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摘要 黑龙江地区为我国最大的商品粮生产基地之一,鼠害是影响该地区粮食生产的重要因素之一。为了解当地农田害鼠种类、密度及分布特征,本研究于2010-2011年对该省主要作物田的啮齿类动物开展调查,并利用细胞色素C氧化酶Ⅰ亚基(cytochrome C oxidase subunit Ⅰ,COⅠ)对害鼠种类进行鉴定,分析该地区农田害鼠种类分布和发生特点,为其防治提供基础数据和方法依据。结果表明,所捕获的害鼠经形态鉴定可分为2科7属7种,分别为鼠科的黑线姬鼠、巢鼠、褐家鼠和小家鼠,以及仓鼠科的大仓鼠、黑线仓鼠和东方田鼠。DNA条形码分类结果与形态分类结果一致,但是在近缘种间的区分上还需要与形态数据相结合。黑龙江地区农田害鼠密度呈现出“春低秋高” 的时间特征,并且在玉米田中最高;在鼠种特征上,黑线姬鼠为广布种和优势种,其他鼠种则在局部地区密度较高。根据上述结果,应将春季作为黑龙江地区农田害鼠的重点防治时期,重点作物为玉米,同时应重点关注大中型鼠的数量变动情况。
关键词 黑龙江省; 农田害鼠; DNA条形码; 物种鉴定; 分布特征
中图分类号: S 443
文献标识码: A
DOI: 10.16688/j.zwbh.2018001
Abstract Heilongjiang Province is the largest commodity grain base of China, and huge damage caused by pest rodents is a key factor affecting local crop production. However, few studies were conducted to investigate the basic characteristics of local pest rodents including taxonomy, distribution and population density in the agricultural areas in Heilongjiang Province. In this study, we surveyed pest rodents from six sites covering three kinds of typical crop farming regions in Heilongjiang Province, and identified the species using DNA barcoding (cytochromeCOⅠ gene). Seven species were identified belonging to seven genera of 2 families by both DNA barcoding and morphological characterization, includingApodemus agrarius,Microtus fortis, Mus musculus, Tscherskia triton, Cricetulus barabensis, Micromys minutus,andRattus norvegicus. Among them,A. agrariusis the dominant species and widely distributes in whole province. Compared with the population density in spring, it was significant higher in autumn, indicating the overt seasonal breeding of local rodents. Moreover, the population density in maize farmland was higher than that in rice and soybean ones. Therefore, rodent management in Heilongjiang Province should be focused on spring season, maize farmlands, and the rodent species with middle or large body size, such as hamsters and Norway rat.
