中国农业科学 | “迁飞性害虫发生与防控”专题

【目的】褐飞虱（Nilaparvata lugens）具有趋向二化螟（Chilo suppressalis）危害水稻的习性，但此现象是否受到褐飞虱虫态以及水稻品种的影响尚不清楚。论文旨在探究水稻品种和褐飞虱虫态对褐飞虱趋向二化螟危害水稻习性的影响，以及植物挥发物如何介导这一行为，从而为制定绿色防控策略提供科学依据。【方法】通过室内选择试验，观察3种虫态（3—4龄若虫、初羽化雌虫和怀卵雌虫）褐飞虱对二化螟危害及未被危害的中浙优8号等9个水稻品种植株的趋向性；在此基础上，针对具有明显趋向性差异的代表性品种，运用RT-qPCR技术检测中浙优8号、9311和明恢63共3个水稻品种在害虫危害后挥发物合成相关基因的表达变化。【结果】在9个水稻品种下，不同虫态褐飞虱均倾向选择二化螟危害的水稻植株，但这种选择性在水稻品种间有所差异，如褐飞虱初羽化雌虫对明恢63的选择率显著高于甬优538。基因表达分析显示，二化螟的取食显著提高了与植物挥发物合成相关的基因OsCAS、OsLIS、OsHPL3和OsRCI-1的表达量。然而，不同虫态的褐飞虱与二化螟共同取食时，这些基因的表达水平与二化螟单独危害时相比，会出现升高或抑制的情况，具体的影响因虫态而异。【结论】褐飞虱趋向二化螟危害株的习性在所测定的9个水稻品种中普遍存在，但不同虫态在不同水稻品种下的趋向程度有明显差异，不同虫态间主要表现在褐飞虱初羽化雌虫对水稻品种甬优538、中浙优8号与明恢63的选择上；二化螟单独取食或与褐飞虱共同取食均可提高OsCAS、OsLIS、OsHPL3和OsRCI-1的表达水平，表明害虫危害水稻可以调控水稻挥发物的合成，进而影响褐飞虱的寄主选择行为。

【目的】Toll受体（Toll receptor）是昆虫先天免疫系统中Toll信号通路中的关键效应因子之一。本文旨在鉴定3种稻飞虱（褐飞虱Nilaparvata lugens、白背飞虱Sogatella furcifera、灰飞虱Laodelphax striatellus）的Toll受体基因，探索Toll受体在3种稻飞虱中的潜在功能及其种间差异，为稻飞虱免疫发育研究以及稻飞虱的防控提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法从3种稻飞虱的基因组中鉴定出Toll受体基因，分析其基因结构和特征、编码蛋白的理化性质及其结构域、染色体定位及系统发育进化关系。利用人工智能软件AlphaFold 3预测Toll受体的三维结构，并与目前已知结构和功能的其他物种Toll受体进行比较，预测其潜在功能及种间功能分化。通过转录组数据定量分析Toll受体基因在不同组织和不同发育阶段的表达情况。【结果】分别在褐飞虱、白背飞虱和灰飞虱基因组中鉴定出6、7和6个Toll受体基因，均分布在1、4、7号染色体上，且分布规律明显，3种稻飞虱的Toll受体基因家族均在1号、4号染色体上分布一个基因，其余分布在7号染色体上。3种稻飞虱Toll受体基因编码序列长度为2 676—4 158 bp，外显子数量1—7个，编码蛋白序列长度891—1 385 aa，分子量大小为103.31—158.25 kDa，理论等电点范围为5.42—6.54。系统发育分析表明，3种稻飞虱的Toll受体基因家族可以分为6个亚家族，分别与其他昆虫的Toll、Toll6、Toll7、Tollo（Toll8）以及Toll9同源。使用AlphaFold 3预测得到的胞外结构与其他物种Toll受体胞外结构比较分析结果显示，在白背飞虱的Toll受体基因家族中预测分析出2个Toll受体与病毒互作潜在相关，在灰飞虱中有1个Toll受体与病毒互作潜在相关，而在褐飞虱中没有匹配出相关的Toll受体。转录组定量结果表明，3种稻飞虱的Toll受体基因在不同组织和不同发育阶段间均有表达，推测其可能拥有不同功能，参与不同分工。【结论】在3种稻飞虱中鉴定出19个Toll受体基因，并分析预测了其相关结构和功能，发现3种稻飞虱的Toll受体在昆虫机体的发育和免疫，尤其是对病毒的免疫应答中发挥的功能可能存在差异。

