蝗虫对高温的耐受性及其机制的研究进展

全球气候变化日益加剧,给昆虫等变温动物的发育和繁殖带来巨大影响,进而影响其种群动态分布甚至物种生存。蝗虫作为世界上最重要的农业害虫种类之一,对于温度等气候变化非常敏感,其种群动态及成灾程度与温度变化密切相关。近年来,除了低温耐受性,蝗虫对高温的耐受能力也很强。成虫的致死温度高达40℃左右。在短时高温下,蝗虫可以通过体内抗逆物质及酶含量的变化机制、不连续气体交换循环呼吸代谢模式以及体温调节行为来避免机体受到损伤,甚至短时高温往往有利于蝗虫交配。蝗虫自身的体温调节行为,在其适应环境和抵御病菌方面起着关键性作用,大大增加了蝗虫的生存能力。该文综述近年来蝗虫对高温耐受性的研究进展,加深全球气候变暖背景下对蝗虫种群发生规律的认识。     

独行菜LaBBX基因低温表达响应与密码子偏性分析

BBX是调控植物非生物胁迫相关基因表达,响应植物逆境胁迫的重要锌指蛋白类转录因子。为探究BBX在独行菜(Lepidium apetalum)幼苗耐受低温生长中的表达响应及其密码子偏好性,本研究基于独行菜转录组数据,筛选独行菜BBX编码基因的cDNA序列,并从独行菜幼苗中克隆获得全长733 bp的基因编码区序列,命名为LaBBX。序列分析表明,LaBBX由242个氨基酸组成,包含2个B-box锌指蛋白结构域,蛋白分子量为61.66 kDa,等电点为5.09,无信号肽和跨膜区。独行菜幼苗受低温胁迫时,LaBBX基因显著上调表达,6 h上调表达至21倍,且24 h内均呈现高水平表达,说明该转录因子可能在独行菜幼苗受低温胁迫时起重要作用。偏好性分析结果显示,独行菜LaBBX基因的ENc、CAI值和GC含量分别为55.453、0.244和46.78%,其密码子使用偏性较弱,相对偏好使用AT,高频密码子有8个,CDS序列及RSCU聚类分析中与十字花科植物最相近;其偏好性的形成与突变和自然选择等诸多因素相关,酵母菌表达系统更适合作为LaBBX基因的异源表达受体,拟南芥是适宜LaBBX基因的遗传转化受体。本研究为了解独行菜LaBBX基因的异源表达及基因功能提供了重要参考。     

荒漠-绿洲过渡带多枝柽柳和白梭梭水分溯源研究

以古尔班通古特沙漠西南缘荒漠—绿洲过渡带的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)和白梭梭(Haloxylon persicum)为研究对象,通过分析植物木质部水与各潜在水源的δ¹⁸O值,结合MixSIAR模型,解析不同群落中多枝柽柳和白梭梭的水分来源及对各水源的利用比例。结果表明:(1)多枝柽柳和白梭梭灌丛下0—60 cm土层土壤δ¹⁸O值变化幅度较大,随土层深度的增加δ¹⁸O值趋于稳定,说明表层土壤受外界环境影响较大。(2)在多枝柽柳和白梭梭共生群落中,多枝柽柳在整个生长季主要利用300—500 cm土层土壤水,而白梭梭在春、秋季主要利用60 cm土层以下土壤水,且对各层土壤水的利用较为均匀,夏季主要获取0—60 cm土层土壤水,且利用比例高达88.0%。表明多枝柽柳和白梭梭水分利用策略存在水文生态位的分离,有利于其在水分亏缺的条件下合理利用有限的水资源;多枝柽柳在单一群落和共生群落中具有相似的水分利用来源,主要获取稳定的深层土壤水,反映出多枝柽柳根系吸水对外界环境的波动不敏感,无明显的季节性耗水变化。(3)单一白梭梭群落在春季对各层土壤水的利用较为均匀,夏季主要吸收300—500 cm土层土壤水,利用比例高达76.4%,而秋季主要利用60—300 cm土层土壤水。人工白梭梭群落在春、夏季主要利用0—60 cm土层土壤水,贡献率分别为64.2%,80.6%;而秋季主要吸收120—300 cm土层土壤水,利用比例高达93.9%。表明自然生长的白梭梭具有相对较宽的水源范围,反映出其对干旱环境较强的适应能力;而人工种植的白梭梭则对降水敏感,在水分利用方面表现出机会主义特性。     

