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基于Fuzzy分析的茶园游猎蛛取食小贯小绿叶蝉的种间竞争作用

陈诗燕 程鸿浩 吴筱萌 徐悦 邹运鼎 毕守东

凡婷婷, 张佳琦, 刘会君, 等. 核桃铵态氮转运蛋白基因JrAMT2的功能分析[J]. 浙江农林大学学报, 2024, 41(1): 79-91. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230296
引用本文: 陈诗燕, 程鸿浩, 吴筱萌, 等. 基于Fuzzy分析的茶园游猎蛛取食小贯小绿叶蝉的种间竞争作用[J]. 浙江农林大学学报, 2023, 40(5): 1008-1017. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220753
FAN Tingting, ZHANG Jiaqi, LIU Huijun, et al. Functional analysis of ammonium nitrogen transporter gene JrAMT2 in Juglans regia[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2024, 41(1): 79-91. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230296
Citation: CHEN Shiyan, CHENG Honghao, WU Xiaomeng, et al. Interspecific competition of wandering spiders feeding on Empoasca onukii in tea plantations based on Fuzzy analysis[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40(5): 1008-1017. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220753

基于Fuzzy分析的茶园游猎蛛取食小贯小绿叶蝉的种间竞争作用

DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220753
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(30871444);安徽省高校自然科学基金重点项目(KJ2020A0111)
详细信息
    作者简介: 陈诗燕(ORCID: 0000-0003-4459-7411),从事昆虫数学生态学研究。E-mail: shiyanchen112@163.com
    通信作者: 毕守东(ORCID: 0000-0002-1113-0105),教授,博士,博士生导师,从事昆虫数学生态学研究。E-mail: bishoudong@163.com
  • 中图分类号: S433.3

Interspecific competition of wandering spiders feeding on Empoasca onukii in tea plantations based on Fuzzy analysis

  • 摘要:   目的  探究茶园游猎蛛取食小贯小绿叶蝉Empoasca onukii的种间竞争作用,为合理保护和利用茶园游猎蛛防治小贯小绿叶蝉提供科学依据。  方法  运用灰色关联度法、Fuzzy分级法和竞争系数法对安徽农业大学科技示范园茶树Camellia sinensis‘农抗早’‘Nongkangzao’和‘平阳特早’‘Pingyangtezao’茶园小贯小绿叶蝉与游猎蛛的种群动态进行分析,研究不同游猎蛛之间的竞争关系,并得出竞争力最强的游猎蛛,再将灰色关联度与竞争系数相结合引申出竞争强度指数的概念以验证所得结果准确性。  结果  由灰色关联度结果可知:与小贯小绿叶蝉数量相关性最大的游猎蛛,‘农抗早’茶园为斑管巢蛛Clubiona reichlini(0.896 7)和粽管巢蛛Clubiona japonicola (0.890 2),‘平阳特早’茶园也为斑管巢蛛(0.860 3)和粽管巢蛛(0.857 1);根据竞争系数和竞争强度指数的方差分析结果可知:在取食茶园小贯小绿叶蝉时,无论竞争对手为何种游猎蛛,粽管巢蛛都与其他蜘蛛差异显著,其次为斑管巢蛛,且游猎蛛里斜纹猫蛛Oxyopes sertatus与两者差异极显著。  结论  取食茶园小贯小绿叶蝉时,粽管巢蛛和斑管巢蛛竞争力最强,斜纹猫蛛竞争力最弱。通过合理保护和利用粽管巢蛛和斑管巢蛛这类竞争力强的蜘蛛可达到有效防治小贯小绿叶蝉的目的。图2表6参33
  • 核桃Juglans regia 为胡桃科Juglandaceae胡桃属Juglans植物[1],其种仁含油量高,有“木本油料之王”的称号[2]。同时,核桃木材坚实,是良好的硬木材料。作为重要的经济林树种,核桃大多种植于土壤贫瘠的山坡沟坎,不与粮争地[3]。然而,核桃树体高大,与其他果树相比对矿质营养元素需求量较高,大量元素与核桃产量和品质形成紧密相关[4],因此,提高核桃树体对矿质元素的吸收能力对于提高核桃产量和品质至关重要[5]。研究表明:在核桃树各器官中种仁的氮素质量分数最高,核桃树吸收累积的矿质营养元素中氮素被商品核桃(种仁、硬壳)携走的比例也最高,叶片次之[6]。可见,氮素可能是提高核桃产量和品质的关键营养元素。然而,过量施用氮肥会导致严重的环境问题,因此,提高氮素利用效率是提高核桃产量与品质的重中之重[7]

    土壤中氮素主要分为无机氮和有机氮两大类,植物根系能够吸收利用的主要是无机氮,主要以硝态氮和铵态氮形式存在[89]。植物根系对无机氮转运调节途径可分为2种,即高亲和力(HATs)和低亲和力(LATs)的氮转运系统[10],HATs 在外部铵态氮( ${\rm{NH}}_4^ +$)、硝态氮(${\rm{NO}}^ -_3 $)浓度低于 0.5 mmol·L−1时介导吸收大部分的无机氮,而 LATs 则是在 ${\rm{NH}}_4^ + $、${\rm{NO}}_3^ - $浓度高于 0.5或 1.0 mmol·L−1时介导吸收无机氮[10]。植物对铵态氮和硝态氮的吸收主要由铵转运蛋白和硝酸转运蛋白介导。土壤中同时含有植物可吸收利用的硝态氮和铵态氮时,由于植物吸收硝态氮需要先将其还原成铵态氮后才能进行同化利用,消耗的能量更多,所以植物对铵态氮表现出明显的偏好性,而且当植物受盐胁迫及活性氧的伤害时,铵态氮具有缓解作用,因此,介导植物对铵态氮吸收的铵转运蛋白在植物氮同化中起着重要作用[11]。铵转运蛋白基因主要有两大类族,分为AMT1和AMT2。在已知的铵转运蛋白中大部分 AMT1 家族的转运蛋白属于高亲和转运体[12],如拟南芥Arabidopsis thaliana中有6个编码铵转运蛋白被鉴定,包括5个AMT1家族基因,1个AMT2家族基因。AMT1家族基因中,AtAMT1.1和AtAMT1.3对拟南芥根系铵态氮吸收的贡献率最高,为30%,AtAMT1.2、AtAMT1.5对拟南芥根系高亲和铵态氮吸收的贡献率略低于AtAMT1.1和AtAMT1.3[13]AtAMT1.4在花粉中特异性表达[14],在水稻Oryza sativa铵转运蛋白基因家族中AMT1家族有基因3个,其中OsAMT1.1和OsAMT1.2为高亲和力转运体[15];而 AMT2 家族以低亲和为主,在拟南芥AMT2家族基因中AtAMT2.1 在低亲和范围内适度促进拟南芥根系对铵态氮吸收,主要在铵从根部到地上部运输中发挥作用[16]。AMT2 型蛋白通常在植物的不同组织中包括根、芽和叶中都有表达,如AtAMT2.1基因在拟南芥各器官中均有表达,主要表达在拟南芥的维管束及上皮层[17],在拟南芥中AtAMT2.1与AtAMT1s之间还存在协同作用。此外,毛果杨Populus trichocarpa PtAMT2.1主要在叶片中,PtAMT2.2在叶柄中高表达。除此之外,玉米Zea mays[18]、番茄Lycopersicon esculentum [19]、欧洲油菜Brassica napus [20]等高等作物均鉴别出了AMT基因,但到目前为止,研究大多集中于高亲和的铵转运蛋白AMT1基因家族,对低亲和的铵转运蛋白AMT2基因家族的研究较少。因此,阐明AMT2的生物学功能和调控机制,对于提高核桃自身的氮效率和提高肥料利用效率都具有重要意义。

    本研究以核桃JrAMT2过表达株系为供试材料,采用实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)及生理检测的方法鉴定JrAMT2基因在核桃植株体内的表达模式,进一步对核桃JrAMT2基因进行生物学功能分析,为核桃优良品种选育提供理论依据。

    实验材料来自浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室保存的核桃野生型(WT)以及课题组2019年获得的核桃JrAMT2过表达阳性植株 [21],其中JrAMT2基因构建于PCMBIA1300植物表达载体,载体抗性为卡那霉素(kanmycin,Kan),利用根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens GV3103菌株介导将构建好的35S::JrAMT2::GFP过表达载体转化到核桃野生型体细胞胚中,植物筛选标记为潮霉素(hygromycin,Hyg)。本研究所用核桃组培苗为野生型体胚和JrAMT2过表达阳性体胚经脱水萌发获得,温室苗则由上述组培苗经生根、炼苗、驯化获得。

    1.2.1   生物信息分析运用

    SOPMA(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html)网站在线分析JrAMT2蛋白质二级结构,运用TMHMM(http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)在线软件对JrAMT2 蛋白进行跨膜结构域的预测,通过 GSDS(http://gsds.gao-lab.org/)软件在线分析JrAMT2基因结构。

    1.2.2   植株的培养

    同一JrAMT2过表达阳性体胚萌出的植株为1个株系,选取3个核桃JrAMT2阳性株系,命名为JrAMT2-1、JrAMT2-2、JrAMT2-3,每个株系继代培养至50株以上,培养条件:温度为 25 ℃,湿度为 75%~80%,光照强度为2~15 klx,光照周期为16 h光照8 h黑暗,培养基为Driver&Kunivuki&McGranahan (DKW)培养基。

    采用2步生根法获得核桃驯化植株,选取阳性体胚萌发后经4次继代培养的核桃组培苗作为实验材料。第1步进行根诱导,5~8 cm长的光生芽,转移到补充有10 mg·L−1吲哚丁酸钾(K-IBA)的DKW固体培养基,在黑暗中培养7 d,诱导根原基的发生;第2步,不定根诱导结束后将其转移到粗蛭石∶DKW培养基比例(体积比)为3∶2的固体培养基中,温度为25 ℃,湿度为75%~80%,光照强度为2~15 klx,光照周期为16 h光照8 h黑暗,培养时间为21~28 d,形成不定根,获得核桃不同株系生根植株[22]

