气候变化背景下加拿大农业生态系统中叶蝉-寄生蜂互作的生态学与基因组学见解

《Cell Reports Sustainability》:Ecological and genomic insights into leafhopper-parasitoid interactions in Canadian agroecosystems under a changing climate

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月05日 来源:Cell Reports Sustainability 7.5

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  气候变化正在改变北方农业生态系统中害虫与其天敌之间的平衡。叶蝉作为韧皮部取食者及植物病原体的传播媒介,是这些变化的特别敏感的指示生物。在加拿大东部进行的监测显示,群落组成与气候密切相关:迁移性物种在温度阈值以上迅速增加,而本地物种在强降雨下数量下降。研究人员还

  
气候变化正在改变北方农业生态系统中害虫与其天敌之间的平衡。叶蝉作为韧皮部取食者及植物病原体的传播媒介,是这些变化的特别敏感的指示生物。在加拿大东部进行的监测显示,群落组成与气候密切相关:迁移性物种在温度阈值以上迅速增加,而本地物种在强降雨下数量下降。研究人员还报道了玉米叶蝉(Dalbulus maidis)在加拿大的出现,这是一种新热带物种,其分布范围正危险地向北扩展。传统杀虫剂几乎未能抑制种群,证实了化学防治的局限性。相比之下,本地寄生蜂丰富且对季节条件响应迅速,成功寄生了优势迁移性叶蝉。基因组分析还揭示了意想不到的多样性,包括新世界Gonatopus属的第一个完整线粒体基因组,为生物监测提供了有价值的工具。这些发现强化了叶蝉作为气候变化哨兵的作用,并指出保护寄生蜂是气候适应性害虫管理的基础。
气候变化正在重塑北方农业生态系统中害虫与天敌的平衡。叶蝉(Hemiptera: Cicadellidae)作为韧皮部取食昆虫,能够传播600多种植物病原体,是气候驱动的农业生态变化的重要指示生物。然而,以往研究多集中于害虫本身,对寄生性天敌——尤其是寄生成虫和若虫的螫蜂科(Dryinidae)——在北美地区的多样性、生态功能及其对气候的响应知之甚少。特别是钩爪蜂属(Gonatopus)的雌成虫因形态可塑性强且缺乏分子数据而难以鉴定。同时,化学防治效果不佳、害虫北扩等问题日益突出。为此,研究人员在加拿大魁北克省开展了为期两年的系统监测,并结合生态统计与基因组学方法,探讨叶蝉-寄生蜂互作格局,为气候适应性害虫管理提供依据。该研究发表在《Cell Reports Sustainability》。

研究人员于2023–2024年在魁北克省5个地区(Capitale-Nationale、Chaudière-Appalaches、Mauricie、Centre-du-Québec、Montérégie)的商业草莓农场开展监测,以黄色粘虫板每周采样,共处理超过8,000张粘虫板,捕获82,130头叶蝉;同时整合2021–2022年的监测数据。叶蝉经形态学鉴定至属或种水平;采用广义线性混合模型(GLMM)分析季节、温度、降水对丰度和寄生率的影响;比较杀虫剂施用前后的丰度变化;对11头螫蜂科成蜂和1头幼虫进行形态学与分子鉴定,结合Illumina和AVITI测序、线粒体基因组组装、系统发育及宿主条形码分析。

叶蝉丰度与多样性(Leafhopper abundance and diversity)
通过两个生长季的粘虫板监测,共捕获82,130头叶蝉,鉴定出69个属。迁移性物种Empoasca fabae(马铃薯叶蝉)和Macrosteles quadrilineatus(紫菀叶蝉)是最丰富的类群。多样性指数分析显示,Hill-Shannon和Hill-Simpson指数在不同年份间存在显著差异,表明群落结构随时间变化。值得注意的是,研究首次在加拿大确认检测到玉米叶蝉Dalbulus maidis(20个个体),采集于2024年9–10月,覆盖多个地区,并已存入加拿大国家昆虫收藏中心;还首次正式记录了日本叶蝉Japananus hyalinus在魁北克省出现。

儒略日与气候变量对叶蝉丰度的影响(Effect of Julian day and climatic variables on leafhopper abundance)
通过GLMM模型分析,发现三个叶蝉类群的季节丰度均受儒略日显著影响。气候模型显示,E. fabae和M. quadrilineatus的丰度与温度显著正相关,当30天平均温度分别超过约16°C和14°C时丰度急剧上升;降水对E. fabae有显著负效应,但对M. quadrilineatus不显著。本地物种组合的丰度则主要受降水显著负向影响,对温度不敏感。这些结果表明迁移性与本地叶蝉具有不同的气候驱动机制。

杀虫剂施用与叶蝉类群丰度(Insecticide application and leafhopper group abundance)
基于5个农场、13种有效成分的施用数据,统计分析显示,施药频率最高的三种杀虫剂(氯氰菊酯、乙基多杀菌素、阿维菌素)均未显著降低叶蝉丰度。9种分析成分中,只有啶虫脒(acetamiprid)对E. fabae和本地物种组合的丰度有显著降低作用,但对M. quadrilineatus无显著影响。这表明当前化学防治策略对叶蝉控制效果有限。

寄生率及气候变量对寄生的影响(Parasitism rates and the effect of climatic variables on parasitism)
通过对叶蝉腹部外寄生囊(thylacium)的观察,共记录2,317头被寄生叶蝉。寄生率平均约3%,但单月或单点最高可达33%。M. quadrilineatus是被寄生最多的物种,占每月被寄生总数的78%–97%,高峰期在7–9月;E. fabae的寄生率极低。GLMM分析表明,温度与季节进程(儒略日)对寄生发生率和寄生率有显著正效应,降水作用不显著。这说明Gonatopus寄生蜂的活动主要受温度和季节驱动。

寄生蜂分类鉴定(Parasitoid taxonomic identification)
对采集的11头雌性螫蜂科成蜂进行形态学鉴定,依据螯状前跗节等特征均归入Gonatopus属。其中1头(标本10)被鉴定为Gonatopus clavipes(加拿大首次正式记录),其余标本由于特征组合与任何已知近北区、古北区或新热带区物种不符,无法定种,至少包含两个可能的新分类单元。

寄生蜂及其宿
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