一、简介

及时、适当地识别害虫和有益节肢动物对于作物保护至关重要。需要准确、及时地对害虫进行物种层面的识别，以便为农民制定有效的害虫综合防治策略，从而提高作物产量。政府要求进行精确的物种鉴定，以保护作物免受入侵性害虫侵害，并解决《国际植物保护公约》引起的国际关注[ 1]。另一方面，研究人员需要精确、快速的物种鉴定，以促进成功的科学交流、农业推广研究以及农民和政府之间的沟通。尽管如此，由于节肢动物的数量、多样性、令人费解的生活方式、独特的形态生命阶段特征和多样性，分类学家在将昆虫标本分类到物种水平时面临着困难。传统上，昆虫物种根据其诊断特征或分类键进行分类，这是广泛、耗时且劳动密集型的。因此，只有分类学家才能仔细分析地识别和分类绝大多数已知物种 [ 2]。近年来，发现、识别、分类和命名生物体（尤其是昆虫）的科学被认为正在减少。这种分类学限制对作物保护提出了重大挑战[ 3 ]。因此，一种可供专家和非专家分类学家轻松识别昆虫物种的替代昆虫识别技术对于害虫管理至关重要。这将减少害虫对农业生产力造成的持续威胁，同时提高产量以满足全球粮食安全[ 4 ][ 5 ]。

通过概念和技术的融合，遗传信息对物种鉴定做出了巨大贡献。近年来，通过分子和系统研究获得的可靠且可验证的信息有助于昆虫品种的识别、评估和理解。这项创新对物种识别、鉴定和分类做出了重大贡献。特别是脱氧核糖核酸（DNA）序列信息已成功用于多种微生物的鉴定[ 6 ]。这种 DNA 条形码技术可以通过使用短的标准化基因序列来识别昆虫物种 [ 7]。已识别物种条形码图谱的顺序构建生成了一个库，用于使用 DNA 序列识别未知物种。DNA 条形码从根本上来说是基于可重复且易于使用的技术，可实现物种识别的机械化或自动化。该技术弥补了分类生物安全差距，并通过了国际植物保护公约制定的昆虫鉴定诊断标准[ 8 ]。监测和管理害虫物种的能力在很大程度上依赖于及时准确地识别巨大昆虫多样性中的危险昆虫和有益昆虫。这也有助于加强成功的保护技术，例如隔离或根除，需要更少的工作和时间[ 8]。使用 DNA 条形码作为物种识别技术的目的是通过标准化和主要自动化的技术加快昆虫诊断，以便进行适当的监测和分类。因此，本研究的目的是综述利用DNA条形码检测入侵害虫及其在作物保护中的可能应用。

2.DNA条形码

分子条形码模型通过暗示和测序其基因组的一个短而同质的部分，特别是线粒体基因、细胞色素c氧化酶亚基1（COI）[ 7 ]，快速而准确地识别物种。由于这种方法依赖于 DNA 而不是形态，因此可以识别从卵到成虫的任何发育阶段的昆虫。该技术还将应用既定的协议，允许对经典形态分类学进行广泛的理解。在作物保护中，DNA条形码能够通过定期监测实时识别入侵物种，使当局有机会在新入侵物种数量变得无法控制之前制定控制和预防策略[ 9 ][ 10 ]。

DNA条形码方法还为商业化生物防治剂提供了标准ID系统，确保提供正确的物种，并且以相同物种名称销售的药剂毫无疑问是同一物种[ 11 ]。为了建立DNA条形码系统，收集昆虫的组织样本并利用其创建DNA序列，同时获取原始样本的照片并保存为形态学凭证。图像和所有保证信息（例如识别和收集数据）均通过 DNA 条形码序列妥善保存在专有数据库中。

由此，生成与已知物种名称和照片相匹配的 COI 条形码序列参考库，并且可以对照数据库检查来自未知标本的任何独特 COI 序列，如果找到匹配，则可以快速完成物种鉴定。

