烟草甲抗菌肽基因Defensin的鉴定及响应细菌的表达模式分析

本研究旨在阐明烟草甲Lasioderma serricorne Defensin(LsDef1和LsDef2)基因在响应细菌侵染过程中的功能。利用生物信息学分析了LsDef1和LsDef2编码蛋白的结构、特征和系统进化关系。采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术检测LsDef1和LsDef2在烟草甲不同发育阶段(卵、1龄幼虫、2龄幼虫、3龄幼虫、4龄幼虫、蛹、成虫)、4龄幼虫不同组织(脂肪体、表皮、中肠、血细胞和马氏管)、病原微生物诱导情况、细菌及细菌细胞壁成分胁迫后的表达模式。序列比对发现烟草甲LsDef1和LsDef2具有典型的6个半胱氨酸,形成3对二硫键,属于β防御素。RT-qPCR显示LsDef1和LsDef2基因在烟草甲不同发育阶段均有表达,在幼虫4龄处于高水平表达;主要表达组织为脂肪体(Fat body)和血细胞(Hemocyte),其次为表皮和中肠,而在马氏管的表达水平最低。外来病原物诱导后,LsDef1和LsDef2基因表达量显著增加,对金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus诱导最为敏感,进一步得细菌和细菌细胞壁成分诱导表达模式显示金黄色葡萄球菌诱导高峰期出现在诱导后6 h;PGN-SA诱导表达高峰期为3 h。烟草甲LsDef1和LsDef2是一类可被革兰氏阳性菌诱导的抗菌肽,研究结果为进一步研究昆虫防御素类抗菌肽的功能奠定了基础。

亚致死低温对烟草甲后代种群两性生命表参数的影响

【目的】低温处理是我国主要储烟害虫烟草甲Lasioderma serricorne的有效控制手段之一,但是在低温条件下烟草甲的种群动态及适应机制鲜有报道。昆虫的亚致死低温效应是我们了解昆虫适应低温的有效途径。本研究通过分析亚致死低温对烟草甲后代生命表参数的影响,以揭示烟草甲的低温适应能力和种群发展潜力。【方法】将烟草甲末龄幼虫暴露于-20℃下若干时长,构建时间-死亡率曲线,分别计算其死亡率为10%和50%的致死时间(即LT_(10)和LT_(50));然后分别构建烟草甲末龄幼虫经-20℃低温处理LT_(10)和LT_(50)时长后存活F_(1)代种群的年龄-龄期两性生命表。【结果】-20℃低温对烟草甲末龄幼虫的亚致死时间LT_(10)和LT_(50)值分别为5.32和12.84 min。在-20℃下暴露LT_(10)和LT_(50)时长后获得的F_(1)代种群,90%以上的个体存活并能完成整个生活史,其卵-成虫总寿命、雌成虫寿命及净繁殖率(R_(0))、内禀增长率(r_(m))和周限增长率(λ)均与28℃下饲养的对照种群无显著差异。但是,与对照相比,-20℃低温处理烟草甲末龄幼虫LT_(10)和LT_(50)时长显著降低了F_(1)代卵和1龄幼虫的起始生命期望值、F_(1)代1龄幼虫历期以及幼虫阶段的繁殖值,且使F_(1)代种群的雄性比例增大。【结论】-20℃低温处理烟草甲末龄幼虫LT_(10)和LT_(50)时长能够降低F_(1)代起始生命期望值和种群繁殖率,但是其种群结构和基本生命表参数正常。结果表明,烟草甲幼虫对低温具有较好的适应性,在经历低温处理后幸存个体能够再次迅速扩繁。

烟草甲食物诱捕技术研究

利用多向诱捕陷阱,对烟草甲(Lasioderma serricorne)食物源粉末及食物源挥发性物质进行筛选,确定对烟草甲具有引诱作用的食物源粉末及食物源挥发性物质。结果表明,辣椒粉、茶类、当归粉在食物源粉末中对烟草甲表现出较强的引诱作用,α-紫罗兰酮在食物源挥发性物质中对烟草甲表现出较强的引诱作用。利用食物源粉末制作烟草甲食物诱捕装置,能够对卷烟生产车间烟草甲实现长效捕杀作用。利用食物源挥发性物质制作烟草甲食物源诱芯,将其与性信息素诱芯联用,能够起到11%的增效作用。

