植食性昆蟲的種群適合度是由寄主植物的營養和抗性兩個方麵共同決定的。大氣CO₂濃度升高可通過影響植物的光合作用改變植物的營養和抗性水平，並作用於昆蟲的生長發育。戈峰研究員領導的種群生態與全球變化研究組前期研究表明，大氣 CO₂濃度升高通過作用於寄主植物氮源的吸收與同化，改變遊離氨基酸的分配與轉運，導致蚜蟲種群適合度的適合度增加（Global Change Biology，2013，19, 3210–3223）。本研究進一步模擬CO₂濃度加倍到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，利用乙烯不敏感突變體（sickle）與野生型苜蓿（A17）為研究材料，從寄主植物的營養與抗性二個方麵綜合分析豌豆蚜的種群適合度、取食行為特征及其對環境變化的適應性，係統研究CO2濃度升高如何通過改變寄主植物的乙烯信號途徑以調節植物的營養和抗性，並作用於蚜蟲的生長與繁殖。 

　　研究發現，CO₂濃度升高將降低野生型蒺藜苜蓿A17葉片乙烯信號途徑關鍵基因的表達，導致乙烯下遊的抗（蟲）性基因表達量下降。同時，乙烯抗性途徑的降低使得根瘤菌超侵染，引起苜蓿根瘤數增加，固氮相關基因表達上升，從而為蚜蟲的生長發育提供更多的氮源（氨基酸）。而對於乙烯不敏感突變體苜蓿sickle（對照）來說，其相對於野生型A17的固氮能力增強，抗蟲性下降。因此，在正常CO₂條件下其相對於A17對蚜蟲就比較敏感，蚜蟲危害更加嚴重。但CO₂濃度升高條件下，sickle對蚜蟲的抗性依然低於A17。研究清楚地表明，大氣CO₂濃度升高通過抑製豆科植物乙烯信號的抗性途徑，降低了植物對蚜蟲的抗性；同時增加了寄主植物自身可利用的氮源，從而有利於豌豆蚜的種群增長。 

　　由於乙烯信號途徑不僅直接影響豆科植物對蚜蟲的誘導抗性水平，還通過控製固氮根瘤菌的侵染間接影響蚜蟲的氮素營養水平，顯然，構建這一生態模型可從營養、抗性、地上地下生物互作等多個方麵研究蚜蟲對CO₂濃度升高的響應機製，為分析CO₂濃度升高對蚜蟲取食行為、個體發育、種群適合度及分子調控等提供了一個很好的模式。 

　　以上研究在線發表在New Phytologist（Huijuan Guo, Yucheng Sun*, Yuefei Li, Xianghui Liu , Wenhao Zhang and Feng Ge*. 2013. Elevated CO2 decreases the response of the ethylene signaling pathway in Medicago truncatula and increases the abundance of the pea aphid; 原文鏈接）。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, No.31221091）的資助。