Key words Heilongjiang Province; pest rodent in farmland; DNA barcoding; species identification; distribution characteristics
鼠害是世界范圍内常见农业灾害之一,给农、林、牧业都带来了巨大的损失。20世纪80-90年代是我国鼠害发生最严重的时期,全国农业鼠害发生省份最多可达27个,发生面积近2 467万hm.2,约占全国耕地总面积的24.6%,粮食损失最高超过1 500万t/年[1]。近10年来,全国农区鼠害发生维持在中等至中等偏重趋势,东北地区农田鼠害发生则常年保持在偏重状态[2-7]。随着种植结构调整,东北地区已经成为我国最大的商品粮生产基地。黑龙江省地处我国最北端,耕地面积超过1 300万hm.2,人均耕地面积0.31 hm.2,位居全国之首。早在20世纪50-60年代就有关于黑龙江林区和平原鼠类研究的报道[9-11],但专门针对农田鼠害的研究在近几年才逐步受到重视[12-14]。已有学者对东北地区啮齿动物种类和区系进行了研究[13-18],然而针对黑龙江地区农田害鼠的主要种类及其发生和分布特征研究的较少,对其主要鼠种特征及发生规律尚不明确。
DNA条形码技术是指用DNA上一段标准的小DNA片段来鉴定物种的一项分子鉴定技术,最早由Hebert等在2003年提出,被广泛用于物种的鉴定,尤其是对于形态相似的近缘种[19]。目前广泛用于动物条形码研究的分子标记主要是线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ (cytochrome C oxidase subunit Ⅰ,COⅠ)[20-26]。该技术也被广泛用于啮齿类动物的鉴定和检验检疫。利用COⅠ 作为DNA条形码,刘润吉等[20-21]在贵州茂兰和黑龙江黑瞎子岛两地对当地主要害鼠种类进行鉴定,有效区分出外形相似的鼠种;闫东等[23]鉴定了河北省鼠疫疫源的主要鼠种;普丽娅等[24]将来自津巴布韦的集装箱内的鼠类残骸鉴定为黑鼠Rattus rattus。这些研究表明,DNA条形码技术是形态学鉴定的有力补充。 因此,本研究重点调查了黑龙江各主要农区鼠类发生情况,结合DNA条形码技术进行种类鉴定,并分析农田害鼠发生和分布的时空特征,以期阐明黑龙江地区农田害鼠分布和发生情况,为当地农田害鼠防治提供基础数据和防治依据。
1 材料与方法
1.1 鼠类样品采集
本研究调查覆盖黑龙江各主要农区,包括东部三江平原农作区(佳木斯市富锦市)、中部山区农作区(哈尔滨市双城区、哈尔滨市道外区、哈尔滨市尚志市)和西部松嫩平原农作区(大庆市杜蒙县、绥化市北林区)。铗捕率调查主要采用“铗夜法”,在秋季水稻田中则采用“尽捕法”。铗夜法根据农业行业标准NY/T 1481-2007《农区鼠害监测技术规范》要求,在样地邻近地块进行铗线法,将中号鼠铗(140 mm×55 mm)按5 m一铗布于农田边缘,次日清晨收铗,记录捕获的害鼠种类及其数量;尽捕法则利用自制工具将从稻堆中逃出的老鼠处死,记录数量、种类[12]。2010-2011年调查地点经纬度及生境情况见表1。
1.2 形态鉴定
在现场根据外部形态特征进行初步鉴定,将获得标本冷冻后带回实验室测量外部形态,制作头骨并对头骨形态进行观察和测量,根据检索表[15]对形態鉴定结果进行确认。
1.3 DNA条形码分析及鉴定
1.3.1 基因组DNA提取及PCR
利用TIANamp Genomic DNA提取试剂盒(天根生化科技有限公司,北京)提取鼠类脚趾或尾巴的DNA,-20℃保存备用。
1.3.2 PCR扩增与测序
设计通用引物(BatL5310,R6036R)[27]扩增每个样本的COⅠ基因片段。PCR反应体系为:25 μL体系,Mix 12.5 μL,引物各0.5 μL,模板1.5 μL,ddH2O 10 μL。PCR反应条件:95℃预变性5 min,95℃变性45 s,54℃退火1 min,72℃延伸1 min,35个循环,72℃延伸10 min。PCR扩增产物利用1%琼脂糖凝胶电泳检测,利用Illumina 3730测序仪进行双向测序。
1.3.3 DNA序列分析