    核桃苗不定根形成后取出用清水冲洗,多菌灵浸泡,移栽到泥炭∶蛭石∶珍珠岩比例(体积比)为2∶1∶1的混合土中,将移栽驯化成活后获得的核桃再生植株在温度为 25 ℃,湿度为 75%~80%,光照强度为2~15 klx,光照周期为16 h光照8 h黑暗的条件下培养[23],获得核桃不同株系温室植株。

    1.2.3   核桃JrAMT2基因阳性鉴定

    选用阳性体胚萌发后经4次继代培养的核桃组培苗进行绿色荧光蛋白(GFP) 检测、PCR及RT-qPCR验证,引物见表1。从再生植株顶芽开始向下截取 1.5 cm,培养14 d 后观察植株表型,每个株系均5个生物学重复。选取植株顶芽、叶片、茎段混样提取DNA及RNA。 PCR 反应程序为:94 ℃预变性 2 min;98 ℃变性10 s,55 ℃退火温度 30 s,68 ℃延伸 2 min,共 32 个循环;68 ℃延伸 7 min,PCR 反应产物进行质量分数为1.2%琼脂糖凝胶电泳。使用 The iQ5 Real-Time PCR Detection System 仪器进行RT-qPCR,测定转基因植株中JrAMT2的相对表达量。反应程序为:95 ℃ 10 min;95 ℃ 10 s,60 ℃ 31 s,40 个循环;95 ℃ 15 s;60 ℃ 1 min;95 ℃ 30 s;60 ℃ 15 s。通过 2−ΔΔCt方法计算定量结果[24]

    表 1  引物
    Table 1  Primers
    引物序列(5′→3′)用途
    Actin-F GCCGAACGGGAAATTGTC 内参
    Actin-R AGAGATGGCTGGAAGAGG 内参
    QJrAMT2-F AGCAAATGGGGTTCCAGGTT 定量
    QJrAMT2-R TGTCTCCCGCAGATAGAAGGTA 定量
    GFP-F ATGGTGAGCAAGGGCGAGGA 鉴定
    GFP-R TTACTTGTACAGCTCGTCCA 鉴定
    JrAMT2-F CATGAATACCACACCGGCCTA 鉴定
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    取核桃野生型及核桃JrAMT2过表达株系组培苗的根、茎、小叶,根纵切、茎横切临时切片分别放置于体视荧光显微镜(Carl Zeiss Stereo D13covery V12,Axio Cam MRc system)在明场和蓝光(488 nm)激发条件下利用 ZEN lite 成像软件连续拍照[25-26]

    1.2.4   生长参数、铵态氮和硝态氮测定

    分别选取生长状态一致的核桃野生型与3个核桃JrAMT2过表达株系组培苗,从顶尖向下剪取1.5 cm茎段,含2~4片复叶,培养14 d,每个株系均5个生物学重复,测量株高及节间数。选取长势相同的核桃野生型及JrAMT2过表达植株采用2步生根法驯化,移栽后用直尺测量统计不同株系生长0、20、40 d的株高、节间长、叶片长度及叶片宽度。

    分别选取生长状态一致的核桃野生型与3个核桃JrAMT2过表达株系组培苗,培养14 d,采用2步生根法获得核桃生根植株,植株分为地上部分及地下部分2个部分,清洗植株,分别测定地上部分及地下部分鲜质量,于105 ℃下杀青,80 ℃烘干至恒量,称取干质量。使用苏州科铭生物技术有限公司的植物铵态氮(ZATD-1-G)和植物硝态氮(ZXTD-1-G)试剂盒测定地上部分及地下部分铵态氮和硝态氮质量分数,每个株系均5个生物学重复。

    1.2.5   植株叶绿体观察、叶绿素质量分数及叶绿素荧光测定

    分别选取生长状态一致的核桃野生型与3个核桃JrAMT2过表达株系组培苗,取顶尖向下第2节间处复叶。将该叶片置于0.35 mol·L−1氯化钠中研磨破碎至絮状,取悬液于高倍光学显微镜下观察,找到视野中单个完整的叶肉细胞,观察细胞中的叶绿体, 使用image J软件计算叶绿体表面积与单层细胞表面积比率。每个株系均5个生物学重复。

    采用丙酮浸取法测定叶绿素质量分数。分别取0.1 g核桃野生型与3个核桃JrAMT2过表达株系组培苗长势一致的叶片,剪碎,置于15 mL离心管中,加入10 mL体积分数 80%丙酮溶液,于室温黑暗处浸提,直至管内材料褪色变白,以80%丙酮溶液为对照,测定663和646 nm处吸光值,每个株系均5个生物学重复。wt=[(wa+8wbVt×(mFW×1 000)−1],叶绿素 a 质量分数(wa) =20.3×D(646),叶绿素 b 质量分数(Cb)=8.04×D(663)。其中:wt为叶绿素质量分数(mg·g−1),Vt为提取液总体积(mL),mFW为叶片鲜质量(g),D(646)和D(663)分别为646和663 nm处的吸光度。

    叶绿素荧光测定使用M-PEA(multi-function plant efficiency analyser)多功能植物效率分析仪(英国Hansatech公司)测定。选取生长状态一致的核桃野生型与3个核桃JrAMT2过表达株系温室苗由上向下第3片叶片暗处理30 min,在饱和脉冲光(5 000 μmol·m−2·s−1) 下进行快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线) 的测定和绘制。参照SCHANSKE等[27]的方法分析叶绿素荧光诱导动力学参数(JIP-test)。

    1.2.6   数据分析

    利用SPSS 26软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和多重比较(邓肯法),显著性水平为0.05。使用GraphPad Prism 7.0软件绘图。

    核桃 JrAMT2基因的全长为 1 464 bp,起始密码子为 ATG,终止密码子为 TGA。经过美国国家生物技术信息中心(NCBI)在线序列比对显示:该基因的序列编码的氨基酸序列属于 Ammonium Transporter Family,编码487个氨基酸(图1),蛋白分子量为52.458 kD,预测分子式为C2433H3715N601O646S23,含有7 418个原子,理论等电点为7.11,不稳定指数为35.61,脂溶指数为101.56,亲水性平均值为0.472。该段蛋白质中包含20种常见氨基酸:亮氨酸质量分数最高,达到11.7%,其次分别为甘氨酸11.1%,丙氨酸10.9%,缬氨酸8.6%,半胱氨酸质量分数最低,仅为1.0%。JrAMT2蛋白中分别含有29个酸性氨基酸残基(Asp+Glu)和29个碱性氨基酸残基(Arg+Lys) (表2)。

    图 1  JrAMT2基因氨基酸序列
    Figure 1  Amino acid sequence of JrAMT2 gene
    表 2  JrAMT2基因氨基酸组成
    Table 2  Composition of JrAMT2 amino acids
    氨基酸数量/个占比/%氨基酸数量/个占比/%氨基酸数量/个占比/%
    丙氨酸 53 10.90 组氨酸 9 1.80 苏氨酸 27 5.50
    精氨酸 11 2.30 异亮氨酸 25 5.10 色氨酸 18 3.70
    天冬酰胺 16 3.30 亮氨酸 57 11.70 酪氨酸 17 3.50
    天冬氨酸 15 3.10 赖氨酸 18 3.70 缬氨酸 42 8.60
    半胱氨酸 5 1.00 甲硫氨酸 18 3.70 吡咯赖氨酸 0 0.00
    谷氨酰胺 11 2.30 苯丙氨酸 24 4.90 晒半胱氨酸 0 0.00
    谷氨酸 14 2.90 脯氨酸 24 4.90
    甘氨酸 54 11.10 丝氨酸 29 6.00
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    对核桃JrAMT2蛋白跨膜区的预测结果表明:该蛋白N端在膜外,C端存在膜内,共含有11个跨膜螺旋,跨膜螺旋区段分别位于24~46、59~81、129~151、158~180、195~214、227~244、254~276、288~310、314~333、346~368和398~420,推测JrAMT2属于跨膜蛋白,并在N端存在信号肽(图2A)。

    图 2  核桃JrAMT2基因生物信息学分析
    Figure 2  Bioinformatics analysis of JrAMT2 gene in J. regia

    对JrAMT2 蛋白二级结构的预测结果显示:JrAMT2的氨基酸组成中有4种构象,其中 α- 螺旋有 201 个氨基酸,占比 43.12%;延伸链有 93个氨基酸,占比19.10%;β- 转角有 30个氨基酸,占比 6.16%;无规则卷曲有154个氨基酸,占比 31.62%。JrAMT2 铵转运蛋白主要由 α- 螺旋和无规则卷曲组成(图2B)。

    JrAMT2基因结构的分析显示:JrAMT2基因由4个外显子,3个内含子组成。与拟南芥AtAMT2基因相比,拟南芥基因结构多了1个外显子和1个内含子,与山核桃Carya cathayensis CcAMT2基因[28]、栓皮栎Quercus suber QsAMT2基因[29]相比,外显子和内含子数量相同,同源性较高(图2C)。

    在成功构建35S::JrAMT2::GFP的过表达载体并通过农杆菌介导转化核桃体胚后,对同一无性系JrAMT2体胚经脱水萌发获得的再生植株进行阳性鉴定。利用PCR技术,以核桃JrAMT2过表达植株3个株系(JrAMT2-1、JrAMT2-2和JrAMT2-3) DNA为模板,进行外源GFP基因(729 bp)的PCR验证,检测到大小约为 750 bp的电泳条带,与GFP基因大小符合(图3A);进行目的基因JrAMT2加外源GFP基因全长(2193 bp)的PCR验证,检测到大小为2000 bp的电泳条带,与目的基因大小符合(图3B);以核桃JrAMT2过表达植株3个株系的cDNA为模板,利用实时定量PCR技术对JrAMT2基因表达量进行检测,结果显示:核桃JrAMT2过表达植株3个株系JrAMT2基因相对表达量分别为野生型的10.58、12.80和14.94倍,显著上调(图3C),表明核桃JrAMT2过表达植株中JrAMT2基因稳定表达。

    图 3  PCR 和RT-qPCR 对核桃组培苗的JrAMT2基因的检测
    Figure 3  Detection of JrAMT2 gene in J. regia tissue culture seedlings by PCR and qRT-PCR