意大利蝗卵越冬期呼吸代谢对季节变化的响应

为明确意大利蝗Calliptamus italicus(L.)卵越冬过程中的呼吸代谢变化,通过定期解剖野外意大利蝗卵观察其胚胎发育进度,并应用多通道昆虫呼吸代谢测量系统逐月测定意大利蝗卵的O_2消耗率、CO_2释放率、代谢率和呼吸商,分析其变化特征,同时对其越冬环境温度进行实时测定。结果表明,意大利蝗卵的呼吸代谢水平随着越冬时间的推进发生季节性波动。越冬前(8—10月),意大利蝗卵的呼吸代谢水平较高,其中在8月间最高,此时胚胎发育较快,且复眼背部边缘在10月出现红色;越冬期间(11月—翌年2月),呼吸代谢水平在11月间最低,在12月—翌年2月之间则无显著差异,复眼颜色逐渐加深,胚胎发育基本停滞;越冬结束后(翌年3—4月),呼吸代谢水平逐渐升高,在翌年4月间显著高于10月—翌年3月,但显著低于8月,此时发生胚胎转动且恢复发育。越冬过程中,意大利蝗卵呼吸商均大于0.94。不同月份意大利蝗卵的O_2消耗率、CO_2释放率、代谢率与5 cm地温之间均呈显著正相关,相关系数分别为0.857、0.831和0.902。在整个越冬过程中,意大利蝗卵的呼吸代谢变化与其胚胎发育进度以及环境温度密切相关,且蝗卵均以糖类为主要能源物质,以最大程度减少物质能量消耗,从而确保蝗卵的正常发育、越冬及来年的顺利孵化。     

茶皂素对东亚飞蝗取食、消化及生长发育的影响

为明确茶皂素(tea saponin)对东亚飞蝗Locusta migratoria manilensis取食、消化及生长发育的影响,分别测定了13.26、82.88、169.89 mg/L茶皂素溶液对东亚飞蝗3龄蝗蝻取食量、消化酶活性、生长速率及营养效应的影响。结果显示,随着茶皂素浓度增加,试虫取食量、α-淀粉酶和胃蛋白酶活性、生长速率均显著下降;13.26 mg/L茶皂素溶液处理后,随着时间延长,试虫体内消化酶活性同样呈显著下降趋势,α-淀粉酶和胃蛋白酶活性分别在处理后12 h和24 h时显著低于对照组;茶皂素溶液显著降低了试虫的食物转化率和食物利用率,但13.26 mg/L茶皂素处理组试虫近似消化率高于对照组。研究结果表明茶皂素可以显著抑制东亚飞蝗取食和对营养的消化及吸收,抑制蝗蝻的生长发育,是蝗虫防治潜在的生物制剂。     

意大利蝗越冬卵抗寒物质分析

意大利蝗Calliptamus italicus是新疆草原主要优势危害种,以滞育卵越冬.为弄清意大利蝗越冬卵发育及滞育过程的抗寒机制,本研究检测了自然条件下越冬卵的糖类、多元醇、脂肪和氨基酸等主要抗寒物质的含量变化,分析蝗卵发育过程不同阶段抗寒物质含量的变化趋势.结果表明,意大利蝗卵在越冬过程中,除脂肪含量无显著差异外...     

模拟酸雨胁迫对黑果枸杞种子萌发特性的影响

为了解酸雨胁迫对黑果枸杞种子萌发特性的影响,采用纸上萌发实验,研究不同程度模拟酸雨胁迫下黑果枸杞种子的发芽率(GP)、相对发芽率(RGP)、发芽势(GR)、相对发芽势(RGR)、发芽指数(GI)、相对发芽指数(RGI)、活力指数(VI)、相对活力指数(RVI)、胚根长(LR)、胚芽长(LG)、胚芽比(RTGR)、平均发芽时间(AGT)、异状发芽率(HGP)、相对酸害率(RADR)指标。结果表明,pH 5对黑果枸杞种子萌发各指标均没有明显影响,且在一定程度上缩短了种子AGT;pH 4对黑果枸杞种子GP、RGP、GR、RGR、GI、RGI、VI、RVI指标没有明显影响,但HGP和RADR显著提升;pH 3、pH 2时,黑果枸杞种子萌发生长被明显抑制。表明适当弱酸性环境更适合黑果枸杞子萌发,在实际种植过程中,可利用这一特征来缩短黑果枸杞的育苗时间。     