釆用Lasergene 7.0软件查看测序结果的峰图,对序列进行人工校正[28];再用DnaSP 5.0软件分析变异位点数目,并对序列进行单倍型分析[29]。最后用MEGA 7.0软件中基于Kimura-2-parameter(K-2-P)的遗传距离用邻接法(neighbor-joining)构建系统进化树,重复检验值(bootstrap)设置为1 000,并比较不同鼠类种群内和种群间个体的遗传距离[30-33]。以三趾跳鼠Dipus sagitta(NCBI 登录号NC_027499.1)的COⅠ序列作为外类群。
1.4 农田鼠类发生规律分析
根据形态学和条形码鉴定结果,统计黑龙江省6个地区(佳木斯市富锦市长安镇、哈尔滨市双城区红旗乡、哈尔滨市道外区民主乡、哈尔滨市尚志市帽儿山镇、大庆市杜蒙县一心乡和绥化市北林区白魁镇)不同害鼠种类在春季和秋季的铗捕率,分析不同鼠类的季节性发生特征;分析不同作物(大豆、玉米和水稻)田间鼠类的优势种类以及鼠在不同作物田间的分布特点。
2 结果与分析
2.1 各地农田鼠形态鉴定
在6个地区共采集完整鼠类样品340只,形态鉴定为2科7属7种,分属于鼠科中的姬鼠属、巢鼠属、大鼠属、小鼠属,以及仓鼠科中的大仓鼠属、仓鼠属、田鼠属(表2)。
2.2 DNA条形码分析
从收集的340只鼠类样品中挑选来自7个属7个种112只鼠进行COⅠ序列扩增和测序。对获得的112条序列进行比对分析发现220个变异位点(variable sites),其中216个是系统发育信息位点(parsimony informative sites)。单倍型分析表明112个COⅠ序列中有41个不同的单倍型。将其与NCBI中的参考序列进行比对分析表明,其分属于7个鼠种,与对应物种的相似性 >98%。进一步利用MEGA软件分析所采集样本不同鼠种间和种内的遗传距离(genetic distance),结果表明7个鼠种的种间遗传距离(16.17%~25.21%) 远远大于种内遗传距离(0.22%~2.69%)。(表3)
利用邻接法(neighbor-joining)对41个COⅠ序列单倍型进行系统发育分析表明,同一种的鼠类聚为一支,支持率均为100%(图1)。整个系统树分为3个明显的大支,其中鼠科一支的支持率为54%,包括黑线姬鼠、巢鼠、褐家鼠、小家鼠;第二大支的支持率为93%,包含仓鼠科中的大仓鼠、黑线仓鼠;来自仓鼠科中田鼠亚科的东方田鼠单独聚为一支,支持率为100%。(图1)
2.3 黑龙江农田害鼠发生规律分析
2.3.1 季节规律
对黑龙江地区春秋两季的铗捕数据进行统计后发现,春季(5-6月)收回有效铗1 380个,共捕到鼠83只,铗捕率为6.0%,秋季(9-11月)收回有效铗1 924个,共捕到鼠375只,铗捕率为19.5%。秋季铗捕率大约为春季铗捕率的3倍以上,呈现出“秋高春低”的时间分布特征。
2.3.2 分布特点及优势鼠种分析
采用秋季铗捕数据分析表明:在不同的农作物间,玉米田中铗捕率最高,为25.1%,大豆田次之,为15.3%,水稻田最低,为12.1%;玉米田中铗捕率可达其他两种作物的2倍左右。黑线姬鼠为各种农田中的绝对优势种,在3种作物田占样本数比例均达到60%以上;褐家鼠在3种作物田中均有分布,且数量较为稳定, 在10%左右;东方田鼠主要分布在水稻田,高达20%,远远大于其他两种作物田的密度;大仓鼠主要分布于大豆和玉米田;小家鼠及黑线仓鼠则在3种作物田里极少分布,均不超过5%(表4)。 从鼠种丰度来看,中部近山地林区的哈尔滨市尚志市帽儿山镇农田鼠种最为丰富,可达6种;而东部农区佳木斯市富锦市长安镇最少,只有3种。从分布广度上来看,黑线姬鼠为广布鼠种,在6个点均可捕获;东方田鼠、褐家鼠次之,可在5点捕获;小家鼠和大仓鼠再次,可在4點捕获;而巢鼠和黑线仓鼠仅在2个点可捕获。从鼠种比例来看,黑线姬鼠总体比例最高,超过50%,各点捕获率均超过30%,最大可达76.1%,除大庆市杜蒙县一心乡外均为当地比例最高鼠种;东方田鼠总体比例次之,在西部和中部农区的3个点比例超过10%,在杜蒙最高达到52.9%;小家鼠和褐家鼠总体比例为5%~10%之间,小家鼠在中部农区2个点、褐家鼠在中部和东部农区的比例均超过10%;巢鼠、大仓鼠和黑线仓鼠的总体捕获率不超过5%,但在局部地区接近或超过10%(表5)。
3 讨论
