昆虫的几丁质酶对昆虫的生长发育致关重要,是生物农药的重要靶标.本研究使用高通量测序技术对迁飞性害虫黏虫Mythimna separata的中肠和表皮组织进行了转录组测序、序列组装、功能注释及差异表达基因分析...对转录组数据库中鉴定出的几丁质酶基因进行了理化性质的预测,包括cDNA长度、蛋白质分子量、氨基酸序列、等电点、不稳定系数、跨膜结构和蛋白结构域等.使用MEGA软件构建了黏虫和其他昆虫几丁质酶的系统进化树,并通过q-PCR验证了黏虫基因在不同组织和发育阶段的表达模式.通过中肠与表皮的转录组测序,获得了19.42 Gb 的数据,在 COG、GO、KEGG、KOG、Pfam、Swissprot、eggNOG、nr 数据库注释到了25 236 个 Unigene;基因表达分析结果表明,中肠和表皮的差异表达基因共有3 137个,其中中肠高表达基因有1 872个,表皮高表达基因有1 265个.从转录组数据中鉴定出9个几丁质酶基因,其中7个是新的几丁质酶基因,这些基因的cDNA长度在1 362～9 816 bp,SMART结构预测表明几丁质酶含有1个或多个催化结构域.构建的系统进化树将昆虫几丁质酶基因分为9个亚家族.q-PCR结果表明MsCht2、MsCht5、MsCht6、MsCht7、MsIDGF1在表皮中表达量较高,MsCht4、MsCht11和MsChi-H在中肠中表达量较高,与转录组数据一致;多数几丁质酶基因在蛹期或预蛹期表达量最高,而MsCht4在5龄期表达量最高,在蛹期表达量很低.黏虫几丁质酶基因表达上存在不同的差异,不同的几丁质酶基因可能具有不同的功能.本研究筛选出了7个新的几丁质酶基因,为黏虫的生物防治提供了新的靶标.研究结果为进一步研究黏虫几丁质酶的功能奠定了基础.

昆虫翅多型作为生物可塑性发育的典型代表,是昆虫对复杂多变环境适应进化的结果.褐飞虱Nilaparvata lugens是一种典型的翅多型昆虫,若虫可发育成短翅型或长翅型成虫,后者的远距离迁飞特性造成褐飞虱在亚洲稻区大面积为害.20世纪60年代以来,前人针对褐飞虱翅多型的发生机理进行了大量研究,发现种群密度、寄主植物质量、温度和光周期等诸多环境因子以及保幼激素均能够影响翅型比例.近20年来,得益于基因组学、RNAi和基因编辑等生物技术的发展,褐飞虱翅型分化的分子机制研究取得了突破性进展,发现了褐飞虱翅型分化的开关基因FoxO,沉默或敲除FoxO会导致飞虱发育为长翅型;而胰岛素信号通路能够磷酸化FoxO抑制其进入细胞核,从而参与翅型分化调控;锌指转录因子Zfh1能够以启动子结合的方式调节FoxO的转录,与胰岛素信号通路平行调控翅型分化;另一个锌指转录因子Rotund能够与FoxO互作共同调控褐飞虱翅多型.此外,性别决定基因Trransformer-2和c-Jun氨基末端激酶通路等也能够影响翅型分化,表明褐飞虱的翅型分化存在多样化的分子调控机制.鉴于半翅目不同亚目间的翅多型机制均有所不同,对褐飞虱翅型分化机制的解析远不足以阐明半翅目乃至整个昆虫纲的翅多型机制,但其研究成果能够引领未来对昆虫翅多型机制的探索研究,并加深人们对昆虫翅及组织可塑性发育与进化的理解.

[目的]在性二型昆虫发育历期的研究中雄性先熟更为常见,雌性先熟报道较少.草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda是玉米上的重大迁飞性害虫,在发育历期上存在雌性先熟现象.本研究旨在明确该现象的稳定性并探索其影响因素,为草地贪夜蛾的准确监测和早期预警提供理论依据.[方法]分析草地贪夜蛾在16L:8D,14L:10D和8L:16D 3种光周期及玉米叶、花生叶和人工饲料3种食物条件下的生长发育情况,并对不同光周期和食物条件下饲养的草地贪夜蛾卵巢进行解剖;同时选择夜蛾科(Noctuidae)粘虫Mythimna separata和斜纹夜蛾S.litura与草地贪夜蛾的生长发育情况进行比较,评价雌性先熟现象是否为具有迁飞习性的夜蛾科昆虫的共性.[结果]3种夜蛾科迁飞性昆虫中仅有草地贪夜蛾雌成虫显著早于雄成虫羽化,提前1.28 d,且该羽化现象在不同光周期和不同食物条件下稳定存在,仅在草地贪夜蛾取食花生叶时呈现弱化趋势.解剖发现,不同光周期和不同食物条件下,初羽化的草地贪夜蛾成虫卵巢始终处于未成熟期,不随外在条件的变化而改变.草地贪夜蛾雌蛹发育显著快于雄蛹是造成草地贪夜蛾两性羽化时间差异的主要原因,且该差异与两性蛹重正相关:与雌蛹重相比,草地贪夜蛾雄蛹重显著增加9.88％.[结论]草地贪夜蛾雌性先熟现象较为稳定,光周期和食物不会改变该现象但会影响两性羽化时间的差异程度,雌性先熟现象并非具有迁飞习性的夜蛾科昆虫的共性.

