申思， 郭文鋒， 覃海蓉， 李曉瓊,3

(1.廣西大學(xué)林學(xué)院廣西森林生態(tài)與保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004； 2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007； 3.廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站，廣西 憑祥 532600)

在自然環(huán)境中，同一寄主植物上的地上和地下植食性天敵通常會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相互作用。植物根部會(huì)接收來自植物地上部分誘導(dǎo)生成的化學(xué)防御物質(zhì)和信號(hào)物質(zhì)，進(jìn)而對(duì)地下植食性天敵產(chǎn)生影響，反之亦然[1-3]。寄主植物的生長(zhǎng)和適合度、防御物質(zhì)含量和種類會(huì)受地上和地下天敵相互作用的影響，從而間接影響其他植食性天敵的行為和適合度[4]。外來植物在入侵到新生境的過程中，會(huì)遭受當(dāng)?shù)氐厣稀⒌叵轮彩承岳ハx的脅迫，重新建立生物間復(fù)雜的互作關(guān)系[5-7]。研究新生境中地上、地下植食性天敵互作及其對(duì)入侵植物的影響，能更好地闡明入侵植物應(yīng)對(duì)新生境下不同空間天敵互作的響應(yīng)機(jī)制。然而，目前的大多數(shù)研究都集中在入侵植物對(duì)單一種類或單一空間天敵脅迫的響應(yīng)[8-10]。

空心蓮子草Alternantheraphiloxeroides是一種原產(chǎn)于南美洲的全球性惡性雜草[11]，具有很強(qiáng)的入侵性、表型可塑性和繁殖能力，可于多種生境條件下生長(zhǎng)且難以控制[12]。為了防控空心蓮子草蔓延，中國(guó)于1986年從美國(guó)佛羅里達(dá)州引進(jìn)了其專食性天敵蓮草直胸跳甲Agasicleshygrophila，現(xiàn)已在中國(guó)多地建立起了自然種群[13,14]。但蓮草直胸跳甲只對(duì)水生型空心蓮子草有比較好的控制效果，對(duì)陸生型空心蓮子草的防治效果并不理想。因此，未來對(duì)空心蓮子草的生物防治應(yīng)多關(guān)注中國(guó)本土植食性天敵。其中，蝦鉗菜披龜甲Cassidapiperata屬鞘翅目、鐵甲科，是中國(guó)的一種寡食性昆蟲，其寄主主要有藜、小藜、刺莧、蓮子草和空心蓮子草等莧科、黎屬植物。隨著藜等原寄主植物在自然環(huán)境中的逐漸減少和空心蓮子草入侵成功后的大量擴(kuò)散，空心蓮子草已成為了蝦鉗菜披龜甲的一種新的重要寄主[15]。南方根結(jié)線蟲Meloidogyneincognita是世界上廣泛分布的一種植物寄生線蟲[16]，其能夠寄生在空心蓮子草根部，并對(duì)它造成嚴(yán)重危害[17-19]。因此，根結(jié)線蟲與蝦鉗菜披龜甲的協(xié)同作用有可能對(duì)空心蓮子草的防治產(chǎn)生協(xié)同或拮抗效應(yīng)。本研究采用被根結(jié)線蟲侵染的空心蓮子草葉片喂養(yǎng)蝦鉗菜披龜甲幼蟲，比較根結(jié)線蟲侵染對(duì)不同齡期蝦鉗菜披龜甲幼蟲的生長(zhǎng)發(fā)育和食物利用情況的影響，期望進(jìn)一步闡明入侵植物介導(dǎo)的入侵地不同空間天敵的互作機(jī)制，為深入研究空心蓮子草的入侵機(jī)制及其生物防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備

參照陳燕麗等[20]的方法，對(duì)空心蓮子草進(jìn)行扦插育苗。選擇生長(zhǎng)良好的空心蓮子草植株，剪取直徑約3～4 mm、中心帶有1個(gè)莖節(jié)、兩邊長(zhǎng)度分別約2 cm的地上莖段若干。在裝有混合土樣(m(草炭土)∶m(壤土)=1∶1)的苗盤(54 cm×28 cm，48個(gè)孔穴)中插入莖段，每穴2株。種植30 d后，將空心蓮子草的幼苗移栽至塑料花盆(直徑=25 cm，高=16 cm)，并以100目的尼龍網(wǎng)罩住花盆，以隔絕其他昆蟲干擾。

從野外采集所需的蝦鉗菜披龜甲成蟲，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行飼養(yǎng)。參照馬瑞燕等[21]的方法，將成蟲放在盛有新鮮空心蓮子草的容器(直徑=10 cm，高=18 cm，用紗布覆蓋)中飼喂，獲得經(jīng)多代繁殖的蟲卵，孵化后從中挑選齡期相同、生長(zhǎng)狀態(tài)良好的1齡幼蟲進(jìn)行試驗(yàn)。采用健康無(wú)病且長(zhǎng)勢(shì)良好的番茄苗根系對(duì)南方根結(jié)線蟲進(jìn)行繁殖培養(yǎng)。

