麦红吸浆虫风载迁飞的生理生态学基础

The wheat midge, Sitodiplosis mosellana (Gehin), is a serious pest of wheat, in the world, and threatening wheat safety in China. The recent researches indicate that the population of Sitodiplosis mosellana can long-distantly migrate and disperse with air current. But, the physiological and ecological basis of wind-borne migration of Sitodiplosis mosellana is not clear. Based on first reporting of the long-distantly migration of Sitodiplosis mosellana, this project will do some researches including: (1) the flight performance of females and males of Sitodiplosis mosellana will be investigated with a flight-mill system. The ultrastructure of flight muscle of migratory (female adults) and non- migratory (male adults) Sitodiplosis mosellana will be examined by the electron microscope. And, the effect of temperature, humidity, wind speed, illumination and wheat volatiles on flight performance of Sitodiplosis mosellana will be researched. (2) In order to research on the connection of meteorology factors (temperature, humidity, wind speed, precipitation, etc), biology factors (population density, crop growth and development period, etc) and migration, the population dynamics of Sitodiplosis mosellana was investigated in 3 different observation points. The results are useful for defining the migration mechanism, revealing the disaster laws and optimizing integrated management of Sitodiplosis mosellana in China.

麦红吸浆虫是一种世界性的小麦害虫，已对我国小麦的安全生产构成严重威胁。申请人最近研究表明，麦红吸浆虫可能存在一条新的远距离扩散途径，即远距离高空风载迁飞，但麦红吸浆虫进行风载迁飞的生理和生态学基础却还不清楚。本项目将在首次研究报道麦红吸浆虫随气流远距离扩散迁飞的基础上，进行以下研究：（1）利用飞行磨对麦红吸浆虫雌、雄虫的飞行能力进行测试，利用电镜观察迁飞个体（雌虫）与非迁飞个体（雄虫）的飞行肌结构上的差异，并研究不同羽化时间、风速、温度、光照以及寄主挥发物（小麦扬花期）等因素对其飞行能力的影响。（2）在3个不同的观测点分别进行空中捕捉和地面调查，研究麦红吸浆虫风载迁飞行为与温度，湿度，光照、风速等气象因素以及种群密度，寄主生育期等生物因素的关系。研究结果将有助于进一步明确麦红吸浆虫的迁飞机制，揭示其成灾的规律，对于提高麦红吸浆虫的预测预报水平以及区域防治都具有重要的理论和实践意义。

麦红吸浆虫(Sitodiplosismosellana (Gehin) 是广泛分布于亚洲、北美和欧洲小麦产区的毁灭性的害虫。前期的实验研究表明，麦红吸浆虫雌成虫能够借助气流进行远距离扩散。该项目在原有研究基础上，对麦红吸浆虫的飞行能力以及影响因素，嗅觉结合蛋白基因表达量分析，麦红吸浆虫迁飞的监测方法，麦红吸浆虫迁飞的生态基础和飞行肌观察等方面进行了系统研究。结果表明：（1）无论雌虫和雄虫均表现出了较强的飞行能力，在最适温度16℃下雌虫日均飞行距离和飞行时间分别为735.1m，113.41min; 雄虫为437.54m, 69.96mine，其飞行能力随着日龄和光照强度的增加而降低。说明麦红吸浆虫雌成虫是在傍晚时分通过自主飞行到一定高度，然后通过上升气流进行远距离迁飞扩散。（2）通过功能组基因分析在麦红吸浆虫体内共发现26个嗅觉结合蛋白基因，其中OBP12, OBP15 和OBP21在雌成虫的基因表达量明显高于雄成虫。这3个嗅觉结合蛋白基因在雌成虫寻找寄主产卵和感受迁飞压力的过程中发挥着重要作用。（3）传统淘土法监测不适合用于预测成虫发生量以及危害程度，黄板诱集能够明确麦红吸浆虫成虫发生动态以及发生量，可以作为调查麦红吸浆虫迁飞时间和数量的有效手段。（4）小麦抽穗期和麦红吸浆虫成虫发生期的同步性越高，小麦的受害程度越重，大量抽穗后羽化的雌虫在当地无法寻找到合适的寄主产卵，在寄主挥发物的驱离下，随气流远距离迁飞，寻找适合的寄主产卵是麦红吸浆虫随气流远距离扩散迁飞的生态学机理。（5）扫描电镜观察麦红吸浆虫具有较为发达的飞行肌，适合高频振翅和快速飞行，其长时间的飞行，主要依靠消耗肌肉组织内储存的能量。该项目的研究结果明确了麦红吸浆虫随气流远距离迁飞在生理学和生态学方面的机制，丰富了小型迁飞性昆虫迁飞机理方面更的研究，同时为提出麦红吸浆虫跨区防治等新的防治手段提供了理论依据。