東北地區(qū)亞洲玉米螟Ostrinia-furnacalis(Guenée)世代空間格局及其抗寒性研究

東北地區(qū)亞洲玉米螟Ostriniafurnacalis(Guenée)世代空間格局及其抗寒性研究東北地區(qū)是我國玉米主要產(chǎn)區(qū)之一,玉米種植規(guī)模、機(jī)械化程度和玉米畝產(chǎn)量都高于全國平均水平。亞洲玉米螟Ostriniafurnacalis(Guenee)是當(dāng)?shù)赜衩咨a(chǎn)中最重要的害蟲之一,分布廣泛,生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng),嚴(yán)重影響玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量。氣候變暖能夠使玉米螟發(fā)育速率加快,發(fā)生世代增多,危害時(shí)間提前;而玉米主推品種的生育期延長和種植密度的增加,又可能引起亞洲玉米螟發(fā)生規(guī)律的改變,最終導(dǎo)致玉米螟在不同地區(qū)世代空間格局的改變。為此,我們在研究玉米密植與提前播種對玉米螟為害影響的基礎(chǔ)上,對東北地區(qū)北至黑龍江省黑河(50°13’41.14"N),南至遼寧省旅順(38°56’8.08"N)的亞洲玉米螟世代區(qū)劃進(jìn)行了界定,并結(jié)合氣象地面觀察資料,借助GIS系統(tǒng)地統(tǒng)分析,形成了東北地區(qū)亞洲玉米螟世代空間格局分布圖,同時(shí)對于東北不同地區(qū)亞洲玉米螟發(fā)生的始見期和未來可能發(fā)生世代數(shù)進(jìn)行了預(yù)測。所得結(jié)果對新種植方式和耕作制度條件下東北地區(qū)亞洲玉米螟發(fā)生規(guī)律、預(yù)測預(yù)報(bào)及綜合治理的研究提供了有益的借鑒。東北地區(qū)冬季氣候寒冷,越冬幼蟲基數(shù)與存活率直接影響翌年亞洲玉米螟的發(fā)生程度,而幼蟲能否安全越冬并成為翌年玉米螟發(fā)生的有效蟲源,直接與越冬幼蟲生理情況和天敵寄生情況密切相關(guān)。為此,我們調(diào)查了玉米螟越冬幼蟲在玉米植株上的分布規(guī)律、蟲齡結(jié)構(gòu)、越冬后的存活率、天敵種類及寄生率等關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上,我們進(jìn)一步研究了滯育幼蟲的抗寒性動態(tài)和低溫交變溫度脅迫下HSPs表達(dá)分析,明確亞洲玉米螟滯育幼蟲在越冬期間生理指標(biāo)的變化情況以及抗寒能力的動態(tài)差異和低溫交變溫度脅迫下HSPs的響應(yīng)情況,為進(jìn)一步闡明亞洲玉米螟抗寒性生理機(jī)制和分子機(jī)制提供依據(jù)。最后根據(jù)沈陽地區(qū)玉米螟多年田間發(fā)生量與同期氣象數(shù)據(jù),通過逐步回歸和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模,對一代和二代亞洲玉米螟的田間發(fā)生動態(tài)進(jìn)行了預(yù)測。獲得的主要結(jié)果如下:1.通過對東北13地區(qū)進(jìn)行田間網(wǎng)室扣養(yǎng)、黑光燈誘集成蟲和剖稈調(diào)查幼蟲,調(diào)查和分析玉米螟在不同地區(qū)的生長發(fā)育進(jìn)程,界定其發(fā)生世代數(shù)。結(jié)果表明,黑龍江哈爾濱以北地區(qū)玉米螟僅發(fā)生一代,為一代發(fā)生區(qū);哈爾濱至吉林公主嶺地區(qū)為玉米螟不完全2代發(fā)生區(qū),即一、二代混生區(qū);吉林公主嶺地區(qū)至遼寧省沈陽地區(qū)為完全2代發(fā)生區(qū);沈陽地區(qū)以南為不完全3代發(fā)生區(qū),即二、三代混生區(qū)。2.通過對東北地區(qū)(包括內(nèi)蒙古東部)211個(gè)氣象站1981-2010年地面氣象月值數(shù)據(jù),借助地理信息系統(tǒng)軟件ARC/INFO10.3中普通克里格法(OrdinaryKriging)、協(xié)同克里格法(CoKriging)和逆距離權(quán)重法(IDW)分別對氣象站以外的地區(qū)進(jìn)行空間插值分析,結(jié)合玉米螟有效積溫,得到整個(gè)東北地區(qū)(包括內(nèi)蒙古東部)亞洲玉米螟世代空間格局分布圖。