近年来,大气CO2浓度升高等全球气候变化和转Bt作物非靶标害虫抗虫性等问题备受关注.大气CO2浓度升高直接或间接地影响植食性昆虫,而迄今为止有关大气CO2浓度升高对刺吸式昆虫(同时也是转Bt作物的非靶标害虫)的影响结论不一,且对其刺吸取食行为的影响研究少有报道.本研究利用智能人工气候箱设置CO2浓度,研究大气CO2浓度倍增(800.μL·L-1)对转Bt水稻的非靶标害虫褐飞虱取食行为及其生长发育和繁殖等的影响.结果表明:大气CO2浓度倍增对褐飞虱卵和若虫历期、成虫体质量和寿命,以及4龄和5龄若虫的刺吸取食行为等都具有显著影响,但对其繁殖力影响不显著.与对照CO2浓度(400μL·L-1)相比,倍增CO2浓度处理下褐飞虱的卵和若虫历期及雌成虫寿命分别显著缩短了4.0％、4.2％和6.6％;长翅型成虫比例显著增加了11.6％;初羽化成虫体质量降低,且雌成虫体质量显著降低了2.2％;此外,倍增CO2浓度处理下褐飞虱4龄和5龄若虫口针的刺探效率都显著增加;其中,N4b波的持续时间分别显著延长了60.0％和50.1％,频次分别显著增加了230.0％和155.9％.可见,CO2浓度倍增可通过提高褐飞虱的刺吸取食而促进其生长发育,并缩短其世代历期、提高长翅成虫比例,最终导致大气CO2浓度升高下转Bt水稻的非靶标害虫褐飞虱发生危害严重,并面临其迁飞扩散为害加重的风险.

褐飞虱是威胁我国水稻生产安全的主要害虫之一,已经严重地威胁到我国南方地区水稻的安全生产.褐飞虱作为一种风媒迁飞性昆虫,与大气气溶胶粒子的运动相似.采用褐飞虱迁飞相关参数,利用WRF-FLEXPART模式模拟分析两次褐飞虱秋季回迁过程.通过模拟2013年9月20-24日褐飞虱迁入兴安县的迁飞过程,发现褐飞虱虫量的模拟结果与实验观测到的褐飞虱高空灯诱数据相近、变化趋势一致,相关性达到0.49(P＜0.01).褐飞虱迁飞峰的模拟值平均早于观测值1.5h,这可能与褐飞虱起飞迁飞的主动性及其生理特性等有关.模拟2008年10月5-7日一次冷锋无降水天气过程中的褐飞虱迁飞过程,发现此次冷锋南下和降温过程对褐飞虱的回迁影响显著,主要表现在:①在迁飞轨迹上,受热带气旋影响,广西、贵州、湖南和广东西部地区以东北风为主,有利于褐飞虱向西南方向的迁飞;②在虫量密度分布上,广东中部地区同时具备了较好的动力和温湿条件,促使大量褐飞虱向着该地区(较温暖)迁入,而湖北地区虽以西北—东北风为主,但地面气温较低(低于广东地区),不利于褐飞虱的大量迁入.综上所述,WRF-FLEXPART模式适用于褐飞虱的迁飞模拟且有较好的模拟能力,该研究对我国褐飞虱灾变的准确预警、病虫测报水平的提高具有重要的参考价值.

