高 旭，郭文鋒，唐 軍，周曉果，李曉瓊**

(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)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530007；3.廣西科學(xué)院，生態(tài)環(huán)境研究所，廣西南寧 530007)

在自然環(huán)境中，地上和地下植食性生物常通過(guò)共同的寄主植物發(fā)生復(fù)雜的相互作用，二者可通過(guò)直接途徑(產(chǎn)生毒性物質(zhì))[1]或間接途徑(如影響植物生長(zhǎng)、代謝物及資源分配等)[2-5]產(chǎn)生相互影響，并對(duì)植物產(chǎn)生加性、協(xié)同或拮抗效應(yīng)[6-8]。目前，地上-地下植食性生物間的互作及協(xié)同進(jìn)化備受關(guān)注。例如，Kutyniok等[9]報(bào)道了甘藍(lán)蚜(Brevicorynebrassicae)取食使擬南芥(Arabidopsisthaliana)地下甜菜孢囊線(xiàn)蟲(chóng)(Heteroderaschachtii)的數(shù)量降低；Wurst等[10]研究證明，車(chē)前草(Plantagolanceolata)地下部的穿刺根腐線(xiàn)蟲(chóng)(Pratylenchuspenetrans)侵染使其地上部桃蚜(Myzuspersicae)的繁殖力降低；Kaplan等[11]發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)(Meloidogyneincognita)促進(jìn)了地上廣食性昆蟲(chóng)粉紋夜蛾(Trichoplusiani)的幼蟲(chóng)發(fā)育，而對(duì)專(zhuān)食性昆蟲(chóng)煙草天蛾(Manducasexta)沒(méi)有顯著影響。因此，雖然目前對(duì)植食性生物進(jìn)行了大量的研究，但大多數(shù)研究都集中在單一空間或生物種類(lèi)，對(duì)地上-地下植食性生物間的互作研究相對(duì)較少[12-15]，同一寄主植物介導(dǎo)的地上-地下生物互作理論尚未完善[12,16]。

烏桕(Triadicasebifera)是一種大戟科(Euphorbiaceae)烏桕屬(Triadica)的喬木，具有較高的觀(guān)賞價(jià)值，同時(shí)也是一種應(yīng)用前景廣闊的油料作物[17]。在我國(guó)，烏桕害蟲(chóng)種類(lèi)繁多，現(xiàn)已知的烏桕害蟲(chóng)有190種[18,19]。其中，癩皮夜蛾(Gadirthafusca)與南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)是嚴(yán)重危害烏桕葉片和根部的重要植食性生物[18,20]。癩皮夜蛾屬鱗翅目(Lepidoptera)夜蛾科(Noctuidae)，是烏桕上的一種專(zhuān)食性害蟲(chóng)，其幼蟲(chóng)共6齡，初始齡期取食量較小，3齡后取食量大增，可食完整株烏桕葉片，對(duì)烏桕生長(zhǎng)造成嚴(yán)重危害[21]。南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)作為世界上廣泛分布的一種植物寄生線(xiàn)蟲(chóng)，是烏桕最為常見(jiàn)的地下病害之一[20]。前人研究表明，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染能顯著抑制癩皮夜蛾在烏桕上的表現(xiàn)[14,20,22]。例如，Li等[14]研究發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)與癩皮夜蛾間能產(chǎn)生拮抗效應(yīng)，從而使烏桕受益；Yang等[15]研究認(rèn)為，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)與癩皮夜蛾的互作受地下線(xiàn)蟲(chóng)密度的影響較大。但這些研究只分析了南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染對(duì)癩皮夜蛾幼蟲(chóng)的短期影響，未對(duì)幼蟲(chóng)各個(gè)齡期進(jìn)行研究，其化蛹表現(xiàn)也尚未可知。

鑒于癩皮夜蛾大齡幼蟲(chóng)(3齡后)的暴食性及其對(duì)烏桕的危害性，本研究選用癩皮夜蛾3齡幼蟲(chóng)為研究對(duì)象，以被南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染和未被侵染的烏桕植株作為處理組和對(duì)照組，分別取該植株葉片飼喂癩皮夜蛾幼蟲(chóng)，比較不同齡期幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育和食物利用的差異，進(jìn)而篩選出最大影響齡期，探究南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)與癩皮夜蛾間的互作效應(yīng)，為深入研究癩皮夜蛾的生物防治提供理論基礎(chǔ)，豐富地上-地下生物互作理論。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

