松墨天牛Monochamus alternatus是我国南方林区重要的蛀干害虫,也是我国重大林业外来入侵物种松材线虫Bursaphelenchus xylophilus的主要传播媒介.为探究热激蛋白HSP40在松墨天牛抵御高温胁迫中的功能,基于松墨天牛转录组数据(GenBank登录号:PRJNA548205),通过RT-PCR技术克隆两条松墨天牛HSP40基因,并对其进行生物信息学分析;使用MEGA 7.0软件构建松墨天牛HSP40系统进化树;利用RT-qPCR技术检测16日龄松墨天牛雌雄成虫各组织HSP40基因在不同温度与时间处理条件(35℃、37℃、40、42.5℃和45℃;0h、1 h、2 h和3 h)下和高温42.5℃处理3 h后的组织表达特性.结果表明:克隆获得松墨天牛两条HSP40基因MaltHSP40-l(GenBank 登录号:MW690168)和 MaltHSP40-2(GenBank 登录号:MW690169),其 ORF 长度分别为1 206 bp和1 059 bp,分别编码401个和352个氨基酸,分子质量分别约为45.24 kDa和39.25 kDa,等电点分别为6.73和9.07;两条序列中均存在含有保守的HPD基序以及DNA-J结构域;蛋白三维结构中均由N端的4个a螺旋和C端的底物结合域构成.系统进化树显示:MaltHSP40-1和MaltHSP40-2分别与光肩星天牛Anoplophora glabripennis的AglaHSP40-1和AglaHSP40-2遗传距离最近.RT-qPCR结果显示,高温胁迫可诱导松墨天牛HSP40基因的转录表达,雌雄成虫的MaltHSP40-1和MaltHSP40-2分别在35℃和37.5℃的条件下开始表达上调,在40℃或42.5℃时到达峰值,雄虫HSP40的相对表达量和上调倍数均高于雌虫;MaltHSP40-1及MaltHSP40-2在松墨天牛雌雄成虫的各组织中均有表达,42.5℃处理3 h后,MaltHSP40-l及MaltHSP40-2在各组织中的相对表达量均显著上调,精巢和卵巢中相对表达量最高.本研究表明McdltHSP40-l和MaltHSP40-2作为辅助分子伴侣,参与松墨天牛抵御高温胁迫.研究结果有助于深入探究热激蛋白在松墨天牛应对高温胁迫中的作用,也为揭示气候变暖背景下松墨天牛及松材线虫病的流行成灾机理提供理论依据.

松材线虫病(Pine wilt disease)传入我国以来,造成了大面积松林枯死,严重威胁我国的林业和生态建设的发展,但目前分析林分和景观水平因子对松材线虫病综合影响的研究较少.本文基于松材线虫病危害后期的山东威海地区的松林,利用野外调查数据、森林资源二类调查数据和高分辨率遥感影像,获取了影响松材线虫病危害的林分水平和景观水平的各种因子,通过逐步回归分析、线性回归分析和建立广义线性模型(GLM),探讨了景观分析的最适尺度,分析不同因子在解释松材线虫病危害程度方面的作用和相对重要性,以期为松材线虫病的防控技术及宏观管理政策制定提供科学依据.结果显示,750 m尺度下景观格局指数对松材线虫病发病率的解释效果最好.景观因子中,距疫源地距离、景观分离度与距人为活动区域距离对发病率影响最显著(相对重要性值为1.00),其中景观分离度和距疫源地距离与发病率呈负相关,距人为活动区域距离与发病率呈正相关;松林斑块连接度的相对重要性次之(相对重要性值为0.69),与发病率呈正相关;斑块丰富度密度、相关外接圆指数的相对重要性值较低(0.33).林分因子中,林分密度的相对重要性值最低(0.23).综合分析林分因子和景观因子的作用发现,在威海地区松材线虫病暴发后期的林分中,相较于林分因子,景观因子起主导作用.研究结果有助于提高对松材线虫病发生的驱动机制的了解.

松材线虫病是我国南方森林面临的主要灾害之一.本文基于野外调查和高分一号(GF-1)卫星WFV影像数据,采用随机森林模型构建松材线虫病空间识别模型,探究地形、人类活动和林分因子等对病害发生的影响,监测病害空间分布,并采用空间自相关性分析评估江西省赣州市南康区松材线虫病发生特征.结果表明:构建模型对松材线虫病的识别效果良好(AUC值=0.99,总体精度=0.96),可以实现对区域松材线虫病空间分布情况的有效监测;归一化差异绿度指数(NDGI)、距高速公路的距离、归一化植被指数(NDVI)是重要的建模因子;空间 自相关性分析表明,松材线虫病的发生存在明显的空间正相关性即空间聚集性特征;南康区松材线虫病高发生区集中于赤土乡、朱坊镇和十八塘乡,低发生区集中于蓉江街道附近;分析变量的边际效应发现,离高速公路远、离县道近的低海拔地段是松材线虫病易发区域.研究结果可服务于区域松材线虫病分布的快速监测,对该病害防治和管理具有一定的指导意义.

