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GCB:变暖可增强昆虫与寄主树木间的物候同步性
2020-01-15      
  虫害是影响森林生态系统结构与功能的重要干扰因子之一,而昆虫与其寄主树种的物候关系往往决定了虫害的严重程度。在昆虫与寄主树种的物候高度同步的年份,爆发森林虫灾的风险增加。为了减少虫害的影响,树木进化出一种防御策略:在被昆虫啃食后,会在下一年提前萌芽,增加昆虫发育和树木萌芽之间的时间间隔,降低与昆虫的物候同步性,减少昆虫破坏叶芽。然而,大量研究指出,气候变暖会导致植物春季物候的提前。这将如何影响昆虫与寄主植物间的物候关系,目前仍不清楚。
  近期,中国科学院高寒生态重点实验室、网易彩票生态格局与过程团队、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心梁尔源研究员课题组与加拿大魁北克大学合作,通过控制实验的方式测定了不同温度下(12°C,17°C和22°C)云杉卷叶蛾(Choristoneura fumiferana)幼虫的发育节律及其主要寄主香脂冷杉(Abies balsamea)、黑云杉(Picea mariana)和白云杉(Picea glauca)的幼苗萌芽物候,以探讨升温对昆虫与寄主树木物候关系的影响。结果显示:在12°C时,受啃食组幼苗较对照组早萌芽6-24天(图1),从而使叶芽发育与云杉卷叶蛾幼虫觅食之间有了18-22天的较长时间间隔。而当温度升高到17°C和22°C时,受啃食组幼苗较对照组仅早萌芽了3-7天,此时幼苗萌芽与幼虫觅食的间隔仅为2-9天和0-6天(图2)。这一研究结果表明,气候变暖会减弱受啃食树木的物候调节能力,从而导致其与昆虫幼虫间的物候趋于同步,加剧了叶芽的虫食损伤,影响森林生态系统的功能。在未来气候变暖的条件下,这一物候趋同的现象会增加虫害发生的风险,从而破坏森林生态系统与昆虫群落间营养关系和能量流动的平衡状态。
  该研究成果近期以“Warming counteracts defoliation-induced mismatch by increasing herbivore-plant phenological synchrony”为题发表于Global Change Biology杂志,博士后任平为第一作者和通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金等项目资助。
图1  温度为12°C, 17°C 和22°C时,对照组(黑色)与受啃食组(红色)白云杉、黑云杉、香脂冷杉幼苗的萌芽物候。萌芽的六个阶段分别对应:(1)开芽(2)伸长芽(3)膨大芽(4)透明芽(5)分化芽(6)抽枝
图2  温度为12°C、 17°C 和22°C时, 寄主树木(以香脂冷杉为例)对照与受啃食组幼苗(萌芽3-6阶段)以及云杉卷叶蛾幼虫急需觅食(幼虫4-6阶段)的时间分布情况
 
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