將野外采集的烏桕種子浸泡于10 g/L洗衣液中2 d以去除外蠟質(zhì)層，采用濕沙層積法處理2個(gè)月打破休眠[22]。在溫室內(nèi)以裝有混合土壤(草炭土∶壤土=1∶1)的苗盤(pán)育苗。45 d后，選取大小相近的幼苗單獨(dú)移栽至花盆(高為16 cm，直徑為25 cm)中，定期澆水以保持土壤濕潤(rùn)，并用100目尼龍網(wǎng)罩住烏桕幼苗以隔絕其他昆蟲(chóng)[13]。2個(gè)月后，選取生長(zhǎng)良好且長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗供試。

試驗(yàn)用癩皮夜蛾幼蟲(chóng)采集自野外，并置于實(shí)驗(yàn)室中飼養(yǎng)，多代繁殖后，取健康無(wú)病的3齡幼蟲(chóng)供試。接種所需的南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在番茄苗上進(jìn)行擴(kuò)繁。

1.2 南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)接種

參照劉維志[23]的方法配置1 000頭·mL-1的2齡南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)幼蟲(chóng)懸浮液。用打孔器于烏桕根部鉆5個(gè)約3 mm深的小孔，每個(gè)小孔注入2 mL的南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)懸浮液(10 000頭·植株-1)，對(duì)照組則注入2 mL無(wú)菌水，然后將小孔用土壤覆蓋。30 d后，檢查線(xiàn)蟲(chóng)侵染情況，挑選長(zhǎng)勢(shì)一致且有明顯根結(jié)的植株開(kāi)展生物測(cè)定。

1.3 生物測(cè)定

采集烏桕頂端完全展開(kāi)的第4-5片葉飼喂癩皮夜蛾幼蟲(chóng)，將3齡幼蟲(chóng)(M0)與烏桕葉片(M1)稱(chēng)重，放入墊有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿(直徑為10 cm)中，以封口膜密封并置于室溫下飼養(yǎng)，定期更換新鮮葉片、補(bǔ)充濾紙水分。實(shí)驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)處理(線(xiàn)蟲(chóng)侵染烏桕和未被侵染烏桕)，每個(gè)處理重復(fù)15次。每24 h檢查一次癩皮夜蛾幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)狀況和葉片取食狀況，觀(guān)察幼蟲(chóng)是否蛻皮，記錄幼蟲(chóng)各齡期發(fā)育歷期(N)及化蛹情況。蛻皮當(dāng)天稱(chēng)量幼蟲(chóng)體質(zhì)量(Mt)并更換培養(yǎng)皿，收集剩余葉片及糞便，于60℃下烘干至恒重，得到剩余葉片干重(M2)及糞便干重(Mexc)。實(shí)驗(yàn)設(shè)置完全對(duì)照，以校正葉片質(zhì)量(M1)和幼蟲(chóng)質(zhì)量(M0、Mt)，換算為干重。采用Waldbauer[24]的方法計(jì)算各齡期幼蟲(chóng)生長(zhǎng)指標(biāo)和食物利用參數(shù)，具體如下：

取食量Meat=M1-M2，

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

通過(guò)重復(fù)測(cè)量方差分析比較南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染對(duì)癩皮夜蛾不同齡期生長(zhǎng)指標(biāo)(蟲(chóng)體質(zhì)量、相對(duì)生長(zhǎng)率、發(fā)育歷期)及食物利用指標(biāo)(取食量、食物利用率、近似消化率、食物轉(zhuǎn)化率)的影響，以線(xiàn)蟲(chóng)侵染處理(線(xiàn)蟲(chóng)侵染、對(duì)照)作為組間變量，以齡期作為組內(nèi)變量，并考慮二者的交互效應(yīng)。不滿(mǎn)足球形假設(shè)的結(jié)果，采用Huynh-Feldt對(duì)自由度進(jìn)行校正。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析線(xiàn)蟲(chóng)侵染對(duì)癩皮夜蛾化蛹率的影響。所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 23.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用SigmaPlot 12.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 線(xiàn)蟲(chóng)侵染處理對(duì)不同齡期癩皮夜蛾生長(zhǎng)發(fā)育的影響