[目的]探究被松墨天牛Monochamus alternatus携带的松材线虫Bursaphelenchus xylophilus对松墨天牛肠道和气管细菌的影响.[方法]野外采集携带松材线虫的松墨天牛成虫后,取出完整肠道和气管进行细菌总DNA抽提后进行16S rDNA基因测序并拼接,并利用生物信息学方法分析松墨天牛成虫肠道和气管细菌组成、结构、丰度和多样性.[结果]携带松材线虫的松墨天牛成虫肠道和气管细菌菌群共检测到15门26纲66目110科201属296种,可操作分类单元(operational taxonomic unit,OTU)数目为444.携带松材线虫的松墨天牛成虫比未携带松材线虫的松墨天牛成虫肠道优势细菌菌群变化不显著,均为变形菌门(Proteobacteria)肠杆菌目(Enterobacterales);携带松材线虫的松墨天牛成虫气管优势细菌菌群为变形菌门肠杆菌目,未携带松材线虫的松墨天牛成虫气管优势细菌菌群为厚壁菌门(Firmicutes)乳杆菌目(Lactobacillales).携带松材线虫的松墨天牛成虫较未携带松材线虫的松墨天牛成虫气管细菌多样性和丰度升高,细菌群落结构显著不同;携带松材线虫的松墨天牛成虫肠道和气管中沙雷氏菌属Serratia和肠杆菌属Enterobacter富集.[结论]携带松材线虫后对松墨天牛成虫气管细菌菌群组成、结构、丰度和多样性都有显著影响,携带松材线虫的松墨天牛成虫气管中的沙雷氏菌属和肠杆菌属可能与松材线虫-松墨天牛复合体有紧密的联系.在携带松材线虫后,松墨天牛成虫气管中沙雷氏菌属增加,可能与松墨天牛气管免疫受抑制有关.本研究为解析松墨天牛肠道和气管细菌多样性提供了理论基础,为防控松材线虫提供了新的方向.

[目的]从松材线虫的媒介天牛蛹室及其气管中获得的黏质沙雷氏菌Serratia marcescens AHPC29对松材线虫具有致病能力,本研究旨在探究黏质沙雷氏菌AHPC29 对松材线虫引起的松树萎蔫病的防治效果以及该菌株在实验室的增菌条件.[方法]通过对温室内人工感染松材线虫的松树灌溉菌剂,分析黏质沙雷氏菌AHPC29 对松树萎蔫病的作用效果;通过单组分筛选和正交实验确定培养基组分和培养条件对其生长的影响,探究黏质沙雷氏菌AHPC29 的最佳增菌条件.[结果]对于感染松材线虫的松树,灌溉黏质沙雷氏菌AHPC29 菌液的处理组生长状态优于对照组,并且树内松材线虫含量显著降低;黏质沙雷氏菌AHPC29 增菌的最佳培养基配比为 0.1%乳糖、0.5%复合氨基酸、0.5%KNO3、1.5%MgSO4,其中影响最大的组分为氮源;培养时其菌液最佳接种量为 7%,最佳装液量为40%,最佳转速为180 r·min-1,最佳温度为30℃,最适培养时长为36 h.[结论]本研究获得了黏质沙雷氏菌AHPC29 的最佳增菌条件,并证实该菌具有良好的松树萎蔫病防治应用潜力,为其作为生防菌的应用提供了理论基础.

[目的]针对在松枯死树监测实践中,从无人机航拍RGB影像中自动识别松枯死树漏检率高的问题,提出了一种生产应用场景下基于多色彩空间的YOLOv5 松枯死树高精度自动识别新方法.[方法]利用无人机采集大面积松材线虫病发生林分的RGB图像,用Pix4Dmapper软件拼接,用LabelImg开源软件建立VOC格式的松枯死树数据集,分别用Faster R-CNN、YOLOv3、YOLOv4、YOLOv5、SSD和EfficientDet等 6 种基于深度学习的目标检测算法对数据集进行训练和测试,以精确率、召回率、平均准确率以及F1分数作为评价指标筛选出最优目标检测算法;然后将采集的RGB图像转换成LAB和HSV色彩空间图像,再将这 3 个色彩空间的图像分别用最优目标检测算法进行训练,得到目标在每个色彩空间的边界框,使用非极大值抑制算法对这些边界框进行处理,得到最优边界框实现松枯死树自动识别.[结果]6 种算法均取得良好效果,其中YOLOv5模型为最优算法,其精准率、平均查准率和F1 分数在 6 种算法中均最高,分别达到 97.58%、82.40%和 0.85.通过 3 个色彩空间融合后,反映漏检情况的召回率由 74.54%提高到 98.99%,平均准确率提升至 98.39%.[结论]基于多色彩空间的YOLOv5 模型能够显著提高从无人机航拍RGB影像中检测松枯死树的精度,为松枯死树监测提供了有力工具,也有助于松材线虫病的防治.