DNA条形码分析技术是近年来兴起的一项新的物种鉴定技术,在动物种属分类鉴定中已有广泛应用[20-26]。在鼠类野外调查和监测中,我们常遇到捕获个体被天敌取食,或者被铗鼠断肢逃生,获取残肢后无法进行种类鉴定的情况,从而影响调查结果的准确性。因此,如果已知当地大致鼠种分布的情况下,利用DNA条形码技术则有助于进行更加准确的害鼠群落分析。本研究表明,利用DNA条形码技术可准确区分黑龙江地区农田的7种主要害鼠。其中,大庆市杜蒙县一心乡和绥化市北林区白魁镇两地的黑线仓鼠种群间的差异远大于其他几种鼠类的种内遗传距离,种群内部出现了明显的遗传分化,但还远远小于种间分化;系统进化分析表明,大庆市杜蒙县一心乡和绥化市北林区白魁镇两地的黑线仓鼠种群明显分为两支,是否达到亚种级别的分化还有待于进一步研究。另外,根据文献报道东北地区存在东方田鼠和莫氏田鼠两近缘种,两种鼠类形态上非常相似,区别仅为莫氏田鼠的腹部和足部与东方田鼠相比颜色较黑,其腭骨后缘有骨桥,头骨比东方田鼠狭长,且棱角明显[34-35]。但在我们获取的样品中,DNA条形码结果显示其为东方田鼠,从而得以确定其种属分类。
本研究在黑龙江地区调查的农田分布于东部三江平原农作区(佳木斯市富锦市)、中部山区农作区(哈尔滨市双城区、哈尔滨市道外区、哈尔滨市尚志市)和西部松嫩平原农作区(大庆市杜蒙县、绥化市北林区),覆盖了黑龙江省三种典型农作区;所调查地区的农田作物类型包括玉米、水稻、大豆等当地种植面积最广的主要农作物。本研究表明,黑龙江地区农田中主要鼠类有2科7属7种,其中黑线姬鼠、褐家鼠和大仓鼠为广布种,东方田鼠主要分布于中西部农作区,小家鼠和巢鼠主要分布于中部农作区,而黑线仓鼠则主要分布于西部农作区。与前人的研究[13-18]对比表明,本研究所调查的鼠种涵盖了黑龙江地区的主要农田害鼠。但是之前研究认为的黑线姬鼠、东方田鼠、褐家鼠和大仓鼠为广布种,在整个黑龙江省均有分布,这与本研究略有出入。其原因可能有二:一是随着全球气候变暖和种植结构调整,2000-2012年黑龙江玉米种植面积大量增加而大豆和小麦种植面积则大幅度萎缩[36],作物类型的变化可能对农田害鼠的分布产生影响。二是受调查方法和调查面积的局限,结果可能受到影响;例如巢鼠只能在“尽捕法”中捕获,而铗捕法从未捕获,这可能是其体型过小所致。另外,本研究调查面积仍显不足,下一步需要扩大调查面积,对种类分布与区划进行深入研究。
黑龙江农田铗捕率呈现出“秋高春低”的规律,这与当地属于中高纬度地区气候环境和鼠类季节性繁殖特点密切相关。中高纬度地区的鼠类往往表现出明显的季节性繁殖特点,主要表现为春夏季繁殖活跃而秋冬季繁殖休止[37-39]。在经历过繁殖期的快速繁殖后,鼠类种群在秋季往往达到全年的最高峰,而小家鼠、褐家鼠、巢鼠等鼠种由于具有较强的适应环境性,可以繁殖到深秋或者初冬季节。在我们进行稻田尽捕时,往往可以发现这些鼠类仍处于繁殖状态。另外,玉米田出现高铗捕率,可能是因为玉米农田微环境和农事活动更为适宜鼠类的栖息和繁衍。玉米田边往往有较宽阔的田间树带、草丛等地,且常年不会翻动,适宜鼠类栖息繁衍;而水稻田往往分布于水源旺盛之处,田中常年存水,鼠类只能栖息于田埂之上,因此有限的栖息空间可能限制了其数量升高。鼠种在对农田的选择上也表现出了明显的偏好:大仓鼠喜欢栖息于干燥环境中,因此在大豆和玉米等旱田中更多[40];而东方田鼠喜欢潮湿环境,在水稻田中更多[41]。根据这些情况,应将黑龙江农田鼠害防治的重点时期设置于春季,将防治的重点作物定位于玉米田。今后可考虑根据作物类型制定差异化的防治方案,以降低用药成本,减少对非靶标生物的危害,预防鼠类抗药性的发生。
黑线姬鼠为黑龙江农田环境中的绝对优势鼠种。据报道,该鼠在作物播种期盗食种子,生长期和成熟期啃食作物营养器官和果实,并且为流行性出血热和钩端螺旋体病的重要宿主[42]。但是,由于其体型较小,而且食性很杂[43-44],对农田的为害有限。其他小型鼠,如小家鼠、巢鼠也是如此。在农田生态系统中,这些小型鼠占据了大量的适生空间,从而限制了为害较大的大中型鼠类的种群数量,并为天敌提供了丰富的食物来源,因此对这些小型鼠类在农田生态系统中的贡献和为害应该进行进一步客观评判。而且,流行性出血热发病率与黑线姬鼠密度呈显著相关性[45]。因此,作为当地优势鼠种,黑线姬鼠种群动态的长期监测和数量控制尤其具有重要意义。从对粮食生产危害的角度,与小型鼠类相比,大中型鼠类的危害更大。例如,大仓鼠和黑线仓鼠专一性的偏爱农作物种子,且具有“搬仓”行为,因此它们不但取食农作物,还要大量储存以度过漫长的严冬。一只大仓鼠年食量约5 kg,平均储粮可达3.4 kg[46];一只黑线仓鼠年食量约为1.9 kg,储粮最多可达3 kg[47]。因此,对这些鼠种应进行重点监测和控制。对于杂食性褐家鼠、植食性的东方田鼠而言,虽并不专一性取食农作物,但是由于其体型较大,在数量高峰时也会形成较大为害,应重点关注。另外,东北地区特有的农事活动也会为鼠类为害提供机会。例如,在东北地区水稻晾晒期,大量水稻码成稻垛置于田中晾晒,此时会吸引众多鼠类进入其中取食、繁殖,短短一个月的晾晒期往往会造成巨大的损失[12]。因此,应改变这些传统的农事作业,或在此期间应提前进行害鼠防控,以减少损失。 參考文献