【背景】鞘脂质是第二大类膜脂，作为信号转导物质参与细胞生长发育、繁殖及凋亡等过程。鞘脂质代谢酶调控鞘脂质代谢以维持生物体内代谢的稳态。【目的】以重要水稻害虫褐飞虱（Nilaparvata lugens）为研究对象，通过RNA干扰（RNA interference，RNAi）技术检测微小RNA（microRNA，miRNA）生物合成通路核心组分NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha沉默后褐飞虱鞘脂质代谢通路相关基因的相对转录水平，结合small RNA测序分析沉默丝氨酸棕榈酰转移酶1（serine palmitoyltransferase 1，SPT1）和鞘磷脂酶4（sphingomyelinase 4，SMase4）基因的差异miRNA，探究miRNA在褐飞虱鞘脂质代谢中的作用，为害虫防治提供新的分子靶标。【方法】利用RNAi技术，分别对羽化后第1天（1 PAE，post adult eclosion）的雌成虫NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha进行dsRNA注射，以dsGFP为对照；分别解剖羽化后第5天的卵巢组织，以β-actin作为内参基因，采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法检测NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha沉默后鞘脂质代谢通路相关基因的表达量变化；根据已有的小RNA文库联合miRNA-靶基因预测软件对可能调控NlSPT1和NlSMase4表达的miRNA进行预测；通过small RNA测序技术对沉默NlSPT1和NlSMase4的差异miRNA进行鉴定和靶基因富集性分析。【结果】与对照组相比，沉默NlAgo1、NlDicer1或NlDrosha显著上调卵巢中NlSPT1和NlSMase4等鞘脂质代谢通路相关基因的表达；靶基因预测结果显示，有6条miRNA能与NlSPT1结合，13条miRNA能与NlSMase4结合；沉默NlSPT1和NlSMase4的差异miRNA的靶基因显著富集在细胞核和蛋白质结合等生物学过程以及内吞作用、内质网加工、MAPK信号通路、TOR信号通路、凋亡、脂质代谢等代谢通路。【结论】NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha依赖性的miRNA通过影响鞘脂质代谢相关基因的表达影响鞘脂质代谢。NlSPT1和NlSMase4沉默引起褐飞虱卵巢miRNA表达水平的改变。研究结果可为基于鞘脂质代谢基因为靶标的害虫防治提供理论依据。

【目的】研究草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）对大豆和玉米的取食代谢特性和迁移扩散行为，明确草地贪夜蛾在大豆-玉米带状复合种植模式下的取食规律和潜在危害风险。【方法】供试寄主植物为江苏省大豆-玉米带状复合种植推荐品种徐豆18和江玉877，室内测定大豆叶片和玉米叶片对草地贪夜蛾的取食趋性、生长发育、产卵量、产卵选择性、消化酶活性及消化代谢的影响。田间接种卵块并调查玉米-大豆“2+4”模式间作下草地贪夜蛾随时间的迁移距离和范围，根据迁移动态评估其在该种植模式下的潜在危害风险。【结果】草地贪夜蛾对玉米叶片表现出明显的取食趋向性，选择取食玉米叶片个体占63.89%，为选择取食大豆叶片个体数的1.77倍，差异显著。草地贪夜蛾取食大豆叶片和玉米叶片均能完成世代发育，但取食玉米叶片的草地贪夜蛾幼虫发育历期为14.82 d，较取食大豆叶片的幼虫发育历期缩短2.54 d，单雌产卵量为679.50粒，较取食大豆叶片增加26.58%，差异显著。成虫产卵主要选择玉米叶片，平均卵块数和单雌着卵量为5.67块和521.67粒，分别为大豆的1.70和2.04倍，差异显著。取食大豆叶片的草地贪夜蛾脂肪酶活性为9.84 U·g^-1，较取食玉米叶片的脂肪酶活性6.47 U·g^-1显著提高，而两者的蛋白酶和淀粉酶活性无显著差异。取食大豆叶片的草地贪夜蛾近似消化率为63.40%，较取食玉米叶片的近似消化率69.26%显著降低，但两者在食物利用率、食物转化率和相对生长率方面无显著差异。田间接种卵块后调查发现玉米-大豆“2+4”模式间作下，草地贪夜蛾主要在玉米上扩散，于玉米种植行内“纵向迁移”，未扩散到相邻的大豆植株上。【结论】草地贪夜蛾对大豆和玉米的取食适应和产卵选择具有一定的差异，相较于大豆，草地贪夜蛾对玉米表现出较强的选择趋向性和利用能力，在玉米-大豆“2+4”带状种植模式下，草地贪夜蛾以危害玉米为主。因此，在实际生产中，应加强对草地贪夜蛾的监测和防治工作，特别是在玉米生长的关键时期采取有效的防治措施，以降低其危害风险。