丛枝菌根真菌对植物氮素吸收作用的研究进展

氮素是植物生长发育的必需元素,同时也是植物体内众多化合物的重要组成元素,对植物生长发育有着重要的意义。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizas fungi, AMF)可以与80%的陆生维管植物形成互利的丛枝菌根共生结构,丛枝菌根真菌一方面通过寄主植物获得碳源,另一方面根外菌丝的存在增加了氮素的吸收范围,有效增强了土壤—丛枝菌根—植物三者之间氮素的交流,提高了植物对外界胁迫的适应能力,并且促进了生态系统中的氮循环。因此,以丛枝菌根共生体作为传输媒介,探索其在整个共生系统间氮素的吸收、转运及代谢机制成为生态学以及农业生产中的热点。本文从菌丝氮代谢、氮素的吸收形态以及共生体对氮素转运、交换三个方面,对丛枝菌根共生体氮素吸收循环机制的研究进展进行了一个系统的阐述,揭示了丛枝菌根氮素的利用特点及其在氮素循环中的重要作用,并提出了关于丛枝菌根共生体氮循环中的一些需要深入研究的科学问题。     

中哈边境迁飞蝗虫降落的天气过程分析——以1999年塔城地区为例

为明确中哈边境迁飞蝗虫降落过程的气象背景,选择中哈边境塔城地区蝗虫迁飞为害最严重的1999年为例,基于当年迁飞蝗虫降落时间、地点及为害程度等数据,利用中尺度气象预报与研究(weather research and forecasting,WRF)模式模拟塔城地区迁飞蝗虫降落的天气变化。结果表明,垂直速度达到0.22 m/s的下沉气流、风速为3 m/s以上的东南风向、降雨和低于19℃的温度胁迫是影响1999年7月10日中哈边境迁飞蝗虫降落的主要气象因素;统计当年迁入蝗虫降落事件,发现下沉气流、风向切变、降雨和低温在蝗虫降落过程中出现的频次占总迁入蝗虫降落事件的70%、50%、30%和10%,其中下沉气流和风向切变是影响蝗虫降落的主导因子。表明利用WRF模式可准确预测迁飞蝗虫跨境为害降落区域的天气过程。     

NaCl胁迫对扭果花旗杆幼苗生理特性和染色体行为的影响

扭果花旗杆(Dontostemon elegans Maxim.)是新疆达坂城荒漠植被组成的重要物种,具有耐旱抗风、耐贫瘠等特性,在维持荒漠生态系统稳定性中具有重要作用。为了探讨扭果花旗杆幼苗对盐胁迫的应答机制,本研究以30 d扭果花旗杆幼苗为研究材料,设置了四组不同浓度梯度的NaCl胁迫处理(0 mmol/L,50 mmol/L,100 mmol/L,150 mmol/L),分析了不同浓度NaCl对扭果花旗杆幼苗生理特性及根尖细胞染色体行为的影响。结果表明:(1)随NaCl胁迫浓度的增加,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均先升高后降低;且活性变化趋势一致,均在150 mmol/L达到最大值。(2)随NaCl胁迫浓度的增加,脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白(SP)、丙二醛(MDA)含量均呈现先上升后下降趋势。(3)低浓度的NaCl胁迫(50 mmol/L)胁迫促进扭果花旗杆种子根尖细胞的有丝分裂,较高浓度胁迫(NaCl>50 mmol/L)胁迫则表现出抑制种子根尖细胞的有丝分裂,且随盐浓度的增大,抑制作用更加明显;同时,研究发现种子根尖细胞染色体畸变率、微核率与NaCl浓度呈正相关。因此,扭果花旗杆通过提高抗氧化酶的活力及小分子物质的积累来抵御NaCl胁迫,另外低浓度NaCl胁迫对扭果花旗杆种子根尖细胞有丝分裂还有促进作用。本研究结果将为干旱区抗逆野生植物资源的筛选提供理论依据。