稻水象甲入侵的低温适应性及生理机制

The rice water weevil is one?of quarantine pests over?the?world and?the?most?important?pests?of?rice.?It has been listed one of 100 kinds of the most threatening alien invasive species, and one of quarantine pests on food crops to be managed importantly in our country. With its expansion to south and north, the rice water weevil has invaded to 16 provinces in China including of the three northeastern provinces and the trend is continues which has a serious impact on rice production and food security in our country. Rice water weevil has strong tolerance to cold, can safely spend the winter in the cold northern winter. Low temperature is detrimental to the growth and development of insects, but insects had formed a series of adaptive countermeasures during the long-term evolution, but it is not yet clear which behavioral and physiological strategies was taken by the rice water weevil to adapt to low temperature. The behavior countermeasures of the rice water weevil adaptive to low temperature is made clear, through field investigation and outdoor simulations on the basis of preliminary studies in the research. The impact of temperature on the wintering behavior is analyzed. The variation of the cold-tolerant material of rice water weevil with temperature is analyzed to make clear the physiological cold-tolerant strategy with gas spectrum or liquid spectrum, automatic amino acid. The effect of temperature on the synthesis or transformation of cold-tolerant material is resolved. The research will lay the base for the the research of invasion, forecast and control of the rice water weevil.

稻水象甲是一种严重危害水稻的世界性检疫害虫，国际自然保护联盟已将其列为全球100种最具威胁的外来入侵生物之一，我国也将之列为粮食作物上重点治理的检疫性害虫之一。随着稻水象甲的南侵北扩，已入侵到我国包括东北三省在内的16个省市，且有继续蔓延的趋势，对我国的水稻生产和粮食安全造成了严重影响。稻水象甲耐寒能力较强，在北方寒冷的冬季能够安全过冬。低温对昆虫的生长发育是不利的，昆虫在长期的进化中形成了一系列的适应性对策，但是稻水象甲采取哪些行为和生理对策来适应低温目前还未明确。本项目在前期研究的基础上，通过田间系统调查和室外模拟实验明确稻水象甲对低温适应的行为对策，同时分析温度对其越冬行为的影响；采用气谱或液谱、氨基酸自动分析仪等测定方法分析了稻水象甲体内抗寒物质随温度变化的变化规律，明确其生理抗寒策略，解析温度对抗寒物质合成或转化的影响，这一研究将为稻水象甲的入侵扩散、预测预报及防治研究奠定基础。

稻水象甲是一种严重危害水稻的世界性检疫害虫，国际自然保护联盟已将其列为全球100种最具威胁的外来入侵生物之一，我国也将之列为粮食作物上重点治理的检疫性害虫之一。随着稻水象甲的南侵北扩，已入侵到我国包括东北三省在内的16个省市，且有继续蔓延的趋势，对我国的水稻生产和粮食安全造成了严重影响。稻水象甲耐寒能力较强，在北方寒冷的冬季能够安全过冬。低温对昆虫的生长发育是不利的，昆虫在长期的进化中形成了一系列的适应性对策，但是稻水象甲采取哪些行为和生理对策来适应低温目前还未明确。本项目在前期研究的基础上，通过田间系统调查和室外模拟实验明确稻水象甲对低温适应的行为对策，同时分析温度对其越冬行为的影响；采用气谱或液谱、氨基酸自动分析仪等测定方法分析了稻水象甲体内抗寒物质随温度变化的变化规律，明确其生理抗寒策略，解析温度对抗寒物质合成或转化的影响，这一研究将为稻水象甲的入侵扩散、预测预报及防治研究奠定基础。研究结果表明，稻水象甲在长春地区主要在稻田周围向阳地带的田埂土壤中群集越冬，草皮下的土壤中居多。通过用不同温度处理稻水象甲越冬成虫发现，在4℃、0℃和-20℃的处理下，随着时间的延长，死亡率增加。稻水象甲成虫无法适应-20℃的低温，处理1h后死亡率达到96.7%，处理3h后全部死亡。对4℃和0℃的低温具有一定的适应能力，处理24h的死亡率达到30%左右。通过测定不同温度处理的稻水象甲成虫体内水分、糖原、蛋白质含量发现，稻水象甲通过降低体内水分含量，增加糖原和水溶性蛋白含量来适应低温。通过测定不同地理种群和不同季节稻水象甲成虫体内海藻糖、山梨醇、甘油和葡萄糖等含量的变化进一步证明了稻水象甲的抗寒生理机制是通过增加体内海藻糖、山梨醇、甘油和葡萄糖等小分子物质含量，降低体内水分含量来适应外界的低温。研究表明，快速冷驯化可以提高一些昆虫对低温的适应能力，通过测定在0℃下冷驯化4h后稻水象甲成虫在-8℃死亡率和体内抗寒物质变化，结果表明，0℃下的快速冷驯化可以显著提高成虫在-8℃的存活率，体内的抗寒物质也出现了显著的增高。通过以上结果，本研究明确了稻水象甲对低温适应的策略和生理机制以及快速冷驯化对稻水象甲抗寒能力的影响，为稻水象甲种群入侵的生态学适应、种群扩张机制及防治研究提供了理论基础。