    对获得的过表达株系进行GFP荧光阳性鉴定,分别将核桃过表达及野生型幼苗(图4A)的小叶、茎、根置于荧光体视显微镜下在波长为488 nm蓝光激发下拍摄。结果显示:过表达植株的小叶、茎、根表面呈现均匀的绿色荧光,其中腋芽处荧光更明亮(图4B1~6),野生型核桃幼苗的小叶、茎、根在荧光下拍摄无绿色荧光激发(图4B7~12),说明JrAMT2蛋白在腋芽处积累。为进一步研究JrAMT2基因在核桃幼苗中的表达,对过表达株系及野生型组培苗的茎段进行横切,根进行纵切后,进行GFP荧光检测,结果显示:核桃JrAMT2过表达植株茎段横切中呈现均匀的绿色荧光,其中在维管组织中荧光更明亮,野生型植株茎段横切面无绿色荧面光(图4B1~12);核桃JrAMT2过表达植株根段纵切面中呈现均匀的绿色荧光,且在维管组织中荧光更明亮,野生型植株根段纵切面无绿色荧光(图4C1~8)。表明JrAMT2基因在核桃幼苗的根和茎中均可稳定表达,其中JrAMT2蛋白在根和茎的维管束组织中积累。

    图 4  铵态氮转蛋白基因JrAMT2在核桃苗中稳定表达
    Figure 4  Stable expression of ammonium nitrogen transfer protein gene JrAMT2 in J. regia
    2.3.1   核桃JrAMT2过表达植株生长表型分析

    为了进一步研究核桃JrAMT2基因的生物学功能,将3个JrAMT2过表达植株与野生型核桃植株培养14 d。结果表明:与野生型相比,核桃JrAMT2过表达植株均生长旺盛,株高显著增加,节间显著增长(P<0.05,图5A)。3个JrAMT2过表达株系株高分别为3.87、4.23和4.12 cm,节间长分别为0.33、0.35和0.34 cm,野生型植株株高为3.30 cm,节间长为0.28 cm,与野生型相比,3个JrAMT2过表达株系株高分别增加了17.0%、28.0%和29.0% (图5B),节间长分别增加了19.0%、25.0%和24.0% (图5C)。综上所述,JrAMT2过表达对核桃幼苗的生长有显著提高作用。

    图 5  核桃JrAMT2过表达离体培养植株表型分析
    Figure 5  Phenotypic analysis of J. regia JrAMT2 overexpression plant in vitro culture

    对核桃JrAMT2过表达植株进一步驯化培养,成功获得核桃JrAMT2过表达温室苗。对其生长表型进行分析(图6A),定植后培养40 d,核桃JrAMT2过表达温室苗的株高、节间长、叶片长度、叶片宽度增加显著高于野生型(P<0.05)。培养至第20天时,与野生型相比,核桃JrAMT2过表达温室苗3个株系株高分别增加21.9%、26.0%和24.6% (图6B),节间长分别增加41.2%、27.7%和26.3% (图6C),叶片长度分别增加18.7%、16%和30.7% (图6D),叶片宽度分别增加41.3%、48.2%和55.1% (图6E);培养至第40天时,与野生型相比,JrAMT2过表达温室苗3个株系株高分别增加53.6%、68.2%和62.1%,节间长分别增加37.2%、50.3%和44.8%,叶片长度分别增加了27.8%、34.1%和49.3%,叶片宽度分别增加24.3%、19.5%和29.2%。综上所述,核桃JrAMT2过表达温室苗与野生型相比,株高、节间长、叶片大小均显著增加,进一步证明JrAMT2基因过表达加快了核桃的生长速度。

    图 6  核桃JrAMT2过表达阳性温室苗性状分析
    Figure 6  Character analysis of J. regia JrAMT2 overexpression positive greenhouse seedlings
    2.3.2   核桃JrAMT2过表达植株对氮素吸收分析

    为探究JrAMT2基因在核桃中是否存在差异表达,将核桃野生型及核桃JrAMT2过表达植株进行2步生根,获得核桃JrAMT2过表达生根植株,将其分为地上部分与地下部分。与野生型相比,核桃JrAMT2过表达生根植株地下部分不定根生长旺盛(图7A)。对核桃JrAMT2过表达植株地上部分及地下部分差异分析,分别提取3个核桃JrAMT2过表达株系生根植株地上部分及地下部分RNA,利用实时定量PCR技术,分析地上部分及地下部分JrAMT2基因表达的差异。结果表明:3个JrAMT2过表达株系地上部分JrAMT2基因表达量分别是野生型的11.94、12.70和15.06倍,地下部分JrAMT2基因表达量分别是野生型的19.07、23.34和24.00倍(图7B)。对核桃野生型及3个JrAMT2过表达株系地上部分及地下部分进行干质量和鲜质量测定。结果表明:3个JrAMT2过表达株系地上部分鲜质量和干质量显著高于野生型(P<0.05),与野生型相比,鲜质量分别增加23.45%、33.67%和56.26%,干质量分别增加23.45%、43.89%和56.26%;3个JrAMT2过表达株系地下部分干质量和鲜质量显著高于野生型(P<0.05),与野生型相比,鲜质量分别增加222.65%、199.24%和344.38%,干质量分别增加222.65%、199.24%和354.33%(图7C)。

    图 7  核桃JrAMT2过表达植株氮素吸收分析
    Figure 7  Character analysis of the regenerated plants with expression of JrAMT2 in J. regia

    基于核桃JrAMT2过表达植株表型变化,本研究进一步测定核桃JrAMT2过表达植株对硝态氮及铵态氮吸收。结果表明:与野生型相比,核桃3个JrAMT2过表达株系地上部分及地下部分铵态氮质量分数显著增加(P<0.05),地上部分分别增加59.1%、32.3%和55.1%,地下部分别增加68.1%、61.9%和114.1% (图7D);核桃3个JrAMT2过表达株系地上部分硝态氮质量分数显著降低(P<0.05),地下部分硝态氮质量分数显著增加(P<0.05),地上部分分别降低10.1%、7.1%和13.6%,地下部分别增加63.5%、75.7%和70.3% (图7E)。综上所述,JrAMT2基因主要作用于核桃地下部分,且JrAMT2基因过表达促进植株地下部分对铵态氮和硝态氮的吸收,并介导了铵态氮从地下部到地上部的运输。

    2.3.3   核桃JrAMT2过表达植株叶绿素质量分数及叶绿素荧光特性分析

    对核桃JrAMT2过表达植株叶色与叶片细胞叶绿体进行观察。核桃JrAMT2过表达植株叶色与野生型相比颜色较深(图8A),在显微镜下观察3个核桃JrAMT2过表达植株株系及野生型叶绿体特征发现,3个核桃JrAMT2过表达株系扩张的栅栏叶肉细胞中的叶绿体更致密(图8B)。进一步分析发现:对3个阳性株系进行总叶绿素质量分数测定,3个核桃JrAMT2过表达株系叶绿素质量分数显著高于野生型(P<0.05),野生型总叶绿素质量分数为3.53 mg·g−1,核桃JrAMT2过表达阳性植株3个株系总叶绿素质量分数分别为4.64、4.69和6.10 mg·g−1,与野生型相比分别增加了32.6%、34.0%和74.3% (图8C);JrAMT2过表达株系叶绿体表面积在单层细胞表面积的占比显著高于野生型(P<0.05),野生型叶绿体表面积与单层细胞表面积的比率为0.56,3个核桃JrAMT2过表达株系叶绿体表面积与单层细胞表面积的比值分别为0.67、0.68和0.69,与野生型相比分别增加了19.41%、21.18%和22.94% (图8D)。综上所述,JrAMT2基因过表达提高了叶绿体表面积与单层细胞表面积的比率及核桃叶肉细胞内叶绿素的积累。

    图 8  核桃JrAMT2过表达植株叶绿体及叶绿素质量分数分析
    Figure 8  Analysis of chloroplast and chlorophyll content in J. regia with JrAMT2 overexpression

    对3个核桃JrAMT2过表达株系进行快速叶绿素荧光诱导动力学曲线测定。结果显示:与野生型相比,3个核桃JrAMT2过表达株系的O (Fo点)相、K相降低,J点、I点、P (Fm)及J~P点振幅均提高,OJIP曲线较陡,表明JrAMT2基因一定程度上提高了叶片的活性(图9A)。与野生型相比,3个核桃JrAMT2过表达株系暗适应后的最大荧光强度(Fm)、最大量子产额(Fv/Fm)均提高,Fm分别提高了47.1%、45.9%、50.2%,Fv/Fm分别提高了15.6%、13.4%、14.7%,表明JrAMT2基因一定程度上提高了光系统Ⅱ(PSⅡ)的光化学效率(图9B)。计算归一化处理的OJIP曲线(Vt)[Vt =(FtFo /(FmFo),Ft为任意时刻t的荧光值],并计算相对荧光差异ΔVtVt = Vt处理Vt对照,用ΔK、ΔJ值分别显示在300 μs和20 ms处的ΔVt值,表示放氧复活体的活性(OEC)]。结果显示:与野生型相比,3个核桃JrAMT2过表达株系ΔK、ΔJ值下降且<0 (图9C),表明JrAMT2基因一定程度上提升了核桃叶片PSⅡ供体侧及受体侧电子传递效率及放氧复活体的活性。

    图 9  铵态氮转运蛋白JrAMT2基因表达对核桃叶绿素荧光的影响
    Figure 9  Effect of ammonium nitrogen transporter JrAMT2 gene on chlorophyll fluorescence of J. regia

