一种新的昆虫耐寒性指标模型的构建及应用

As one of significant content in insect ecology, the insect cold hardiness plays an important role in the forecast and control of pest insects. From thermodynamic energy, we will define the new concepts including supercooling curve, supercooling heat, specific heat capacity for insect, etc, and construct a new model to quantitatively evaluate the index for insect cold hardiness-supercooling heat method, which could quantitatively evaluate the cold hardiness for individual insect and reflect multiple factors (except the temperature and time factors, it also reflects the physiologies factors like weight, and even implicates the character of material composition in insect) with simplification and accuracy .We will apply and verify it in following aspects: 1) the quantitative evaluation of cold hardiness among similar and different insects; 2) the influence and corresponding law of the environmental changes to insect cold hardiness, which include cold acclimation, fast cold domestication, diapauses, different developmental stage and geographical population, and seasonal changes. Finally, we expect to construct a new evaluation standard system to further research the physiological and biochemical mechanism and evaluate the insect cold hardiness.

昆虫的耐寒性强弱对害虫预测预报及防治起着重要作用，是昆虫生态学研究的重要内容之一。本研究从热力学能量角度出发，定义了过冷却曲线、过冷却热量、昆虫比热容量等新概念，构建了一种新的定量评价昆虫耐寒性的指标模型-过冷却热量法。该方法具有简便、准确定量、反映因素多（除温度和时间外，还反映了体重等生理因素，甚至隐含了昆虫体内物质组成成分的特性）、能够定量评价昆虫个体耐寒性等特点。并从以下方面进行应用与验证：1）昆虫耐寒性强弱的定量比较，包括同类昆虫、不同类昆虫之间的比较；2）环境变化对昆虫耐寒性的影响及其规律，包括昆虫低温驯化、快速冷驯化、滞育对耐寒性的影响规律，以及不同发育阶段、不同地理种群、季节性变化的耐寒性差异规律。以期建立一种新的评价标准体系，为昆虫耐寒性的评价、生理生化机制等方面深入研究提供一个全新的思路。

昆虫的耐寒性是昆虫生态学研究的重要内容之一。本研究从热力学能量角度出发，构建了一种新的评价昆虫耐寒性的指标模型—过冷却热量法，并在异色瓢虫的耐寒性上对该方法进行了应用与验证。结果表明，过冷却热量法具有一定的应用价值与应用前景，比过冷却点更能精确和详细地反映异色瓢虫的抗寒性。从8月到10月，过冷却热量值呈增加趋势，而过冷却点没有变化，过冷却热量法反映了季节性变化对异色瓢虫耐寒性的影响。以棉铃虫为研究对像，研究取食转基因玉米与非转基因玉米、滞育与非滞育对越冬代棉铃虫抗寒性及其一些生理因子的影响。结果表明，取食转基因玉米的棉铃虫滞育蛹的过冷却点高于非滞育蛹，取食常规玉米的棉铃虫滞育蛹的鲜重明显大于非滞育蛹的鲜重，也明显大于取食转基因玉米的棉铃虫滞育蛹与非滞育蛹的鲜重。棉铃虫取食转基因玉米，其滞育与非滞育对蛹的鲜重没有影响。取食常规玉米的棉铃虫滞育蛹的干重大于非滞育蛹的干重，也大于取食转基因玉米的棉铃虫滞育蛹与非滞育蛹的鲜重。棉铃虫取食转基因玉米，其滞育与非滞育蛹的干重几乎没有差别。取食转基因玉米的棉铃虫滞育蛹的脂肪含量大于非滞育蛹的。取食常规玉米的棉铃虫滞育蛹与非滞育蛹的脂肪含量没有差异。以蚜虫为研究对象，利用碳氮稳定同位素标记技术追溯了蚜虫的取食来源，从而可按取食作物的不同将蚜虫进行区分。这为研究田间同一种昆虫取食不同的作物对耐寒性的影响，也即对不同宿主植物的昆虫耐寒性差异研究奠定了坚实基础。通过田间采样和室内实验，检测了三种棉花和取食蚜虫的碳氮稳定同位素。结果表明，单独使用C或N稳定同位素，无法很好地区分取食三种棉花的蚜虫，以及三种棉花本身。但同时使用C或N稳定同位素可以很好地区分取食三种棉花的蚜虫，以及三种棉花本身。棉花间的稳定同位素C和N值差异越大，则取食蚜虫的C和N值也差异越大，越容易追溯蚜虫的取食来源。