由於人類活動等導致大氣CO₂濃度不斷升高。蚜蟲是目前唯一一類隨大氣CO₂濃度升高而種群密度增加的昆蟲類群，但其產生的機製一致不清楚。必威在线网址 戈峰研究員領導的種群生態與全球變化研究組模擬未來大氣CO₂濃度升高到750ppm的環境，以豆科植物蒺藜苜蓿和模式昆蟲豌豆蚜為研究對象，利用固氮缺失型與野生型苜蓿為研究材料，從植物的固氮作用、氨基酸代謝、以及豌豆蚜的種群適合度、行為特征及其分子調控機製等方麵，係統研究了豌豆蚜如何通過植物的固氮作用來調節利用植物的氮素營養從而適應CO₂濃度升高。 

　　氮素作為昆蟲生長發育的限製因素，其含量受到CO₂濃度和蚜蟲取食而變化。研究發現，在正常CO₂濃度條件下，豌豆蚜危害野生型苜蓿（Jemalong）後，葉片的總體遊離氨基酸含量沒有發生改變；而在高CO₂濃度條件下，豌豆蚜危害增加了苜蓿葉片總體遊離氨基酸含量，卻降低了固氮突變體（dnf1）葉片總體遊離氨基酸含量。不僅如此，豌豆蚜取食高CO₂濃度處理的苜蓿後，體內的遊離氨基酸液也發生了變化，表現出：高CO₂濃度增加了在野生型Jemalong取食的豌豆蚜體內的遊離氨基酸，而降低了在固氮突變體（dnf1）植株上取食的豌豆蚜體內的遊離氨基酸含量。顯然， CO₂濃度升高可通過影響寄主植物的遊離氨基酸的分配與轉運，改變蚜蟲體內氨基酸的含量。 

　　通過對苜蓿和豌豆蚜氨基酸變化的成分測定發現，CO₂濃度升高主要是改變寄主植物非必需氨基酸的含量，而取食高CO₂處理的植株後的，蚜蟲體內的非必需氨基酸和必需氨基酸均發生變化，這可能由於蚜蟲和體內共生菌Buchnera形成的特殊的氨基酸代謝途徑互作的結果。蚜蟲從植株中獲得的非必需氨基酸先提供給Buchnera，共生菌通過自身氨基酸的轉換，將必需氨基酸再提供給蚜蟲。為此，進一步測定了不同CO₂濃度條件下，取食兩種基因型苜蓿的蚜蟲共生體bacteriocyte中氨基酸代謝的關鍵基因（henna, GCVT, GCDH, GS, PSAT）的表達量。發現CO₂濃度升高增加了取食野生型的蚜蟲bacteriocyte中這些基因的表達，卻降低了取食dnf1後的蚜蟲bacteriocyte中henna, GCVT, GS的表達量。這些結果充分表明，豌豆蚜通過調節寄主苜蓿和內共生菌Buchnera的氨基酸代謝途徑適應CO₂濃度升高環境，以增加自身的取食效率和種群適合度。 

　　以上研究在線發表在Global Change Biology（Huijuan Guo, Yucheng Sun^*, Yuefei Li, Bin Tong, Marvin Harris, Keyan Zhu-Salzman and Feng Ge^*. 2013. Pea aphid promotes amino acid metabolism both in Medicago truncatulaand bacteriocytes to favor aphid population growth under elevated CO₂; 論文鏈接）。該文第一作者郭慧娟為種群生態與全球變化研究組博士生，通訊作者為孫玉誠副研究員和戈峰研究員。該研究工作得到了973國家重大基礎研究計劃（No. 2012CB114103）、基金委麵上項目(No. 31000854, No. 31170390)的資助。