农田重金属污染是全球农业面临的重要环境问题之一.重金属经植物吸收富集,由植食性昆虫取食并积累而产生上行效应,影响天敌昆虫的生长发育、生殖能力以及行为,进而影响天敌对害虫的控制作用.本文系统总结了农田生态系统中重金属沿植食性昆虫传递对天敌昆虫的影响,分析了农田重金属污染对害虫生物防治的直接与间接影响效应,发现重金属胁迫一般会导致天敌昆虫生长发育延缓、生殖力降低、捕食量减少等,直接影响害虫生物防治效果;但也可能导致害虫毒物兴奋效应产生和抗性能力增强,间接增加害虫防治难度.根据研究现状,对重金属污染影响天敌昆虫和生物防治的未来研究方向进行了展望.

[目的]本研究旨在调查分析江汉平原稻田节肢动物群落的物种组成以及主要害虫与天敌相互作用的关系,为制定水稻害虫绿色防控技术体系提供科学依据.[方法]2019-2020年通过吸虫器法和扫网法在水稻的分蘖期、孕穗期、齐穗期调查江汉平原监利市、潜江市、江陵县等市(县)28块稻田节肢动物物种种类与个体数量,采用主成分分析和灰色关联度分析法分析了各主成分对稻田节肢动物群落的影响以及主要害虫与天敌种群数量之间的关系.[结果]2019-2020年调查的江汉平原稻田节肢动物种类共169种,按照营养取食关系,将稻田节肢动物群落划分为4个亚群落,其中植食类6目33科57种,捕食类7目30科50种,寄生类2目15科44种,中性类5目16科18种.稻田节肢动物群落中对第1主成分贡献大的是白背飞虱 Sogatella furcifera和黑尾叶蝉Nephotettix bipunctatus;对第2主成分贡献大的是淡翅小花蝽Orius tantillus和青翅蚁形隐翅虫Paederus fuscipes;对第3主成分贡献大的是稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis和灰飞虱Laodelphax striatellus.与主要害虫稻纵卷叶螟种群数量关联度大的前3位天敌依次为:草间钻头蛛Hylyphantes graminicola＞拟环纹豹蛛 Pardosa pseudoannulata＞三突花蛛 Misumenops tricuspidatus.与主要害虫白背飞虱种群数量关联度大的前3位天敌依次为:华丽肖蛸Tetragnatha nitens＞黑肩绿盲蝽Cyrtorhinus lividipennis＞拟环纹豹蛛.[结论]稻田节肢动物群落构成差异主要是由优势植食性昆虫和优势捕食性天敌数量决定的.捕食动物草间钻头蛛种群数量与稻纵卷叶螟种群数量追随关系最为密切,对稻纵卷叶螟具有一定控制作用,华丽肖蛸的种群数量与白背飞虱种群数量追随关系最为密切,对白背飞虱具有一定控制作用.

昆虫和植物是自然界生物类群中重要的组成部分,在长期进化的过程中形成了复杂的相互作用关系,如植物进化出了复杂的防御策略来抵御昆虫为害,同时,昆虫为了获取更多的生存资源也进化出了更多的适生方式.因此,分析和了解昆虫与寄主植物相互适应的研究进展对害虫的有效防治和抗虫植物的培育具有重要作用.在昆虫与寄主植物互作的研究中,植食性昆虫的口腔分泌物(唾液或反刍液)、卵分泌物、肠道合成物及微生物等作为连接昆虫和植物的中间媒介,其有效成分不仅起着诱导或增强植物防御的作用,而且部分还具有抑制或削弱植物防御的功能,因此,按有效成分发挥的作用,植食性昆虫的口腔分泌物主要可分为激发子和效应子.本文从昆虫分泌物的角度介绍了昆虫钙结合蛋白类、酶类和毒液蛋白类等效应子与脂肪酸氨基酸共轭物类、多肽类和酶类等激发子及其介导植物防御的主要方式,明确了植食性昆虫适应寄主植物防御的不同策略,不仅有助于对昆虫和植物两者互作机制的深入解析,而且为绿色有效防治害虫和植物抗性品种的选育提供新的思路.

