景观格局变化下麦蚜-寄生性天敌的协同进化动态与反馈机制研究

Feedback between community structure and evolutionary dynamics is a central theme of ecology. Agricultural landscapes can change the structure and species composition of the insect community, and then may drive the coevolution of host-parasitoid system. So the ecological network of aphid-parasitoid is the best choice for studying the link between community structure and evolutionary dynamics. In this project, we choose the diffuse coevolution of aphid-parasitoid wasp as our study object. By analyzing how the competition interactions between parasitoids affect the target aphid-parasitoid coevolution in quantitative networks, the trade-off relationship between host resistances against multi-enemies is assessed. Meanwhile, based on effects of community structure on local adaption of generalist parasitoid, the coevolutionary alternation and switching effects between hosts preference are also estimated. Combining adaptive dynamics, we construct the metacommunity evolutionary model to infer the quantifying feedback of evolutionary process on community structure. The ultimate objective of this project is to reveal the eco-evolutionary feedback loop. The project is of great significance, because it can not only enrich the theory of eco-evolution, but also improve the efficiency of pest biological control.

群落结构和物种间协同进化的相互作用与反馈机制是生态学研究的重要论题。景观格局的改变影响了农田昆虫群落结构与物种组成，从而驱动物种间协同进化动态的演变，因此麦蚜-寄生性天敌网络是研究群落结构与进化关系的理想场所。本项目以麦蚜和寄生性天敌间的弥散协同进化为研究对象,通过构造定量化麦蚜-寄生性天敌网络，研究天敌种间竞争对蚜虫-寄生蜂协同进化的影响，确定蚜虫对多种天敌抵抗力之间的权衡关系；依据食物网结构对多寄主型天敌局部适应性的调控作用，明确蚜虫-寄生蜂协同进化的交替动态与转换效应；结合适应性动态理论，通过集合群落上的进化模型推断蚜虫-寄生蜂进化过程对食物网稳定性的定量反馈机制，从而全面揭示麦蚜-寄生性天敌群落结构与进化过程的反馈圈机理。本项目的实施既有助于丰富和发展生态-进化理论，也有助于建立提高生物防治效率的措施，具有非常重要的科学意义。

探讨生态-进化互作过程是群落生态学中的重要研究课题之一。群落结构和物种间协同进化的相互反馈机制的深入研究，为阐明物种适应性机制等基础生态学问题提供了理论支持。本项目一方面从理论上研究寄生群落的稳定性及其对病虫害传播风险与进化分支动态的影响。首先，从竞争群落和多层生态网络分别考虑病虫害传播动态对食物网结构及其稳定性的定量反馈，特别是探索了种间相互作用、生物多样性以及环境异质性等对传播风险的生态调控影响。其次，基于适应性动态理论，研究群落结构中不同种间关系类型及其交互强度导致的高阶相互作用（间接效应）对病虫害感染-宿主抵抗特征的协同进化动态、多态维持机制以及病虫害风险的生态控制等方面的影响，阐明群落结构如何改变病虫害-宿主的协同进化动态，确定特征之间的权衡关系能够定量地影响协同进化分支，但定性结果是鲁棒的。另一方面，我们依据植物-蚜虫-天敌实验，检测不同抗性植物上蚜虫优势种的生活史特征，并对病虫害的生态控制方法进行研究。我们发现如下三个主要成果：①生态网络中物种构成，网络拓扑特征以及种间作用类型与群落稳定性之间存在显著相关性，而群落稳定性又能够改变病虫害的传播风险，特别是面对多种交互类型的生态网络时，捕食控害的传统结果被打破，捕食天敌的生态调控作用受种间互作类型之间的平衡所影响；②宿主之间的高阶作用（捕食和竞争引起的间接效应）能够减弱宿主抵抗与病虫害感染特征的协同进化分支，进化动态由多态转化成二态或者周期性进化动态，最终转化成进化稳定性的策略；③不同抗性植物上的蚜虫优势种生物量、生长发育、繁殖力以及体重大小等生活史特征存在不同，同时，揭示生态能学-荧光定量PCR评价体系能够定量评价捕食性天敌对蚜虫的控害潜能。研究结果在一定程度上阐明了病虫害的生物防治与群落结构以及进化动态之间的关系，在一定程度上丰富和发展了生态-进化相关理论。