构建 DNA 条形码系统的关键组成部分是已知细胞色素 C 氧化酶亚基 1 序列的参考数据库。生命数据系统条形码，或 BOLD [ 12] 是一个基于网络的平台，提供了一个通用平台，可作为 DNA 条形码数据的存储库以及具有数据分析工具的在线工作台。DNA 条形码组织的长期生存能力和有效性可能取决于方法和数据处理的严格标准化。此外，细胞色素 C 氧化酶亚基 1 序列、经过验证的总条形码记录可能需要对其来源的样本进行全面的分类、照片、指示其具体地理位置的 GPS 坐标数据以及将记录链接到保存的凭单样本的可追踪 ID在方便的存储库或博物馆中。冷冻的 DNA 提取物也被适当储存以供将来的研究使用。DNA 条形码方法并不是物种鉴定的唯一方法；在收集、提交和批准标准化 COI 参考序列后，可以加入特定类群的补充核基因，以加强全球识别系统。DNA 条形码似乎支持基于形态学和核基因的标准识别方法，显示节肢动物物种识别的非凡准确性和有效性。13 ]。

3. DNA条形码在植物保护中的直接应用

3.1. 监测生物安全

入侵性害虫的跨国传播已成为农作物生产中的一个主要问题。因此，国家植物保护组织面临着加强其监测策略的挑战，这些策略由于涉及检查的设备的重量和尺寸以及中断生物体的分类广泛性而受到挑战。先前的研究表明，在 17 年期间，仅检测到 565,046 种非本土害虫物种中的 40% [ 15 ]。这是由于时间限制、资金运气以及专家或分类学家促进物种识别率的原因。此外，边界截取的物种识别数据的准确性和精密度尚不清楚。金波等人。[ 16]以粗体形式检查了昆虫条形码数量的数据，报告了总共 664,924 个昆虫标本条形码和 79,320 个昆虫物种条形码（表 1）。

节肢动物物种鉴定仍存在知识空白；然而，对于局部抑制的底栖节肢动物样本，在属水平上检测到的错误率为 7% 至 33% [ 15 ]。因此，DNA 条形码策略对于监测与国际进口产品相关的中断节肢动物势在必行。显然，需要先进的监测计划来弥补这一差距，可以通过 DNA 条形码技术来弥补。例如，实验室方案下的 DNA 条形码非常可行 [ 17 ]，可以减轻入侵物种的传播。该技术还减少了几种物种特异性分子测试的必要性[ 18]。这是由于DNA条形码能够取代预设的17种不同的分子方法来区分经济上重要的物种[ 19 ]。此外，与大多数替代分子物种鉴定技术相比，DNA条形码可能会减少某些物种诊断产生的错误，从而提供足够的分类数据[ 20 ]。DNA 条形码已被认为是识别和区分多种昆虫的最有效方法，例如斑潜蝇科(Agromyzidae)、舞毒蛾科 ( Lymantriidae ) 、斜纹夜蛾科(Noctuidae)、实蝇科 ( Tephritidae )、缨翅目( Thysanoptera)和水飞蛾科(siricid wood wasps)。21 ]。因此，建议将其作为有害生物防治的潜在诊断方案，如 IPPC ISPM 第 27 号下发布的[ 22 ]。尽管国际公认的任何类型的诊断方案的发布步骤仍然缓慢得令人担忧，但广泛采用条形码方法可能有助于促进这一进程。