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关键词 黑龙江省; 农田害鼠; DNA条形码; 物种鉴定; 分布特征
中图分类号: S 443
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Abstract Heilongjiang Province is the largest commodity grain base of China, and huge damage caused by pest rodents is a key factor affecting local crop production. However, few studies were conducted to investigate the basic characteristics of local pest rodents including taxonomy, distribution and population density in the agricultural areas in Heilongjiang Province. In this study, we surveyed pest rodents from six sites covering three kinds of typical crop farming regions in Heilongjiang Province, and identified the species using DNA barcoding (cytochromeCOⅠ gene). Seven species were identified belonging to seven genera of 2 families by both DNA barcoding and morphological characterization, includingApodemus agrarius,Microtus fortis, Mus musculus, Tscherskia triton, Cricetulus barabensis, Micromys minutus,andRattus norvegicus. Among them,A. agrariusis the dominant species and widely distributes in whole province. Compared with the population density in spring, it was significant higher in autumn, indicating the overt seasonal breeding of local rodents. Moreover, the population density in maize farmland was higher than that in rice and soybean ones. Therefore, rodent management in Heilongjiang Province should be focused on spring season, maize farmlands, and the rodent species with middle or large body size, such as hamsters and Norway rat.
Key words Heilongjiang Province; pest rodent in farmland; DNA barcoding; species identification; distribution characteristics
