作者:张德兴等 来源:《BMC进化生物学》 发布时间:2009-9-16 11:44:50
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飞蝗分类学研究取得新进展

 
蝗虫既是一种危害极大的农业害虫,又是一种高蛋白、富含多种微量元素的药、食两用昆虫。不管是作为农业害虫防治,还是作为药、食用昆虫养殖,掌握其生活习性和生物遗传多样性的生物地理演化规律都是非常重要的。
 
在中国科学院创新项目、国家自然科学基金、中国科学院“百人计划”择优后续支持资金的支持下,中国科学院动物研究所分子生态学和进化研究组的研究人员运用分子生态学的研究手段,从多个独立微卫星DNA位点对覆盖飞蝗中国分布区的25个样点的1300多个标本进行了综合分析,一方面验证了飞蝗经典分类的一些结论;另一方面也指出,广布于中国中、东部的飞蝗并非东亚飞蝗,而应隶属于亚洲飞蝗亚种。
 
日前,该研究成果发表在《BMC进化生物学》(BMC Evolutionary Biology)第28卷第9期上。
 
气候干旱加剧蝗灾
 
蝗虫是一种喜欢温暖干燥气候条件的昆虫,干旱的环境对它们的繁殖、生长发育和存活有许多益处。干旱使蝗虫大量繁殖,迅速生长。蝗虫生命力顽强,能栖息在各种场所,在山坡、森林低洼地、半干旱区和草原最多。大多数是作物的重要害虫,一旦大量暴发,将会对自然界和人类造成灾害。
 
我国古书上就有“旱极而蝗”的记载。近几年,非洲几次大蝗灾也都与当地的严重干旱相联系。今年6月,由于西藏出现了持续高温干旱天气,引发蝗虫灾害,波及林芝、山南、日喀则、昌都等地区,其中重灾区的虫口密度每平方米达500只。至6月底,西藏受害土地面积近千亩。
 
据《兰州晨报》报道,由于受气候干旱等因素的影响,近年来,甘肃省草原虫害呈高发态势。今年7月,甘肃省有800万亩草原遭受蝗虫危害。由于受防治资金、技术条件等因素的限制,甘肃省草原虫害防治面临着“年年防、年年发”的尴尬局面。
 
“我们主要是进行分子生态学和进化方面的研究,用分子生态学的手段来研究我国生物遗传多样性生物地理演化规律。”该研究小组负责人、中科院动物所副所长张德兴说,“这是一项基础研究,当然我们选择蝗虫这种农业害虫为研究对象,并且数年来,一直在全国范围内进行深入的调查研究和科学数据积累,也是考虑到能为农业有害生物综合治理、为生物多样性保护和演化趋势预测提供遗传学和进化学依据。因为要想对害虫进行有效的防治,首先要了解其生物遗传多样性的生物地理演化规律等基本信息。”
 
飞蝗更易于向东北扩散
 
“迁飞能力强使得不同地区的种群易于进行基因交流,不同地区间就不会出现亚种,或是很少出现亚种。”张德兴说,飞蝗具有很强的迁飞能力,其分布区比任何其他蝗虫都更广阔,几乎覆盖了东半球的整个温、热带地区。然而,基于生物学或形态学差异,飞蝗仅在中国就鉴定出了3个亚种,而在世界范围内则存在至少9个亚种——这跟其迁飞能力是相矛盾的,学术界对此也一直存在争议。
 
张德兴小组运用分子生态学的研究手段,从多个独立微卫星DNA位点对覆盖飞蝗中国分布区的25个样点的1300多个标本进行了综合分析。
 
研究人员发现,尽管飞蝗具有很强的迁飞扩散能力,中国的飞蝗确实分为北方种群、南方种群和西藏种群三个具有显著遗传差别的种群,但与传统认识不同的是,广布于中国中、东部的飞蝗并非东亚飞蝗,而应隶属于亚洲飞蝗亚种。该研究小组的研究成果一方面验证了飞蝗经典分类的一些结论,另一方面则指出,被学界誉为“蝗虫之父”的伍瓦柔(Boris Petrovitch Uvarov 1889~1970)在20世纪30年代建立的关于东亚飞蝗的有关权威观点有进行修正的必要性。
 
张德兴说:“事实上我们几年前就发现了这一规律,虽然最近论文发表前也补充了一些数据,但补充得并不多。我们迟迟没发论文的原因之一,也是想尽可能得到多一些的数据验证。”
 
课题小组进一步分析了飞蝗在中国形成和维持三个具有显著遗传差别种群的原因后指出:历史生物地理学因素可能是导致形成这三个地理种群的关键原因,特别是更新世冰期—间冰期旋回事件,使得飞蝗种群退缩到不同的避难地并发生适应性分化,现今的种群是气候和生态条件恢复后重新建群的结果;而飞蝗中国北方种群很可能是在末次冰期后由中亚的避难地扩散而来。
 
“尽管飞蝗的迁飞扩散能力非常强,但适应性差使得三个飞蝗种群能够维持它们目前的分布格局。”张德兴说,“即使某一种群迁飞到其他地区,它们也很难适应新的环境,在那里繁衍下去。”
 
研究者认为,这些关于中国飞蝗的研究结果无论对于飞蝗研究,还是对中国动植物群体的谱系生物地理演化研究都具有重要意义。它揭示了生物的演化历史对于塑造具有很强扩散能力的物种的种群分化和分布模式的重要性。“不同的飞蝗种群有不同的习性和生物遗传多样性的生物地理演化规律。因此,对其防治的应对措施也就会不同。”张德兴说。
 
“我国东部地区的飞蝗、蒙新高原及东北的飞蝗同属北方种群。它们可以很好地适应新的环境,并繁衍生存下去,如果东北地区温度升高1度,东部和蒙新高原种群就可以飞到东北地区并在当地形成灾害。而南方种群和华北种群属不同的亚种,即便南方种群的飞蝗飞到华北,也难以在华北地区产卵留下后代。”张德兴说,“鉴于我国东部地区的飞蝗和蒙新高原及东北的飞蝗共同组成北方种群,因而共同构成了一个地区间可进行广泛基因交流的遗传群,在全球变化气候逐渐变暖的趋势下,飞蝗有逐渐向北扩散的可能,东北地区将会逐步具有飞蝗大发生所需要的必要气候条件;而相比之下,南方种群(如海南的飞蝗)对于华北地区的影响则可能较小。”(来源:科学时报 张双虎)
 
《科学时报》 (2009-9-14 A3 科学基金)
 
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