1.2 根結(jié)線蟲接種

在空心蓮子草移栽20 d后對(duì)其幼苗進(jìn)行線蟲接種。參照劉維志[22]的方法，配置10 000頭·mL-1的2齡根結(jié)線蟲幼蟲懸浮液。在空心蓮子草根部用打孔器鉆3個(gè)深度大約3 mm的小孔，注入2 mL根結(jié)線蟲懸浮液，對(duì)照組則注入2 mL無(wú)菌水，然后將小孔用土壤覆蓋。種植30 d后，檢查空心蓮子草被線蟲侵染的情況，從中挑選長(zhǎng)勢(shì)一致、且有明顯根結(jié)的植株進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 蝦鉗菜披龜甲生物測(cè)定

試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理(接種線蟲×空心蓮子草、不接種線蟲×空心蓮子草)，每個(gè)處理重復(fù)21次。將蝦鉗菜披龜甲幼蟲稱重，并選取1～2根植株頂端嫩枝稱重，將二者放置在墊有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿(直徑=9 cm)中，用封口膜密封培養(yǎng)皿，以減少水分蒸發(fā)和防止幼蟲逃出。試驗(yàn)期間保持室溫為26 ℃，光周期為L(zhǎng)∶D=16 h∶8 h。每天檢查幼蟲的生長(zhǎng)情況、空心蓮子草嫩枝被取食情況和培養(yǎng)皿內(nèi)的水分情況，定期對(duì)植物進(jìn)行更換并對(duì)濾紙水分進(jìn)行補(bǔ)充。在幼蟲換齡后，稱取剩余植物重量和幼蟲體質(zhì)量，并計(jì)算取食量。收集幼蟲糞便，于60 ℃下烘干后稱重。最后，在幼蟲化蛹后，稱量蛹重，并記錄化蛹數(shù)。采用WHEELER等[23]的方法對(duì)蝦鉗菜披龜甲的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)利用指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

幼蟲成活率=幼蟲成活數(shù)/初始幼蟲總數(shù)×100%

幼蟲化蛹率=化蛹數(shù)/末齡幼蟲數(shù)×100%

取食量=飼喂嫩枝總重量-剩余嫩枝總重量

近似消化率=(取食量-糞便量)/取食量×100%

食物轉(zhuǎn)化率=(幼蟲重量-前一齡期幼蟲重量)/(取食量-糞便量)×100%

1.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過重復(fù)測(cè)量方差分析，以齡期為組內(nèi)變量，以線蟲處理(接種線蟲、未接種線蟲)為組間變量，并考慮二者的交互作用，評(píng)估其對(duì)不同齡期蝦鉗菜披龜甲生長(zhǎng)發(fā)育(蟲體質(zhì)量、成活率)和食物利用情況(取食量、近似消化率、食物轉(zhuǎn)化率)的影響。用SigmaPlot 12.5進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 線蟲處理對(duì)不同齡期蝦鉗菜披龜甲生長(zhǎng)發(fā)育的影響

蝦鉗菜披龜甲幼蟲的蟲質(zhì)量(F2.8,110.5=3 528.656，P<0.001)和成活率(F5,35=29.065，P<0.001)在不同齡期間存在極顯著差異(表1)，且隨著齡期的升高，幼蟲的質(zhì)量逐漸升高、成活率逐漸降低。齡期×線蟲處理僅對(duì)蝦鉗菜披龜甲幼蟲的質(zhì)量有顯著的交互影響(F2.8,110.5=3.904，P=0.013)，可顯著增加3齡幼蟲的蟲質(zhì)量(F1,40=15.937，P<0.001)，而對(duì)其余齡期的蟲質(zhì)量無(wú)顯著影響(圖1)。與此不同的是，線蟲侵染顯著降低了蝦鉗菜披龜甲幼蟲的化蛹率(F1,7=8.397，P=0.023)，對(duì)其他5個(gè)齡期幼蟲的成活率雖均有一定程度的降低，但無(wú)顯著差異(圖2)。

表1 蝦鉗菜披龜甲幼蟲蟲質(zhì)量和成活率差異的方差分析表Table 1 ANOVA results of the weight and survival rate of Cassida piperata larvae

注：不同字母表示在P<0.05水平上有顯著性差異。下同。

圖2 根結(jié)線蟲侵染對(duì)不同齡期蝦鉗菜披龜甲幼蟲成活率的影響Fig.2 Effects of nematode infestation on the survival rate of different instar Cassida piperata larvae

表2 蝦鉗菜披龜甲幼蟲取食量、近似消化率和食物轉(zhuǎn)化率差異方差分析表

2.2 線蟲處理對(duì)不同齡期蝦鉗菜披龜甲幼蟲食物利用的影響

蝦鉗菜披龜甲幼蟲的取食量(F2.8,111.8=104.280，P<0.001)、近似消化率(F2.7,108.9=56.877，P<0.001)和食物轉(zhuǎn)化率(F3.2,127.8=48.949，P<0.001)在不同齡期間均有極顯著的差異(表2)，且隨著齡期增加，幼蟲的取食量逐漸升高、消化率逐漸降低、食物轉(zhuǎn)化率則呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。齡期×線蟲處理對(duì)蝦鉗菜披龜甲的食物轉(zhuǎn)化率有顯著的交互影響(F3.2,127.8=3.827，P=0.010)，線蟲侵染顯著提高了1齡幼蟲的食物轉(zhuǎn)化率(F1,40=14.505，P<0.001)，但對(duì)其余齡期幼蟲的食物轉(zhuǎn)化率無(wú)顯著影響(圖3)。