3.2. 害虫综合管理决策

多项研究表明，DNA 条形码有潜力帮助害虫综合管理决策，其关键在于正确识别害虫和有益生物的能力 [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]。这是由于一些自然特征，如物候或农药敏感性，受到病虫害综合治理策略的威胁，以避免害虫定植。例如，Aphis pomi和Aphis spiraecola是同域的苹果害虫，并且很难从形态上区分[ 23 ][ 24 ]。这些害虫的管理涉及杀虫剂的使用，但这些物种很容易形成针对杀虫剂的生物型[ 25 ]。此外，波米蚜 和绣线蚜使用多种冬眠宿主，影响管理选择和时间安排。DNA 条形码很容易区分这两种害虫，因此可以很容易地融入针对这种特定害虫复合体的 IPM 程序中 [ 22 ]。据报道，斑潜蝇（Liriomyza spp），这是一个由至少 376 个物种组成的类群，通过形态特征很难诊断。这些物种的繁殖力和对各种化学和生物管理措施的敏感性各不相同[ 26 ]。据推测，这些生物学差异导致在中国和加利福尼亚州，Liriomyza sativae (Blanchard) 被翻译为Liriomyza trifolii (Burgess)，在日本， Liriomyza trifolii ( Burgess ) 被翻译为L. trifolii [ 27] ]。由于害虫防治措施可能导致害虫复合物不稳定，DNA 条形码似乎有可能改善管理决策，因为 DNA 条形码可以有效检测四种最常见的美洲斑潜蝇害虫种类 [ 10 ]。当视觉上相同的害虫物种具有不同的经济损害阈值、物候和对各种管理措施的敏感性时，DNA 条形码在 IPM 中将非常有用。

3.3. 害虫和有益生物的综合分类学

DNA 条形码在突出隐秘多样性的例子和协助分类学修订方面显示出巨大的前景[ 28 ]。尽管基于 DNA 条形码数据确认来唯一描述物种的理论备受争议，但使用 DNA 条形码来补充传统形态分类学已得到广泛认可 [ 29 ] [ 30 ]。因此，DNA 条形码非常适合协助害虫和有益生物的综合分类。DNA 条形码有助于许多昆虫类群的物种假设的发展，这可能最终导致加强害虫管理。西花 蓟马Pergande（Pergande）是一种西花蓟马，被认为由加利福尼亚和新西兰的两个同域物种组成[ 31 ]。这种划分可以解释 F. occidentalis所表现出的一些形态和行为多样性，该物种有 18 个已知的同义词。同样，来自交配研究和 DNA 条形码数据的有力证据使烟 粉虱物种的地位受到质疑。烟粉虱由 24 个隐性物种组成，其中大多数与之前描述的生物型相对应，其中一些在管理相关特征方面有所不同，例如农药敏感性和传播植物病毒的能力 [ 32 ]。值得注意的是，DNA 条形码成功识别了 B.对植物发育很重要的烟粉虱生物型。它还帮助鉴定了两种隐秘的水果害虫Zaprionus indianus（果蝇科）[ 33 ]。Binodoxys koreanus (Braconidae) 是一种来自韩国的大豆蚜寄生蜂的隐秘物种，利用 DNA 条形码区域内的单个固定核苷酸变异以及行为和形态数据进行了描述。Antispila oinophylla是一种原产于北美的入侵采叶蛾，也通过条形码进行了鉴定 [ 34]。尽管有多种分析技术可用于探索神秘物种的存在，但它们通常仅用于检验现有的假设。由于条形码可以帮助识别已知物种并表明潜在新物种的存在，因此它可以用于测试现有物种假设，同时还可以生成新的分类假设，以便在综合分类框架内进行测试[ 34 ]。

4。结论

脱氧核糖核酸 (DNA) 条形码提供了增强害虫识别及其管理实践的前瞻性方案。这对于详细了解昆虫物种的全球运动将发挥重要作用。它有可能帮助害虫综合治理的决策，这取决于正确识别害虫和有益生物的能力。这是因为一些自然特征，如物候或杀虫剂敏感性，已受到 IPM 策略的威胁，以防止害虫定植。DNA 条形码技术弥合了分类生物安全差距，同时还满足国际植物保护公约昆虫识别诊断标准。这将减少害虫对农业生产力造成的持续威胁，同时提高产量以满足全球粮食安全。尽管 DNA 条形码方法对于害虫识别更为有效，但仍需要针对全球害虫物种的新参考库和 IPPC 程序开发，以提高害虫截获识别的效率和数量。