传粉服务是人类社会持续存在与发展所依赖的重要生态系统服务之一,野生蜂作为重要的传粉者易受到气候变化、农业集约化、景观转变导致的自然生境丧失等因素的影响.通过种植蜜源植物营建传粉昆虫栖息地是一项重要生态系统传粉服务调控手段.本研究于苹果花期调查北京市昌平区22个苹果园内野生蜂现状和地表开花植物及其特征,分析野生蜂多样性对果园内开花植物物种丰富度、花色丰富度、花序类型丰富度、开花植物盖度、草本层盖度、不同花色盖度的响应,以期为野生蜂栖息地营建的蜜源植物选择提供参考.结果表明:苹果花期共在研究区捕获野生蜂3517头,分属5科13属49种;调查到与苹果园花期重合的地表开花植物共21种,统计花色5种,花序类型9种;总野生蜂群落Shannon多样性指数、均匀度指数、社会性蜜蜂丰富度与开花植物物种数呈显著正相关关系;总野生蜂群落丰富度、社会性蜜蜂丰富度、地下筑巢蜜蜂丰富度与花色丰富度呈显著正相关关系;隧蜂科蜜蜂多度与花色丰富度呈显著负相关关系;总野生蜂群落Shannon多样性指数、均匀度指数与花序类型丰富度呈显著正相关关系;切叶蜂科蜜蜂丰富度与白色花盖度呈显著负相关关系;切叶蜂科蜜蜂丰富度、社会性蜜蜂多度、地上筑巢蜜蜂丰富度与紫色花盖度呈显著正相关关系.其余不同科、不同生活方式、不同筑巢类型野生蜂群落与果园内开花植物物种丰富度、花色丰富度、花序类型丰富度、开花植物盖度、草本层盖度、不同花色盖度暂未发现显著相关性.本研究表明,苹果园花期果园开花植物及其特征多样性的增加能够提升果园野生蜂多样性,增加紫色花盖度有利于促进切叶蜂科蜜蜂、社会性蜜蜂、地上筑巢蜜蜂的多样性.

昆虫社会身份识别是指昆虫通过感知各种信息来辨别其他个体的身份,进而建立一定社会关系的生物学现象.社会身份识别对社会性昆虫的信息交流、天敌防御、社会分工、个体及群体生存和繁衍尤为重要.本文以蚂蚁、白蚁和蜜蜂等社会性昆虫为例,详细阐述了社会性昆虫的社会身份识别机制:社会性昆虫以信息素为关键线索,利用嗅觉实现社会身份的识别;社会性昆虫也通过其视觉观察同伴或天敌等个体的行为,实现社会身份的识别;社会性昆虫还能够识别特殊的声音信号和感知空气中的震波,并作为其社会身份识别的重要依据.此外,研究表明昆虫共生菌也参与调控社会性昆虫的身份识别.针对社会性昆虫身份识别是先天还是后天形成的这一争论,我们从基因、适应学习以及基因和环境互作等方面,阐述了昆虫可能通过先天遗传和后天学习相结合的方式实现社会身份识别的观点.社会性昆虫是研究人类和动物社会行为学的绝佳模式生物.社会身份识别的研究成果不仅可深入解析社会性昆虫的生物学特性,也对人类及其他动物的社会认知进化以及各类社会问题的研究提供重要参考.今后应加强以下两方面的研究:(1)探索社会性昆虫多样的识别方式,解码其更深层次的机制研究;(2)应用现代新型计算机技术,将社会性昆虫身份识别行为可视化分析.

真社会性昆虫是最具代表性的表型可塑性的研究对象之一,其个体之间分工协作的社会性生活方式增强了整个群体的环境适应性和繁殖力.真社会性昆虫虽然具有相同的遗传背景,个体之间却表现出明显的品级分化和个体分工,这是由环境和遗传共同影响的.表观遗传被认为是应对环境条件下重塑基因表达的主要机制,非编码RNA作为一类广泛参与机体生命活动的不编码蛋白的功能性RNA,在真社会性昆虫的品级分化、个体分工等方面起着重要的调控作用.本文从微小RNA、长链非编码RNA、环状RNA、与PIWI蛋白相作用的RNA等非编码RNA,对蜜蜂、蚂蚁及白蚁等真社会性昆虫的非编码RNA调控机制研究进展进行了综述,以加深对真社会性昆虫内在遗传分子基础的理解和认识,也为害虫防治领域提供新的研发视角.

