玉米根虫地理变异的热耐受性研究：揭示害虫适应机制与气候变化响应

美国农业部农业研究服务局团队针对全球重要农业害虫——西部玉米根虫(Diabrotica virgifera virgifera)开展跨地理种群热耐受性研究，通过测定临界热极限(CTmax/CTmin)、击倒抗性(Knock-down resistance)和冷昏迷恢复(Chill coma recovery)等指标，发现热耐受性状与历史年均温显著相关，而冷耐受性状未遵循"热适应假说"，为预测害虫扩散提供了新见解。

　　

在全球气候变化背景下，农作物害虫的分布扩张正成为威胁粮食安全的重要问题。西部玉米根虫(Diabrotica virgifera virgifera, WCR)作为最具经济破坏力的农业害虫之一，每年造成超过10亿美元的损失。这种原产于美洲的昆虫已成功入侵欧洲20多个国家，其强大的适应能力令人担忧。然而令人惊讶的是，尽管学界对其中部玉米带生物学特征研究颇多，关于这种害虫关键热生物学特性的认知仍存在显著空白。特别是，不同地理种群是否存在热耐受性差异？这些差异是否符合经典的热适应理论？这些问题对预测害虫在变暖环境中的扩散至关重要。

美国农业部农业研究服务局北方中心农业研究实验室（USDA-ARS North Central Agricultural Research Laboratory）的Karl A. Roeder团队在《Scientific Reports》发表的研究给出了答案。研究人员收集了横跨1985公里、年均温差异达5.7°C的13个地理种群，这些实验室种群已在相同条件下培养了约30年。通过动态温度梯度法测定临界热极限，结合41°C击倒抗性和0°C冷昏迷恢复实验，系统比较了不同种群的热生物学特征。

研究采用三项关键技术：1) 动态温度梯度法测定CT_max和CT_min（0.1°C/min变温速率）；2) 41°C恒温击倒抗性实验（120分钟观察期）；3) 0°C冷昏迷恢复实验（2小时冷暴露后恢复观察）。所有实验均包含等量雌雄个体（每组n=30），环境温度数据来自WorldClim数据库1970-2000年气候平均值。

热耐受性状的地理变异

研究发现CT_max存在显著地理差异（40-44°C），堪萨斯种群耐受性最高（42.4°C），南达科他种群最低（41.1°C）。值得注意的是，雌虫普遍比雄虫更耐热（+0.16°C）。CT_min变异较小（1-6°C），仅堪萨斯种群显著偏高（>3°C）。

耐热与耐冷能力的分离模式

击倒抗性显示最大种群差异（20分钟），而冷昏迷恢复差异仅1.5分钟。回归分析揭示CT_max（r²=0.69）和击倒抗性（r²=0.61）与历史年均温显著正相关，但CT_min和冷昏迷恢复无此规律。

对热适应假说的挑战
研究否定了"热适应假说"的第二预测——年温度变幅（BIO7）与热耐受范围（CT_max-CT_min）无相关性。这表明实验室多代饲养可能消除冷耐受的地理信号，但热耐受的"遗留效应"仍然存在。

这项研究首次揭示了WCR热生物学特性的三个重要规律：1) 热耐受性状具有遗传稳定性，可能受选择压力维持；2) 冷耐受更具可塑性，易受饲养条件影响；3) 雌虫在所有热指标上均优于雄虫。这些发现为预测害虫在气候变暖下的扩散提供了关键参数，特别是来自低纬度种群的高CT_max特性可能助其入侵更温暖产区。未来研究需关注不同发育阶段（如耐寒的卵期）的热响应，以及脂质储备在性别差异中的作用机制。