癩皮夜蛾幼蟲(chóng)的蟲(chóng)體質(zhì)量、相對(duì)生長(zhǎng)率及發(fā)育歷期在不同齡期間存在極顯著差異，齡期×線(xiàn)蟲(chóng)侵染處理互作對(duì)蟲(chóng)體質(zhì)量和相對(duì)生長(zhǎng)率產(chǎn)生顯著的交互影響(表1)。隨著齡期的增加，幼蟲(chóng)蟲(chóng)體質(zhì)量逐漸升高，發(fā)育歷期逐漸變長(zhǎng)，而相對(duì)生長(zhǎng)率則逐漸降低(圖1)。與對(duì)照相比，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)雖然顯著提高了癩皮夜蛾4齡幼蟲(chóng)的相對(duì)生長(zhǎng)率，但卻顯著降低了5齡和6齡幼蟲(chóng)的蟲(chóng)體質(zhì)量以及5齡幼蟲(chóng)的相對(duì)生長(zhǎng)率[圖1：(a)(b)]。此外，線(xiàn)蟲(chóng)侵染處理顯著降低了癩皮夜蛾的化蛹率(t=2.269,P=0.034)，線(xiàn)蟲(chóng)侵染處理下的化蛹率與對(duì)照相比降低了約33.3%(圖2)。

表1 癩皮夜蛾幼蟲(chóng)發(fā)育參數(shù)的方差分析

Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05)

Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05)

2.2 線(xiàn)蟲(chóng)侵染處理對(duì)不同齡期幼蟲(chóng)食物利用的影響

如表2所示，癩皮夜蛾幼蟲(chóng)的取食量、食物利用率、近似消化率和食物轉(zhuǎn)化率在不同齡期間存在極顯著差異；線(xiàn)蟲(chóng)侵染處理能顯著影響癩皮夜蛾幼蟲(chóng)的取食量、近似消化率和食物轉(zhuǎn)化率；齡期×線(xiàn)蟲(chóng)侵染處理互作對(duì)癩皮夜蛾幼蟲(chóng)的食物利用率產(chǎn)生顯著的交互影響。隨著齡期的增加，幼蟲(chóng)取食量逐漸增大，近似消化率先降低后略微回升，食物利用率和轉(zhuǎn)化率則先升高后降低(圖3)。與對(duì)照相比，線(xiàn)蟲(chóng)侵染處理使癩皮夜蛾4齡幼蟲(chóng)的食物轉(zhuǎn)化率和食物利用率顯著升高，但6齡幼蟲(chóng)的取食量和近似消化率卻顯著降低(圖3)。

表2 癩皮夜蛾幼蟲(chóng)食物利用的方差分析

Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05)

3 討論

通過(guò)比較不同齡期幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)，可以明確幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)，評(píng)價(jià)食物對(duì)植食性生物的影響[25-27]。本研究發(fā)現(xiàn)，癩皮夜蛾幼蟲(chóng)的相對(duì)生長(zhǎng)速率、取食量、消化率、食物利用率等指標(biāo)在不同齡期間差異顯著。申思等[27]研究蝦鉗菜披龜甲(Cassidapiperata)幼蟲(chóng)也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的現(xiàn)象。食物利用率可以反映昆蟲(chóng)攝取的食物轉(zhuǎn)化為生物量的效率，是昆蟲(chóng)食物利用的一項(xiàng)重要指標(biāo)，食物被轉(zhuǎn)化為身體組成的比例越高，越有利于昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育[28]。本研究中，癩皮夜蛾6齡幼蟲(chóng)的取食量達(dá)到最高，但相對(duì)生長(zhǎng)率、食物利用率和食物轉(zhuǎn)化率卻大幅度降低，可見(jiàn)6齡幼蟲(chóng)所攝取的大部分食物并未轉(zhuǎn)化為生物量。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染顯著提高了癩皮夜蛾4齡幼蟲(chóng)的食物利用率和轉(zhuǎn)化率。較高的食物轉(zhuǎn)化率能在一定程度上補(bǔ)償消化率降低所帶來(lái)的不利影響，短暫地促進(jìn)4齡幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育。該結(jié)果說(shuō)明癩皮夜蛾幼蟲(chóng)具有一定的補(bǔ)償和調(diào)節(jié)能力，可在一定程度上抵消不利環(huán)境因素的影響。這種較高的食物轉(zhuǎn)化率可能是昆蟲(chóng)自身的一種生理調(diào)節(jié)結(jié)果，其目的是維持自身的生理平衡，其他昆蟲(chóng)如蝦鉗菜披龜甲[27]、斜紋夜蛾(Prodenialitura)[28]、稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocismedinalis)[29]、甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)[30]也發(fā)現(xiàn)有類(lèi)似的現(xiàn)象。

