稻田捕食性天敌对稻飞虱的捕食作用及其生态学机理研究

稻田捕食性天敌对稻飞虱的捕食作用及其生态学机理研究

稻飞虱是亚洲稻区危害水稻最为严重的害虫,多年研究表明提高稻田生态系统的自然调控功能是治理稻飞虱的有效途径。水稻生态系统中有丰富的捕食和寄生稻飞虱的天敌,它们能显著控制稻飞虱种群的发展,而捕食性天敌具有更大的控制作用。

本论文在比较热带和亚热带稻区节肢动物群落结构的基础上,通过多重荧光定量和功能反应方法研究了稻田主要天敌对两种飞虱的捕食作用。同时,利用Metabarcoding技术检测稻田生态系统五种主要捕食性天敌拟环纹豹蛛Paadosa pseudoannulata、锥腹肖蛸Teetraagnatha maxillosa、食虫瘤胸蛛 Ummelita insecticeps、八斑球腹蛛 Coleosoma octomaculatum 和黑肩绿盲蝽Cyrtorrhinus lividipennis等五种重要捕食性天敌的猎物谱和捕食动态,比较了各种天敌的猎物转换及其调控稻飞虱种群数量动态的机制,探索增强农田生态系统中广食性捕食天敌对害虫种群数量调控功能的途径,丰富自然调控理论,为提升农田生态系统捕食性天敌控害功能提供参考。

本文主要研究结果如下:1)进一步揭示了热带和亚热带稻区稻飞虱种群动态规律与治理策略的生态学机理。连续两年用相同的水稻品种、田间农事操作方式以及调查取样方法,比较研究了热带菲律宾Los Bannos国际水稻所和亚热带富阳中国水稻所两年两地稻田主要害虫白背飞虱和褐飞虱种群动态、节肢动物群落结构,以探索我国稻飞虱频繁灾变的生态学机理。

结果表明尽管两年两地稻飞虱初始虫量相当,但亚热带地区稻飞虱种群增长倍数较热带地区高数倍,乃至数十倍。同时,热带稻区感性品种田间白背飞虱和褐飞虱的高峰虫量与抗性品种田间相应飞虱高峰虫量差异并不显著。

但在我国亚热带稻区感性品种田间白背飞虱和褐飞虱的高峰虫量均显著高于抗性品种田间相应飞虱的高峰虫量。研究表明两地节肢动物群落结构的差异是导致这一现象的主要原因。

以上结果客观地反映了热带稻区和亚热带稻区稻飞虱种群动态机制,表明亚热带稻区具有极大的提升自然调控功能的潜力,也揭示了在现有条件下,发展抗性品种对于亚热带稻区的稻飞虱可持续治理具有极为重要的意义;2)比较了不同种类蜘蛛田间控制稻飞虱的功能,并提出了四种主要蜘蛛对两种稻飞虱的田间功能反应方程:根据已优化的两种飞虱的ALLglo探针,得到了 2011和2012年富阳中国水稻所SY63稻田和IR64稻田皿蛛科、球腹蛛科、狼蛛科、肖蛸科、跳蛛科、园蛛科和其它蜘蛛(包括蟹蛛科、管巢蛛科和盗蛛科)对白背飞虱、褐飞虱捕食的阳性率。结果表明跳蛛科蜘蛛对两种飞虱具有较高的捕食阳性率;发现所有捕食性天敌的飞虱残留量阳性率不仅与猎物密度相关,而且也与天敌的生态位相关。

同时,研究建立了田间自然条件下拟环纹豹蛛、锥腹肖蛸、八斑球腹蛛和食虫瘤胸蛛捕食两种稻飞虱的功能反应方程;3)初步建立了稻田节肢动物条形码数据库。利用马氏网、陷阱法、盆拍法、吸虫器等方法,采集稻田节肢动物种类,用COI基因的通用引物对LCO1490和HC02198,经过PCR扩增得到了 131种稻田节肢动物种类的条形码,为后面高通量测序建立了比较完整的参考库;通过对该基因序列构建系统发育树发现,COI基因能把近缘的种类聚为一支,与传统的分类系统相一致;而且也能把近缘的种类通过该基因分开。

鉴于稻田生态系统还没有完整的种类资源库来应对这些变化,我们建立的条形码数据库不仅有利于本研究利用metabarcoding的方法来监测稻田物种的多样性,并且为以后的动物分类学研究提供了信息。4)筛选出商通量测序引物。

根据PCR扩增得到的稻田节肢动物条形码库,以及NCBI上已有的稻田节肢动物DNA序列,并结合发表文献中所记载的引物,设计了一对比较好的minibarcode 测序引物。对该引物进行扩增效率的评估表明,Mod1490F2-ZBJR引物对可扩增的物种占评估种类数的87.67%,平均亮度为2.77个“＋”表明引物的通用性和扩增效率已基本达到研究要求。

5)基本明确了五种主要天敌的猎物谱及猎物转换机制。本研究采用高通量测序和宏条形码的方法,比较了稻田生态系统主要捕食性天敌拟环纹豹蛛、锥腹肖蛸、食虫瘤胸蛛、八斑球腹蛛和黑肩绿盲蝽对稻田主要害虫白背飞虱和褐飞虱的生态控害功能、猎物多样性和猎物转换动态,表明拟环纹豹蛛具有较强的群内捕食行为,而黑肩绿盲蝽和锥腹肖蛸具有较高的稻飞虱捕食率。

综上所述,本文利用探针法定量研究了不同科蜘蛛对两种飞虱的捕食作用,并得到四种蜘蛛田间的功能反应方程。同时,利用高通量测序和宏条形码技术研究了五种天敌的猎物谱,发现这五种天敌在水稻移栽前期均能捕食中性昆虫;在水稻生育中后期,对白背飞虱和褐飞虱捕食量大。

在不同的农田系统,稻田捕食性天敌对害虫的捕食及其猎物的转换机制表现出显著的差异,这种差异为我们更好的保护天敌,并发挥其控制作用提供了依据。上述结果表明近年发展的新型分子生物学技术的应用有助于我们加深对田间捕食性天敌对有害生物的控制作用和机制的了解。