植食性昆虫与寄主植物在长期协同进化的历程中,两者逐渐演化出丰富多样的防御与反防御机制,其中在植食性昆虫适应植物防御的过程中,唾液腺分泌物起到关键性的作用.本研究从宏观与微观两个层面,揭示植食性昆虫如何利用唾液腺以适应寄主植物防御的作用机理.回顾了昆虫唾液腺分泌物通过干预植物气孔的动态变化、适应植物细胞壁、降解植物防御性化合物等方式调控寄主植物防御的研究进展,探讨了昆虫唾液效应因子以干扰植物早期免疫信号通路、调节植物激素信号通路、与植物免疫蛋白互作等形式应对植物防御反应的内在分子机制.同时,本文依据CRISPR/Cas9、植物介导的RNAi、纳米材料介导的RNAi等新技术的发展,对基于昆虫效应因子开发的虫害防控技术的发展空间进行分析,以期为作物抗性的提高以及害虫综合治理能力的提升提供理论依据与实践指导.

台湾乳白蚁Coptotermes formosanus又称为地下白蚁,它以木质纤维素为主食,是广泛分布于全球的经济害虫.地下白蚁对病原微生物强大的免疫防御能力一直是其生物防治应用的瓶颈之一.植食性昆虫的解毒酶在其消化和免疫调节中起着至关重要的作用.针对具有木质素代谢活性的解毒酶在白蚁肠道免疫过程中氧化还原稳态的调控研究对揭示其肠道免疫机制有重要意义.本研究以金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae为免疫诱导物,基于肠道氧化还原态的微电极检测系统,首次对台湾乳白蚁感染真菌后前肠/唾液腺、中肠及后肠中氧化还原电位的变化进行了描述;并利用RNA干扰技术,抑制了具有木质素代谢活性的乳白蚁漆酶基因Cflac1在感染前后的表达,并确定了 Cflac1在乳白蚁肠道免疫防御真菌过程中对氧化还原稳态维系的重要作用.本研究丰富了白蚁肠道免疫机制的研究内容,为拓宽白蚁防治新靶点及生物防治技术的研发提供了理论支撑.

丽金龟亚科 Rutelinae 隶属于鞘翅目 Coleoptera 多食亚目 Polyphaga 金龟总科 Scarabaeoidea 金龟科Scarabaeidae.世界性分布,全世界已知7 族235 属4 200 余种,中国目前记录3 族 25 属(亚属),共 526 种(亚种).丽金龟成虫为植食性,可取食植物范围广,幼虫土栖,主要取食植物根部,部分种类是农林业害虫.因此,对其开展分类学研究,对农林业生产具有理论意义.本文通过全面核查文献及统计分析,回顾和总结了丽金龟亚科分类学研究历史,并重点介绍了我国的研究现状.目前已开展的丽金龟亚科研究工作仍以新种发表为主,缺乏高质量的分类修订工作及系统发育研究.另外,丽金龟亚科是鞘翅目中重要的植食性昆虫之一,开展深入的生物多样性研究,对于探讨甲虫的多样性和与植物协同进化关系有重要意义.

蛋白质和碳水化合物是昆虫食物中的两种基本营养物质.蛋白质是昆虫生长所需的氨基酸来源,而碳水化合物则是活动的能量来源,故两者对昆虫生长发育和繁殖均起重要作用.在自然界中,所有昆虫都会面临营养多变的环境,即作为其食物的植物和猎物会因种类、组织以及发育阶段的不同而产生蛋白质和碳水化合物等营养成分含量的变化.因此,一般情况下昆虫面对复杂的营养环境时,需要具有搜寻并获得合适的营养物质的策略,以使自身的生长发育达到一个最优的状态.几何营养模型(geometric framework model)是调查昆虫营养生理调控机制的有力工具,该模型主要考察昆虫如何协调食物中的不同营养以实现生长、发育、生殖等生命过程的平衡.在植食性昆虫中表明碳氮比和环境因子协同影响昆虫的生长发育,同时可以影响其免疫反应;在捕食性昆虫和社会性昆虫中表明昆虫可以根据自身需求严格调控碳氮营养的摄入;在模式昆虫中表明碳氮比可能在昆虫寿命与生殖方面有一定的平衡作用.本文重点介绍了几何营养模型的工作原理并系统总结了其在各类昆虫中的应用,旨在为昆虫营养生理生态学方面的研究提供新思路.

