【摘 要】
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绿豆象Callosobruchus chinensis属鞘翅目(Coleoptera)豆象科(Bruchidae),是绿豆、红豆等豆科作物田间及仓储期的主要害虫。近年来,受全球气候变化、豆类种植面积和人类活动等因素的影响,其为害越来越严重。本文以收集自我国13个省22个地理种群的绿豆象为材料,基于线粒体分子标记方法,应用多种软件分析我国绿豆象现今谱系地理格局,并结合6个不同时期气候应用生态位模型预
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绿豆象Callosobruchus chinensis属鞘翅目(Coleoptera)豆象科(Bruchidae),是绿豆、红豆等豆科作物田间及仓储期的主要害虫。近年来,受全球气候变化、豆类种植面积和人类活动等因素的影响,其为害越来越严重。本文以收集自我国13个省22个地理种群的绿豆象为材料,基于线粒体分子标记方法,应用多种软件分析我国绿豆象现今谱系地理格局,并结合6个不同时期气候应用生态位模型预测了绿豆象在我国的潜在分布区域和影响绿豆象分布的重要环境因子,利用最低成本路径(LCP)方法预测了绿豆象可能的扩散路径。主要研究结果如下:一、不同地理种群绿豆象COI、COII、Cyt-b和12S rRNA单基因比较分析。绿豆象遗传多样性分析显示:线粒体COI和COII呈现单倍型多样性高和核苷酸多样性低;Cyt-b和12S rRNA呈现单倍型多样性低和核苷酸多样性低特征。四个线粒体基因AMOVA分析表明绿豆象遗传变异主要存在于个体之间。核苷酸差异分布曲线、Tajima’s D、Fu’s Fs、SSD、r的综合分析表明绿豆象整个种群在我国经历了扩张。BAPS分析绿豆象的遗传结构的最佳分组结果为:(1)COI和COII可将绿豆象种群分为2组;(2)Cyt-b和12S rRNA不能将绿豆象种群分组。以上结果得到系统进化树、单倍型网络图、Fst和Nm的支持。通过Mantel检验发现绿豆象种群四个基因的遗传距离与地理距离之间无正相关性,表明与绿豆象的飞行扩散相比,人类活动是更关键的扩散因素。二、绿豆象串联基因的遗传多样性与遗传结构研究基于串联线粒体基因分析了绿豆象不同地理种群的遗传多样性,显示绿豆象种群整体具有单倍型多样性高和核苷酸多样性低的特点,表明种群近期经历了扩张,且核苷酸变异不充分。通过BAPS、SAMOVA和Barrier分析,说明内蒙呼市(NM)种群存在明显的遗传分化,其它种群间遗传分化不明显。单倍型系统发育树、单倍型网络图、基因流和Fst分析也支持这一结果。绿豆象遗传结构分析表明,大兴安岭-太行-巫山-雪峰山脉在绿豆象C.chinensis种群的分歧中发挥了地理隔离的作用。三、绿豆象潜在适生性分析应用生态位模型预测了绿豆象6个时期(LIG、LGM、MH、Current、未来2050和未来2070)在我国的潜在分布区变化。研究结果显示:(1)在末次盛冰期(LGM)前后,华东地区(江苏和安徽的部分地区)和华南地区(海南、广东及广西的部分沿海地区)一直为绿豆象的适生区,推测这些地方为绿豆象的潜在避难所;(2)当前气候条件下,我国绿豆象的高适生区为山西、河北、河南、陕西、安徽和山东地区;(3)利用2050年气候因子分析表明,绿豆象的高适生区明显扩大。未来2070年气候条件下,绿豆象可能会继续向我国的西北、华北、东北和西南地区扩张。9个重要环境因子对绿豆象的权重分析表明:平均温度(bio1)、最热季节平均温度(bio10)和最湿季平均温度(bio8)是影响绿豆象分布的最重要气候因子。四、绿豆象的种群历史动态及扩散路径分析应用Beast估算绿豆象种群分歧时间,绿豆象最初发生分歧的时间为0.1005 Ma,处于第四纪末次间冰期(0.08-0.13 Ma)。次级小分支分歧时间在0.05 Ma-0.1 Ma之间,而各个单倍型之间的分歧时间发生在0.0056-0.07 Ma之间。贝叶斯天际线分析(BSP)分析表明,绿豆象在0.0125 Ma到0.025 Ma经历了种群扩张。最低成本路径法(LCP)分析表明当前气候条件下山西-河南-河北形成的三角区的扩散值高,可视为绿豆象防控的重要区域。
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