基于图像处理的烟草甲自动监测系统设计与应用

根据烟草仓储及卷烟生产车间的烟草甲自动监测需求,结合烟草甲[Lasioderma serricorne(Fabricius)]实际图像特征,在基于标记分水岭算法的基础上叠加分割图像算法,设计了基于图像处理的烟草甲自动监测系统,通过全自动拍照设备定时采集相应诱捕器图像,利用有线网络将图像传输至服务器,在服务器端完成图像识别与计数、实时展示、超标报警、历史曲线查看等功能,解决了烟草甲实际监测过程中虫板烟尘、虫体重合、光线等诸多干扰因素,实现了烟草甲精准的自动图像识别及计数功能。实际应用表明,该系统工作稳定,计数平均准确率大于94.00%,在卷烟生产车间烟虫监测上具有较好的应用前景。

冬季低温对烟草甲幼虫的影响实验

为了实时监测陕西省延安市地区烟叶原料1号库内外温度变化,探讨其与烟草甲幼虫致死率的关联性。实验通过将烟草甲幼虫暴露在冬季不同的低温环境中,通过不同的处理时间,观察其存活率、繁殖力和行为变化。实验结果表明,温度进入-20~-10℃的区间,累计经14 h以上,烟草甲虫在室外的存活率为0;温度进入-10~0℃的区间,累积经54 h以上,烟草甲幼虫在室外的存活率为0;温度进入0~4℃区间,累计经过360 h以上,烟草甲幼虫致死率高达75%。此外,低温还影响了烟草甲的繁殖力和行为能力。

卷烟生产区域烟草甲综合防治技术研究与应用

面对严峻的烟草虫害防控形势和高质量发展要求下对“虫害卷烟”的质量管理需求,使用诱捕器对卷烟生产区域及设备内部烟草甲进行诱捕、监测,设立了烟草甲预警、报警限值,查清了烟草甲(生产区域)的繁殖规律及分布特点,并通过深度清洁及化学药物组合综合防治技术对生产区域烟草甲进行防治。结果表明,相较于常规烟草甲防治方式,采用烟草甲综合防治技术后,卷烟厂生产区域月度烟草甲监测诱捕数月平均为35头,降低67.29%;虫害大面积繁殖周期从20~30 d延长至40~60 d,再次出现虫害大面积繁殖周期延长;年度虫害化学药物治理5次,下降44.44%;虫源集中暴发点数由140个减少到42个,下降70%。

卷烟生产车间智能烟草甲诱捕器的设计和应用

为实现卷烟生产车间烟草甲(Lasioderma serricorne)的自动化监控,根据应用场景设计了一种智能烟草甲诱捕器及配套算法、系统,通过智能烟草甲诱捕器的定时拍照、上传和基于深度学习的虫情识别算法对诱捕板上虫数量进行自动记录、识别。结果表明,智能烟草甲诱捕器诱捕能力、稳定性及设备识别计数准确性可以满足车间现场的规模化应用需要,提高了生产车间烟草甲监控的精度,节约了人力物力成本。

烟草甲气味结合蛋白与驱避配体的分子对接

[目的]本文旨在利用分子对接技术研究烟草甲气味结合蛋白与驱避配体的分子对接,以研发烟草甲新型驱避剂。[方法]利用AlphaFold2软件预测11个烟草甲气味结合蛋白(LserOBP)的三维结构,并以11个LserOBP为受体和文献报道的对烟草甲具有驱避作用的14种分子为配体,利用Autodock Vina软件进行分子对接研究。[结果]通过AlphaFold2构建的11个LserOBP的三维结构中,LserOBP2、LserOBP4、LserOBP5、LserOBP6、LserOBP8和LserOBP9与配体芦丁的结合位点位于α-螺旋形成的疏水腔中,与其他物种已解析出的OBP和配体间的结合位点相似。LserOBP1、LserOBP3、LserOBP5、LserOBP6和LserOBP8与茴香烯、对甲基苯异丙醇、3-蒈烯、肉桂酸甲酯、肉桂酸乙酯、避蚊胺、乙酸松油酯和芦丁均有较好的结合能力,这几种化合物具有开发为新型烟草甲驱避剂的应用前景。LserOBP与配体的结合能力可能与LserOBP的三维结构、配体的相对分子质量和其所含有的官能团有关。在一定的范围内,LserOBP与相对分子质量较大的配体结合能力更强。LserOBP可以与配体间形成疏水相互作用力、氢键、盐桥、π-π堆积和π-阳离子堆积,其中起主要作用的是疏水相互作用力和氢键,且苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、色氨酸、赖氨酸和丙氨酸可能在LserOBP行使识别、结合气味分子中发挥着重要作用。[结论]利用分子对接技术明确了烟草甲11个气味结合蛋白和14个驱避气味分子的相互作用关系,为开发烟草甲新型驱避剂奠定了基础。