本文介绍了广东省林业有害生物的发生和防控概况,阐述了广东省以林业有害生物生态控制和绿色防控为导向,在立体化监测的基础上,建立树种合理配植避灾、检疫御灾、持续控制和应急控制相结合减灾的防控技术体系,以及林业有害生物防控技术规范化、标准化,防控工作社会化的保障体系,切实保护森林资源.

褐梗天牛(Arhopalus rusticus Linnaeus)是一种对松、杉、柏等林木危害非常严重的蛀干害虫,主要危害针叶树的衰弱木以及火灾后的枯立木,是继松褐天牛之后携带拟松材线虫能力最强的蛀干害虫.为了更好地控制其危害,深入地研究其种群空间格局,运用地统计学方法分析了3块受害程度不同的油松林内褐梗天牛幼虫和成虫的空间分布特性.结果表明:3种受害程度不同的林分内,褐梗天牛的危害具有显著差异,轻度受害林分内有虫株率为30.8％,中度受害林分内有虫株率为44.3％,而重度受害林分内高达78.3％.根据变异函数曲线图分析得知:轻度受害林、中度受害林和重度受害林内褐梗天牛幼虫种群空间分布最优拟合模型分别为高斯模型、高斯模型和指数模型,成虫的种群空间分布最优拟合模型均为线性模型.在3种林分中褐梗天牛幼虫数量具有明显的空间依赖性,轻度受害林、中度受害林和重度受害林内幼虫数量的空间依赖范围分别是19.10、11.97、61.98m,其空间连续性强度分别是0.646、0.784和0.500;成虫的空间依赖范围分别是43.08、43.23、44.17m,其空间连续性强度分别是0.044、0.021和0.171,但其成虫的数量在空间呈随机分布,没有表现出空间依赖性.根据垂直分布图分析得出:褐梗天牛幼虫和成虫在油松上主要集中聚集在某个高,然后随着高度增加密度降低,随着高度接近地面密度也降低.用Kriging插值法生成的空间分布图显示幼虫在空间分布上具有明显的聚集性,其聚集中心主要集中在林地中心,由林地中心株向整个林地扩散,而成虫则表现为随机分布.

[目的]松墨天牛是松树的重要蛀干害虫,也是林业重大外来入侵种松材线虫的媒介昆虫.虽然松墨天牛和松材线虫互作的化学生态和分子进化机制受到人们的广泛关注,但miRNA等表观遗传因子在天牛—线虫互作中的作用未见报道.[方法]使用illuminaHiSeq 2000平台进行miRNA高通量测序,得到4个携带线虫的天牛miRNA库和4个未携带线虫的天牛miRNA库.此外,对鉴定出的miRNA进行了差异表达分析,并对这些miRNA的靶基因进行了GO注释和KEGG通路富集分析.[结果]在携带线虫的天牛表皮、脂肪体、中肠和气管样本中分别鉴定出780、802、617和762个miRNA;在未携带松材线虫的天牛的不同组织样本中分别鉴定出784、723、713和837个miRNA.在携带松材线虫的松墨天牛中,某些已知miRNA表达量会显著升高,如miR-14、miR279和miR-312等.差异表达miRNA的功能大多指向代谢、免疫等方面.[结论]miRNA在松墨天牛和松材线虫互作中起着重要的调控作用.

无人机航摄监测森林病虫害是一个新的研究热点.为探究无人机航摄在松材线虫病监测中的应用,本研究于2017年11月利用小型固定翼无人机采集了广东省河源市新丰江库区松材线虫病疫点的航摄影像,总面积1425.9 hm2.固定翼无人机搭载了1台可见光数码相机和1台多光谱数码相机,能同时采集枯死松树的可见光和近红外的航摄影像.利用LAMapper软件对航摄图像进行空中三角测量和像素匹配,获得可见光正射影像和多光谱正射影像.使用ERDAS软件生成影像的归一化植被指数 (NDVI).然后将带有地理信息的完整影像自动导入GIS系统进行异常点识别和几何矫正,导出最终的影像数据.最后,对影像进行分析,并根据植被指数 (NDVI)对图像进行分类.分析结果显示,航摄的疫点中共自动识别1486株枯死松树,并获得了其分布地图及坐标点位置.验证结果表明监测的准确率达到80%以上,坐标点精度达到2-3 m.本研究结果具有低成本、自动化、可靠、客观、高效和及时等优点,可为大面积监测松材线虫病的发生现状和流行动态、评估防控效果和灾害损失提供技术支撑.