桔小實(shí)蠅和紅火蟻在江蘇省的入侵風(fēng)險(xiǎn)分析.pdf

1、桔小實(shí)蠅和紅火蟻是2種世界性檢疫害蟲(chóng)。桔小實(shí)蠅現(xiàn)已擴(kuò)散到北美洲、大洋洲和亞洲的20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)；目前在中國(guó)分布于臺(tái)灣、廣東、廣西、湖南、貴州、福建、海南、云南、四川等省區(qū)；該蟲(chóng)以幼蟲(chóng)蛀食為害柑桔、柚子、桃、蓮霧、榴蓮、番石榴、芒果、香蕉、荔枝、龍眼等數(shù)百種栽培作物和野生植物，傳播途徑隱蔽，是當(dāng)今為害最為嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)之一，在我國(guó)被列為進(jìn)境植物檢疫二類(lèi)危險(xiǎn)性害蟲(chóng)。紅火蟻原分布于南美洲的Parana流域，目前已入侵美國(guó)、巴西、秘魯、玻利維

2、亞、阿根廷、烏拉圭、波多黎哥、澳大利亞、新西蘭、馬來(lái)西亞、安提瓜島和巴布達(dá)島、巴哈馬群島、特立尼達(dá)和多巴哥等國(guó)家和地區(qū)，并在世界范圍內(nèi)呈現(xiàn)出迅速擴(kuò)散趨勢(shì)；在中國(guó)臺(tái)灣、香港、澳門(mén)、廣東、廣西和湖南等省區(qū)有分布；農(nóng)業(yè)部已將其定為中華人民共和國(guó)進(jìn)境植物檢疫性有害生物和全國(guó)植物檢疫性有害生物。紅火蟻危害人類(lèi)健康，破壞生態(tài)系統(tǒng)和公共設(shè)施，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并耗費(fèi)巨額防治費(fèi)用。江蘇省面臨著上述兩類(lèi)害蟲(chóng)嚴(yán)峻的入侵趨勢(shì)，對(duì)這兩類(lèi)有害生物的防控手段以進(jìn)出口貿(mào)易

3、檢疫為主。本文擬分別基于該兩種有害生物的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特征，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(Arc GIS 8.1)對(duì)其在江蘇省的入侵風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。此外，還嘗試應(yīng)用分子生物學(xué)的方法，以mtDNA COI基因?yàn)榉肿舆z傳標(biāo)記，研究火蟻屬的種問(wèn)關(guān)系和中國(guó)的5個(gè)紅火蟻地理種群的遺傳差異。這將助于從宏觀和微觀兩個(gè)方面認(rèn)識(shí)有害生物，了解其入侵途徑和爆發(fā)機(jī)制，為有效地控制其擴(kuò)散和危害奠定理論基礎(chǔ)。 一、桔小實(shí)蠅在江蘇省的入侵風(fēng)險(xiǎn)分析 溫度是決定桔小

4、實(shí)蠅地理分布和擴(kuò)散趨勢(shì)的最重要的關(guān)鍵因子。基于桔小實(shí)蠅的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性，在Excel平臺(tái)上統(tǒng)計(jì)分析了江蘇省13個(gè)站點(diǎn)20年的氣象數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析表明江蘇省是桔小實(shí)蠅的潛在適生分布區(qū)；有效積溫分析表明，桔小實(shí)蠅一年內(nèi)在江蘇省可發(fā)生5-7代；基于地理信息系統(tǒng)Arc GIS 8.1的桔小實(shí)蠅地理分布預(yù)測(cè)圖表明其潛在的高發(fā)期為7月下旬和8月上旬；預(yù)測(cè)結(jié)果還顯示，桔小實(shí)蠅在常州、溧陽(yáng)、蘇州、南京和呂泗等31°N-32°N地區(qū)有相對(duì)較好的適生性。

5、 二、紅火蟻在江蘇省的入侵風(fēng)險(xiǎn)分析 紅火蟻的適生情況取決于某一地區(qū)蟻后是否能夠產(chǎn)生一定臨界數(shù)量有翅蟻，而低溫導(dǎo)致過(guò)低的生殖率和越冬死亡則證明紅火蟻不適合在該地區(qū)生存繁衍。雖然海拔高度和降雨量可能對(duì)紅火蟻的分布與擴(kuò)散能產(chǎn)生影響，但是在分析了江蘇的農(nóng)業(yè)地理概況和江蘇省13個(gè)站點(diǎn)20年的氣象數(shù)據(jù)后，海拔高度和降雨量不會(huì)限制其在江蘇省的分布與擴(kuò)散。數(shù)據(jù)分析表明江蘇省是紅火蟻的潛在適生分布區(qū)；有效積溫分析表明，紅火蟻一年內(nèi)在江蘇省

