菜粉蝶及其近缘种东方菜粉蝶全球潜在分布区预测

重要农业害虫菜粉蝶(Pieris rapae)及其近缘种东方菜粉蝶(Pieris canidia)幼虫主要危害十字花科的多种蔬菜和油料作物,对农业粮食安全造成重大威胁。收集到菜粉蝶和东方菜粉蝶分布数据共计248393个,其中野外调查收集361个。基于上述现存分布点,利用6种物种分布模型算法对历史、当代和未来气候条件下两种粉蝶在全球的潜在分布区进行了预测。结果表明:(1)基于去除空间自相关后的6个气候变量构建的13种算法的模型预测结果中,有6种算法的模型评估指标的值高于随机状态(0.5)。(2)当代气候条件下,菜粉蝶的潜在分布区主要包括北美洲、南美洲南部、欧洲西部、中国东南部以及澳大利亚南部;东方菜粉蝶主要分布于南美洲北部和亚洲南部等地区。相比于东方菜粉蝶,菜粉蝶在3个时期的潜在分布区面积都要更大,但是东方菜粉蝶在未来气候条件下潜在分布区增加的面积将会更大,具有更高的潜在入侵概率。(3)相比于作为入侵生物的菜粉蝶,其近缘种东方菜粉蝶更能适应高温多雨的气候,面对未来全球变暖的趋势,东方菜粉蝶很有可能成为入侵物种,有必要对其未来气候条件下的潜在分布区,加强虫害监测和防控预报。研究对重要农业害虫菜粉蝶和东方菜粉蝶在不同气候条件下的潜在分布区进行预测和比较,为其防治提供理论依据。

中国菜粉蝶线粒体基因组遗传多样性分析

菜粉蝶Pieris rapae是十字花科蔬菜重要的农业害虫。为了深入了解中国菜粉蝶的群体遗传特征,通过高通量测序获取了中国5个群体48头菜粉蝶的线粒体全基因组,并分析了不同群体间的遗传结构与多样性。结果表明:菜粉蝶群体间有较高的线粒体单倍型多样性;相对封闭的山区和盆地地区的核苷酸多样性较低;群体间的平均遗传分化指数(F_(ST))仅0.042,表明不同群体间的遗传分化水平较低,这也暗示了群体间基因交流频繁,推测这与甘蓝等蔬菜频繁运输有关;线粒体进化树和网络图均未形成明显的地理谱系,南北方群体之间没有明显的遗传结构差异;总群体的Tajima's D和Fu's Fs值均为负值,且达到了显著水平,这意味着中国地区的菜粉蝶可能经历过群体扩张事件。

菜粉蝶成虫触角转录组及嗅觉相关基因分析

【目的】建立菜粉蝶Pieris rapae成虫触角转录组数据库,利用生物信息学和分子生物学手段深入挖掘菜粉蝶基因数据信息。【方法】采用高通量测序平台(Illumina NovaSeq 6000)对菜粉蝶成虫触角进行转录组测序、序列组装、功能注释及差异表达基因分析,对PrapOR1,PrapOR2,PrapOR5,PrapOBP1,PrapOBP4,PrapOBP5,PrapSNMP1,PrapSNMP2和PrapSNMP39个差异表达的嗅觉相关基因进行qRT-PCR验证。【结果】菜粉蝶成虫触角转录组共获得17.65 GB测序数据(NCBI登录号:PRJNA869896),经过滤和序列拼接共得到116317条转录本,随后进行Corset层次聚类获得43390条unigene,经BUSCO评估,拼接质量完整度好,准确性高。注释到的unigene数目从大到小排列的数据库依次为NT,NR,Pfam,GO,Swiss-Prot,KEGG和KOG/COG;进一步进行基因功能注释分析,筛选得到176个嗅觉相关基因,其中19个基因差异表达,包括在雌成虫触角中高表达的15个基因和在雄成虫触角中高表达的4个基因。qRT-PCR验证结果表明,PrapOR1和PrapOR2在雄成虫触角中高表达,PrapOR5,PrapOBP1,PrapOBP4,PrapOBP5,PrapSNMP1,PrapSNMP2和PrapSNMP3在雌成虫触角中高表达,与转录组测序结果相符。【结论】本研究建立了菜粉蝶成虫触角转录组数据库,筛选得到了嗅觉相关基因,并对嗅觉相关基因进行了差异表达分析,研究结果为进一步研究菜粉蝶的基因功能及嗅觉分子机制奠定了理论基础。