鼠害是世界范圍内常见农业灾害之一,给农、林、牧业都带来了巨大的损失。20世纪80-90年代是我国鼠害发生最严重的时期,全国农业鼠害发生省份最多可达27个,发生面积近2 467万hm.2,约占全国耕地总面积的24.6%,粮食损失最高超过1 500万t/年[1]。近10年来,全国农区鼠害发生维持在中等至中等偏重趋势,东北地区农田鼠害发生则常年保持在偏重状态[2-7]。随着种植结构调整,东北地区已经成为我国最大的商品粮生产基地。黑龙江省地处我国最北端,耕地面积超过1 300万hm.2,人均耕地面积0.31 hm.2,位居全国之首。早在20世纪50-60年代就有关于黑龙江林区和平原鼠类研究的报道[9-11],但专门针对农田鼠害的研究在近几年才逐步受到重视[12-14]。已有学者对东北地区啮齿动物种类和区系进行了研究[13-18],然而针对黑龙江地区农田害鼠的主要种类及其发生和分布特征研究的较少,对其主要鼠种特征及发生规律尚不明确。
DNA条形码技术是指用DNA上一段标准的小DNA片段来鉴定物种的一项分子鉴定技术,最早由Hebert等在2003年提出,被广泛用于物种的鉴定,尤其是对于形态相似的近缘种[19]。目前广泛用于动物条形码研究的分子标记主要是线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ (cytochrome C oxidase subunit Ⅰ,COⅠ)[20-26]。该技术也被广泛用于啮齿类动物的鉴定和检验检疫。利用COⅠ 作为DNA条形码,刘润吉等[20-21]在贵州茂兰和黑龙江黑瞎子岛两地对当地主要害鼠种类进行鉴定,有效区分出外形相似的鼠种;闫东等[23]鉴定了河北省鼠疫疫源的主要鼠种;普丽娅等[24]将来自津巴布韦的集装箱内的鼠类残骸鉴定为黑鼠Rattus rattus。这些研究表明,DNA条形码技术是形态学鉴定的有力补充。 因此,本研究重点调查了黑龙江各主要农区鼠类发生情况,结合DNA条形码技术进行种类鉴定,并分析农田害鼠发生和分布的时空特征,以期阐明黑龙江地区农田害鼠分布和发生情况,为当地农田害鼠防治提供基础数据和防治依据。
1 材料与方法
1.1 鼠类样品采集
本研究调查覆盖黑龙江各主要农区,包括东部三江平原农作区(佳木斯市富锦市)、中部山区农作区(哈尔滨市双城区、哈尔滨市道外区、哈尔滨市尚志市)和西部松嫩平原农作区(大庆市杜蒙县、绥化市北林区)。铗捕率调查主要采用“铗夜法”,在秋季水稻田中则采用“尽捕法”。铗夜法根据农业行业标准NY/T 1481-2007《农区鼠害监测技术规范》要求,在样地邻近地块进行铗线法,将中号鼠铗(140 mm×55 mm)按5 m一铗布于农田边缘,次日清晨收铗,记录捕获的害鼠种类及其数量;尽捕法则利用自制工具将从稻堆中逃出的老鼠处死,记录数量、种类[12]。2010-2011年调查地点经纬度及生境情况见表1。
1.2 形态鉴定
在现场根据外部形态特征进行初步鉴定,将获得标本冷冻后带回实验室测量外部形态,制作头骨并对头骨形态进行观察和测量,根据检索表[15]对形態鉴定结果进行确认。
1.3 DNA条形码分析及鉴定
1.3.1 基因组DNA提取及PCR
利用TIANamp Genomic DNA提取试剂盒(天根生化科技有限公司,北京)提取鼠类脚趾或尾巴的DNA,-20℃保存备用。
1.3.2 PCR扩增与测序
设计通用引物(BatL5310,R6036R)[27]扩增每个样本的COⅠ基因片段。PCR反应体系为:25 μL体系,Mix 12.5 μL,引物各0.5 μL,模板1.5 μL,ddH2O 10 μL。PCR反应条件:95℃预变性5 min,95℃变性45 s,54℃退火1 min,72℃延伸1 min,35个循环,72℃延伸10 min。PCR扩增产物利用1%琼脂糖凝胶电泳检测,利用Illumina 3730测序仪进行双向测序。
1.3.3 DNA序列分析
釆用Lasergene 7.0软件查看测序结果的峰图,对序列进行人工校正[28];再用DnaSP 5.0软件分析变异位点数目,并对序列进行单倍型分析[29]。最后用MEGA 7.0软件中基于Kimura-2-parameter(K-2-P)的遗传距离用邻接法(neighbor-joining)构建系统进化树,重复检验值(bootstrap)设置为1 000,并比较不同鼠类种群内和种群间个体的遗传距离[30-33]。以三趾跳鼠Dipus sagitta(NCBI 登录号NC_027499.1)的COⅠ序列作为外类群。
1.4 农田鼠类发生规律分析