經(jīng)檢驗(yàn)插值結(jié)果與多地的調(diào)查結(jié)果吻合。3.通過對東北13個(gè)地區(qū)1981-2010年地面氣象日值數(shù)據(jù)(日平均最低氣溫和最高氣溫),使用singlesine/horizontal方法計(jì)算各地的玉米螟有效積溫。利用有效積溫法則,結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室基于沈陽地區(qū)長期的觀測數(shù)據(jù),對東北13個(gè)地區(qū)亞洲玉米螟發(fā)生的始見期進(jìn)行預(yù)測,結(jié)果與實(shí)際觀測數(shù)據(jù)吻合。4.通過東北13個(gè)地區(qū)1951-2014年地面氣象月值數(shù)據(jù)和1981-2010年地面氣象日值數(shù)據(jù),利用MATLAB軟件建立1951-2014年各地區(qū)4-10月份0℃以上積溫直線回歸模型,預(yù)測2020年、2030年和2050年的積溫,并建立各地區(qū)4-10月份0℃以上平均積溫和玉米螟有效積溫回歸關(guān)系模型,進(jìn)一步預(yù)測各地區(qū)亞洲玉米螟可能發(fā)生世代數(shù)。結(jié)果表明,未來東北各地區(qū)玉米螟可利用積溫和發(fā)生世代數(shù)都將增加;到2050年,黑龍江省的克山、佳木斯玉米螟發(fā)生世代數(shù)將有可能增加1代;吉林省長春、四平及遼寧省的昌圖由現(xiàn)在的2代區(qū)成為2、3代混生區(qū);沈陽、普蘭店地區(qū)玉米螟種群發(fā)生3代的比例將會增大。5.通過對亞洲玉米螟幼蟲越冬情況調(diào)查,發(fā)現(xiàn)東北不同地區(qū)亞洲玉米螟越冬幼蟲在玉米植株上的分布主要集中在穗部(14.29%～62.08%),隨著地理緯度的升高,逐漸向全株分散。越冬蟲態(tài)以5齡和4齡幼蟲為主,個(gè)別地區(qū)存在3齡;5齡幼蟲大于70%,4齡幼蟲在2.8%～26.37%之間。不同地區(qū)越冬前存活率大于87.30%,越冬后存活率48.22%～73.00%之間。6.通過分時(shí)段對東北不同地區(qū)亞洲玉米螟滯育幼蟲越冬期間的過冷卻點(diǎn)(SCP)、冰點(diǎn)(FP)、蟲體含水量和脂肪含量進(jìn)行監(jiān)測,研究了玉米螟越冬幼蟲的抗寒性時(shí)間動態(tài)。結(jié)果表明東北地區(qū)不同地理種群亞洲玉米螟過冷卻點(diǎn)在-5℃～-25℃、冰點(diǎn)在-2.5℃～-15℃范圍內(nèi),隨著環(huán)境溫度的降低,亞洲玉米螟滯育幼蟲的過冷卻點(diǎn)持續(xù)降低,抗寒能力不斷的增強(qiáng),越冬期間先下降后上升,最低點(diǎn)出現(xiàn)在1、2月份;蟲體含水量在50-70%范圍內(nèi);越冬期間先下降后上升,與環(huán)境溫度、過冷卻點(diǎn)變化趨勢一致,最高含水量出現(xiàn)在4月份,蟲體最低含水量隨著地理緯度的降低而升高(r=-0.758,n=12,P<0.01);脂肪含量在45-70%范圍內(nèi),越冬期間先上升后下降,最高脂肪含量隨著地理緯度的降低而降低(r=0.697,n=12,P<0.01)。幼蟲抗寒能力(最低過冷卻點(diǎn)和最低冰點(diǎn))與蟲體最低含水量和最高脂肪含量顯著相關(guān)(P<0.01)。亞洲玉米螟滯育幼蟲的抗寒性高緯度地區(qū)強(qiáng)于低緯度地區(qū);環(huán)境溫度越低,越能體現(xiàn)出其抗寒能力和不同地理種群間的抗寒能力分化。7.亞洲玉米螟滯育幼蟲在經(jīng)過交變溫度處理后,使用qPCR技術(shù)測定Hsc70基因及Hsp90基因的相對表達(dá)量,并利用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)Hsc70基因及Hsp90基因交變溫度處理時(shí)均有響應(yīng),在低溫誘導(dǎo)階段表達(dá)量變化并不明顯,但在恢復(fù)階段表達(dá)量均會明顯上調(diào),在恢復(fù)3h后,兩種基因的表達(dá)量均達(dá)到最大值。Hsc70基因及Hsp90基因?qū)喼抻衩酌蜏負(fù)p傷的修復(fù)起到了重要作用。8.將沈陽地區(qū)2000～2012年溫度、濕度、雨量、積溫、光照等氣象數(shù)據(jù)作為預(yù)