千里香杜鹃提取物对赤拟谷盗、烟草甲和马铃薯茎线虫的防治作用

以千里香杜鹃枝、叶为实验材料,石油醚、甲醇、95%乙醇为提取剂,采用热浸法得到提取物,测试提取物对赤拟谷盗和烟草甲的触杀、熏蒸和拒食活性以及其对马铃薯茎线虫的毒杀活性,以此初步筛选出对赤拟谷盗、烟草甲和马铃薯茎线虫具有较好抗虫活性的提取物。结果表明:千里香杜鹃叶95%乙醇提取物对赤拟谷盗、烟草甲和马铃薯茎线虫具有明显杀虫活性(LD_(50)分别为15.32、16.18μg/头;LC_(50)=0.78 mg/mL);对赤拟谷盗具有明显拒食活性,在质量浓度2 mg/mL测试条件下,拒食率为78.17%。各提取物对赤拟谷盗和烟草甲无明显熏蒸活性。

烟草甲体内烟碱降解菌的筛选、鉴定及降解特性

从烟草甲体内筛选鉴定烟碱降解菌,并对其降解特性进行探索研究。通过梯度稀释法从烟草甲体内分离筛选出烟碱降解菌,并利用4种烟叶培养基进行复筛。通过16S rRNA基因测序以及生理生化实验进行菌种鉴定;通过全基因组序列分析和验证探究菌株的生物特性。再通过分子对接及RT-qRCR探究其生物学特性和应用潜力。从烟草甲中分离到1株显著降解烟碱的优势菌株J1,16S rRNA基因同源性和生化特征分析鉴定为Mixta,不同酶活性检测结果显示J1不产β-葡萄糖苷酶、纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶。烟碱降解菌通过数据库进行功能注释,发现了菌株上存在的烟碱代谢通路以及烟碱代谢关键基因或酶,选择吡啶途径中J1具有的烟碱脱氢酶(NDH)进行分子对接和功能验证。通过RT-qPCR验证,1 g/L烟碱诱导J1 24 h,与对照相比,ndh基因相对表达量上调15.978倍。0.8%烟叶浸提液诱导J1 24 h,与对照相比,ndh基因相对表达量上调1.117倍。在烟草甲体内分离筛选高效降解烟碱细菌J1,验证了降解相关基因的功能,为烟碱降解菌的筛选提供了新思路,同时,丰富了降解烟碱微生物资源。

基于YOLOv3改进算法的烟叶原料烟草甲识别方法研究

为了解决烟叶原料中烟草甲人工识别效率低、不准确的问题,实现烟草甲的精准、智能识别,提出一种基于YOLOv3改进算法的烟草甲识别模型。首先采用Random Mix数据增强技术扩充烟草甲数据集;然后,通过引入K-means++算法重新聚类锚框,改进YOLOv3对于烟草甲的识别能力;使用SIoU Loss改进YOLOv3的边界框损失函数,提高模型定位的准确性,加速模型收敛;最后加入特征细化模块过滤冲突信息,优化模型对烟草甲数据集中小目标识别的精准度。结果表明,改进的YOLOv3网络模型对测试集中烟草甲的平均检测精确率、召回率、F1分数和平均精度均值(mAP)分别达到93.26%、88.25%、0.90和94.59%,分别比现有的YOLOv3算法提高了12.21百分点、11.79百分点、0.12、12.40百分点,可为烟草甲的有效识别提供支撑。

象虫金小蜂繁殖技术及其对烟草甲的防治研究

象虫金小蜂是烟草甲的重要寄生性天敌,为探究象虫金小蜂的人工繁殖技术,本文研究了象虫金小蜂的寄主选择性偏好,筛选了象虫金小蜂及其寄主烟草甲的最佳饲养密度,并评价了象虫金小蜂在不同释放密度和方法下对烟草甲的防效。结果表明:象虫金小蜂对4种寄主的选择系数从大到小依次为烟草甲、绿豆象、菜豆象和玉米象;象虫金小蜂更偏好选择烟草甲幼虫作为产卵寄主。4种寄主中,以烟草甲为寄主的象虫金小蜂发育历期最短、出蜂数最多,成蜂质量最重。每瓶接种150头烟草甲能获得最佳出虫量1725.00头/瓶,在此密度下饲养烟草甲40 d左右,每瓶接入40对象虫金小蜂,可获得最佳出蜂数608.00头/瓶。无论在烟箱还是烟垛条件下,象虫金小蜂对烟草甲的种群数量均具有一定控制作用,大部分处理的防效在77.9%~92.0%之间。综上所述,象虫金小蜂更偏好寄生烟草甲,每个饲养瓶接种150头烟草甲成虫,40 d后接种40对/瓶象虫金小蜂可以作为象虫金小蜂人工繁殖的基本技术参数,且采用象虫金小蜂防治对烟草甲的种群数量有一定控制效果。