菜粉蝶幼虫、蛹和成虫的雌雄形态鉴别

利用体视显微镜观察、测量、记录菜粉蝶不同虫态雌雄个体间的形态特征差异。雌雄菜粉蝶幼虫、蛹和成虫均存在显著的雌雄二型特征,3龄之后雄性幼虫的第6腹节有一对肾型黑斑,雌性幼虫无此斑。雄蛹第9腹节有生殖孔和一条短纵裂缝,裂缝两侧有凹凸不平的半圆形瘤状突起;雌蛹腹部第8、9腹节分别有生殖孔和产卵孔,且两孔之间亦有一条纵裂缝。雌蝶前翅背面有一对上下排列的黑圆斑,其腹部末端外生殖器为圆筒型;雄蝶前翅背面一对黑斑相对较小,颜色较浅,尤其下斑为浅灰色,腹部末端具钳状外生殖器。本研究揭示了菜粉蝶幼虫、蛹及成虫不同虫态的雌雄二型差异,比较研究并提出了便于快速鉴别雌雄个体的典型特征和识别方法。

温度对大菜粉蝶生长发育的影响

为明确温度对大菜粉蝶生长发育的影响,在16、20、22、25、28和31℃共6个恒温条件下以白菜为寄主进行饲养,测定了温度对大菜粉蝶各虫态的发育历期、发育速率、存活率及成虫寿命等的影响,并采用直接最优法计算其各虫态的发育起点温度和有效积温。结果表明:在16~28℃温度范围内,大菜粉蝶的卵、幼虫、蛹及全世代平均发育速率具有随温度升高而加快的趋势,存活率则随着温度的升高而降低;卵、幼虫、蛹和成虫的发育起点温度分别为11.76℃、6.87℃、5.30℃和14.91℃,有效积温分别为38.14、213.90、169.68和43.01 d·℃。在28℃时大菜粉蝶卵的孵化率、各龄幼虫存活率、化蛹率、蛹重及羽化率均显著低于其他温度,31℃条件下不能完成个体发育。由此可见,高温环境不利于大菜粉蝶的存活和生长发育。研究结果可为大菜粉蝶田间发生期预测及综合防治提供科学依据。

长春地区大菜粉蝶生物学特性观察

大菜粉蝶Pieris brassicae是十字花科蔬菜上的重要害虫之一。本文通过田间观察结合室内饲养,系统描述了该虫各发育阶段的形态特征,记录了发育历期、生活史及其生活习性。大菜粉蝶在长春地区1年发生3代,以蛹越冬。成虫多产卵于叶背面,每块卵10~207粒。幼虫5个龄期,群集为害,随着幼虫龄期的增长,头壳宽度与体长逐渐增加,各龄期头壳宽度和体长生长模型为:y_(W)=1.727e^(0.557x)(R^(2)=0.998)和y_(L)=0.031 x^(2)+0.339 x-0.013(R^(2)=0.994)。取食白菜、油菜、甘蓝和萝卜4种寄主的幼虫发育历期存在显著差异,取食白菜发育最快,取食油菜的蛹最重,白菜和油菜更适宜其生长发育。本研究描述了大菜粉蝶各发育阶段的形态特征,明确了其主要生物学特性,为该害虫的识别监测和综合防控提供了理论基础。

菜粉蝶盘绒茧蜂的生物学特性

通过室内人工饲养,对长沙地区菜粉蝶盘绒茧蜂的生物学特性进行了研究。结果表明,在长沙,菜粉蝶盘绒茧蜂一年发生4代,从4月下旬开始到7月中旬结束。菜粉蝶盘绒茧蜂寄生的4个高峰期分别为5月上旬、6月上旬、6月下旬、7月上旬,寄生率范围为18.48%～27.89%。从卵发育到成虫的平均历期变化范围为29.4℃下13.5d至20.3℃下16.2d。菜粉蝶盘绒茧蜂喜寄生菜青虫2龄和3龄幼虫,很少寄生1、4、5龄幼虫。喂蜜的菜粉蝶盘绒茧蜂寿命明显长于未喂蜜的菜粉蝶盘绒茧蜂。

