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Science:欧亚草原持续性草原退化的原因

Science:欧亚草原持续性草原退化的原因

中科院动物研究所,美国亚利桑那州立大学的研究人员发表了题为“Heavy Livestock Grazing Promotes Locust Outbreaks by Lowering Plant Nitrogen Content”的文章,发现高氮食物会使一种北亚草原上的害虫的大小和生存能力都有所下降,从而证明了蝗虫主要食物也许是低蛋白含量的农作物,这部分解释了欧亚草原持续性草原退化的原因。相关成果公布在Science杂志上。

文章的通讯作者包括动物研究所康乐研究员,以及亚利桑那州立大学Arianne J. Cease,James J. Elser,和Jon F. Harrison,其中康乐研究员现任农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室主任,生态基因组学及适应性研究组组长,兼任中国科学院北京生命科学研究院院长,2011年当选中国科学院院士。

亚洲小车蝗(Oedaleus asiaticus)属于中国发生的三大飞蝗之一,主要分布在内蒙古和新疆地区,是我国北方草原和毗邻农田的重要害虫。目前的研究一般认为植物氮N含量的增加会草食性昆虫的繁衍,但是这项最新研究通过亚洲小车蝗的饮食结构分析,证明过多的蛋白质可能对亚洲小车蝗这种蝗虫是不利的,从而提出与目前观点相反的新观点。

研究认为最佳的饮食给生物体提供的是含量正好合适的蛋白。但研究人员还不清楚,次佳饮食会如何影响在野外的物种。在这篇文章中,研究人员对亚洲小车蝗这一特别的蝗虫物种进行了研究。

结果他们发现,高氮食物会使这种昆虫的大小和生存能力都有所下降。这些蝗虫似乎更喜欢吃氮含量低的植物、或是蛋白含量低但碳水化合物含量高的人工饲料。研究人员认为,在那些植物氮含量最低、土壤中氮已经耗竭的高度放牧地区内,蝗虫的数量也是最大的。

这也就是说这些蝗虫更可能会在那些植被氮含量低的地方大批集结。这对许多这些地方的农业而言,并不是个好消息,因为土壤受到侵蚀及大规模的放牧都会降低农作物中的氮含量(并因而也降低其蛋白质的含量),从而增加了蝗虫大批集结的机会。

康乐研究组主要从事生态基因组、抗寒性以及化学生态及行为学研究。去年其研究组曾发文获得了piRNA的高精度预测算法研究新突破。这篇文章中提出了一种基于k-mer串频率的Fisher判别式来预测piRNA的算法, 精度达90%以上,超过了哈佛大学B. Doron的61%的精度。利用该方法,他们成功地鉴定出飞蝗8万多条piRNA,预测飞蝗可能存在约13万条piRNA。进一步分析发现,这些piRNA在飞蝗群居型和散居型间存在巨大差异,这可能为解释飞蝗两型生殖力差异提供了重要的线索。

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Heavy Livestock Grazing Promotes Locust Outbreaks by Lowering Plant Nitrogen Content

DOI:10.1126/science.1214433

Current paradigms generally assume that increased plant nitrogen (N) should enhance herbivore performance by relieving protein limitation, increasing herbivorous insect populations. We show, in contrast to this scenario, that host plant N enrichment and high-protein artificial diets decreased the size and viability of Oedaleus asiaticus, a dominant locust of north Asian grasslands. This locust preferred plants with low N content and artificial diets with low protein and high carbohydrate content. Plant N content was lowest and locust abundance highest in heavily livestock-grazed fields where soils were N-depleted, likely due to enhanced erosion. These results suggest that heavy livestock grazing and consequent steppe degradation in the Eurasian grassland promote outbreaks of this locust by reducing plant protein content.


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