    用JIP-test参数对OJIP曲线进行定量分析,结果显示:核桃3个JrAMT2过表达株系在t=0时的最大光化学效率(φPo)、反应中心捕获的光能用于${\rm{Q}}_{\rm{A}}^- $下游电子传递的量子产量(ΨEo)、吸收的能量用于电子传递的量子产量(φEo)上升,分别上升了14.62%、44.59%、65.80%;在J点的相对可变荧光强度(VJ)、最小荧光强度与最大荧光强度比值(Fo/Fm)、反应中心关闭净速率(dV/dto)下降,分别下降了31.03%、35.29%、49.34% (图9D),表明JrAMT2基因一定程度上提高了PS反应中心的量子比率及产额;对单位PS反应中心比活性参数分析,结果显示:与野生型相比,3个核桃JrAMT2过表达株系在t=0 时的单位反应中心捕获的用于电子传递的能量(ETo/RC)、在t=0 时的单位反应中心传递到电子链末端的能量(REo/RC)无明显变化,在t=0 时单位反应中心吸收的能量(ABS/RC)、在t=0 时单位反应中心耗散的能量(DIo/RC)、在 t=0 时单位反应中心捕获的用于还原QA的能量(TRo/RC)显著下降,分别为36.43%、58.67%、27.22%,表明JrAMT2基因一定程度提高了核桃叶片反应中心活性和用于电子传递的能量份额,增强了电子传递能力(图9E);对单位受光截面比活性参数分析,结果显示:与野生型相比,3个核桃JrAMT2过表达株系在 t=tFM(暗适应后达到最大荧光强度时间点)时的单位受光截面耗散的能量(DIo/CSm)无明显变化,在 t=tFM时单位受光截面吸收的能量(ABS/CSm)、在t=tFM时单位受光截面捕获的用于还原QA的能量(TRo/CSm)、在 t=tFM时单位受光截面捕获的用于电子传递的能量(ETo/CSm)、在t=tFM时单位受光截面传递到电子链末端的能量(REo/CSm)上升,分别上升了 47.79%、69.39%、145.10%、303.62%(图9F),表明JrAMT2基因一定程度提高核桃叶片单位受光截面的电子传递的份额及电子传递效率。综上所述,JrAMT2基因过表达促进核桃的光合作用。

    氮素作为植物生长发育必不可少的营养元素,是核酸、蛋白质、酶、叶绿素、植物激素等的重要组成部分[30]。自然界中可供利用的氮素资源有限,作物高产就需要化肥的投入。中国的化肥投入总量逐渐升高,但化肥利用率很低,给自然环境带来极大的负担 [3132],因此合理使用化肥,提高作物对氮素的吸收效率是促进农业生态化发展的重要途径。铵转运蛋白基因AMTs是广泛存在于动物、植物、微生物中用于运输${\rm{NH}}_4^+ $的载体蛋白,从分子层面提高植物对氮素的利用具有重要意义。前人研究发现:在拟南芥中,氮饥饿能诱导AtAMT1.1、AtAMT2.1基因上调表达,并且AtAMT2基因的表达水平随着氮饥饿时间的延长而增加[33-34]。在充足或高氮条件下,观察到拟南芥中AtAMT2.1及水稻根中OsAMT1.2基因表达水平仍上调 [35-36],其中氮素形态对AMT基因转录水平的调控也取决于AMT基因个体和植物物种。

    本研究对核桃JrAMT2过表达植株进行初步的功能验证,对JrAMT2基因进行生物信息学分析表明:JrAMT2蛋白中含有29个酸性氨基酸残基(Asp+Glu)和29个碱性氨基酸残基(Arg+Lys)。该蛋白N端在膜外,C端存在膜内,共含有11个跨膜螺旋结构域,与李畅[36]预测的OsAMT2.1蛋白结构域特点相同,且与夏金泽等[37]研究的木薯Manihot esculenta MeAMT2.6基因的蛋白结构相似。AMT2 型蛋白通常在植物的各种组织中表达,包括根、芽和叶。前人研究发现:杜梨 Pyrus betulifolia PbAMT2基因在所有器官中均有表达,但在根部表达最高[38]。在拟南芥中发现:AtAMT2.1基因主要在维管组织中表达,在芽中的表达高于根[15]。本研究对核桃JrAMT2过表达植株进行绿色荧光观察发现:JrAMT2蛋白在核桃苗整株均有表达,且在芽及根茎的维管束中荧光更明亮,说明与拟南芥相同,核桃JrAMT2蛋白在所有器官中表达,且主要在维管组织中表达。

    在植物生长发育重要阶段充足的氮素营养供给可以促进其生长发育,增加产量,对植物外施氮素能增加植株株高及叶面积[39]。本研究对核桃JrAMT2过表达植株生长性状分析发现:JrAMT2基因在核桃中过表达对植株生长发育有调控作用,主要表现在过表达植株株高、节间长显著增加。对过表达植株生根驯化结果显示:过表达植株生物量显著增加,根系发达。对核桃JrAMT2过表达植株移栽驯化,定植后植株生长速率显著高于野生型,主要表现在节间伸长快,叶面积增加。AMT2是具有铵吸收功能的铵转运蛋白,且在维管组织表达,暗示着该基因可能参与铵向木质部的装载,介导铵在植物中的长距离运输。研究发现:拟南芥AtAMT2.1除了对根吸收氮素有一定贡献外,主要作用于${\rm{NH}}_4^+ $从根部到茎部的运输[40]。本研究对核桃JrAMT2过表达植株地上部分和地下部分基因表达测定发现:植株地下部分JrAMT2基因表达量显著高于地上部分,且植株地下部分生物量的增加显著高于地下部分,说明核桃JrAMT2基因主要在地下部分表达。对核桃JrAMT2过表达植株对铵态氮和硝态氮吸收测定结果表明:核桃JrAMT2过表达植株地上部分仅对铵态氮的吸收显著上调,地下部分对铵态氮与硝态氮的吸收均显著上调,说明JrAMT2基因促进植株对铵态氮和硝态氮的吸收,并介导了铵态氮从地下部分到地上部分的运输。氮素营养还会通过影响叶绿素合成和叶绿素荧光参数的变化来参与光能的利用和调控[41]。有研究表明:水稻OsAMT2.1基因敲除株系的光合特性与野生型相比出现下降趋势,同样说明了AMT2基因对植物光合作用有调控作用[36]。本研究对核桃JrAMT2过表达植株叶绿素质量分数及叶绿素荧光参数变化的测定结果显示:JrAMT2基因显著提高了核桃的叶绿体表面积与单层细胞表面积比率、叶绿素质量分数及叶绿素荧光参数中叶片放氧复活体活性、量子产额、电子传递效率。

    JrAMT2作为铵态氮转运基因,促进核桃对铵态氮和硝态氮的吸收,且介导铵态氮从根部到茎部的运输,对核桃生长发育、光合作用等有积极作用,对研究核桃高效利用氮素及良种的筛选有重要意义。

  • 图  1  ‘农抗早’茶园游猎蛛种群数量等分分级频数曲线(A)和Fuzzy频数曲线(B)

    Figure  1  Equally graded frequency curve (A) and Fuzzy frequency curve (B) of the number of wandering spiders in ‘Nongkangzao’ tea plantation        

    图  2  ‘平阳特早’茶园游猎蛛种群数量等分分级频数曲线(A)和Fuzzy频数曲线(B)

    Figure  2  Equally graded frequency curve (A) and Fuzzy frequency curve (B) of the number of wandering spiders in ‘Pingyangtezao’ tea plantation        

    表  1  2个茶园小贯小绿叶蝉与游猎蛛数量动态

    Table  1.   Population dynamics of E. onukii and wandering spiders in two tea plantations

    茶树品种日期
    (月-日)
    害虫数量/头游猎蛛数量/头
    X1X2X3X4X5X6X7
    ‘农抗早’ 03-2531016323277
    04-161127107019
    05-07422600220
    05-233015005121
    06-042227150150
    06-2017520555050
    07-08594146551886380
    08-1020927231560202624
    08-224292319295933256
    09-0692199192357186
    09-173017171310311319
    10-13181204545
    11-0152429939419
    11-194711361535
    合计 1 937310250155177253155262
    ‘平阳特早’03-259230013174
    04-16110500162
    05-07311600060
    05-23573410050
    06-0425115030110
    06-201391581820101
    07-08674264624342270
    08-10318173174233130
    08-225348182148311029
    09-0616029121418391610
    09-17201312121937129
    10-134720020112
    11-01235283223
    11-1910812352624
    合计 2 339245230128128170118174
      说明:X1~X7分别指鞍型花蟹蛛、三突花蟹蛛、粽管巢蛛、斑管巢蛛、斜纹猫蛛、黑色跳蛛和条纹蝇虎数量(头)。
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    表  2  2个茶园小贯小绿叶蝉与游猎蛛间的灰色关联度

    Table  2.   Grey correlation between E. onukii and wandering spiders in two tea plantations

    游猎蛛‘农抗早’‘平阳特早’游猎蛛‘农抗早’‘平阳特早’
    灰色关联度排位灰色关联度排位灰色关联度排位灰色关联度排位
    鞍型花蟹蛛0.833 850.826 14斜纹猫蛛0.754 860.794 76
    三突花蟹蛛0.856 940.856 23黑色跳蛛0.857 030.802 65
    粽管巢蛛 0.890 220.857 12条纹蝇虎0.744 270.763 47
    斑管巢蛛 0.896 710.860 31
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    表  3  2个茶园各游猎蛛之间的竞争系数

    Table  3.   Competition coefficients among wandering spiders in two tea plantations

    茶树品种竞争对手游猎蛛间竞争系数
    鞍型花蟹蛛三突花蟹蛛粽管巢蛛斑管巢蛛斜纹猫蛛黑色跳蛛条纹蝇虎
    ‘农抗早’ 鞍型花蟹蛛1.000 00.991 50.983 70.939 80.906 30.959 20.991 0
    三突花蟹蛛0.991 51.000 00.995 20.973 30.893 80.928 20.995 3
    粽管巢蛛 0.983 70.995 21.000 00.980 30.901 50.916 70.993 6
    斑管巢蛛 0.939 80.973 30.980 31.000 00.872 90.856 80.961 4
    斜纹猫蛛 0.906 30.893 80.901 50.872 91.000 00.959 80.871 7
    黑色跳蛛 0.959 20.928 20.916 70.856 80.959 81.000 00.915 9
    条纹蝇虎 0.991 00.995 30.993 60.961 40.871 70.915 91.000 0
    ‘平阳特早’鞍型花蟹蛛1.000 00.989 30.998 50.976 50.913 70.993 50.975 1
    三突花蟹蛛0.989 31.000 00.984 20.977 40.869 70.984 40.992 5
    粽管巢蛛 0.998 50.984 21.000 00.967 40.909 30.996 30.967 4
    斑管巢蛛 0.976 50.977 40.967 41.000 00.939 70.954 00.957 1
    斜纹猫蛛 0.913 70.869 70.909 30.939 71.000 00.880 60.826 5
    黑色跳蛛 0.993 50.984 40.996 30.954 00.880 61.000 00.967 7
    条纹蝇虎 0.975 10.992 50.967 40.957 10.826 50.967 71.000 0
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    表  4  2个茶园各游猎蛛之间竞争系数新复极差法分析结果

