在热带地区种植的香蕉、番木瓜、甘蔗、木薯、天然橡胶、油棕等热带作物,是我国农业的重要组成部分,不仅为我们的日常生活和工农业生产提供了重要的原材料,而且为我国热带与亚热带地区的主要农业产量和经济增长做出了贡献.然而,这些作物的现代分子育种受其生物学特性和遗传复杂性的严重阻碍,多倍化、杂合性、无性繁殖、童期长和植株高大等问题导致热带作物的传统杂交育种周期长、难度大、进展慢.基因编辑技术的发展为热带作物育种带来了新途径和新机遇.CRISPR/Cas9系统介导的基因组编辑技术以其更高的靶向效率、多功能性和易用性,已被广泛应用于植物基因组编辑育种中.近年来,该技术在香蕉、木薯、天然橡胶、甘蔗等热带作物上也实现了广泛应用.本文介绍了基于CRISPR-Cas9系统的基因组编辑、CRISPR-Cas9在热带作物改良中的应用进展以及所面临的挑战和问题,同时对热带作物基因编辑育种方面提出建议,以期为后续研究提供思路,并为进一步开发应用该技术以有效改良热带作物的植物性状提供参考.

巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)是重要热带经济作物之一,其次生代谢产物天然橡胶(NR)是中国重要的工业原料及战略物资.植物激素对植物生长发育、萌发和环境应答等多方面均具有重要调控作用.本文详细介绍了乙烯、脱落酸、油菜素内酯和赤霉素4种植物激素在橡胶树生长发育、橡胶生物合成、产排胶和品质形成等关键环节中应用的研究进展,并展望4种激素在提高橡胶树产排胶机制研究中的应用前景,为支撑橡胶产业发展提供理论支撑.

蓟马是芒果的重要害虫,研究其在田间的时空分布旨在探讨成虫在栖息地的迁移规律.试验于2016年1月7日-8月9日在海南省儋州市中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所芒果种质圃进行.以黄色和蓝色粘虫板进行诱捕取样,点算粘虫板上蓟马个体数,以地学统计学方法研究蓟马的时空分布动态.试验期间蓟马种群在寄主植物集中开花期有一明显高峰;其半变异函数在种群密度高时多为高斯模型,密度低时为线性模型;在调查范围内,空间格局在密度高时为聚集分布、密度较低时为中度聚集分布、密度低时为均匀分布或随机分布;种群密度高时,空间异质性是由空间自相关引起.密度等值线图清楚地反映出蓟马分布随寄主植物花期的变化而变化,呈现出受寄主植物花吸引,当一种寄主谢花后迅速向其它开花寄主转移的变动特征.表明蓟马的空间分布受其种群密度影响,其种群密度及转移扩散在很大程度上受寄主植物花期的影响.

长江流域的农耕文明是中华文明的重要组成部分.作为世界著名的农作物起源中心之一,长江流域拥有丰富的生物多样性,孕育了大量的栽培植物.本文梳理了起源于长江流域的农作物的资料以及新石器时代文化遗址的植物遗存信息;结合对长江流域的自然环境特征与全新世以来植被变化的总结,尝试厘清长江流域对植物资源利用的动态变化,探讨本地栽培植物与生物多样性的关联.结果表明长江流域农耕文明以稻作为最主要的生产方式,驯化了大量果树与水生蔬菜,反映出对本地亚热带常绿阔叶林与湿地的依赖与适应.与其他流域相比,长江流域具有相对优越的生态要素配置,其驯化作物类型表现出典型的亚热带湿润森林植被区特征.研究长江流域农作物驯化相关的自然与人类因素,有助于我们更好地把握长江流域农耕文明的起源.奉文不但可为长江流域植物遗传资源的保护与开发提供参考,而且对于推进长江流域的生态文明建设和可持续发展具有指导作用.

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.

水稻(Oryza sativa L.)是最主要的粮食作物之一,全球种植面积约 1.6 亿公顷,养活了世界约 35 亿人口.缘于水稻起源于亚热带地区,因此对低温非常敏感.世界上约 1500 万公顷的稻区(包括 24 个国家,如中国、日本和朝鲜等)遭遇过严重的冷害问题.冷害是高纬度高海拔稻区水稻生长发育的主要限制因素之一,我国稻区南北分布相差约 34 度(最北端漠河 53°27′N,最南端海南 18°90′N),海拔分布相差2700 m (从东南沿海到云贵高原),因此平均每 3～4年就会遭遇一次较大规模的冷害.除此之外,每年秋季"寒露"节气前后,即 9 月中下旬,是华南及长江中下游一带水稻抽穗扬花的关键时期,如遇低温危害就会造成抽穗扬花受阻、授粉和受精无法正常进行、空壳率增加,从而造成晚稻大幅减产.2010和 2011 年 9 月下旬,湖南省就发生了自 1997 年以来最严重的寒露风天气,导致晚稻产量大幅减产.近年来,极端气候频繁,倒春寒和寒露风等低温灾害逐年增加,每年我国因此造成的粮食损失高达 3～5亿吨,严重影响粮食供给.