菜粉蝶绒茧蜂种群空间分布型及其应用

本文应用频次分布x^2检验法,Iwao法,Taylor幂法则以及其它聚集指标等方法,分析研究了菜粉蝶绒茧蜂种群(茧块)的空间分布型。结果表明:菜粉蝶绒茧蜂茧块在甘蓝上呈聚集分布,分布的基本成分是以个体群形式存在,个体群之间是随机的,茧块的聚集是由寄主等环境因素引起的。此外,利用分布型参数确定了理论抽样数及序贯抽样。

菜粉蝶线粒体基因组的全序列测定和分析

目前关于蝶类线粒体基因组全序列及其分子进化的研究还不多见。本研究通过长PCR和引物步移法对菜粉蝶Pieris rapae Linnaeus线粒体基因组全序列进行了测定和初步分析。结果表明:菜粉蝶线粒体基因组全长15157bp,包含13个蛋白编码基因、22个tRNA和2个rRNA基因以及1个非编码的控制区域,它们的长度分别是11196bp,1474bp,2093bp和393bp。37个基因的位置与已报道的其他蝶类基本一致,共有10对基因间存在总共59bp的重叠,重叠碱基数在1～35bp之间;基因间隔序列共计13处120bp,间隔长度1～46bp不等,最大的基因间隔46bp,位于tRNAIle和tRNAGln基因之间。另外,基于13个蛋白质编码基因的氨基酸序列,重建了基于蛋白质编码基因序列数据的11种代表性蝶类的NJ和MP系统树。结果表明:凤蝶类(包括凤蝶和绢蝶)为一大支系,粉蝶类、灰蝶类与蛱蝶类(包括蛱蝶、珍蝶)构成另一大支系。结果不支持粉蝶科与凤蝶科(包括凤蝶类和绢蝶类)构成单系群,却显示粉蝶科、灰蝶科和蛱蝶科的组合为单系群。

闹羊花素-Ⅲ对菜粉蝶幼虫血淋巴和中肠酯酶的影响

采用比色法测定闹羊花素 Ⅲ (简称R Ⅲ )对菜粉蝶 5龄幼虫血淋巴和中肠酯酶的活性 ,并分析了酯酶同工酶聚丙烯酰胺凝胶电泳 (PAGE)图谱。活体试验结果表明 ,R Ⅲ以每虫 5 μg定量饲喂或以 2 0mg/L浸渍叶碟后饲喂试虫 ,能显著降低血淋巴和中肠酯酶比活力 ,以每虫 1～ 3μg处理或 5mg/L浸叶饲喂处理时 ,对酶活性的影响取决于处理剂量和时间。PAGE表明 ,R Ⅲ以每虫 5 μg处理 ,酯酶酶谱发生明显变化 。

樟树城郊东方菜粉蝶生物学特性初步研究

东方菜粉蝶是一种外观与菜粉蝶极为相似,喜爱与菜粉蝶混飞,在樟树平原地带数量较为稀少,而店下水库、玉华山、阁山等山区海拔300m以上保持一定数量的蝶类昆虫。因其在本地对农作物的危害性远不如菜粉蝶幼虫(菜青虫),在用药物防治菜粉蝶幼虫时一般可以兼治了,考虑到很多农林类专业的学生及高职院校病虫害系列的教材对这类昆虫很少提及,因此笔者通过近年来樟树城郊的野外实地观察、标本收集和室内各虫态模拟饲养相结合的方法,对该昆虫的生物学特性进行了初步研究,以飨读者。