    Table  4.   Results of the new multiple range test analysis of competition coefficients among various wandering spiders in two tea plantations

    竞争对手F物种2个茶园竞争
    系数均值
    5%显著
    水平
    1%极显著
    水平
    竞争对手F物种2个茶园竞争
    系数均值
    5%显著
    水平
    1%极显著
    水平
    鞍型花蟹蛛7.530粽管巢蛛 0.991 1aA斜纹猫蛛1.203黑色跳蛛 0.920 2aA
    三突花蟹蛛0.990 4aA鞍型花蟹蛛0.910 0aA
    条纹蝇虎 0.983 0aA斑管巢蛛 0.906 3aA
    黑色跳蛛 0.976 4aA粽管巢蛛 0.905 4aA
    斑管巢蛛 0.958 2aAB三突花蟹蛛0.881 7aA
    斜纹猫蛛 0.910 0bB条纹蝇虎 0.849 1aA
    三突花蟹蛛11.356条纹蝇虎 0.993 9aA黑色跳蛛0.562鞍型花蟹蛛0.976 4aA
    鞍型花蟹蛛0.990 4aA粽管巢蛛 0.956 5aA
    粽管巢蛛 0.989 7aA三突花蟹蛛0.956 3aA
    斑管巢蛛 0.975 4aA条纹蝇虎 0.941 8aA
    黑色跳蛛 0.956 3aA斜纹猫蛛 0.920 2aA
    斜纹猫蛛 0.881 7bB斑管巢蛛 0.905 4aA
    粽管巢蛛 3.305鞍型花蟹蛛0.991 1aA条纹蝇虎12.037三突花蟹蛛0.993 9aA
    三突花蟹蛛0.989 7aA鞍型花蟹蛛0.983 0aA
    条纹蝇虎 0.980 5aA粽管巢蛛 0.980 5aA
    斑管巢蛛 0.973 9aA斑管巢蛛 0.959 2aA
    黑色跳蛛 0.956 5abA黑色跳蛛 0.941 8aA
    斜纹猫蛛 0.905 4bA斜纹猫蛛 0.849 1bB
    斑管巢蛛 1.610三突花蟹蛛0.975 3aA
    粽管巢蛛 0.973 9aA
    条纹蝇虎 0.959 2aA
    鞍型花蟹蛛0.958 2aA
    斜纹猫蛛 0.906 3aA
    黑色跳蛛 0.905 4aA
      说明:计算不同竞争对手下各游猎蛛在2个茶园竞争系数的平均值,5%水平上均数最大的标记为a,1%水平上均数最大的标记为A。向下比较,与之差异性不显著的标记相同字母,差异性显著的标记不同字母。
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    表  5  2个茶园各游猎蛛之间的竞争强度指数

    Table  5.   Competition intensity indices among wandering spiders in two tea plantations

    茶树品种竞争对手游猎蛛间竞争强度指数
    鞍型花蟹蛛三突花蟹蛛粽管巢蛛斑管巢蛛斜纹猫蛛黑色跳蛛条纹蝇虎
    ‘农抗早’ 鞍型花蟹蛛1.000 01.019 01.050 31.010 70.820 40.985 90.884 5
    三突花蟹蛛0.964 71.000 01.033 81.018 50.787 30.928 30.864 3
    粽管巢蛛 0.921 40.958 01.000 00.987 50.764 40.882 50.830 6
    斑管巢蛛 0.873 90.930 10.973 21.000 00.734 80.818 90.797 8
    斜纹猫蛛 1.001 21.014 71.063 21.037 01.000 01.089 80.859 4
    黑色跳蛛 0.933 20.928 10.952 20.896 50.845 31.000 00.795 3
    条纹蝇虎 1.110 41.146 11.188 61.158 50.884 21.054 81.000 0
    ‘平阳特早’鞍型花蟹蛛1.000 01.025 41.036 11.017 00.879 00.965 30.9012
    三突花蟹蛛0.954 41.000 00.985 20.982 00.807 20.922 70.884 9
    粽管巢蛛 0.962 30.983 21.000 00.971 00.843 10.932 90.861 7
    斑管巢蛛 0.937 60.972 80.963 81.000 00.868 10.890 00.849 3
    斜纹猫蛛 0.949 70.937 00.980 71.017 21.000 00.889 30.794 0
    黑色跳蛛 1.022 61.050 21.064 01.022 60.872 01.000 00.920 5
    条纹蝇虎 1.055 11.113 11.086 11.078 50.860 41.017 31.000 0
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    表  6  2个茶园各游猎蛛之间的竞争强度指数新复极差法分析结果

    Table  6.   Results of the new multiple range test analysis of competitive intensity indices among various wandering spiders in two tea plantations

    竞争对手F物种2个茶园竞争
    强度指数均值
    5%显著
    水平
    1%极显著
    水平
    竞争对手F物种2个茶园竞争
    强度指数均值
    5%显著
    水平
    1%极显著
    水平
    鞍型花蟹蛛32.992粽管巢蛛 1.043 2aA斜纹猫蛛2.142斑管巢蛛 1.027 1aA
    三突花蟹蛛1.022 2abA粽管巢蛛 1.022 0aA
    斑管巢蛛 1.013 8abA黑色跳蛛 0.989 5abA
    黑色跳蛛 0.975 6bA三突花蟹蛛0.975 8abA
    条纹蝇虎 0.892 9cB鞍型花蟹蛛0.975 4abA
    斜纹猫蛛 0.849 7cB条纹蝇虎 0.826 7bA
    三突花蟹蛛33.492粽管巢蛛 1.009 5aA黑色跳蛛1.575粽管巢蛛 1.008 1aA
    斑管巢蛛 1.000 2aAB三突花蟹蛛0.989 1aA
    鞍型花蟹蛛0.960 9abAB鞍型花蟹蛛0.977 9aA
    黑色跳蛛 0.925 5bBC斑管巢蛛 0.959 6aA
    条纹蝇虎 0.874 6cC斜纹猫蛛 0.858 6aA
    斜纹猫蛛 0.797 3dD条纹蝇虎 0.857 9aB
    粽管巢蛛 9.706斑管巢蛛 0.979 3aA条纹蝇虎10.533粽管巢蛛 1.137 3aA
    三突花蟹蛛0.970 6aAB三突花蟹蛛1.129 6aA
    鞍型花蟹蛛0.941 9aAB斑管巢蛛 1.118 5aA
    黑色跳蛛 0.907 7abABC鞍型花蟹蛛1.082 7aA
    条纹蝇虎 0.846 2bcBC黑色跳蛛 1.036 1aA
    斜纹猫蛛 0.803 8cC斜纹猫蛛 0.872 3bB
    斑管巢蛛 3.588粽管巢蛛 0.968 5aA
    三突花蟹蛛0.951 4abA
    鞍型花蟹蛛0.905 8abcA
    黑色跳蛛 0.854 4abcA
    条纹蝇虎 0.823 6bcA
    斜纹猫蛛 0.801 5cA
      说明:计算不同竞争对手下各游猎蛛在2个茶园竞争强度指数的平均值,5%水平上均数最大的标记为a,1%水平上均数最大的标记为A。向下比较,与之差异性不显著的标记相同字母,差异性显著的标记不同字母。
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-06
  • 修回日期:  2023-05-17
  • 录用日期:  2023-05-23
  • 网络出版日期:  2023-09-26
  • 刊出日期:  2023-09-26

基于Fuzzy分析的茶园游猎蛛取食小贯小绿叶蝉的种间竞争作用

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220753
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(30871444);安徽省高校自然科学基金重点项目(KJ2020A0111)
    作者简介:

    陈诗燕(ORCID: 0000-0003-4459-7411),从事昆虫数学生态学研究。E-mail: shiyanchen112@163.com

    通信作者: 毕守东(ORCID: 0000-0002-1113-0105),教授,博士,博士生导师,从事昆虫数学生态学研究。E-mail: bishoudong@163.com
  • 中图分类号: S433.3

摘要:   目的  探究茶园游猎蛛取食小贯小绿叶蝉Empoasca onukii的种间竞争作用,为合理保护和利用茶园游猎蛛防治小贯小绿叶蝉提供科学依据。  方法  运用灰色关联度法、Fuzzy分级法和竞争系数法对安徽农业大学科技示范园茶树Camellia sinensis‘农抗早’‘Nongkangzao’和‘平阳特早’‘Pingyangtezao’茶园小贯小绿叶蝉与游猎蛛的种群动态进行分析,研究不同游猎蛛之间的竞争关系,并得出竞争力最强的游猎蛛,再将灰色关联度与竞争系数相结合引申出竞争强度指数的概念以验证所得结果准确性。  结果  由灰色关联度结果可知:与小贯小绿叶蝉数量相关性最大的游猎蛛,‘农抗早’茶园为斑管巢蛛Clubiona reichlini(0.896 7)和粽管巢蛛Clubiona japonicola (0.890 2),‘平阳特早’茶园也为斑管巢蛛(0.860 3)和粽管巢蛛(0.857 1);根据竞争系数和竞争强度指数的方差分析结果可知:在取食茶园小贯小绿叶蝉时,无论竞争对手为何种游猎蛛,粽管巢蛛都与其他蜘蛛差异显著,其次为斑管巢蛛,且游猎蛛里斜纹猫蛛Oxyopes sertatus与两者差异极显著。  结论  取食茶园小贯小绿叶蝉时,粽管巢蛛和斑管巢蛛竞争力最强,斜纹猫蛛竞争力最弱。通过合理保护和利用粽管巢蛛和斑管巢蛛这类竞争力强的蜘蛛可达到有效防治小贯小绿叶蝉的目的。图2表6参33