根据形态学和条形码鉴定结果,统计黑龙江省6个地区(佳木斯市富锦市长安镇、哈尔滨市双城区红旗乡、哈尔滨市道外区民主乡、哈尔滨市尚志市帽儿山镇、大庆市杜蒙县一心乡和绥化市北林区白魁镇)不同害鼠种类在春季和秋季的铗捕率,分析不同鼠类的季节性发生特征;分析不同作物(大豆、玉米和水稻)田间鼠类的优势种类以及鼠在不同作物田间的分布特点。
2 结果与分析
2.1 各地农田鼠形态鉴定
在6个地区共采集完整鼠类样品340只,形态鉴定为2科7属7种,分属于鼠科中的姬鼠属、巢鼠属、大鼠属、小鼠属,以及仓鼠科中的大仓鼠属、仓鼠属、田鼠属(表2)。
2.2 DNA条形码分析
从收集的340只鼠类样品中挑选来自7个属7个种112只鼠进行COⅠ序列扩增和测序。对获得的112条序列进行比对分析发现220个变异位点(variable sites),其中216个是系统发育信息位点(parsimony informative sites)。单倍型分析表明112个COⅠ序列中有41个不同的单倍型。将其与NCBI中的参考序列进行比对分析表明,其分属于7个鼠种,与对应物种的相似性 >98%。进一步利用MEGA软件分析所采集样本不同鼠种间和种内的遗传距离(genetic distance),结果表明7个鼠种的种间遗传距离(16.17%~25.21%) 远远大于种内遗传距离(0.22%~2.69%)。(表3)
利用邻接法(neighbor-joining)对41个COⅠ序列单倍型进行系统发育分析表明,同一种的鼠类聚为一支,支持率均为100%(图1)。整个系统树分为3个明显的大支,其中鼠科一支的支持率为54%,包括黑线姬鼠、巢鼠、褐家鼠、小家鼠;第二大支的支持率为93%,包含仓鼠科中的大仓鼠、黑线仓鼠;来自仓鼠科中田鼠亚科的东方田鼠单独聚为一支,支持率为100%。(图1)
2.3 黑龙江农田害鼠发生规律分析
2.3.1 季节规律
对黑龙江地区春秋两季的铗捕数据进行统计后发现,春季(5-6月)收回有效铗1 380个,共捕到鼠83只,铗捕率为6.0%,秋季(9-11月)收回有效铗1 924个,共捕到鼠375只,铗捕率为19.5%。秋季铗捕率大约为春季铗捕率的3倍以上,呈现出“秋高春低”的时间分布特征。
2.3.2 分布特点及优势鼠种分析
采用秋季铗捕数据分析表明:在不同的农作物间,玉米田中铗捕率最高,为25.1%,大豆田次之,为15.3%,水稻田最低,为12.1%;玉米田中铗捕率可达其他两种作物的2倍左右。黑线姬鼠为各种农田中的绝对优势种,在3种作物田占样本数比例均达到60%以上;褐家鼠在3种作物田中均有分布,且数量较为稳定, 在10%左右;东方田鼠主要分布在水稻田,高达20%,远远大于其他两种作物田的密度;大仓鼠主要分布于大豆和玉米田;小家鼠及黑线仓鼠则在3种作物田里极少分布,均不超过5%(表4)。 从鼠种丰度来看,中部近山地林区的哈尔滨市尚志市帽儿山镇农田鼠种最为丰富,可达6种;而东部农区佳木斯市富锦市长安镇最少,只有3种。从分布广度上来看,黑线姬鼠为广布鼠种,在6个点均可捕获;东方田鼠、褐家鼠次之,可在5点捕获;小家鼠和大仓鼠再次,可在4點捕获;而巢鼠和黑线仓鼠仅在2个点可捕获。从鼠种比例来看,黑线姬鼠总体比例最高,超过50%,各点捕获率均超过30%,最大可达76.1%,除大庆市杜蒙县一心乡外均为当地比例最高鼠种;东方田鼠总体比例次之,在西部和中部农区的3个点比例超过10%,在杜蒙最高达到52.9%;小家鼠和褐家鼠总体比例为5%~10%之间,小家鼠在中部农区2个点、褐家鼠在中部和东部农区的比例均超过10%;巢鼠、大仓鼠和黑线仓鼠的总体捕获率不超过5%,但在局部地区接近或超过10%(表5)。
3 讨论
DNA条形码分析技术是近年来兴起的一项新的物种鉴定技术,在动物种属分类鉴定中已有广泛应用[20-26]。在鼠类野外调查和监测中,我们常遇到捕获个体被天敌取食,或者被铗鼠断肢逃生,获取残肢后无法进行种类鉴定的情况,从而影响调查结果的准确性。因此,如果已知当地大致鼠种分布的情况下,利用DNA条形码技术则有助于进行更加准确的害鼠群落分析。本研究表明,利用DNA条形码技术可准确区分黑龙江地区农田的7种主要害鼠。其中,大庆市杜蒙县一心乡和绥化市北林区白魁镇两地的黑线仓鼠种群间的差异远大于其他几种鼠类的种内遗传距离,种群内部出现了明显的遗传分化,但还远远小于种间分化;系统进化分析表明,大庆市杜蒙县一心乡和绥化市北林区白魁镇两地的黑线仓鼠种群明显分为两支,是否达到亚种级别的分化还有待于进一步研究。另外,根据文献报道东北地区存在东方田鼠和莫氏田鼠两近缘种,两种鼠类形态上非常相似,区别仅为莫氏田鼠的腹部和足部与东方田鼠相比颜色较黑,其腭骨后缘有骨桥,头骨比东方田鼠狭长,且棱角明显[34-35]。但在我们获取的样品中,DNA条形码结果显示其为东方田鼠,从而得以确定其种属分类。