木蜂作为蜜蜂科的重要类群,是热带和亚热带地区显花植物常见的传粉者.木蜂具有访花的季节时间长、访花植物种类多、能耐高温或低光照、能嗡声传粉等特点.这些访花特点是木蜂作为热带植物、尤其是温室作物、夜间开花植物和部分茄属植物的重要传粉者.近年来国外已经证明木蜂能有效为蓝莓、西番莲、荷包豆、温室西红柿和温室甜瓜授粉,但我国有关木蜂为多数农作物传粉的重要性和有效性的证据较少.本文综述了近年来木蜂的访花行为和传粉作用的研究进展,为进一步保护、管理和利用木蜂资源提供理论依据.

橡胶树是中国重要的热带经济作物,橡胶种植的副产物橡胶木是我国木材供应的重要来源.我们以不同发育阶段的橡胶树幼茎木材为材料,借助扫描电子显微镜技术,对木质部细胞的超微结构进行了观察.结果表明,在橡胶树幼茎木材中,导管和木纤维细胞壁随着木质部发育成熟会发生明显的次生加厚,加厚方式主要为螺纹加厚;木质部各类型细胞均存在大量纹孔,纹孔排列方式主要有散生、网状、梯状和单串状等类型;在木质部发育过程中,木射线和部分薄壁细胞中会逐渐积累大量淀粉粒;木质部细胞内壁及其填充物表面存在不同类型的附着物.研究结果将为橡胶木材材性及其形成机制的研究提供一定理论参考.

土壤酶化学计量比是揭示微生物生长代谢过程及评价土壤养分资源限制状况的重要指标.油茶是中国南方主要的木本油料作物,近年来愈来愈受关注,但鲜有从生态化学计量学的角度深入理解人工经济林的土壤微生物养分限制状况.本文以亚热带地区不同林龄油茶人工林土壤为研究对象,采用时空互代法在区域尺度上随机选取32个不同林龄油茶人工林并将其分为四个林龄组(＜9年幼龄林;9-20年近熟林;21-60年成熟林;＞60年过熟林),通过测定土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)转化酶活性(β-葡糖苷酶(BG)、α-纤维素酶(CBH)、β-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP))及土壤理化因子,探讨不同林龄油茶人工林土壤C、N、P转化酶化学计量特征及其与土壤理化因子的关系.结果表明:五种C、N、P转化酶活性均有随林龄增大而增加的趋势,且AP活性显著高于其它四种酶活性.相关分析结果表明,五种土壤C、N、P转化酶活性均与土壤有机碳和总氮显著相关,与土壤总磷和速效磷含量不相关.土壤酶化学计量比ln(CBH+ BG)∶ln(NAG+ LAP)、ln(CBH+BG)∶ln(AP)和ln(NAG+LAP)∶ln(AP)均随林龄增大而一定程度增加.亚热带区油茶人工林土壤酶C∶N∶P化学计量比为1∶1∶1.5,这与全球生态系统土壤酶C∶N∶P化学计量比1∶1∶1相偏离,表明亚热带地区油茶人工林土壤微生物生长受磷素限制.冗余分析(RDA)进一步揭示土壤有机碳含量是影响土壤酶活性和酶化学计量比的主要因子.因此,在油茶人工林经营管理中应考虑磷和外源碳的投入,提高土壤微生物酶活性,缓解油茶人工林生态系统的磷限制.研究结果可为亚热带区油茶人工林土壤养分管理和可持续利用提供基础理论支撑.

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(J.E.Smith)是2019年新入侵我国的重大农业害虫,已对我国的农作物产生严重为害,筛选、 利用本地天敌控制草地贪夜蛾是实现可持续控制的一个重要途径.叉角厉蝽Eocanthecona furcellate(Wolff)是一种广泛分布于热带、 亚热带地区的捕食性天敌,是许多鳞翅目、 鞘翅目、 半翅目害虫的潜在生防因子.本文采用捕食功能反应方法评价了叉角厉蝽对草地贪夜蛾幼虫的捕食效能.研究结果表明,叉角厉蝽3龄、5龄若虫以及雌、 雄成虫对草地贪夜蛾3龄及5龄幼虫的捕食功能反应均符合Holling-Ⅱ方程.在饱和猎物密度条件下,叉角厉蝽各虫态对草地贪夜蛾3龄幼虫的平均日最大捕食量依次为32.20头(5龄若虫)>19.40头(雌成虫)>18.20头(雄成虫)>6.60头(3龄若虫),a/Th值(a为瞬时攻击率,Th为处置单头猎物时间)为82.25(5龄若虫)>40.39(雌成虫)>36.12(雄成虫)>17.19(3龄若虫);叉角厉蝽各虫态对草地贪夜蛾5龄幼虫的平均日最大捕食量依次为7.80头(5龄若虫)>6.40头(雌成虫)>5.50头(雄成虫)>4.60头(3龄若虫),a/Th值为11.36(5龄若虫)>10.75(雌成虫)>9.63(雄成虫)>7.45(3龄若虫).本研究表明叉角厉蝽对草地贪夜蛾幼虫具较强的捕食能力,尤其是5龄若虫、 雌成虫和雄成虫.研究结果为利用叉角厉蝽防控草地贪夜蛾提供了理论依据,也为其田间释放应用提供技术支撑.