爪哇虫草菌是广谱性虫生真菌,具有防治膜翅目社会性昆虫红火蚁Solenopsis invicta的生防潜能.为探究蚁巢弃尸堆中携菌虫体在侵染循环链的关键作用,探讨腐生条件下爪哇虫草Cordyceps javanica响应寄主的分子致病机制,本研究通过向培养基添加冷冻干燥的虫尸粉进行诱导,对诱导前后的菌丝孢子混合体进行转录组测序分析.结果表明,与纯培养条件相比,菌株经虫尸粉诱导后发掘新基因1912个,有379个得到功能注释.显著差异表达基因有242个,上调表达基因111个,下调表达基因131个;GO富集分析表明,生物学过程的代谢过程和细胞过程、细胞组分的细胞结构体及分子功能中参与催化活性和结合相关的基因可能在爪哇虫草响应寄主过程中发挥了重要作用;KEGG分类和富集分析表明,代谢过程分类的色氨酸代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解、糖酵解/糖原异生和乙醛酸和二羧酸酯代谢,遗传信息过程分类的碱基切除修复和内质网的蛋白质加工,环境信息过程分类的ABC转运蛋白和丝裂原活化蛋白激酶信号通路,细胞过程分类的自噬和过氧物酶体通路是爪哇虫草的主要代谢途径.随机筛选8个差异表达基因进行实时荧光定量PCR验证,这些基因的表达模式与转录组数据分析结果基本一致.本研究结果表明,爪哇虫草在适应腐生环境过程中与氨基酸代谢和能量代谢相关的基因活跃,这可能是其在垂直和水平扩散过程中需维持侵染力,为自身提供营养并转化为能量和中间产物等物质所致.

中华蜜蜂Apis cerana cerana是我国十分关键和重要的传粉媒介昆虫,在不同栖息地中广泛分布,表现出飞行敏捷、采蜜期长和适应性强等优点.但近些年中华蜜蜂正面临前所未有的种群多样性下降,为保护这些特定的中华蜜蜂种群的遗传资源,研究人员基于几何形态学、分子生物学和基因组学等技术手段对中华蜜蜂遗传分化和环境适应机制进行了研究,而在我国这些多样化的中华蜜蜂种群为揭示其种群适应性进化规律提供了绝佳材料.本文从中华蜜蜂种群遗传分化与环境变化的相关性、形态变异与环境适应、环境适应性生理和行为改变及这些表型变化的遗传机制4个方面综述了相关研究进展.研究发现,物理屏障和生态环境的变化,特别是海拔和纬度相关环境变化是造成中华蜜蜂种群分化的主要原因.气候因子中,温度、氧气、辐射和湿度等对中华蜜蜂环境适应性的形态发育和生理生态特征产生重要影响.形态特征的变化主要体现在体型大小和体色上,代谢生理和行为改变是其环境适应的重要策略.基于现代基因组学和分子生物学技术的种群遗传学和种群基因组学研究发现,与社会分工行为、学习感知行为、信息感知、生长发育、温度适应和代谢等相关的基因或通路受到自然选择作用,这为中华蜜蜂适应不同栖息地以及蜂种演化提供了分子证据,但应对不同环境因子的分子进化机制有待进一步研究和明确.本文对中华蜜蜂遗传分化和环境适应机制的研究综述,加深了我们对古老蜂种进化历史和遗传多样性的理解,同时为后续深入研究社会性昆虫对不同环境的适应性机制和制定有效的保护策略奠定基础.