圖3 根結(jié)線蟲侵染對(duì)不同齡期蝦鉗菜披龜甲幼蟲食物轉(zhuǎn)化率的影響Fig.3 Effects of nematode infestation on the food conversion rate of different instar Cassida piperata larvae

3 結(jié)論與討論

在本研究中，蝦鉗菜披龜甲幼蟲發(fā)育在不同齡期間存在顯著差異：在低齡時(shí)生長(zhǎng)速度較慢，高齡幼蟲則生長(zhǎng)較快。隨著齡期增加，幼蟲的消化率和成活率逐漸降低，蟲重、取食量和食物轉(zhuǎn)化率逐漸升高，且末齡幼蟲(5齡)平均每天的增重幅度減小、食物轉(zhuǎn)化率大幅降低，這是由于5齡幼蟲攝食的大部分葉片并未進(jìn)入消化系統(tǒng)吸收利用，而是留用以備化蛹。郭建國(guó)等[24]研究馬鈴薯甲蟲Leptinotarsadecemlineata幼蟲食物利用情況時(shí)也得出類似結(jié)論。這些結(jié)果表明，根結(jié)線蟲侵染空心蓮子草后，會(huì)抑制蝦鉗菜披龜甲(尤其是蛹)的生長(zhǎng)發(fā)育，從而間接降低蝦鉗菜披龜甲對(duì)空心蓮子草的取食脅迫。

測(cè)定植食性昆蟲的取食量、消化、利用、轉(zhuǎn)化等營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，可以準(zhǔn)確地了解不同食物對(duì)昆蟲的營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)，是研究植食性昆蟲與植物關(guān)系的常用方法。近似消化率和食物轉(zhuǎn)化率是昆蟲對(duì)食物利用的重要指標(biāo)，即被轉(zhuǎn)化為身體組成和能量的比例越高，昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育越快。在本研究中，1齡的蝦鉗菜披龜甲幼蟲取食被根結(jié)線蟲侵染的空心蓮子草后，其食物轉(zhuǎn)化率顯著提高，表明在取食受線蟲侵染的空心蓮子草葉片后，蝦鉗菜披龜甲幼蟲對(duì)食物有較高的轉(zhuǎn)化能力。蝦鉗菜披龜甲的近似消化率和食物轉(zhuǎn)化率的高低順序總是不一致，但總體來說，消化率和取食量與食物轉(zhuǎn)化率呈反比關(guān)系。分析認(rèn)為，蝦鉗菜披龜甲在取食被根結(jié)線蟲侵染的葉片后，所測(cè)得的低取食量、低消化率和高食物轉(zhuǎn)化率是昆蟲自身生理調(diào)節(jié)的結(jié)果，其目的是獲得一種自身的生理平衡，這也與朱俊洪等[25]和項(xiàng)瑤等[2]對(duì)斜紋夜蛾Spodopteralitura的研究結(jié)果類似。另外，消化率的降低與植物生化物質(zhì)含量的改變有關(guān)，線蟲侵染可能會(huì)導(dǎo)致空心蓮子草的總酚、單寧和黃酮等次生物質(zhì)改變，從而影響蝦鉗菜披龜甲的取食。

空間分離的地上、地下植食性生物通常會(huì)通過共同寄主植物發(fā)生復(fù)雜的相互作用[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，蝦鉗菜披龜甲幼蟲在取食被線蟲侵染的空心蓮子草葉片后，其化蛹率顯著降低。項(xiàng)瑤等[6]也發(fā)現(xiàn)南方根結(jié)線蟲侵染會(huì)抑制空心蓮子草上專食性昆蟲蓮草直胸跳甲的生長(zhǎng)發(fā)育，WEI等[27]也發(fā)現(xiàn)根結(jié)線蟲侵染會(huì)降低蝦鉗菜披龜甲對(duì)空心蓮子草的脅迫程度，因而，根結(jié)線蟲侵染會(huì)潛在影響蝦鉗菜披龜甲對(duì)空心蓮子草的防控效果。另外，劉亞珍等[28-29]在烏桕Triadicasebifera與不同空間天敵的互作研究中發(fā)現(xiàn)，在根結(jié)線蟲的脅迫下，專食性天敵癩皮夜蛾Gadirthainexacta脅迫能顯著降低烏桕的氣孔導(dǎo)度、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)和葉綠素含量，顯著增加烏桕的地上生物量和總生物量，但廣食性天敵斜紋夜蛾脅迫并未對(duì)烏桕的生理生態(tài)產(chǎn)生顯著影響。由此可見，根結(jié)線蟲對(duì)地上植食性生物的影響受天敵食性、種類、寄主植物種類等諸多因素的影響。