无脊椎生态学

无脊椎生态学第1页，共26页，2023年，2月20日，星期五一、昆虫生态学的定义：

昆虫生态学就是以昆虫为研究对象，研究昆虫及其周围环境相互关系的科学。它是昆虫学和生态学的分支学科。二、昆虫生态学的研究内容：

按研究对象的层次分类：昆虫分子生态学；昆虫生理生态学；昆虫种群生态学；昆虫群落生态学；生态系统生态学按研究手段和方法分类：昆虫实验生态学；昆虫物理生态学；昆虫化学生态学；昆虫数学生态学；昆虫地理生态学；昆虫遗传生态学；昆虫古生态学；昆虫比较生态学；昆虫行为生态学；昆虫经济生态学；昆虫系统生态学第2页，共26页，2023年，2月20日，星期五三、昆虫生态学研究途径：昆虫生态学的主要研究途径包括观察与调查，实验测定和理论分析三个方面。野外观察与调查是昆虫生态学研究的基本方法，室内实验测定是进一步完善野外或田间的昆虫调查与观察，检验科学理论和假设，是昆虫生态学研究的重要途径。理论分析则是将野外或田间观察与室内实验的进一步升华，解释观察到的现象和实验结果，指导田间的生产实践。第3页，共26页，2023年，2月20日，星期五四.昆虫的观察方法：

根据昆虫生态学研究的内容，研究的昆虫类型及其栖息地，选择正确的昆虫调查方法：1.作物或森林上的昆虫观测方法：（1）直接观察法：通过逐株、逐叶、逐果直接检查计算每样方植株上昆虫的数量，主要适用于低矮的作物上不易飞翔的昆虫调查；（2）拍打或抖动法：通过用力将一定样方中的植物上的昆虫与其植物相分离后，进行统计的方法；（3）抽吸法（4）网铺法（5）相对数量调查方法:①灯光诱捕法②性引诱剂方法③舔着纸:利用昆虫趋颜色特性，制成黄色舔板，诱集斑潜叶蝇④行走观测法⑤赶蛾观测法第4页，共26页，2023年，2月20日，星期五2.地面上活动的昆虫数量观测方法：（1）方框法（2）陷阱诱捕法3.土壤昆虫数量观测方法：（1）直接挖虫法（2）土壤抽样法4.水生昆虫数量观测法：

主要用的是水网和采泥器，水网类似于捕虫网，由网及盛水生昆虫的容器组成。采泥器类似于土壤抽样器。第5页，共26页，2023年，2月20日，星期五五.昆虫分子生态学研究方法：1.昆虫地理种群的遗传变异分析：a.物种、地理种群及其基因交流:

一个种群以不同种群的形式存在，而各种种群之间是生殖相容的。种群可能在某一特定的区域灭绝，但通过在邻近生境碎片中的存活，可能维持在整个生境中的延续。种群中的遗传基因和基因型需要保持平衡，才能保证物种的世代繁衍。第6页，共26页，2023年，2月20日，星期五b.分子生态学与分子标记：

分子生物学的理论和方法经过几十年的飞速发展，已使描述野生种群遗传多样性的能力显著提高。不同生物类群普遍存在的分子遗传标记，如：同位酶（allozyme）、限制片段长度多态性（RFLP）、DNA指纹（DNA

fingerprinting）、微卫星（microsatellites）以及DNA测序（sequencing），使得大规模研究生态学及生物进化过程成为可能，也阐明生物多样性的起源、保持和利用提供了重要手段。分子生态学从广义上可定义为运用分子遗传标记，研究生态学和生物进化的问题，主要是对个体、种群和物种间遗传关系的研究。第7页，共26页，2023年，2月20日，星期五c.昆虫分子系统学及地理种群分子进化分析：

分子系统发育分析的主要任务是以生物大分子的信息为基础，推断生物间的进化关系，并最终构建进化分歧图或分子进化树，重塑系统发生关系。利用DNA序列进行系统发育分析主要包括4个步骤：