【目的】气候变暖可影响小麦（Triticum aestivum）蚜虫发生和危害，禾谷缢管蚜（Rhopalosiphum padi）和麦长管蚜（Sitobion avenae）作为我国黄淮海小麦的主要害虫，其种群发育与繁殖受气候变暖的影响。本文旨在探究气候变暖是否会改变小麦根际微生物，从而间接影响禾谷缢管蚜和麦长管蚜的发育和繁殖。【方法】在河南原阳试验基地悬挂红外辐射加热器模拟温度升高2 ℃，待小麦返青后调查小麦蚜虫发生数量。在小麦拔节期收集根际微生物，并带回室内获得小麦根际微生物混合菌液。用混合菌液浇灌小麦开展两种蚜虫种群动态、年龄-龄期两性生命表试验。浇灌根际微生物混合菌液，后接种蚜虫，连续观察5次，记录蚜虫的数量。将两种麦蚜用生态盒单头固定于小麦第2片叶片上开展生命表试验，每天观察记录若蚜蜕皮、龄期、死亡等情况；同时，记录成蚜产蚜量及死亡数。【结果】不同处理下，禾谷缢管蚜和麦长管蚜的种群动态均呈持续增加趋势。随着调查次数的增加，浇灌增温田根际微生物相比常温田根际微生物，蚜虫的增加量逐渐增大。增温田根际微生物显著增加禾谷缢管蚜和麦长管蚜总平均发生量，相较于麦长管蚜，禾谷缢管蚜增加量更大，为麦长管蚜的4.49倍。种群生命表结果表明，增温田根际微生物显著缩短了禾谷缢管蚜的平均世代周期、种群加倍时间、若蚜发育历期及产蚜历期，同时显著增加了其内禀增长率、周限增长率和产蚜量。此外，增温田根际微生物显著提高了麦长管蚜各阶段种群存活率。【结论】温度升高分别通过影响根际微生物而促进禾谷缢管蚜的生长发育和繁殖，提高麦长管蚜的存活率，加速禾谷缢管蚜和麦长管蚜的种群增长，这些影响可导致蚜虫迁飞行为的变化。研究结果初步解析了气候变暖条件下麦蚜暴发机制，可为预测和评估未来气候变暖下的麦蚜发生提供重要参考。