作为社会性昆虫,蜜蜂是研究社会行为和学习记忆的理想模式生物.王浆主蛋白(Major royal jelly protein,MRJP)是蜂王浆中蛋白质的主要成分,该家族一共有9个成员,MRJP1～MRJP9.所有mrjps均以串联排列的形式位于蜜蜂11号染色体上一个大约60 kb的DNA片段上.mrjp的同源体也存在于其他的膜翅目昆虫,均是通过yellow进化而来的.随着不断地进化,MRJPs家族进化出许多重要功能,其中最主要的就是营养功能.本文从MRJPs家族的基因及蛋白质结构、mRNA表达情况、进化和功能等方面进行综述,为今后开展相关研究提供理论支持.

真社会性昆虫,如膜翅目(Hymenoptera)的蜜蜂、蚂蚁和黄蜂,以及蜚蠊目(Blattodea)的白蚁,尽管在一个群体中遗传背景和遗传基础一致,但它们在形态、行为及生活史上具有显著的多样性.大多数真社会性昆虫表现出不同的级型结构和寿命分化,在这些结构中王后往往比职虫的寿命更长,且繁殖能力仅由一个或几个王后拥有,而其他群体成员只能充当职虫.然而,在某些物种中,级型结构具有一定的可塑性,个体可以根据特定的环境线索从一个级型或行为表型切换到另一个级型或行为表型.由于不同的级型之间通常有共同的遗传背景,因此真社会性昆虫群体内的多样性很大程度上是由个体之间的基因转录差异造成的.这就意味着以修饰基因表达而不改变基因序列本身为特征的表观遗传机制可能在真社会性昆虫中发挥着重要作用.已有的证据表明,DNA/RNA甲基化、组蛋白翻译后修饰和非编码RNA等表观遗传调控机制在级型结构、寿命分化和衰老等多个方面影响真社会性昆虫.本文对这些表观遗传调控机制及其在昆虫中不同作用的研究进展进行了综述,以加深对真社会性昆虫起源及其行为演化的理解和认识.未来表观遗传调控机制可在抗衰老药物的研发、衰老相关疾病的治疗、减缓生物体的衰老进程等方面有潜在的应用价值.

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.

大脑和行为的左右非对称性一直以来被认为是人类特有的,现在广泛存在于脊椎动物中,而近期又发现无脊椎动物中也存在行为偏侧性.近年来大量研究表明,群居型昆虫的嗅觉行为和大脑的非对称性表现在种群水平上,少数散居型昆虫行为的非对称性往往表现在个体水平上.当前,昆虫行为的单侧性是一个重要的研究领域,有助于对生物多样性中单侧性的早期起源有一个更深刻的认识,对探索昆虫进化发展具有重要的科学意义.对大多数昆虫而言,行为的偏侧性都是通过对触角的左右非对称性研究来实现的,触角作为昆虫感觉系统的重要组成部分,在昆虫寄主定位、识别、取食、觅偶、交配、繁殖、栖息、防御与迁移、稳定飞行速率等社会性行为过程中起着极为重要的作用.本文回顾了国内外膜翅目、双翅目、半翅目、蜚蠊目和直翅目昆虫行为非对称性研究的最新进展,有助于分析不同种类昆虫在进化历史上的相似性以及探讨昆虫在个体水平和群体水平上的进化差异.

昆虫病原微生物是调控昆虫种群数量动态的重要因子,其作为生物防治害虫的重要手段被广泛应用.昆虫病原物往往通过调控其寄主行为来提高自身的适应性,而有些寄主行为的改变却是其应对病原物侵染的免疫反应.发烧行为被证明可抑制病原增殖并延长寄主死亡;取食行为变化影响病原物或寄主的适应性;繁殖行为主要表现在产卵力、交配行为和性信息素等方面的变化;社会性行为改变对整个社会群体的适应性或病原物传播有影响;病原物所引起的寄主防卫和群集能力下降被认为对病原传播不利;病虫趋光和趋地行为、顶峰行为和活体寄主传病行为等被认为是病原物操纵的有利于病原微生物扩散和传播的行为.明确昆虫病原物调控其寄主行为的策略和机制对于寻找到新的害虫防治方法有指导意义.