非寄主蔬菜及其提取物对菜粉蝶的驱避作用

在室内和田间测定了番茄、茴香、荆芥、莴苣、香菜和丝瓜6种非寄主蔬菜对菜粉蝶的驱避作用。室内测定结果表明,用非寄主蔬菜粗提物处理甘蓝后,菜粉蝶成虫对甘蓝的选择反应率降低,尤其是交配雌蝶对荆芥、茴香、番茄和莴苣提取物处理的甘蓝的选择反应率最低,分别仅为3.67%、4.30%、5.27%和8.26%。在非寄主蔬菜粗提物处理过的甘蓝苗上,成虫的产卵量明显减少,其中以番茄、茴香和荆芥粗提物的驱避活性最强,处理后1d的非选择性产卵驱避率分别为91.04%、75.54%和71.67%,选择性产卵驱避率分别为94.64%、79.66%和78.96%。田间试验结果表明,甘蓝田套种番茄、茴香和荆芥后,可使田间落卵量分别减少68.80%、62.62%和55.09%,这3种非寄主蔬菜对菜粉蝶的有效驱避距离分别为4m、2m和2m左右。因此,可以通过在甘蓝田套种非寄主蔬菜或喷洒其粗提物驱避菜粉蝶,减少幼虫发生为害。

坡柳皂苷对大菜粉蝶生长发育的抑制活性

采用浸渍叶碟饲喂法测定了坡柳皂苷对大菜粉蝶的生物活性。结果表明：用500、1625、2750、3875和5000μg／mL的坡柳皂苷处理24h后，对大菜粉蝶4龄幼虫生长发育的抑制率分别为14．47％、31．54％、49．70％、62．48％和79．94％，处理48h后的抑制率分别为2．72％、39．26％、54．82％、70．53％和86．39％；坡柳皂苷对大菜粉蝶4龄幼虫具有显著的拒食活性，供试5种浓度下处理24h后，拒食率分别为30．21％、40．62％、54．33％、72．47％和84．84％，48h后的拒食率为4．4％～86．67％；5000I,zg／mL处理14d后，幼虫化蛹率为32％．显著低于对照组（72％）；供试5种浓度坡柳皂苷处理23d后，蛹的羽化率分别为56％、44％、44％、36％和32％，均低于对照组（64％）。研究表明，坡柳皂苷对大菜粉蝶生长发育、取食及化蛹均有明显的抑制作用。

菜粉蝶产卵行为及其影响的生物因素

对菜粉蝶Pierisrapae的产卵行为观察表明，它先用前足跗节感受植物叶片表面的特征，再用腹端检测适宜产卵的部位，最后才产卵。菜粉蝶对寄主（甘蓝）与非寄主（番茄、烟草）植物的选择和利用，差异极显著；菜粉蝶在甘蓝叶片背面所产的卵量显著多于叶正面；甘蓝附近种植番茄或烟草作为伴生植物，对菜粉蝶在甘蓝上产卵有一定的影响，但差异不显著；甘蓝上有同种卵，对菜粉蝶继续产卵有一定的影响，但差异也不显著。

寄生对越冬代菜粉蝶蛹血淋巴中蛋白质和糖类代谢的影响

越冬代菜粉蝶 Pieris rapae蛹被蝶蛹金小蜂 Pteromalus puparum寄生后 ,其血淋巴中可溶性蛋白含量在寄生后 0 .5～ 2 d逐日上升 ,此后则逐日下降 .雌雄寄生蛹血淋巴中可溶性蛋白含量在寄生后 1～ 4 d显著高于同期未寄生蛹 ,寄生后 5d则略低于同期未寄生蛹 ;寄生蛹血淋巴中总糖和海藻糖含量的变化趋势与可溶性蛋白相同 ,也是寄生后 0 .5～ 2 d升高 ,寄生后 3～ 5d降低 .寄生后 0 .5～ 2 d,雌雄寄生蛹血淋巴中总糖和海藻糖含量显著高于同期未寄生蛹 ,寄生后 3～ 5d则恰好相反 .寄生蛹血淋巴中还原糖含量在寄生后 0 .5～ 3d日渐升高 ,寄生后 4 d维持在较高水平 ,而寄生后 5d则急剧下降 .越冬代菜粉蝶蛹血淋巴中海藻糖酶无活力 ,而雌雄寄生蛹血淋巴中海藻糖酶的活力在寄生后 0 .5d开始显现 ,此后逐日升高 ,至寄生后 5d已达 4 3.2 4～ 4 4 .2 7μg葡萄糖 .mg-1蛋白 .