6、可發(fā)生1-3代；基于地理信息系統(tǒng)Arc GIS 8.1的紅火蟻地理分布預(yù)測(cè)圖表明其潛在的高發(fā)期為7月下旬和8月上旬；預(yù)測(cè)結(jié)果還顯示，紅火蟻在常州、溧陽(yáng)、蘇州、南京和呂泗等31°N-32°N地區(qū)有有較高的入侵風(fēng)險(xiǎn)。 三、中國(guó)紅火蟻種群分子遺傳結(jié)構(gòu)的初步研究 分子遺傳標(biāo)記己經(jīng)被國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者廣泛應(yīng)用于昆蟲(chóng)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，如分類(lèi)鑒定、系統(tǒng)分化、害蟲(chóng)防治、生態(tài)適應(yīng)等。目前分子生物學(xué)技術(shù)在外來(lái)有害生物入侵風(fēng)險(xiǎn)研究中主要應(yīng)用于有害生物

7、的診斷、近緣種的分類(lèi)鑒定和群體間系統(tǒng)發(fā)育分析兩個(gè)方面。建立在豐富的核酸序列信息的分析基礎(chǔ)之上的分子種群系統(tǒng)發(fā)育分析，有助于更深入地了解有害生物種問(wèn)關(guān)系和種群的遺傳變異、起源、進(jìn)化和入侵、定殖及擴(kuò)散等問(wèn)題。線粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基Ⅰ(mtDNA COI)基因適合用來(lái)分析親緣關(guān)系較近的種、種下分類(lèi)階元以及地理種群之間的系統(tǒng)關(guān)系。本研究采用DNA序列分析法，對(duì)采自中國(guó)不同地區(qū)紅火蟻的mtDNA COI基因序列進(jìn)行比較，分析并揭示紅火蟻與其相似

8、種的關(guān)系及紅火蟻各地理種群間的遺傳差異。 試驗(yàn)用紅火蟻于2005-2006年采集于廣東吳川市、廣西北流市、廣西陸川市、廣西岑溪市和湖南張家界市，保存于100％乙醇中。采用UNIQ-10柱式動(dòng)物基因組DNA抽提試劑盒提取紅火蟻的基因組DNA。應(yīng)用合適的引物對(duì)其進(jìn)行PCR擴(kuò)增，歷經(jīng)PCR產(chǎn)物回收純化、連接和轉(zhuǎn)化后用擴(kuò)增引物做測(cè)序引物。經(jīng)PCR檢測(cè)后將陽(yáng)性克隆用于測(cè)序。每個(gè)地理種群隨機(jī)抽取至少3個(gè)樣本進(jìn)行測(cè)序，以其一致序列為準(zhǔn)。最終成

9、功的擴(kuò)增出長(zhǎng)度為965 bp的mtDNA COI中央序列。將獲得的DNA序列先提交到GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后利用NCBI站點(diǎn)“BLAST”工具進(jìn)行序列分析、DNA序列檢索。并引入阿根廷12個(gè)地區(qū)和巴西8個(gè)地區(qū)的紅火蟻mtDNA COI序列，以阿根廷和巴西的火蟻屬其它8個(gè)種mtDNA COI序列作為外群，用GenDoc軟件進(jìn)行序列同源性比較；用BioEdit軟件進(jìn)行序列編輯；用Clustal X軟件進(jìn)行序列比對(duì)；比對(duì)結(jié)果輸入MEGA

10、2.1軟件，用鄰接法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用mtDNA COI序列作為分子遺傳標(biāo)記可以較好的解決紅火蟻與其近似種的區(qū)分問(wèn)題?；鹣亴倨渌N如 S. pusillignis、S. eZectea、S. daguerrei、S. megergates、S. macdonaghi、S. interrupta 作為外群較先以極高的置信度被劃分出來(lái)，與紅火蟻S.invicta分別處于不同的進(jìn)化分支上。中國(guó)的紅火蟻種群在進(jìn)化上被分

11、為兩個(gè)分支，但是它們都和阿根廷的紅火蟻親緣關(guān)系較近。紅火蟻廣西陸川種群、廣西北流種群和湖南張家界種群的親緣關(guān)系較近，和阿根廷一部分種群處于同一支內(nèi)；而由于紅火蟻廣西岑溪種群和廣東吳川種群的序列完全相同，它們和阿根廷紅火蟻另外一些地理種群處于一個(gè)較大的分支內(nèi)。紅火蟻傳入中國(guó)的歷史不長(zhǎng)，分子進(jìn)化水平上的差異不會(huì)相差太大，因此推測(cè)中國(guó)紅火蟻很可能起源于阿根廷或其他南美地區(qū)，但是進(jìn)入的時(shí)間和途經(jīng)可能有別。5個(gè)地理種群間遺傳分化程度總體而言比較低