序列对比；

建立碱基取代模型；

构建进化树；

进化树检验。第8页，共26页，2023年，2月20日，星期五d.实例分析：以利用ITS2序列分析赤眼蜂不同地理种群的遗传差异为例说明：①样品的采集：研究中使用的松毛虫赤眼蜂及其6个地理种群分别采自我国不同的地区②研究方法和步骤：⑴DNA提取⑵PCR扩增及电泳⑶克隆及测序⑷地理种群序列间差异分析③数据分析：⑴ITS2全序列⑵赤眼蜂单个体内ITS2拷贝间差异第9页，共26页，2023年，2月20日，星期五2.昆虫生物型差异的分子特征：a.遗传标记：在自然种群中，根据某种表型性状所划分的生物型可能含有多种基因型。遗传标记是研究昆虫不同生物差异主要的研究方法。遗传标记是指常用来区分不同个体或群体的能够稳定遗传的物质或性状。b.主要的分子标记技术：⑴依标记区段的来源可将分子标记技术分为：核DNA技术和线粒体DNA技术。在昆虫的分子标记一般是对核基因和线粒体基因进行的。第10页，共26页，2023年，2月20日，星期五⑵依其涉及的位点和反映的多态性的基础可将分子标记技术分为：多位点分子标记和单位点分子标记。多位点分子标记反映核苷酸序列的多态性，而单位点分子标记反映基因座上等位基因的多态性。⑶序列分析：遗传信息在分子水平的基本表现形式为DNA序列（或RNA序列）。因此，通过DNA序列分析可以获得有关生物体遗传变异的最确切的、最深层次的信息。分析DNA序列数据，首先要进行不同DNA同源序列的比对，即找出不同序列间的碱基对应关系。然后用不同的方法来研究序列间的差异程度、进化关系，最后构建系统进化树。b.主要的分子标记技术：第11页，共26页，2023年，2月20日，星期五六.昆虫生理生态测定:

1.昆虫耐寒性分析：昆虫是变温动物，广泛地分布在温带地区和极地，它们在各种各样的栖地中越冬。冬季的低温是它们存活的直接障碍，其耐寒能力的高低是其种群存在与发展的重要前提，决定着它们的生殖、扩散、分布及在下一季节的发生动态。目前用于测定和评价昆虫耐寒性的方法较多，指示也不统一，在此将常用的方法加以说明。第12页，共26页，2023年，2月20日，星期五⑴过冷却点的测定:过冷却点是评价耐寒能力的指标之一。当昆虫的体温被降低到冰点温度时，由于昆虫体内溶质保持其体液的浓度，致使体液在冰点时并不结冰；当温度继续降低到某一点时，昆虫体液开始结冰并散发热量，宏观上表现为昆虫的体温有一个小的反弹。通常反弹前的最低温度被定义为昆虫的过冷却点。⑵低温暴露试验：对于昆虫来说，其耐寒性的强度最终还是取决于低温存活率的实验结果。因此，昆虫耐寒性的实验往往需要不同梯度的低温处理，所设的梯度因不同的种类而异。第13页，共26页，2023年，2月20日，星期五2.昆虫的滞育测定：蛰伏是昆虫停止发育的一种状态，可称之为休眠或称滞育。休眠是由于不利环境条件直接导致的发育停止，如恢复正常条件，发育立刻开始。滞育则是遗传安排的，常在不利环境还未到来之前，就接受了外界条件的刺激，滞育一旦被诱导，即使返回到最有利的条件，发育也不会立刻恢复。在温带和亚热带地区，大多数昆虫的夏蛰和冬眠是以滞育形式度过的。第14页，共26页，2023年，2月20日，星期五⑴光周期与昆虫的滞育：①光周期与滞育的诱导：大多数昆虫和螨类滞育的发生有光周期诱导，滞育诱导的光周期反应分为：长日照反应，滞育仅出现在短日照条件下（冬季滞育类型）；短日照反应，滞育仅出现在长日照条件下（夏季滞育类型）；短日照——长日照反应，滞育仅出现在一段介于短日照和中间日照之间的光周期范围内（冬季滞育类型）；长日照——短日照反应，除了一段较狭窄的中性日长外，其他日长均诱导了滞育（夏季滞育类型）。第15页，共26页，2023年，2月20日，星期五

②滞育诱导的临界光周期随着纬度北移或温度的降低而延长。在许多昆虫中，纬度每北移5

°，临界日长约增加1h。这种变化在种间存在较大的差异；③感应光周期的敏感阶段因种类不同而有差异；④不同的滞育诱导光周期有不同的滞育诱导效应；⑤长光周期和短光周期有不同的光周期诱导效应；⑥滞育的诱导效应涉及日长的变化。第16页，共26页，2023年，2月20日，星期五⑵

温度与昆虫滞育：除了光周期外，温度是影响昆虫滞育的最重要环境因子。温度对昆虫的影响是多方面的，主要有以下的特点：与光周期相比，温度作为滞育的主要刺激因子仅在少数温带昆虫种类中有报道，但在赤道附近生活或者土栖的昆虫种类，由于日长的变化很小或缺乏光周期的暗示，温度常作为滞育诱导的主要刺激因子。温度可以决定滞育的发生，影响滞育发生的阶段，影响滞育的持续温度。第17页，共26页，2023年，2月20日，星期五⑶

