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桔小实蝇和红火蚁在江苏省的入侵风险分析

熊焰  
【摘要】: 桔小实蝇(Bactrocera dorsalis Hendel,或Dacus dorsalis Hendel)和红火蚁(Solenopsis invicta Buren)是2种世界性检疫害虫。桔小实蝇现已扩散到北美洲、大洋洲和亚洲的20多个国家和地区;目前在中国分布于台湾、广东、广西、湖南、贵州、福建、海南、云南、四川等省区;该虫以幼虫蛀食为害柑桔、柚子、桃、莲雾、榴莲、番石榴、芒果、香蕉、荔枝、龙眼等数百种栽培作物和野生植物,传播途径隐蔽,是当今为害最为严重的农业害虫之一,在我国被列为进境植物检疫二类危险性害虫。红火蚁原分布于南美洲的Parana流域,目前已入侵美国、巴西、秘鲁、玻利维亚、阿根廷、乌拉圭、波多黎哥、澳大利亚、新西兰、马来西亚、安提瓜岛和巴布达岛、巴哈马群岛、特立尼达和多巴哥等国家和地区,并在世界范围内呈现出迅速扩散趋势;在中国台湾、香港、澳门、广东、广西和湖南等省区有分布;农业部已将其定为中华人民共和国进境植物检疫性有害生物和全国植物检疫性有害生物。红火蚁危害人类健康,破坏生态系统和公共设施,影响农业生产并耗费巨额防治费用。江苏省面临着上述两类害虫严峻的入侵趋势,对这两类有害生物的防控手段以进出口贸易检疫为主。本文拟分别基于该两种有害生物的生物学和生态学特征,应用地理信息系统(Arc GIS8.1)对其在江苏省的入侵风险进行分析。此外,还尝试应用分子生物学的方法,以mtDNA COI基因为分子遗传标记,研究火蚁属的种间关系和中国的5个红火蚁地理种群的遗传差异。这将有助于我们从宏观和微观两个方面认识有害生物,了解其入侵途径和爆发机制,为有效地控制其扩散和危害奠定理论基础。 一、桔小实蝇在江苏省的入侵风险分析 温度是决定桔小实蝇地理分布和扩散趋势的最重要的关键因子。基于桔小实蝇的生物学和生态学特性,在Excel平台上统计分析了江苏省13个站点20年的气象数据。数据分析表明江苏省是桔小实蝇的潜在适生分布区;有效积温分析表明,桔小实蝇一年内在江苏省可发生5-7代;基于地理信息系统Arc GIS 8.1的桔小实蝇地理分布预测图表明其潜在的高发期为7月下旬和8月上旬;预测结果还显示,桔小实蝇在常州、溧阳、苏州、南京和吕泗等31°N-32°N地区有相对较好的适生性。 二、红火蚁在江苏省的入侵风险分析 红火蚁的适生情况取决于某一地区蚁后是否能够产生一定临界数量有翅蚁,而低温导致过低的生殖率和越冬死亡则证明红火蚁不适合在该地区生存繁衍。虽然海拔高度和降雨量可能对红火蚁的分布与扩散能产生影响,但是在分析了江苏的农业地理概况和江苏省13个站点20年的气象数据后,海拔高度和降雨量不会限制其在江苏省的分布与扩散。数据分析表明江苏省是红火蚁的潜在适生分布区;有效积温分析表明,红火蚁一年内在江苏省可发生1-3代;基于地理信息系统Arc GIS 8.1的红火蚁地理分布预测图表明其潜在的高发期为7月下旬和8月上旬;预测结果还显示,红火蚁在常州、溧阳、苏州、南京和吕泗等31°N-32°N地区有有较高的入侵风险。 三、中国红火蚁种群分子遗传结构的初步研究 分子遗传标记己经被国内外众多学者广泛应用于昆虫学的各个领域,如分类鉴定、系统分化、害虫防治、生态适应等。目前分子生物学技术在外来有害生物入侵风险研究中主要应用于有害生物的诊断、近缘种的分类鉴定和群体间系统发育分析两个方面。建立在丰富的核酸序列信息的分析基础之上的分子种群系统发育分析,有助于更深入地了解有害生物种间关系和种群的遗传变异、起源、进化和入侵、定殖及扩散等问题。线粒体细胞色素氧化酶亚基Ⅰ(mtDNA COI)基因适合用来分析亲缘关系较近的种、种下分类阶元以及地理种群之间的系统关系。本研究采用DNA序列分析法,对采自中国不同地区红火蚁的mtDNA COI基因序列进行比较,分析并揭示红火蚁与其相似种的关系及红火蚁各地理种群间的遗传差异。 试验用红火蚁于2005-2006年采集于广东吴川市、广西北流市、广西陆川市、广西岑溪市和湖南张家界市,保存于100%乙醇中。采用UNIQ-10柱式动物基因组DNA抽提试剂盒提取红火蚁的基因组DNA。应用合适的引物对其进行PCR扩增,历经PCR产物回收纯化、连接和转化后用扩增引物做测序引物。经PCR检测后将阳性克隆用于测序。每个地理种群随机抽取至少3个样本进行测序,以其一致序列为准。最终成功的扩增出长度为965 bp的mtDNA COI中央序列。将获得的DNA序列先提交到GenBank数据库中,然后利用NCBI站点“BLAST”工具进行序列分析、DNA序列检索。并引入阿根廷12个地区和巴西8个地区的红火蚁mtDNA COI序列,以阿根廷和巴西的火蚁属其它8个种mtDNA COI序列作为外群,用GenDoc软件进行序列同源性比较;用BioEdit软件进行序列编辑;用Clustal X软件进行序列比对;比对结果输入MEGA 2.1软件,用邻接法构建系统发育树。 研究结果发现,利用mtDNA COI序列作为分子遗传标记可以较好的解决红火蚁与其近似种的区分问题。火蚁属其它种如S. pusillignis、S. electea、S. daguerrei、S.megergates、S. macdonaghi、S. interrupta作为外群较先以极高的置信度被划分出来,与红火蚁S. invicta分别处于不同的进化分支上。中国的红火蚁种群在进化上被分为两个分支,但是它们都和阿根廷的红火蚁亲缘关系较近。红火蚁广西陆川种群、广西北流种群和湖南张家界种群的亲缘关系较近,和阿根廷一部分种群处于同一支内;而由于红火蚁广西岑溪种群和广东吴川种群的序列完全相同,它们和阿根延红火蚁另外一些地理种群处于一个较大的分支内。红火蚁传入中国的历史不长,分子进化水平上的差异不会相差太大,因此我们推测中国红火蚁很可能起源于阿根廷或其他南美地区,但是进入的时间和途经可能有别。5个地理种群间遗传分化程度总体而言比较低,其原因一方面可能与我们推测该虫在中国的历史较短有关。由于该虫在中国发展的时间相对较短,估计还不足以积累更多的遗传变异,各种群仍然还保持着相对密切的遗传联系,故表现为遗传分化程度不高;另一方面,这5个种群遗传分化的程度较低也可能与各种群所在区域内的生态条件基本一致有关。群体的分化程度主要是对所在的生态条件相适应的结果,如果其所产生环境作用强度及方向大体相同,则各分布区内的种群将难以形成显著的分化。


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