【目的】当前农作物害虫对高湿等逆境环境适应能力增强，水通道蛋白（aquaporin，AQP）是一种膜蛋白，是昆虫维持体内水分平衡的必要蛋白。本研究通过高湿度胁迫豌豆修尾蚜（Megoura crassicauda），经转录组测序筛选出两条McAQP序列结构，结合实时荧光定量PCR（qRT-PCR）验证，明确豌豆修尾蚜AQP特征及响应高湿度胁迫表达变化，为深入挖掘AQP基因功能提供理论依据。【方法】设置环境相对湿度（RH）为60%、75%和90%，培养豌豆修尾蚜。观察其生长发育情况并检测体内相关物质含量及基因相对表达量，基于从豌豆修尾蚜比较转录组测序中获得的两条McAQP序列（分别命名为McAQP X1、McAQP X2），通过生物信息学方法分析其理化性质和序列结构，以及与其他昆虫间的同源性。最后采用qRT-PCR技术测定长期稳定高湿度胁迫和24 h紧急高湿度胁迫下AQP X1、AQP X2、Vg、VgR的相对表达量。【结果】与RH 60%和RH75%相比，RH 90%条件下豌豆修尾蚜繁殖力极显著降低，发育历期与存活率却无显著差异。随着相对湿度的升高，豌豆修尾蚜体内含水率下降，同时出现体色变化、长翅等特殊表型现象。McAQP X1、McAQP X2序列分子量分别为33.89和28.94 kDa，理论等电点为5.36和5.32，蛋白长度分别为308、272 aa。在多级结构上，McAQP由6个长α螺旋经逆时针旋转排布形成一个桶状通道，而4个单体形成一个四聚体行使功能。qRT-PCR分析表明，McAQP X1和McAQP X2均随相对湿度升高而表达水平上调，与转录组测序结果基本一致。在长期稳定高湿度胁迫下豌豆修尾蚜的Vg和VgR均在RH 75%表达水平上调，在RH 90%表达水平下调。在24 h紧急高湿度胁迫下Vg表达水平随湿度升高呈现下调，而VgR在RH 90%表达水平上调。【结论】高湿度环境影响豌豆修尾蚜的繁殖、含水率、体型及体色；定位于亚家族Ⅱ的水通道蛋白序列结构相对保守，没有形成差异性强烈的物种特异分化；NPA位点对于水通道蛋白的功能至关重要，其中的天冬酰胺残基对于水分子在中心通道的通过起着结构性的作用；McAQP表达量变化可能是豌豆修尾蚜应对湿度变化的重要手段。

【目的】亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）是我国玉米生产中最具毁灭性的鳞翅目迁飞害虫之一，严重威胁玉米安全生产，比较和评价地面灯和探照灯诱集的玉米螟种群动态和迁飞状态，为玉米螟精准防控技术制定和迁飞监测预警提供科学依据。【方法】2019—2023年连续5年在山东烟台利用地面灯和高空探照灯对玉米螟进行监测，每年4月1日至10月31日逐日检查并统计两种诱虫灯下的玉米螟数量，通过绘制监测曲线分析玉米螟的种群动态；根据每日诱虫量占全年诱虫量的百分比研究分析玉米螟的上灯规律；根据迁飞性昆虫种群数量“突增突减”现象，以及探照灯和地面灯诱虫数量比值，分析玉米螟的迁飞状态。【结果】玉米螟发生数量在年度间和月份间呈差异变化，且探照灯对玉米螟的诱集量高于地面灯，经Pearson相关分析，两种诱虫灯年诱虫总量之间不存在相关性；地面灯和探照灯监测的玉米螟种群动态基本一致，但探照灯诱虫高峰明显，且开始时间早，结束时间晚；地面灯和探照灯下玉米螟上灯规律一致，只有高峰日、一般发生日和不发生日3种类型，且高峰日均以7月中旬为分界点呈现前后两个高峰阶段；迁飞状态分析显示，玉米螟总体上分为两个迁飞过程，5月下旬至6月下旬为第一个迁飞过程，虫量少、历期短，7月下旬至9月中旬为第二个迁飞过程，虫量多、历期长。【结论】地面灯和探照灯下玉米螟种群动态一致，两种灯均可用于监测玉米螟发生动态，但探照灯诱虫数量多、诱虫高峰明显、第一个高峰日早、高峰历期长，在监测玉米螟早期迁飞状态方面更具优势，可及时监控玉米螟发生情况，并做好防控准备；地面灯和探照灯下玉米螟上灯规律一致，其高峰日均分前后两个高峰阶段，且高峰日状态明显，均可用于监测玉米螟上灯规律；玉米螟5月下旬至6月下旬经烟台从南往北迁飞，7月下旬至9月中旬往南回迁，可提前在玉米螟迁飞路径上加强监测预警，并开展精准防控工作控制玉米螟迁飞种群数量。