English Abstract

凡婷婷, 张佳琦, 刘会君, 等. 核桃铵态氮转运蛋白基因JrAMT2的功能分析[J]. 浙江农林大学学报, 2024, 41(1): 79-91. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230296
引用本文: 陈诗燕, 程鸿浩, 吴筱萌, 等. 基于Fuzzy分析的茶园游猎蛛取食小贯小绿叶蝉的种间竞争作用[J]. 浙江农林大学学报, 2023, 40(5): 1008-1017. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220753
FAN Tingting, ZHANG Jiaqi, LIU Huijun, et al. Functional analysis of ammonium nitrogen transporter gene JrAMT2 in Juglans regia[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2024, 41(1): 79-91. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230296
Citation: CHEN Shiyan, CHENG Honghao, WU Xiaomeng, et al. Interspecific competition of wandering spiders feeding on Empoasca onukii in tea plantations based on Fuzzy analysis[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40(5): 1008-1017. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220753
  • 小贯小绿叶蝉 Empoasca onukii在中国茶园广泛分布,是对茶树Camellia sinensis危害最大的害虫之一[1]。小贯小绿叶蝉对茶树嫩茎、嫩叶的刺吸会导致茶叶焦枯,抑制茶树正常生长,严重影响茶叶的产量和品质[23]。游猎性蜘蛛(游猎蛛)作为一种捕食性天敌,捕食量大、行动活跃、捕食范围广,对防治害虫、调节生态系统平衡都有重要作用[46]。利用天敌与害虫之间的捕食关系对茶园害虫进行生物防治的方法已有诸多报道[716],这些研究大都直接讨论天敌与害虫之间的关联,对于不同种天敌之间的竞争作用却极少研究。但单一地增加茶园害虫的优势种天敌等势必会导致整个茶园生态系统的不稳定[1718]。FAUST等[19]将2个物种之间的作用关系分为中性、竞争、偏害、寄生、捕食、偏利和互利共生等几种类型。天敌和害虫之间的关系分为捕食和寄生2种类型,天敌之间为了争夺资源多数是竞争关系[20]。除了天敌与害虫之间的捕食和被捕食关系外,各天敌之间的竞争关系也需要得到重视。因此,从生物多样性等多维度对茶园整个生态环境进行调控更有利于长期高效防治茶园害虫,以达到绿色环保的平衡调节作用[21]

    在昆虫种群数量生态学的研究中,对害虫及天敌数据的统计分析通常为抽样分析,采用的分级方式为连续等分分级,这会使得不同精度级宽下的结果具有主观性和偶然性。张书平等[22]将Fuzzy分级法与灰色关联度法相结合研究茶园与假眼小绿叶蝉 Empoasca vitis数量上关系密切的天敌种类,是一种较好的种间关系研究方法。多数学者对林木种间竞争的研究较多[23],未见对茶园各天敌种间竞争关系的报道,将数据按不同方式分级后再研究种间竞争关系的研究更少。为此,本研究运用灰色关联度法,并将Fuzzy分级法与竞争系数法相结合,研究‘农抗早’‘Nongkangzao’和‘平阳特早’‘Pingyangtezao’茶园游猎蛛取食小贯小绿叶蝉的种间竞争关系,并通过竞争强度指数验证所得结论,为茶园合理保护和利用种间竞争关系强的天敌,有效防治小贯小绿叶蝉提供科学依据。

    • 在安徽农业大学科技示范园(31°56′N,117°12′E)中共调查了2种茶园,分别为‘农抗早’和‘平阳特早’茶园,面积均为0.2 hm2。调查时间为2021年3月25日至11月19日,隔15 d调查1次,共14次。茶园互不相连,按常规措施管理。在春茶采摘结束和秋末进行茶树修剪,并且在秋末进行茶园耕翻,加强秋冬季管理,及时除草、修剪茶树和采摘茶叶,诱杀和人工捕杀害虫,不施用化学农药。

    • 采用平行跳跃法在茶园随机选取3行,每行茶树相隔1 m,在每行间隔1 m处设置1个2 m×1 m的样方,每行取10个样方,每个茶园取30个样方。用目测调查的方式在每个样方随机选取10片叶,调查一些不易振落的害虫及天敌的种类和数量,再用盘拍法对样方中所有枝条进行盘拍(盘拍所用搪瓷盘口长为40 cm,宽30 cm,搪瓷盘上喷洒稀释1 000倍的洗衣粉水溶液)。调查记载盘中害虫及天敌物种数和个体数,不能准确鉴定的物种样本编号保存,装瓶带回室内由专家鉴定。

    • 将害虫数量(Yi)及其主要天敌数量(Xj)分别看作1个本征系统,害虫数量作为该系统的参照序列,天敌作为比较序列,并把不同样方的害虫及其主要天敌的数量作为该序列在第k个样方的效果白化值,进行双序列关系分析。数据经均值化后得:

      $$ Y_i=\left\{Y_i(1),\; Y_i(2),\; \cdots ,\; Y_i(n)\right\},\; i=1; $$ (1)
      $$ X_j=\left\{X_j(1),\; X_j(2),\; \cdots,\; X_j(n)\right\}, \;j=1,\;2,\; \cdots,\; M。 $$ (2)

      式(1)和式(2)中:n表示样方数,M表示天敌种类数。YiXj在第k个样方上的关联系数rij为:

      $$ {r}_{ij}=\frac{{\mathrm{min}}_{i}{\mathrm{min}}_{j}\left|{Y}_{i}\left(k\right)-{X}_{j}\left(k\right)\right|+\rho {\mathrm{max}}_{i}{\mathrm{max}}_{j}\left|{Y}_{i}\left(k\right)-{X}_{j}\left(k\right)\right|}{\left|{Y}_{i}\left(k\right)-{X}_{j}\left(k\right)\right|+\rho {\mathrm{max}}_{i}{\mathrm{max}}_{j}\left|{Y}_{i}\left(k\right)-{X}_{j}\left(k\right)\right|} 。 $$ (3)

      式(3)中:ρ 为分辨系数,取值区间为[0, 1],一般取 ρ = 0.5,为扩大各物种之间关联度的差异,本研究取 ρ = 0.8。$|Y_{i}\left(k\right)-{X}_{j}\left(k\right) |$ 为序列YiXj在第k点上差的绝对值;$ \mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}\left|{Y}_{i}\left(k\right)-{X}_{j}\left(k\right)\right| $为1级最小差,$ {\mathrm{min}}_{i}{\mathrm{min}}_{j}\left|{Y}_{i}\left(k\right)-{X}_{j}\left(k\right)\right| $ 为2级最小差。$ \mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\left|{Y}_{i}\left(k\right)-{X}_{j}\left(k\right)\right| $与$ {\mathrm{max}}_{i}{\mathrm{max}}_{j}\left|{Y}_{i}\left(k\right)-{X}_{j}\left(k\right)\right| $ 分别为1级和2级最大差。利用该公式可求出第j种天敌(Xj)与害虫(Yi)数量间的关联度为$R({Y}_{i},{X}_{j})=1/n\displaystyle \sum _{k=1}^{M}{r}_{ij}\left(k\right)$,其大小反映害虫与天敌相互联系的紧密程度。天敌与害虫数量间关联度越大,表明天敌与害虫数量关系越密切[24]。本研究由数据处理系统软件(DPS系统)进行灰色关联度数据的运算。

    • 在论域[A1, A2, A3$, \;\cdots , $ An$, \;\cdots , $ Am]上按所求解问题的性质和要求规定的一个隶属函数μi,叫作Fuzzy分级隶属函数。将通常连续等分分级的频数作为原始数据,设原始数据为[a1, a2, a3$,\; \cdots , $ an$, \;\cdots , $ am],称${\hat{{a}}}_{{i}}=\displaystyle \sum _{{n}={i}-5}^{{i}+5}{{\mu }}_{{i}}{{a}}_{{n}}$为第i个Fuzzy等级的Fuzzy频数。它在论域上的分布曲线叫Fuzzy频数曲线[2526]。本研究规定Fuzzy分级隶属函数μi为:

      $$ {\mu }_{i}=\left\{\begin{array}{l}1.0\;n=i\\ 0.8\;n=i+1,\;i-1\\ 0.6\;n=i+2,\;i-2\\ 0.4\;n=i+3,\;i-3\\ 0.2\;n=i+5,\;i-5\\ 0.1\;n=i+5,\;i-5\\ 0\;n > i+5,\;n < i-5\end{array}\right. 。 $$ (4)

      式(4)中:n为原始数据项数,i为Fuzzy频数项数。则Fuzzy频数为$ {\hat{a}}_{i}=\displaystyle \sum _{n=i-5}^{i+5}{\mu }_{i}{a}_{n}={a}_{i}+ 0.8\left({a}_{i+1}+{a}_{i-1}\right)+0.6\left({a}_{i+2}+{a}_{i-2}\right)+0.4\left({a}_{i+3}+{a}_{i-3}\right)+0.2\left({a}_{i+4}+{a}_{i-4}\right)+0.1\left({a}_{i+5}+{a}_{i-5}\right) $。为了解茶园游猎蛛的自然种群动态,减少在对游猎蛛进行竞争关系分析时由种群数据导致的误差,本研究根据游猎蛛种群数量变化幅度,对游猎蛛的种群数据按照30个样方中5只游猎蛛的级宽进行等分分级统计(级宽不宜太宽也不宜太窄),算出各级出现的频数,再以30个样方中5只游猎蛛为级宽的频数作为原始数据即[a1, a2, a3$,\; \cdots , $ an$, \;\cdots , $ am]进行Fuzzy分级统计。由Excel 2019计算Fuzzy频数。

    • 一般用Levins的生态重叠公式计算竞争系数[27]

      $$ {\alpha }_{ij}=\sum _{k=1}^{n}\left({P}_{ik}{P}_{jk}\right)/\sum _{k=1}^{n}{P}_{ik}^{2} 。 $$ (5)

      式(5)中:$ {P}_{ik} $ 和$ {P}_{jk} $分别为种i和种j在第k个样方中的相对优势度,n为样地数。

      使用重叠的方法计算竞争系数的公式[28]

      $$ {\alpha }_{ij}=\sum _{k=1}^{n}\left({P}_{ik}{P}_{jk}\right)/\sqrt{\sum _{k=1}^{n}{P}_{ik}^{2}\sum _{k=1}^{n}{P}_{jk}^{2}} 。 $$ (6)

