日本金龟子(Popillia japonica)光谱敏感性特征及光照强度在其监测中的作用研究

这篇研究通过野外试验和电生理学方法，首次系统揭示了入侵性害虫日本金龟子(Popillia japonica)的UV-绿色二色视觉系统特征。研究发现：在云量低于85%时，完全遮光陷阱捕获量显著减少；基因组分析发现其缺乏橙色敏感视蛋白；电生理(ERG)证实其光感受器最大敏感波长分别为361±4.2nm和528±4.9nm。该研究为优化害虫监测陷阱设计提供了重要理论依据。

　　

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   引言

   作为北美最具破坏性的入侵性害虫之一，日本金龟子(Popillia japonica)每年造成美国约4.6亿美元经济损失。尽管已有研究表明该害虫偏好阳光直射环境且陷阱颜色影响捕获量，但其视觉系统特征与光照强度的作用机制始终未明。本研究通过多学科方法，首次系统解析了这一重要农业害虫的视觉感知机制。

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   材料与方法

   2.1 野外诱捕试验

   创新性地采用五边形实验设计，设置5种遮光处理（无遮光、透明、UV过滤、灰色、黑色），测量不同云量条件下（45%-85%）的捕获效率。使用500W氙弧灯和光谱仪精确测定各处理的光透射率。

2.2 基因组分析

从已测序基因组中筛选出96个视蛋白家族基因，通过与194种昆虫视蛋白序列比对，构建最大似然系统发育树，鉴定出3个潜在视觉视蛋白基因。

2.3 电生理研究

采用尖端电生理记录技术，在3种光适应条件下（黑暗、弱绿光、强绿光），测量22只成虫（11雄11雌）对18种单色光（300-640nm）的视网膜电图(ERG)反应。

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   结果

   3.1 野外数据

   捕获总量达22,423头，统计分析显示：

   • •

     黑色遮光陷阱捕获量显著低于其他处理

   • •

     云量85%时各处理无显著差异

   • •

     面板温度差异（最高7.9°C）不影响诱芯释放速率

3.2 基因组特征

鉴定出3个视蛋白基因：

• •

  KAK9722979.1：UV敏感型

• •

  KAK9728249.1：绿色敏感型

• •

  KAK9695583.1：RH7型

3.3 光感受器特性

ERG显示：

• •

  UV光感受器峰值：361±4.2nm

• •

  绿色光感受器峰值：528±4.9nm

• •

  两性间无显著差异

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   讨论

   4.1 光照影响机制

   云量主要通过影响成虫飞行活动而非陷阱可见度来调节捕获量。当云量>85%时，所有陷阱效率趋同，表明这是其视觉系统的工作阈值。

4.2 视觉系统演化意义

二色视觉系统的发现解释了既往研究中颜色偏好的矛盾结果：

• •

  缺乏蓝色/橙色光感受器

• •

  对绿-黄-红光谱区可能仅感知亮度差异

4.3 应用价值

研究建议：

• •

  优先使用UV反射材料制作陷阱

• •

  严格控制颜色反射强度

• •

  避免在持续阴雨天气监测

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   创新与局限

   本研究首次将基因组学、电生理学和野外生态学相结合，但受限于：

   • •

     实验周期较短（5天）

   • •

     云量数据时间分辨率不足

   • •

     部分视蛋白序列可能不完整

这项突破性研究为开发新一代害虫监测工具奠定了理论基础，未来可探索UV增强型陷阱在早期预警系统中的应用潜力。