三种小蠹同域共存的化学生态学机制

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tt7506
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小蠹是重要的林业害虫之一,它们不仅严重影响松树的健康生长,也对生态环境造成巨大威胁。分布在我国西南地区的横坑切梢小蠹Tomicus minor,云南切梢小蠹T.yunnanensis和短毛切梢小蠹T.brevipilosus同域危害寄主云南松Pinus yunnanensis,给当地林业生产和生态环境带来巨大损失。本研究从三种切梢小蠹蛀梢期和蛀干期种内和种间关系入手,采用行为生态学、化学生态学和分子生态学多学科交叉方法研究了同域竞争和共存的三种切梢小蠹种内和种间关系及其化学生态学机制,并从转录组水平分析挖掘了与切梢小蠹竞争与共存有关的调节信息化学物质生物合成的关键基因,为三种切梢小蠹的行为调控的分子技术打下基础,并最终将具有高活性的切梢小蠹聚集信息素和抗聚集信息素用于“推-拉”防治策略的实践中,以期找出管理切梢小蠹种群和危害的更好的办法。研究结果如下:(1)重度受害样地中云南切梢小蠹种群密度显著高于横坑切梢小蠹,在轻度受害样地则相反;传统聚集指标法结果显示共域竞争共存的三种切梢小蠹种群在不同受害程度云南松中均为聚集分布,横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹聚集是由环境因素和昆虫本身的聚集习性引起;地统计学结果表明除重度受害样地中短毛切梢小蠹呈随机分布外,其余在不同种群密度下均呈聚集分布,除重度受害样地横坑切梢小蠹外,其余空间依赖范围为4.01~7.45 m。横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹在不同受害林分中拟合的半变异函数模型在球形模型和高斯模型之间转换。竞争共存关系不影响不同种群密度下的切梢小蠹种群空间分布格局,但影响其半变异函数模型和理论参数。(2)横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹侵入树干时分布均随时间推移呈现出动态变化过程。横坑切梢小蠹虫口密度在树干不同高度差异显著;而云南切梢小蠹则在蛀干后期差异显著。三种切梢小蠹雌、雄虫及其不同性别在时空资源的利用上存在差异。横坑切梢小蠹的竞争能力明显强于云南切梢小蠹,其时间生态位宽度大于云南切梢小蠹,但在空间资源利用上弱于后者。三者在1月份竞争最激烈。相对于云南切梢小蠹,横坑切梢小蠹在梢转干期对空间资源的竞争能力不足通过对时间资源序列竞争的增强来弥补,短毛切梢小蠹竞争力最弱。(3)三种切梢小蠹均对同种同性别的小蠹具有明显的趋性,其他小蠹的加入均会抑制这种吸引行为。自然条件下横坑切梢小蠹,云南切梢小蠹和短毛切梢小蠹雌雄虫后肠中反式-马鞭草烯醇的平均含量分别为0.19和0.09,0.22和0.05 ng/μL。当横坑切梢小蠹雌虫与各小蠹互作后,前者后肠含量增加至16.74~292.71 ng/μL。各切梢小蠹互作后后肠中马鞭草烯酮的含量也相应增加。云南切梢小蠹后肠中的含量明显低于横坑切梢小蠹。横坑切梢小蠹,云南切梢小蠹和短毛切梢小蠹分别对1,0.1和1ng/μL的顺式-,反式-马鞭草烯醇有更强的趋性,均对所有浓度的马鞭草烯酮没有行为反应,但其加入顺式-和反式-马鞭草烯醇后能够抑制吸引。(4)在野外调查中发现当种群密度高时会出现一梢多虫现象。横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹种群种内竞争和共存时,两蛀孔之间的距离均集中在2 cm左右。室内生物测定表明相比同种同性别的切梢小蠹雌虫之间的距离为2 cm的间隔距离时同种小蠹之间的趋向次数显著低于5 cm和10 cm时。横坑切梢小蠹雌虫后肠中反式-马鞭草烯醇和马鞭草烯酮的绝对含量在蛀孔相距2 cm时显著高于对照组和更长距离。通过GC-EAD分析,两种切梢小蠹雌、雄虫均对反式马鞭草烯醇和马鞭草烯酮反应强烈。(5)采用Illumina测序平台进行了横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹种内和种间互作24和48 h后肠道和脂肪体的转录组测序分析,总共获得204.14Gb条测序序列Clean Data,Q30碱基百分比在92.44%及以上,采用Trinity软件组装后共获得56,917条unigene,unigene的N50为3,804,SSR分析共获得13,578个SSR标记。进一步利用GO,COG和KEGG数据库对unigene进行注释和功能分析,分别注释29998,17017和25267个基因。并分析了两种切梢小蠹种内和种间处理后的差异表达基因(DEGs),利用KEGG数据库注释DEGs在昆虫激素合成通路,挖掘出了可能与信息素生物合成调控有关的多个基因:CYP306A1,CYP302A1,CYP314A1,CYP18A1,CYP307A等。(6)利用引诱剂反式-马鞭草烯醇和驱避剂马鞭草烯酮在野外进行生物测定,验证“推-拉”防治技术的效果,结果表明横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹的诱捕量显著多于空白对照和控制组。短毛切梢小蠹的诱捕量较少,且各处理间差异不显著。单位面积中诱捕器数量显著影响横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹的野外诱捕量,呈负相关。诱捕器的悬挂位置和方式也影响切梢小蠹的诱捕数量,悬挂在树干中、下部能诱集到更多的切梢小蠹。
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