      式(6)中:αij为种j对种i的竞争系数,PikPjk分别是第i个物种和第j个物种使用的第k个资源的比例。αij = αji,PIANKA[28]评价该式是对称的,并称其为重叠值。MAY[2930]将该式与其他表达式进行比较,沿用了PIANKA的表达式,并将其作为按函数比例进行计算的竞争系数。本研究中所求得的竞争系数均按上述(6)式计算。

    • 本研究将关联度与竞争系数相结合,引入竞争强度指数的概念。不同天敌与同一害虫之间关联度的比值称为相对密切度,该相对密切度与2种天敌之间竞争系数的乘积即为竞争强度指数,种i对种j的竞争强度指数(C)为:

      $$ C={\alpha }_{ij}\left(\frac{{R}_{iy}}{{R}_{jy}}\right) 。 $$ (7)

      式(7)引入了害虫与天敌关系因素,RiyRjy分别为天敌XiXj与害虫Y数量上的关联度,αij为种j对种i的竞争系数。本研究中竞争系数和竞争强度指数均由 Excel 2019 对Fuzzy频数计算所得,再使用DPS数据处理系统软件用多重比较方法中的 Duncan 新复极差法进行竞争系数和竞争强度指数平均值和显著水平的分析[31]

    • 选取调查日期中2个茶园游猎蛛数量最多的7种蜘蛛作为主要天敌,分别为鞍型花蟹蛛Xysticus ephippiatus、三突花蟹蛛Ebrechtella tricuspidata、粽管巢蛛Clubiona japonicola、斑管巢蛛C. reichlini、斜纹猫蛛Oxyopes sertatus、黑色跳蛛Plexippus paykulli和条纹蝇虎P. setipes。它们的数量动态见表1

      表 1  2个茶园小贯小绿叶蝉与游猎蛛数量动态

      Table 1.  Population dynamics of E. onukii and wandering spiders in two tea plantations

      茶树品种日期
      (月-日)
      害虫数量/头游猎蛛数量/头
      X1X2X3X4X5X6X7
      ‘农抗早’ 03-2531016323277
      04-161127107019
      05-07422600220
      05-233015005121
      06-042227150150
      06-2017520555050
      07-08594146551886380
      08-1020927231560202624
      08-224292319295933256
      09-0692199192357186
      09-173017171310311319
      10-13181204545
      11-0152429939419
      11-194711361535
      合计 1 937310250155177253155262
      ‘平阳特早’03-259230013174
      04-16110500162
      05-07311600060
      05-23573410050
      06-0425115030110
      06-201391581820101
      07-08674264624342270
      08-10318173174233130
      08-225348182148311029
      09-0616029121418391610
      09-17201312121937129
      10-134720020112
      11-01235283223
      11-1910812352624
      合计 2 339245230128128170118174
        说明:X1~X7分别指鞍型花蟹蛛、三突花蟹蛛、粽管巢蛛、斑管巢蛛、斜纹猫蛛、黑色跳蛛和条纹蝇虎数量(头)。

      用灰色关联度法求得小贯小绿叶蝉与游猎蛛数量之间的灰色关联度(表2)。由表2可知:与小贯小绿叶蝉在数量上关联度最大的前3位天敌,‘农抗早’茶园为斑管巢蛛、粽管巢蛛和黑色跳蛛;‘平阳特早’茶园为斑管巢蛛、粽管巢蛛和三突花蟹蛛。2个茶园均有斑管巢蛛和粽管巢蛛。

      表 2  2个茶园小贯小绿叶蝉与游猎蛛间的灰色关联度

      Table 2.  Grey correlation between E. onukii and wandering spiders in two tea plantations

      游猎蛛‘农抗早’‘平阳特早’游猎蛛‘农抗早’‘平阳特早’
      灰色关联度排位灰色关联度排位灰色关联度排位灰色关联度排位
      鞍型花蟹蛛0.833 850.826 14斜纹猫蛛0.754 860.794 76
      三突花蟹蛛0.856 940.856 23黑色跳蛛0.857 030.802 65
      粽管巢蛛 0.890 220.857 12条纹蝇虎0.744 270.763 47
      斑管巢蛛 0.896 710.860 31
    • 图1图2可看出:2个茶园Fuzzy分级频数集中性明显大于等分分级频数。图1A中在第4、7和12个级宽处出现3个明显的峰值,而图1B中 7条曲线均由高到低一致趋于平缓。图2A中从第11个级宽处多数曲线已贴近横轴,而图2B中的曲线从第15个级宽开始才趋于横轴。通过Fuzzy分级法得到的新数据明显增加了原始数据的有效区间,并且Fuzzy频数由原始数据通过Fuzzy隶属函数求得,每个原始数据都与几个等级发生联系,而等分分级里每个原始数据只与1个等级发生联系,因此Fuzzy频数无明显的分级界限。对2种频数进行t检验,‘农抗早’茶园中鞍型花蟹蛛、三突花蟹蛛、粽管巢蛛、斑管巢蛛、斜纹猫蛛、黑色跳蛛和条纹蝇虎这7种蜘蛛的t值依次为2.333、2.379、2.281、2.646、3.937、3.059、1.975,‘平阳特早’茶园这7种蜘蛛的$ t $值依次为 2.176、2.048、2.153、2.477、3.151、2.090、1.591。自由度为34时,t0.01=2.728,t0.05=2.032,t0.10=1.091,除条纹蝇虎外,2个茶园各游猎蛛2种频数间的差异都显著,并且斜纹猫蛛的2种频数间差异极显著。Fuzzy频数的直接图示是曲线,可保持原始数据的精度,故用此法分级的数据进行后续竞争关系的分析,其结果更接近实际。

      图  1  ‘农抗早’茶园游猎蛛种群数量等分分级频数曲线(A)和Fuzzy频数曲线(B)

      Figure 1.  Equally graded frequency curve (A) and Fuzzy frequency curve (B) of the number of wandering spiders in ‘Nongkangzao’ tea plantation        

      图  2  ‘平阳特早’茶园游猎蛛种群数量等分分级频数曲线(A)和Fuzzy频数曲线(B)

      Figure 2.  Equally graded frequency curve (A) and Fuzzy frequency curve (B) of the number of wandering spiders in ‘Pingyangtezao’ tea plantation        

    • 以Fuzzy频数作为原始数据,计算2个茶园各游猎蛛之间的竞争系数并将结果列于表3。对各游猎蛛及其竞争对手之间的竞争系数进行方差分析,再用新复极差法分析天敌之间竞争系数的差异性(表4)。所得结果中,当竞争对手分别为鞍型花蟹蛛、三突花蟹蛛、粽管巢蛛和条纹蝇虎时,游猎蛛间差异显著,此时不同竞争对手下竞争力最强的游猎蛛不同,故暂时无法得出茶园竞争力最强的蜘蛛类别,但除斑管巢蛛和黑色跳蛛外,无论竞争对手为哪种游猎蛛,所有游猎蛛都与斜纹猫蛛差异显著,且斜纹猫蛛的均值都最小。因此,可得出结论:除斑管巢蛛和黑色跳蛛外,5种游猎蛛里斜纹猫蛛竞争力最弱。

      表 3  2个茶园各游猎蛛之间的竞争系数

      Table 3.  Competition coefficients among wandering spiders in two tea plantations

      茶树品种竞争对手游猎蛛间竞争系数
      鞍型花蟹蛛三突花蟹蛛粽管巢蛛斑管巢蛛斜纹猫蛛黑色跳蛛条纹蝇虎
      ‘农抗早’ 鞍型花蟹蛛1.000 00.991 50.983 70.939 80.906 30.959 20.991 0
      三突花蟹蛛0.991 51.000 00.995 20.973 30.893 80.928 20.995 3
      粽管巢蛛 0.983 70.995 21.000 00.980 30.901 50.916 70.993 6
      斑管巢蛛 0.939 80.973 30.980 31.000 00.872 90.856 80.961 4
      斜纹猫蛛 0.906 30.893 80.901 50.872 91.000 00.959 80.871 7
      黑色跳蛛 0.959 20.928 20.916 70.856 80.959 81.000 00.915 9
      条纹蝇虎 0.991 00.995 30.993 60.961 40.871 70.915 91.000 0
      ‘平阳特早’鞍型花蟹蛛1.000 00.989 30.998 50.976 50.913 70.993 50.975 1
      三突花蟹蛛0.989 31.000 00.984 20.977 40.869 70.984 40.992 5
      粽管巢蛛 0.998 50.984 21.000 00.967 40.909 30.996 30.967 4
      斑管巢蛛 0.976 50.977 40.967 41.000 00.939 70.954 00.957 1
      斜纹猫蛛 0.913 70.869 70.909 30.939 71.000 00.880 60.826 5
      黑色跳蛛 0.993 50.984 40.996 30.954 00.880 61.000 00.967 7
      条纹蝇虎 0.975 10.992 50.967 40.957 10.826 50.967 71.000 0

      表 4  2个茶园各游猎蛛之间竞争系数新复极差法分析结果

      Table 4.  Results of the new multiple range test analysis of competition coefficients among various wandering spiders in two tea plantations

