连江流域蝗虫发生与植物的关系

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连江是珠江四大干流之一北江的上游河段,又称小北江。连江流域处于广东省北部地区,属于我国东部季风区的边缘地带,植被丰富,生物多样性程度较高。但在近20年里,该地区有一种土蝗——越北腹露蝗暴发成灾,给当地农业生产带来严重的影响。我国是一个蝗虫多发国家,对飞蝗的研究一向重视程度超过土蝗,例如东亚飞蝗和亚洲飞蝗,而对地方性暴发成灾蝗虫的研究仅仅集中在北方草原蝗虫和一些经济作物上发生的蝗虫,如危害竹林的黄脊竹蝗、危害棉田的棉蝗以及危害水稻的中华稻蝗等。对南方独特的丘陵河流生境内土蝗进行系统研究尚无先例。昆虫与植物之间关系的研究是昆虫生态学最基本的内容,研究连江流域蝗虫发生与植物之间的关系是为了更好利用该地区优势种蝗虫的食性以及优势种蝗虫与嗜性寄主植物之间的化学联系来预测蝗虫的发生情况和控制蝗虫灾害。本文研究了连江流域蝗虫发生与分布与生境中海拔、经纬度等非生物因子和植物群落等生物因子之间的关系,对连江流域优势种蝗虫中的暴发种——越北腹露蝗与其嗜性寄主植物枫杨之间的化学生态学问题进行了深入的研究。主要结果如下: ⑴通过对粤北连江流域英德、阳山和连州三个县市共15个乡镇的样点全面调查,采集到蝗虫共有43种,分属蚱总科3个科3种和蝗总科4个科17个亚科40种。越北腹露蝗、棉蝗、长角线斑腿蝗等12种蝗虫为该地域的优势种蝗虫,处于中游河段的阳山地区蝗虫的丰富度要高于英德和连州,而夏季出现蝗虫的种类要高于其它季节;相关性分析的结果表明,连江流域蝗虫发生的种类数与海拔高度及经纬度的变化关系不大。 ⑵对连江中游阳山县境内6个样地河滩的植物群落及蝗虫类群进行调查。调查结果显示从6个河滩共采集到的植物经鉴定共有136种植物,分属于46个科,其中草本层植物共有99种,灌木层植物25种,乔木层植物12种。不同样地河滩由优势种植物和背景植物构成不同的植物群落,对6种不同类型植物群落当中蝗虫存在度,以及植物群落之间蝗虫发生情况进行相似度和聚类分析,结果显示,不同植物群落蝗虫的种类组成和存在度以及优势种的发生情况均存在差异,植物群落可以决定蝗虫的适合度,禾本科食性蝗虫主要存在于禾本科植物为主要优势种的植物群落中,如典型的禾本科食性蝗虫花胫绿纹蝗、中华稻蝗等主要发生于狗牙根—苍耳—黄荆群落;而非禾本科食性蝗虫则存活于植被构成较复杂,以非禾本科植物为主要优势种的、生态位幅度较宽的植物群落,如越北腹露蝗、长角线斑腿蝗和短角异腿蝗主要存在于枫杨—小簕竹—白饭树—雪见草群落和意大利杨树—雪见草—狗牙根群落。 ⑶通过对连江流域存在的12种优势种蝗虫的上颚形态进行研究,根据上颚类型将连江流域优势种蝗虫划分成3类,禾本科食性、非禾本科食性以及禾本科非禾本科混食性蝗虫。禾本科食性蝗虫上颚形态特征具有较深齿基,切齿厚而钝,臼齿有平行的嵴和沟,以磨碎食物为主要功能,通常以取食C4植物为主;非禾本科食性蝗虫上颚形态特征齿基较浅,切齿薄而锋利,有明显切割边缘,臼齿有明显凹陷,小齿锁状嵌合,片状排列,以切割植物为主要功能,食性以取食C3植物为主。禾本科非禾本科食性蝗虫上颚特征处于两者之间,混食C3和C4植物。 ⑷通过对连江流域存在的12种优势种蝗虫触角感器进行研究。结果表明,蚱总科蝗虫广西刺翼蚱感器类型与蝗总科蝗虫相比差别较大,类型较单一,感器数量总数少,蝗总科锥头蝗科的短额负蝗与其它斑腿蝗科和斑翅蝗科蝗虫比较而言,触角感器类型和数量有较大差异,要少于其它两个科;斑翅蝗科蝗虫感器种类要少于斑腿蝗科蝗虫,如不考虑虫体大小对蝗虫触角感器数量影响,前者感器数量要低于后者;在触角长度相等或相近的情况下,非禾本科食性蝗虫触角的腔锥形感器的绝对数量要大于禾本科食性蝗虫。 ⑸通过对连江流域存在的12种优势种蝗虫的上唇内唇A型感器类型及数量关系进行分析,结果表明,非禾本科食性蝗虫A型感器相对数量要大于禾本科非禾本科食性蝗虫和禾本科食性蝗虫,A1感器数量变化与蝗虫多食性之间相关性最大。 ⑹通过对粤北地区越北腹露蝗发生典型样地墩背河滩和英德桑地蝗虫种群空间格局和发生动态进行调查,结果表明粤北地区越北腹露蝗在不同生境下具有完全不同的迁移扩散模式。墩背河滩蝗虫选择垂直扩散模式,即随着龄期增长,蝗虫会由草本层植物向乔木层植物迁移,3~4龄期间则有部分蝗蝻从乔木层和灌木层植物向周边植物做短距离转移,成虫阶段集中回到枫杨等植物进行交配,随后在附近这些植物四周沙壤中产卵:英德桑地蝗虫则随着龄期增长,呈现一种水平扩散的模式,低龄蝗蝻聚集成团,聚集程度随着龄期增长而减弱,5龄蝗蝻和成虫则近乎均匀地分散于桑地桑树上。 ⑺通过“H”嗅觉仪、“Y”嗅觉仪、触角电位仪(EAG)、网室和田间诱蝗实验等研究越北腹露蝗对寄主植物枫杨及其挥发油的嗅觉反应,实验结果表明越北腹露蝗对枫杨具有明显的嗅觉反应,嗅觉行为强度随着龄期的增大而减弱;而对枫杨的嗅觉反应要强于桑叶Morus alba L.。挥发油引起的EAG绝对反应值要远大于新鲜植物引起的EAG值,挥发油嗅觉行为反应的测定结果也表明相同龄期蝗虫对枫杨挥发油的趋性要强于对桑叶挥发油。 ⑻利用GC—EAD技术和GC/MS联用技术分析枫杨挥发油中对越北腹露蝗具有生物活性的化合物进行研究,实验结果表明,枫杨中存在一种化合物对越北腹露蝗具有很强的生物活性,但是利用质谱很难判断该化合物的名称、结构和分子量。通过GC—FTIR和化学电离源质谱测试和对质谱图的解析,基本确定该化合物是一种分子量为88,具有一个羰基、一个游离羟基和一个醚键,分子式为C4H8O2,化学式为CH3CH(OH)COCH3的化合物。 ⑼对越北腹露蝗触角感器类型和数量以及分布及其与各龄态蝗虫嗅觉行为变化的关系进行研究,结果表明,各龄态蝗虫触角腔形感器密度变化与室内嗅觉反应和田间诱蝗反应的结果呈极显著相关;其他类型感器的密度变化与上述两种行为反应的数量变化的相关性不显著。
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