重金属镉(Cd)是农田土壤中的重要污染源,可在植物和植食性昆虫中积累与传递.本文采用水培法,研究了不同浓度的Cd在番茄Solanum lycopersicum不同组织和在其重要害虫西花蓟马Frankliniella occidentalis体内的积累量.结果表明,随着水培营养液中Cd浓度的增加,番茄植株的根、茎和叶中Cd含量呈增长趋势.根中Cd的积累量远高于茎和叶,当水培溶液中Cd含量为20 mg/L时,根、茎和叶中的积累量分别达19 333.67±233.38、122.67±6.84 和147.33±2.96 mg/Kg(干重).随着Cd浓度的增加,番茄根、茎和叶的鲜重和干重均显著下降.西花蓟马取食Cd处理的番茄叶片后,体内Cd显著积累,最高达 1.95±0.36 mg/Kg.同时,Cd积累量的提高进一步影响了以番茄叶片为食的西花蓟马的适合度,降低了其存活率.除对照外,番茄茎-叶的转移系数和叶片对Cd的富集系数均大于1,叶片表现出较强的富集能力.而在所有的试验浓度处理中,西花蓟马对Cd的富集系数和转移系数均小于1,表明Cd未在其体内产生生物放大作用.研究结果明确了Cd在番茄各组织及其害虫中的积累和传递水平,为揭示重金属在农业生态系统食物链中的富集效应提供了基础数据.

为了揭示氮素输入和刈割2种管理措施对草甸草原中昆虫群落多度和丰富度的影响,本研究基于长期控制实验平台,于2022年8月采用抽吸取样法调查对照、氮素添加、刈割以及氮素添加和刈割交互作用4种处理下内蒙古草甸草原植食性昆虫多度和多样性变化.结果表明:氮素添加显著增加植食性昆虫群落多度,刈割显著降低植食性昆虫群落多度;在不刈割条件下,氮素添加对昆虫多度具有促进作用,而在刈割条件下作用不显著.氮素添加导致由禾本科植物多度增加介导的优势类群叶蝉科和长蝽科多度增加,进而增加了昆虫群落多度,刈割则恰好相反.氮素添加、刈割及其交互作用均不影响植食性昆虫的多样性.上述结果表明,植食性昆虫的多度受食物资源的直接调控,当资源可用性增多时,其数量会相应增加,且优势昆虫类群对资源变化的响应更为强烈.

植食性动物取食植物(植食作用)一直是生物多样性和生态系统功能研究的热点问题.植食作用能够显著影响植物幼苗的生长,从而决定种群更新动态.以往的研究较少讨论植物的不同性状对幼苗植食作用差异的重要性,也较少将之与物种相对多度对植食作用的影响进行比较.该文以千岛湖地区的16种常见木本被子植物幼苗为研究对象,调查植物的11种功能性状和相对多度,并运用回归模型和方差分解方法.研究植物功能性状和物种相对多度对幼苗叶片受昆虫植食损伤(虫食率)的相对重要性,探讨虫食率对植物功能性状的依赖性以及物种相对多度对虫食率的影响.结果表明叶片功能性状(即叶片碳氮比、叶片厚度)和物种相对多度对虫食率有重要影响,二者共解释了种间虫食率变异的54％.在这些性状中,有更高的防御能力、更低的营养成分和更高相对多度的物种虫食率更低.我们建议在未来的植食作用研究中,应考虑基于个体水平的功能性状和基于群落水平的相对多度.