食料与昆虫的滞育：有些昆虫已进化到利用食料的数量和质量作为调节蛰伏的重要暗示。在赤道附近的地区，因为光周期和温度的变化很小，食料可能是特别重要的季节暗示，他可能作为滞育诱导的主要因子。一般而言，食料主要是通过改变光周期或温度的刺激而影响滞育的诱导。⑷密度与昆虫的滞育：研究表明，昆虫密度或拥挤程度是影响滞育发生中的几个相互作用因子之一，但在一些群居的昆虫种类或居住在限定栖息地的昆虫种类中，拥挤在滞育的诱导中可能发挥重要作用。⑸湿度与昆虫滞育：湿度对滞育调节作用仍然是模糊的，由于研究的复杂性，湿度的作用主要在卵滞育的昆虫种类中有较详细的研究。第18页，共26页，2023年，2月20日，星期五研究方法：1.光周期和温度与滞育的研究方法：昆虫在不同温度下的光周期反应实验：昆虫滞育诱导的试验通常是采用24h循环的光周期，即将昆虫的种群饲养在几种不同的温度和一系列不同的光周期条件下，由此获得光周期的反应曲线。以环带锦斑蛾为例，在恒温22、25和28℃下，将幼虫饲养在LL（全光照）、L22D2、L20D4、……、DD（全暗）的光周期下。这一实验探明：①一种昆虫滞育诱导的临界光周期；②温度对临界光周期的影响；③短于临界光周期的短日照是否具有相同的滞育诱导效果，长于临界光周期的长日照是否具有相同的滞育抑制效应；④昆虫在全暗或者全光条件下的滞育反应。第19页，共26页，2023年，2月20日，星期五2.食料与昆虫滞育的研究方法：在不同光周期和温度组合的条件下，以不同的食料喂养昆虫，观察滞育的发生。例如大猿叶虫，幼虫饲养在25℃、光周期L13:D11条件下，成虫滞育的比率以取食小白菜最高，萝卜次之、荠菜最低；以不同年龄的萝卜叶喂养幼虫，则显示了成虫滞育的比率以取食老叶的最高，成年叶次之，嫩叶最低。3.密度与昆虫滞育的研究方法：在一定的光周期和温度组合条件下，将昆虫单个饲养或不同密度群养，观察滞育的发生。例如稻螟蛉，在滞育抑制的光周期条件下，2条幼虫在一起饲养，导致了部分蛹滞育；10条幼虫一起饲养，蛹滞育的比率最高；高密度饲养时，滞育率则下降。第20页，共26页，2023年，2月20日，星期五必须指出的是，不同昆虫种类的生物学特性存在着很大的差异，对光周期和温度的反应的适应范围也不一样，在实验设计中，光周期和温度的选择是否恰当，会直接影响到实验结果的分析和意义。第21页，共26页，2023年，2月20日，星期五七．昆虫行为的测定：

昆虫捕食行为的测定：目前捕食性昆虫行为生态学研究方兴未艾，已成为现代生态学的一个重要内容。其主要发展趋势为：一是仍重视捕食策略形成的机制研究，分析哪种机制是引起昆虫捕食策略形成的主导因子及进化过程；二是以捕食性昆虫为模式生物，探讨行为生态学中的重要理论，尤其是进化稳定对策理论；三是研究捕食性昆虫的学习记忆过程及这个过程形成的机理；四是研究猎物的防御行为。

其研究方法也由描述性研究发展到定量分析与模拟预测，由单一的捕食行为观察发展为捕食者—猎物系统及植物—猎物—捕食者三个营养级相互作用的行为研究，由室内试验的“模式”探讨走向生产实践的应用。第22页，共26页，2023年，2月20日，星期五八．稳定性同位素在昆虫生态学中的应用：1.稳定性同位素的应用原理：生物体取食来源不同的食物，经过积累而造成了体内同位素组成差异，以此为基础的稳定同位素分析在野生动物食物资源、栖息地的选择、迁徙、生理状态评估、营养物质体内分布、食物网与生态系统的结构与能量流动等研究中得到了越来越广泛的应用。一方面，昆虫个体小、种群数量大、繁殖力强等特点需要简单、高效的标记方法，且标记应尽可能不对昆虫活动造成影响，稳定同位素作为内在天然标记提供了解决的手段。另一方面，生命周期短