烟草甲攻击素基因LsAttacin2的表达及其在抗细菌胁迫中的作用

【目的】本研究旨在阐明烟草甲Lasioderma serricorne幼虫体内攻击素(attacin)基因LsAttacin2在响应细菌侵染过程中的功能。【方法】利用RT-PCR扩增烟草甲LsAttacin2的cDNA全长序列;利用RT-qPCR检测LsAttacin2在烟草甲不同发育阶段(卵、低龄幼虫、高龄幼虫、蛹、低龄成虫和高龄成虫)、4龄幼虫不同组织(头、表皮、前肠、中肠、后肠、脂肪体和马氏管)、大肠杆菌Escherichia coli和金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus侵染及其肽聚糖处理4龄幼虫后的相对表达量;通过注射法利用RNAi沉默烟草甲4龄幼虫LsAttacin2的表达后,检测大肠杆菌和金黄色葡萄球菌侵染烟草甲4龄幼虫后的死亡率。【结果】克隆获得烟草甲LsAttacin2(GenBank登录号:MT635176)的cDNA全长序列,其开放阅读框长504 bp,编码167个氨基酸残基,LsAttacin2 N端存在信号肽,C端具有Attacin_C超家族的保守结构域。RT-qPCR结果表明,LsAttacin2在烟草甲测试的各发育阶段均有表达,且在高龄幼虫和蛹中高表达;LsAttacin2主要在4龄幼虫中肠、表皮和脂肪体等免疫组织中表达;大肠杆菌和金黄色葡萄球菌及其肽聚糖均诱导了烟草甲4龄幼虫体内LsAttacin2的上调表达。RNAi结合细菌生物测定结果表明,ds LsAttacin2注射组4龄幼虫中LsAttacin2的表达量在注射24和48 h时较对照组(注射ds GFP)分别显著下降了72.8%和80.4%;RNAi后48 h,与注射ds GFP的对照组相比,ds LsAttacin2注射组大肠杆菌和金黄色葡萄球菌侵染24 h时4龄幼虫的死亡率分别提高了21.1%和24.4%。【结论】本研究结果表明LsAttacin2可能在烟草甲抗细菌的免疫应答过程中起着重要作用。

3种蒿属植物挥发油的化学成分及对米象和烟草甲的生物活性研究

为了寻找对米象和烟草甲具有良好杀虫和驱避活性的植物挥发油,采用超临界CO_(2)萃取法提取藏沙蒿、云南蒿和臭蒿的挥发油,气相质谱法分析挥发油的化学成分,用滤纸片法测定挥发油对米象和烟草甲的触杀与驱避活性。藏沙蒿挥发油中含量最高的化合物为己酸-3-己烯酯(28.91%),云南蒿挥发油为十六酸甲酯(17.37%),臭蒿挥发油为斯巴醇(14.75%)。藏沙蒿挥发油对米象触杀活性最好,LD50为181.62μg/cm2,臭蒿挥发油对烟草甲触杀活性最好,LD50为38.34μg/cm2。3种蒿属植物挥发油对米象和烟草甲均表现出良好的驱避活性,其中藏沙蒿的驱避效果最好。

烟草甲细胞色素P450还原酶基因的分子特征与表达模式分析

烟草甲Lasioderma serricorne是一种重要的仓储害虫,长期化学防治导致烟草甲已对多种传统熏蒸剂产生抗性,但其对新型熏蒸剂甲酸乙酯仍处于敏感水平。因此明确其体内细胞色素P450还原酶(cytochrome P450 reductase, CPR)对甲酸乙酯的代谢解毒功能,对开展该药剂的抗性监测及延缓抗性的发生发展具有重要意义。本研究旨在克隆烟草甲LsCPR基因,分析其分子特征和表达特性,为进一步明确其在烟草甲对甲酸乙酯解毒代谢过程中的作用奠定基础。利用RT-PCR技术克隆烟草甲LsCPR基因的开放阅读框(open reading frame, ORF);利用生物信息学软件分析LsCPR编码蛋白的结构、特征和系统进化关系。采用实时定量PCR技术检测LsCPR在烟草甲不同发育阶段(低龄幼虫、高龄幼虫、蛹、低龄成虫、高龄成虫)、幼虫不同组织(表皮、肠道、脂肪体和马氏管)以及甲酸乙酯熏蒸胁迫后的表达模式。烟草甲LsCPR基因的ORF为2 046 bp(GenBank登录号:MZ423209),编码681个氨基酸,具有典型的昆虫CPR基因FMN区域、NADPH区域和FAD等保守结构域。系统发育分析表明,烟草甲LsCPR与鞘翅目昆虫聚为一支,且与赤拟谷盗Tribolium castaneum CPR亲缘关系最近。LsCPR在烟草甲不同发育阶段均有表达,在高龄幼虫期的表达水平较高;在幼虫体内的表达部位主要在肠道,其次为脂肪体和马氏管,而在表皮的表达水平最低。LC_(10)、LC_(30)和LC_(50) 3种浓度的甲酸乙酯处理24 h后,烟草甲LsCPR表达量随着胁迫浓度升高而上调且显著高于对照;甲酸乙酯LC_(50)处理烟草甲不同时间(3、6、12、24和48 h)后,LsCPR基因上调表达,24 h时达到表达高峰。推测LsCPR是参与烟草甲代谢甲酸乙酯的候选基因。