      竞争对手F物种2个茶园竞争
      系数均值
      5%显著
      水平
      1%极显著
      水平
      竞争对手F物种2个茶园竞争
      系数均值
      5%显著
      水平
      1%极显著
      水平
      鞍型花蟹蛛7.530粽管巢蛛 0.991 1aA斜纹猫蛛1.203黑色跳蛛 0.920 2aA
      三突花蟹蛛0.990 4aA鞍型花蟹蛛0.910 0aA
      条纹蝇虎 0.983 0aA斑管巢蛛 0.906 3aA
      黑色跳蛛 0.976 4aA粽管巢蛛 0.905 4aA
      斑管巢蛛 0.958 2aAB三突花蟹蛛0.881 7aA
      斜纹猫蛛 0.910 0bB条纹蝇虎 0.849 1aA
      三突花蟹蛛11.356条纹蝇虎 0.993 9aA黑色跳蛛0.562鞍型花蟹蛛0.976 4aA
      鞍型花蟹蛛0.990 4aA粽管巢蛛 0.956 5aA
      粽管巢蛛 0.989 7aA三突花蟹蛛0.956 3aA
      斑管巢蛛 0.975 4aA条纹蝇虎 0.941 8aA
      黑色跳蛛 0.956 3aA斜纹猫蛛 0.920 2aA
      斜纹猫蛛 0.881 7bB斑管巢蛛 0.905 4aA
      粽管巢蛛 3.305鞍型花蟹蛛0.991 1aA条纹蝇虎12.037三突花蟹蛛0.993 9aA
      三突花蟹蛛0.989 7aA鞍型花蟹蛛0.983 0aA
      条纹蝇虎 0.980 5aA粽管巢蛛 0.980 5aA
      斑管巢蛛 0.973 9aA斑管巢蛛 0.959 2aA
      黑色跳蛛 0.956 5abA黑色跳蛛 0.941 8aA
      斜纹猫蛛 0.905 4bA斜纹猫蛛 0.849 1bB
      斑管巢蛛 1.610三突花蟹蛛0.975 3aA
      粽管巢蛛 0.973 9aA
      条纹蝇虎 0.959 2aA
      鞍型花蟹蛛0.958 2aA
      斜纹猫蛛 0.906 3aA
      黑色跳蛛 0.905 4aA
        说明:计算不同竞争对手下各游猎蛛在2个茶园竞争系数的平均值,5%水平上均数最大的标记为a,1%水平上均数最大的标记为A。向下比较,与之差异性不显著的标记相同字母,差异性显著的标记不同字母。
    • 结合关联度和竞争系数将所求的竞争强度指数列于表5。对竞争强度指数进行方差分析,用新复极差法进行比较(表6)。由表6可知:无论竞争对手为哪种游猎蛛,粽管巢蛛都与其他蜘蛛差异显著,其次为斑管巢蛛,且游猎蛛中斜纹猫蛛与两者差异极显著。因此,可得出结论:粽管巢蛛竞争力最强,斑管巢蛛次之,斜纹猫蛛竞争力最弱。

      表 5  2个茶园各游猎蛛之间的竞争强度指数

      Table 5.  Competition intensity indices among wandering spiders in two tea plantations

      茶树品种竞争对手游猎蛛间竞争强度指数
      鞍型花蟹蛛三突花蟹蛛粽管巢蛛斑管巢蛛斜纹猫蛛黑色跳蛛条纹蝇虎
      ‘农抗早’ 鞍型花蟹蛛1.000 01.019 01.050 31.010 70.820 40.985 90.884 5
      三突花蟹蛛0.964 71.000 01.033 81.018 50.787 30.928 30.864 3
      粽管巢蛛 0.921 40.958 01.000 00.987 50.764 40.882 50.830 6
      斑管巢蛛 0.873 90.930 10.973 21.000 00.734 80.818 90.797 8
      斜纹猫蛛 1.001 21.014 71.063 21.037 01.000 01.089 80.859 4
      黑色跳蛛 0.933 20.928 10.952 20.896 50.845 31.000 00.795 3
      条纹蝇虎 1.110 41.146 11.188 61.158 50.884 21.054 81.000 0
      ‘平阳特早’鞍型花蟹蛛1.000 01.025 41.036 11.017 00.879 00.965 30.9012
      三突花蟹蛛0.954 41.000 00.985 20.982 00.807 20.922 70.884 9
      粽管巢蛛 0.962 30.983 21.000 00.971 00.843 10.932 90.861 7
      斑管巢蛛 0.937 60.972 80.963 81.000 00.868 10.890 00.849 3
      斜纹猫蛛 0.949 70.937 00.980 71.017 21.000 00.889 30.794 0
      黑色跳蛛 1.022 61.050 21.064 01.022 60.872 01.000 00.920 5
      条纹蝇虎 1.055 11.113 11.086 11.078 50.860 41.017 31.000 0

      表 6  2个茶园各游猎蛛之间的竞争强度指数新复极差法分析结果

      Table 6.  Results of the new multiple range test analysis of competitive intensity indices among various wandering spiders in two tea plantations

      竞争对手F物种2个茶园竞争
      强度指数均值
      5%显著
      水平
      1%极显著
      水平
      竞争对手F物种2个茶园竞争
      强度指数均值
      5%显著
      水平
      1%极显著
      水平
      鞍型花蟹蛛32.992粽管巢蛛 1.043 2aA斜纹猫蛛2.142斑管巢蛛 1.027 1aA
      三突花蟹蛛1.022 2abA粽管巢蛛 1.022 0aA
      斑管巢蛛 1.013 8abA黑色跳蛛 0.989 5abA
      黑色跳蛛 0.975 6bA三突花蟹蛛0.975 8abA
      条纹蝇虎 0.892 9cB鞍型花蟹蛛0.975 4abA
      斜纹猫蛛 0.849 7cB条纹蝇虎 0.826 7bA
      三突花蟹蛛33.492粽管巢蛛 1.009 5aA黑色跳蛛1.575粽管巢蛛 1.008 1aA
      斑管巢蛛 1.000 2aAB三突花蟹蛛0.989 1aA
      鞍型花蟹蛛0.960 9abAB鞍型花蟹蛛0.977 9aA
      黑色跳蛛 0.925 5bBC斑管巢蛛 0.959 6aA
      条纹蝇虎 0.874 6cC斜纹猫蛛 0.858 6aA
      斜纹猫蛛 0.797 3dD条纹蝇虎 0.857 9aB
      粽管巢蛛 9.706斑管巢蛛 0.979 3aA条纹蝇虎10.533粽管巢蛛 1.137 3aA
      三突花蟹蛛0.970 6aAB三突花蟹蛛1.129 6aA
      鞍型花蟹蛛0.941 9aAB斑管巢蛛 1.118 5aA
      黑色跳蛛 0.907 7abABC鞍型花蟹蛛1.082 7aA
      条纹蝇虎 0.846 2bcBC黑色跳蛛 1.036 1aA
      斜纹猫蛛 0.803 8cC斜纹猫蛛 0.872 3bB
      斑管巢蛛 3.588粽管巢蛛 0.968 5aA
      三突花蟹蛛0.951 4abA
      鞍型花蟹蛛0.905 8abcA
      黑色跳蛛 0.854 4abcA
      条纹蝇虎 0.823 6bcA
      斜纹猫蛛 0.801 5cA
        说明:计算不同竞争对手下各游猎蛛在2个茶园竞争强度指数的平均值,5%水平上均数最大的标记为a,1%水平上均数最大的标记为A。向下比较,与之差异性不显著的标记相同字母,差异性显著的标记不同字母。
    • 本研究首先通过灰色关联度分析初步得出2个茶园与小贯小绿叶蝉数量相关性最大的游猎蛛均为斑管巢蛛和粽管巢蛛,再对7种游猎蛛的种群数量进行Fuzzy分级统计,将得出的Fuzzy频数作为原始数据进行竞争系数分析,结果显示:除斑管巢蛛和黑色跳蛛外,5种游猎蛛中斜纹猫蛛竞争力最弱。为验证结果准确性,综合灰色关联度和竞争系数结果引入了竞争强度指数概念,得出7种游猎蛛中斜纹猫蛛竞争力最弱,并且在任何竞争对手下粽管巢蛛都与其他蜘蛛差异显著,其次为斑管巢蛛,即在取食茶园小贯小绿叶蝉时粽管巢蛛和斑管巢蛛竞争力最强,斜纹猫蛛竞争力最弱。

      在进行Fuzzy分级统计时,并未对小贯小绿叶蝉数量进行分级,因为在进行竞争关系分析时,只需要7种游猎蛛的数量数据,故无需对小贯小绿叶蝉数量做同样的处理。在进行灰色关联度分析时,小贯小绿叶蝉和7种游猎蛛数量均未进行处理,原因是小贯小绿叶蝉数量与7种游猎蛛数量数据大小相差较大,选择过大的级宽会导致游猎蛛数量均处于第1级宽内,选择较小级宽会出现较多级层且在靠后多个级层里只有小贯小绿叶蝉数据,而游猎蛛数据均为0。对7种游猎蛛的种群数量进行Fuzzy分级,然后进行竞争关系的统计计算,使它们的数据集中性更加突出,弥补了抽样时造成的误差,是一种简洁有效的计算方法。

      2个茶园竞争力最强和最弱的蜘蛛相同。本研究的2个茶园均按常规措施管理,不使用化学农药,且于冬季除草修剪,修剪会影响天敌的虫口基数,而‘农抗早’和‘平阳特早’抗逆性和抗寒性强[32],因此在相近的受害程度后,‘农抗早’和‘平阳特早’恢复时间均较短,恢复效果均较好,害虫所处环境变化的速度一致性可能是研究结果相同的原因之一。此外,茶园竞争力最强的是斑管巢蛛,这可能与斑管巢蛛的生活习性有关。斑管巢蛛定居且游猎于树冠上被害卷叶或枯叶等阴暗干燥处,白天基本不出行,黄昏时刻,蜘蛛开始活动,主动巡游猎取食,沿着枝、叶逐一搜索前进,几乎无遗漏之处。合理保护和利用斑管巢蛛这类竞争力强的蜘蛛可达到有效防治小贯小绿叶蝉的目的。

      对茶园游猎蛛之间竞争作用的研究可以更好地理解游猎蛛之间的竞争如何影响害虫的数量和变化趋势以及如何影响生物防治的有效性[33]。至今利用害虫与天敌的种间关系对茶园害虫进行生物防治更多地还是停留在增加优势种天敌数量的方向上,分析天敌之间的竞争作用有利于选出最高效的天敌组合,在不破坏茶园原有生态环境的基础上高效防治害虫。

      本研究中的7种游猎蛛都是广食性天敌,但为了研究方便,把它们作为只取食小贯小绿叶蝉一种食饵的单食性天敌,若进行深入研究就需要考虑多种猎物(害虫)共存时天敌对食物的嗜食性,在此基础上应用竞争关系分析方法就能更加真实地反映天敌之间的关系。另外,本研究是分析天敌两两之间的竞争关系,实际上,在食饵不足时,7种天敌之间也存在竞争关系,这种情况有待进一步研究。

参考文献 (33)

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