本研究在黑龙江地区调查的农田分布于东部三江平原农作区(佳木斯市富锦市)、中部山区农作区(哈尔滨市双城区、哈尔滨市道外区、哈尔滨市尚志市)和西部松嫩平原农作区(大庆市杜蒙县、绥化市北林区),覆盖了黑龙江省三种典型农作区;所调查地区的农田作物类型包括玉米、水稻、大豆等当地种植面积最广的主要农作物。本研究表明,黑龙江地区农田中主要鼠类有2科7属7种,其中黑线姬鼠、褐家鼠和大仓鼠为广布种,东方田鼠主要分布于中西部农作区,小家鼠和巢鼠主要分布于中部农作区,而黑线仓鼠则主要分布于西部农作区。与前人的研究[13-18]对比表明,本研究所调查的鼠种涵盖了黑龙江地区的主要农田害鼠。但是之前研究认为的黑线姬鼠、东方田鼠、褐家鼠和大仓鼠为广布种,在整个黑龙江省均有分布,这与本研究略有出入。其原因可能有二:一是随着全球气候变暖和种植结构调整,2000-2012年黑龙江玉米种植面积大量增加而大豆和小麦种植面积则大幅度萎缩[36],作物类型的变化可能对农田害鼠的分布产生影响。二是受调查方法和调查面积的局限,结果可能受到影响;例如巢鼠只能在“尽捕法”中捕获,而铗捕法从未捕获,这可能是其体型过小所致。另外,本研究调查面积仍显不足,下一步需要扩大调查面积,对种类分布与区划进行深入研究。
黑龙江农田铗捕率呈现出“秋高春低”的规律,这与当地属于中高纬度地区气候环境和鼠类季节性繁殖特点密切相关。中高纬度地区的鼠类往往表现出明显的季节性繁殖特点,主要表现为春夏季繁殖活跃而秋冬季繁殖休止[37-39]。在经历过繁殖期的快速繁殖后,鼠类种群在秋季往往达到全年的最高峰,而小家鼠、褐家鼠、巢鼠等鼠种由于具有较强的适应环境性,可以繁殖到深秋或者初冬季节。在我们进行稻田尽捕时,往往可以发现这些鼠类仍处于繁殖状态。另外,玉米田出现高铗捕率,可能是因为玉米农田微环境和农事活动更为适宜鼠类的栖息和繁衍。玉米田边往往有较宽阔的田间树带、草丛等地,且常年不会翻动,适宜鼠类栖息繁衍;而水稻田往往分布于水源旺盛之处,田中常年存水,鼠类只能栖息于田埂之上,因此有限的栖息空间可能限制了其数量升高。鼠种在对农田的选择上也表现出了明显的偏好:大仓鼠喜欢栖息于干燥环境中,因此在大豆和玉米等旱田中更多[40];而东方田鼠喜欢潮湿环境,在水稻田中更多[41]。根据这些情况,应将黑龙江农田鼠害防治的重点时期设置于春季,将防治的重点作物定位于玉米田。今后可考虑根据作物类型制定差异化的防治方案,以降低用药成本,减少对非靶标生物的危害,预防鼠类抗药性的发生。
黑线姬鼠为黑龙江农田环境中的绝对优势鼠种。据报道,该鼠在作物播种期盗食种子,生长期和成熟期啃食作物营养器官和果实,并且为流行性出血热和钩端螺旋体病的重要宿主[42]。但是,由于其体型较小,而且食性很杂[43-44],对农田的为害有限。其他小型鼠,如小家鼠、巢鼠也是如此。在农田生态系统中,这些小型鼠占据了大量的适生空间,从而限制了为害较大的大中型鼠类的种群数量,并为天敌提供了丰富的食物来源,因此对这些小型鼠类在农田生态系统中的贡献和为害应该进行进一步客观评判。而且,流行性出血热发病率与黑线姬鼠密度呈显著相关性[45]。因此,作为当地优势鼠种,黑线姬鼠种群动态的长期监测和数量控制尤其具有重要意义。从对粮食生产危害的角度,与小型鼠类相比,大中型鼠类的危害更大。例如,大仓鼠和黑线仓鼠专一性的偏爱农作物种子,且具有“搬仓”行为,因此它们不但取食农作物,还要大量储存以度过漫长的严冬。一只大仓鼠年食量约5 kg,平均储粮可达3.4 kg[46];一只黑线仓鼠年食量约为1.9 kg,储粮最多可达3 kg[47]。因此,对这些鼠种应进行重点监测和控制。对于杂食性褐家鼠、植食性的东方田鼠而言,虽并不专一性取食农作物,但是由于其体型较大,在数量高峰时也会形成较大为害,应重点关注。另外,东北地区特有的农事活动也会为鼠类为害提供机会。例如,在东北地区水稻晾晒期,大量水稻码成稻垛置于田中晾晒,此时会吸引众多鼠类进入其中取食、繁殖,短短一个月的晾晒期往往会造成巨大的损失[12]。因此,应改变这些传统的农事作业,或在此期间应提前进行害鼠防控,以减少损失。 參考文献
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