉汉刘向东南京农业大学植物保护学院昆虫学系南京210095

【目的】褐飞虱Nilaparvata lugens种群监测的自动化和智能化尚未实现。本研究旨在探究水稻受褐飞虱危害后冠层光谱和温度以及叶片叶绿素相对含量与为害虫量的关系,建立基于高光谱、热成像和叶绿素等多信息融合的误差反向传播(back prop... 详细信息

【目的】褐飞虱Nilaparvata lugens种群监测的自动化和智能化尚未实现。本研究旨在探究水稻受褐飞虱危害后冠层光谱和温度以及叶片叶绿素相对含量与为害虫量的关系,建立基于高光谱、热成像和叶绿素等多信息融合的误差反向传播(back propagation,BP)神经网络监测褐飞虱的方法,为田间褐飞虱种群监测向自动化与智能化方向发展提供方法支持。【方法】在可控条件下利用方形塑料框培育水稻,并在分蘖期接入雌雄1∶1配对的不同对数(0,1,2,3,4,5,6和7对)的褐飞虱雌、雄成虫,然后连续多次(接虫后16,27,32,44和60 d时)调查接虫区水稻上褐飞虱虫量(每4穴稻上个体数),并采用高光谱仪和热成像仪分别测定水稻冠层光谱反射率和冠层温度,利用土壤和植物分析仪器开发(soil and plant analyzer development,SPAD)叶绿素仪测定叶片叶绿素的相对含量(SPAD值);采用Pearson相关法分析各测量指标与褐飞虱虫量的相关性;采用多元散射校正对光谱反射率数据进行降噪处理;采用连续投影算法对高光谱反射率数据进行降维和敏感波段筛选;分别以光谱反射率单一信息及其与冠层温度和SPAD值融合后的多源信息为输入量,采用普通和加入粒子群算法优化的BP神经网络建模,构建褐飞虱为害不同时段后种群大小的神经网络监测模型。【结果】褐飞虱为害后水稻冠层光谱在近红外的730-930 nm波段反射率、水稻冠层温度与气温的差值(冠气温差)和叶片的SPAD值均与褐飞虱虫量呈显著负相关。利用连续投影算法筛选出的冠层光谱敏感波段处反射率并降噪后建立的BP神经网络监测5个危害时段褐飞虱虫量的预测集决定系数R^(2)在0.504~0.892之间;融合冠层光谱、冠气温差和叶片SPAD值等多信息建立的BP神经网络监测褐飞虱虫量的预测集R^(2)提升到0.640~0.975;在多源信息基础上再选用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法优化BP神经网络后监测褐飞虱虫量的精度提高,预测集R^(2)提升到0.931~0.991,模型预测效果好。【结论】基于水稻冠层高光谱与热成像和叶片SPAD值等多信息融合的PSO-BP神经网络方法监测褐飞虱虫量的精度高、效果好,有望用于田间褐飞虱种群的自动监测。

关键词：褐飞虱冠层光谱反射率冠层温度叶绿素SPAD BP神经网络粒子群优化