气候变暖对麦长管蚜避热行为的影响及其后续生态效应的模拟实验研究

Impact of climate warming on insects becomes one of hot spots in entomology and ecology in the world.The assessment of the capacity of insects to respond the climate warming is emerged as one of the key issues in this area. The approaches to assess the capacity has been badly needed in recent years. Recent studies concerning insects' responses to climate warming showed that insects' heat tolerance cannot be enhanced through physiological or genetic ways. Avoiding high temperatures by behavioral pathways may be an important strategy to deal with climate warming. Changes in behavior would not only affect insects' individual development, but also impact their population development. In present study, we would define some physiological indices to measure quantitatively the behavioral responses of aphids to climate warming. By simulating the slowly increase in daytime temperature in wild, we would test the effects of high-temperature increase in degree, duration and occurrence frequency on behavioral responses of cereal aphids to climate warming. We would study the impact of behavioral changes of the aphids on individual development, population growth and the further ecological consequence. This will help us to reveal the ecological mechanism of behavioral responses caused by the most important factors of climate warming on insects, i.e. temperature increase, on individual development and population growth of cereal aphids. Our research group has accumulated rich experience in studying the ecology and behavior of the cereal aphid to high temperature. Compared with the latest international developments, our research ideas and innovative approaches have certain strength.

气候变暖对昆虫影响是近年来国际上关注的热点问题。昆虫对气候变暖的应对能力又是该领域的核心问题之一。国外研究表明，昆虫不能通过生理或遗传方式显著增强长期耐热性来应对气候变暖，而躲避高温行为则是应对气候变暖的重要策略。昆虫行为的改变不仅影响个体发育，还直接关系到种群发展。我们在多年积累的基础上，以重要害虫麦长管蚜为研究对象，创造性地提出蚜虫避热行为反应的新生理指标；采用国际最先进的模拟自然温度变化方法，实验模拟气候变暖条件下日间高温变化特征；研究日间温度升高、高温持续时间延长、高温日出现频率增加对麦长管蚜避热行为的影响；研究温度驱动的蚜虫避热行为变化对其个体发育和种群发展的影响；旨在揭示气候变暖通过调节蚜虫避热行为对蚜虫个体发育和种群数量影响的生态学机制，为蚜虫种群预测水平提供新途径。我们在麦蚜高温生态学和行为学研究中积累了丰富经验，与国际最新进展相比在该方向的研究思路和方法创新上有一定实力。

行为避热即体温调节行为是昆虫等变温动物应对气候变暖的重要策略，但昆虫行为的改变不仅影响个体的存活、发育和繁殖，还直接影响种群的发展。本项目建立了定量描述温度变化对昆虫体温调节行为影响的方法，以及昆虫应对温度升高行为反应后续生态学效应的研究方法。明确了气候变暖特征对麦长管蚜避热行为的影响，揭示了由气候变暖导致的温度变化与蚜虫避热行为之间的关系。揭示了气候变暖通过改变蚜虫避热行为产生的后续生态效应，阐明了由气候变暖导致的避热行为对麦蚜种群数量的影响，建立了气候变暖对蚜虫避热行为及其后续生态学效应的理论。（1）通过模拟麦蚜对自然界微环境温度时空异质性的行为反应，定义了昆虫躲避高温胁迫爬行和跌落行为的参数指标，研究证实了麦蚜能够通过爬行和跌落主动躲避高温胁迫，这一发现对研究蚜虫等昆虫通过体温调节行为应对气候变化提供了理论依据和实证支持。（2）研究发现了微环境温度时空异质性能够影响麦蚜对微环境的选择行为，并改变麦蚜在寄主植物上的微环境空间分布。这些发现对了解环境变化对麦蚜微环境分布的影响及改进麦蚜田间抽样技术有重要的意义。（3）研究发现麦蚜的避热行为能够影响其个体的存活和能量获取，建立了“避热行为—定殖寄主—能量消耗”三者之间的联系，为研究蚜虫对热胁迫行为反应导致的生态学后果提供了理论依据。（4）通过开展实验室和田间的模拟试验，研究发现高温胁迫和避热行为频率增加将对麦蚜的种群产生不利的影响，为研究气候变化对昆虫行为及其后续生态学影响提供了数据支持。本项目的研究思路和研究方法在气候变化对昆虫影响及昆虫对气候变化的适应机制方面有创新之处，所得结论在气候变化生物学和生态学研究方面具有一定的理论和实际意义，研究结果和所得数据在研究气候变化对麦蚜生态学的影响，以及预测气候变化下麦蚜的种群动态及提高气候变化条件下害虫预测水平等方面具有潜在的应用价值。