两种金小蜂毒液对菜粉蝶蛹血细胞延展、存活及包囊作用的影响

活体微注射测定结果表明 ,将 0 5毒囊当量 (venomreservoirequivalent,VRE)的蝶蛹金小蜂毒液注射于其寄主菜粉蝶蛹体内 ,注射后 4～ 2 4h寄主浆血细胞和颗粒血细胞的延展、存活和对SephadexA 5 0微珠的包囊能力显著下降 ;以 0 0 0 2～ 0 0 2VRE μL的该蜂毒液处理其离体寄主血细胞均能产生同样的生理效应。该毒液抑制 90 %菜粉蝶蛹浆血细胞和颗粒血细胞延展的浓度各为 0 0 0 0 76VRE μL和 0 0 0 80 4VRE μL。可见 ,蝶蛹金小蜂毒液能显著抑制其寄主血细胞的延展和包囊作用 ,并导致血细胞的死亡。然而 ,同样条件下丽蝇蛹集金小蜂毒液对其非自然寄主菜粉蝶蛹的血细胞延展、存活和包囊作用则无任何效应。可见 ,寄生蜂毒液的生理作用具有明显的寄主特异性。

2种昆虫病毒混合悬液对菜粉蝶的增效作用

在温度为20～22℃的实验室条件下,用AfMNPV和PrGV的混合病毒悬液感染3龄期菜粉蝶幼虫,可有效降低2种病毒的用量,并显示出良好的增效作用,PrGV和AfMNPV毒力倍数分别为单剂的600倍和400倍以上.不同浓度混合病毒悬液的LT50分别比AfMNPV和PrGV单剂的LT50缩短1.10～2.06 d和0.40～1.93 d.用PrGV病毒悬液感染4龄期菜粉蝶幼虫,其LT50比3龄期增加3.43～6.06 d.

假寄生对菜粉蝶蛹血细胞总数和包囊能力的影响

采用假寄生 ( pseudoparasitism)方法评价了蝶蛹金小蜂雌蜂携带因子的生理活性。雌蜂经辐射处理后 ,其假寄生能象未处理正常蜂的寄生一样 ,明显地抑制寄主 (菜粉蝶蛹 )的血细胞免疫 ;所引起寄主血细胞总数、死亡率及浆血细胞延展率变化的生理效应与未处理正常蜂寄生时基本一致 ;而人为针刺则不能引起上述生理效应。说明菜粉蝶蛹被寄生后其血细胞免疫受抑制 ,主要是由雌蜂携带的免疫抑制因子所引起。

番茄枝叶提取物对菜粉蝶产卵的忌避作用

生物测定结果表明，番茄枝叶的甲醇和水溶性乙醇提取物（简称Ｅｍ、Ｅｍｅ、Ｅｅ）对菜粉蝶均有显著的产卵忌避作用；其中Ｅｅ、Ｅｍｅ和Ｅｍ第１天的产卵忌避率分别为８７４％、８５１％和５０５％，均达到差异显著水平。番茄枝叶乙醇提取物（Ｅｅ）不仅能显著地忌避菜粉蝶产卵，而且还强烈地干扰其产卵行为。在网室中，Ｅｅ的３个剂型试验结果表明，只有剂型“Ｅｅ＋０１％吐温－８０”对菜粉蝶的产卵忌避率达到差异显著水平，第６天的忌避率仍达３５４％。

芫花乙醇粗提物对菜粉蝶幼虫消化酶系的影响

菜粉蝶 (Pierisrapae)幼虫取食芫花粗提物 2 4h后 ,中肠淀粉酶、蛋白酶、酯酶、转化酶的活力增强 ,其中肠组织中淀粉酶及肠腔中蛋白酶活力增强的程度达显著水平 ;粗提物使海藻糖酶活力下降 ,差异达显著水平。石蜡切片表明 ,芫花引起细胞核向肠腔内侧移动 ,围食膜逐渐消失 ,肠壁细胞中的空泡显著增多、增大 ,肠组织结构变得没有层次性。电镜观察表明 ,芫花粗提物处理 2 4h后 ,引起细胞内粗糙内质网上的核糖体数量明显增多 ,线粒体内嵴开始模糊、肿胀。因而认为 ,粗提物刺激肠组织超量分泌消化酶 ,加之抑食作用使取食量减少 ,导致体重减轻 。