[目的]为了明确玉米新发害虫二点委夜蛾Athetis lepigone的迁飞行为,为该虫的区域性监测预警提供依据.[方法]2016年7月在华北南部的新乡市原阳县,利用旋转极化垂直昆虫雷达和高空诱虫灯观测了2代二点委夜蛾成虫在空中的迁飞行为,利用轨迹分析软件HYSPLIT分析该虫的迁飞范围.[结果]2代二点委夜蛾成虫在日落后(19:00左右)开始起飞,2h后达到最大值,二点委夜蛾成虫最大高峰时间主要出现在前半夜,次日凌晨虫量逐渐降低,至7:00左右迁飞活动停止,整个迁移活动持续12h.二点委夜蛾成虫在空中成层分布,其最高飞行高度低于1 200m,但虫量最大处位于600-700m.第2代二点委夜蛾成虫每晚的平均最长飞行时间为7.972 h,平均位移速度为9.12 m/s,每晚平均最远距离大约为261.74 km.结合风场和轨迹模拟分析表明,7月份二点委夜蛾以北迁为主,河南中部的漯河及许昌等地区是雷达观测点二点委夜蛾峰值时的直接虫源区,其余来自邻近区域.[结论]本研究明确了华北南部地区2016年2代二点委夜蛾在空中的迁飞参数及迁飞范围.

[目的]明确2015年吉林省3代粘虫Mythimna separata (Walker)成虫的迁飞动态,揭示3代粘虫成虫自东北向南迁出的动向及成功迁出的概率,为粘虫的预测预报及综合治理提供科学依据.[方法]基于扫描昆虫雷达观测,采用田间饲育、诱蛾器监测、轨迹模拟及天气背景学分析等研究方法,分析3代粘虫成虫迁飞动态及迁出概率.[结果] (1)3代粘虫蛾可交尾及产卵,卵亦可孵化,但幼虫发育迟缓.(2)3代粘虫蛾数量相比于一代增长了10.3倍,成虫卵巢发育级别集中于1级,大多未交尾,处于从本地迁出的状态.(3)迁出期的风向以南风、西南风、东南风为主,不利于粘虫回迁至南方的越冬区域.(4)共有3d的调查日观测到了粘虫聚集成层的迁飞现象.轨迹分析显示,极大比率的粘虫种群最终去向集中于观测点公主岭以北的区域或者朝鲜境内.[结论]3代粘虫受制于秋季风场无法成功回迁,成为了Pied-piper效应的牺牲者,无法为2016年春季粘虫的发生提供有效虫源.

昆虫传粉在维持植物的有性繁殖、物种形成及生态系统稳定中扮演着重要角色,而野生传粉昆虫为生态系统提供了巨大的传粉服务功能.大蜜蜂(Apis dorsata)为亚洲特有的一种野生传粉昆虫,是热带地区多种植物和农作物的有效传粉者,在保障热带生物多样性及作物产量中有不可或缺的作用.但受全球气候变化、人类活动和生境恶化等因素的影响,其种群数量日益减少,开展大蜜蜂种质资源保护势在必行.本文综述了大蜜蜂筑巢、迁飞和传粉服务功能,分析了人为猎取蜂巢,栖息生境遭受破坏,杀虫剂和除草剂滥用,昆虫、螨类和病原物侵染,气候变化等威胁种群的因素,以期从强化大蜜蜂基础研究和保护、推动生态农业发展、建立适合大蜜蜂迁飞生态廊道、加强检验检疫及科学合理利用大蜜蜂种质资源等方面制定相应的保护措施.

[目的]为了解北京多普勒天气雷达上的昆虫回波信息,探索其在迁飞害虫监测预警中的应用.[方法]选取北京南郊观象台新一代天气雷达CINRAD-SA积累的晴空回波数据和风廓线雷达提供的风速风向数据,基于有关软件分析了昆虫回波的特点,讨论了降水等其他因素对昆虫迁飞的影响.[结果]新一代天气雷达可以探测到空中迁飞昆虫引发的后向散射回波,晴空回波日节律符合夜行性昆虫的朦影起飞和日出降落的行为特点,晴空回波出现的时期是3月至11月,中间有2个高峰期;晴空回波数量与风向关系密切,当天气系统合适时,晴空回波会出现成层和共同定向现象;此外,降水会中断昆虫迁飞.[结论]北京多普勒天气雷达可以探测昆虫迁飞,在迁飞性害虫监测预警及其综合防控工作中具有重大的潜在应用价值,今后农业部门在优先建立昆虫雷达网络的同时,应加强与气象部门合作,发挥天气雷达的补充作用,共同提高迁飞性害虫的监测预警水平.

昆虫雷达是开展迁飞害虫监测与研究的一种重要手段,中国也是较早自主建设与应用昆虫雷达的国家之一.为促进我国昆虫雷达事业的发展,本文对扫描昆虫雷达和垂直监测昆虫雷达的体制和特点进行了总结,介绍了今后昆虫雷达建制技术的发展方向及有关的初步实践与应用.