基于电子鼻技术对锯谷盗及烟草甲挥发物的研究

精准监测和及时发现粮食虫害并采取有针对性的措施对于维护粮食安全至关重要。研究采用电子鼻技术对两种储粮害虫锯谷盗和烟草甲挥发物类型进行了研究,电子鼻响应曲线显示12根传感器均在30 s内达到峰值,雷达指纹图谱显示锯谷盗挥发物总体响应值要高于烟草甲,且两种昆虫的主要挥发物类型为含氮化合物和有机极性化合物。主成分分析结果表明锯谷盗挥发物组内差异更小,二者挥发物信号不存在过度拟合,OPLS-DA鉴别结果显示两种储粮害虫主要可以通过含氮化合物、有机极性化合物和芳香族化合物进行有效区分。

植物精油对烟草甲触杀、熏蒸和驱避作用研究

为筛选有效的贮烟用植物精油杀虫物质,利用点滴法,锥形瓶(密闭熏蒸)法,室内测定了9种植物精油(留兰香油、艾叶油、青蒿油、茶树油、丁香油、冬青油、薄荷油、桉叶油、百里香油)对烟草甲的触杀,熏蒸和驱避活性。结果表明:9种植物精油中表现触杀作用较好的是:丁香油、冬青油、茶树油、艾叶油、百里香油;表现熏蒸作用较好的是:留兰香油、茶树油、冬青油、丁香油;表现驱避作用最明显的是青蒿油,其次是艾叶油和丁香油。

侧柏叶对烟草仓储害虫烟草甲和赤拟谷盗的毒杀作用

为有效防治烟草仓储害虫,进行了新型植物防护剂的开发研究。通过熏蒸和触杀试验测试了侧柏叶挥发油及单体成分活性,并通过GC/MS分析了侧柏叶挥发油的化学成分。结果显示:1GC/MS分析共鉴定出侧柏叶挥发油成分34种,占总成分的93.28%,其主要成分为:α-蒎烯(15.08%)、雪松醇(12.63%)、3-蒈烯(9.68%)和石竹烯(9.02%)。2通过生物活性筛选,侧柏叶挥发油对烟草甲和赤拟谷盗触杀的半数致死量分别为50.45和48.59μg/头;对二者熏蒸活性的半数致死浓度为145.40和39.25 mg/L。3从侧柏叶挥发油中得到3种活性成分:α-蒎烯、β-水芹烯和4-萜烯醇。因此,侧柏叶挥发油及其活性单体对烟草甲和赤拟谷盗均具有一定的触杀和熏蒸活性。

烟草甲研究进展

综述了近10年来烟草甲生物学、生态学及防治技术的研究新进展,并对近年来研究的热点类似酵母的胞内共生菌在烟草甲体内的作用、天然产物和物理技术在烟草甲防治中的应用以及烟草甲对PH3产生抗药性等作了重点介绍。

低温对不同虫态烟草甲的影响

利用低温处理方法,对不同虫态烟草甲进行处理。研究结果表明,各虫态烟草甲耐低温的顺序从高到低依次是:幼虫、成虫、卵。-20℃处理,各虫态烟草甲死亡率都为100%;-10℃低温条件下,处理1h以上,烟草甲卵和成虫全部死亡,处理72h以上,烟草甲幼虫全部死亡;5℃处理72h以上,烟草甲卵不再孵化,5℃处理20d不能使烟草甲幼虫和成虫完全致死,但影响幼虫化蛹和成虫产卵。各温度处理中烟草甲幼虫最终羽化率为0,成虫单雌产卵量为0。0℃,5℃卵最高孵化率均为41.67%。对照中幼虫最终羽化率为77%、卵最终孵化率为52%。