空間分離的地上和地下植食性生物可通過(guò)相互影響對(duì)共同寄主植物形成加性、協(xié)同或拮抗效應(yīng)，且地上-地下植食性生物間的互作受寄主植物種類(lèi)[31]、植食性生物食性[20]、蟲(chóng)口密度[15]、取食順序[32]、齡期[27]等諸多因素的影響。本研究中，癩皮夜蛾幼蟲(chóng)取食被南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染烏桕植株的葉片后，與對(duì)照相比，其5齡、6齡幼蟲(chóng)的蟲(chóng)體質(zhì)量顯著降低，5齡幼蟲(chóng)的相對(duì)生長(zhǎng)率以及6齡幼蟲(chóng)的取食量、近似消化率和化蛹率均顯著降低，說(shuō)明線(xiàn)蟲(chóng)侵染能抑制癩皮夜蛾化蛹，降低了化蛹的成功率，從而間接減少了烏桕上癩皮夜蛾的種群數(shù)量。前人研究也發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)癩皮夜蛾存在拮抗效應(yīng)[14,20,22]，主要是由于植食性生物脅迫能誘導(dǎo)植物在營(yíng)養(yǎng)、次生代謝物質(zhì)、揮發(fā)性物質(zhì)等方面發(fā)揮作用[1-5,33,34]。Yang等[15]發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染顯著提高了烏桕葉片中類(lèi)黃酮和單寧的含量。劉亞珍等[35]發(fā)現(xiàn)，線(xiàn)蟲(chóng)侵染會(huì)顯著降低烏桕的胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和葉綠素含量。陳書(shū)霞等[32]也發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)能提高黃瓜植株的過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)及總酚含量。以上因素均能影響昆蟲(chóng)的取食選擇及對(duì)食物的吸收利用。

本研究雖然探討了南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)癩皮夜蛾不同齡期幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的影響，但并未考慮不同齡期幼蟲(chóng)生理代謝差異與其響應(yīng)機(jī)制的相關(guān)性。植物與昆蟲(chóng)在長(zhǎng)期的相互作用和共同進(jìn)化過(guò)程中形成了復(fù)雜的適應(yīng)機(jī)制[36]，植食性生物為克服植物防御也相應(yīng)地進(jìn)化出一系列反防御策略[37,38]。Ji等[39]發(fā)現(xiàn)，褐飛虱(Nilaparvatalugens)可通過(guò)β-1,4-葡聚糖酶(NIEG1)降解植物細(xì)胞壁中的纖維素并規(guī)避茉莉酸(JA)和茉莉酸與異亮氨酸的偶聯(lián)物(JA-Ile)介導(dǎo)的水稻防御反應(yīng)。Yuan等[40]研究發(fā)現(xiàn)，解毒酶在美國(guó)白蛾(Hyphantriacunea)體內(nèi)的解毒作用隨著齡期的增加越來(lái)越顯著。此外，朱香鎮(zhèn)等[41]發(fā)現(xiàn)，綠盲蝽(Apolyguslucorum)受到不同濃度外源次生物質(zhì)脅迫后，昆蟲(chóng)體內(nèi)保護(hù)酶和解毒酶被激活的程度不同。因此，可以推測(cè)南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)與癩皮夜蛾不同齡期間的互作效應(yīng)可能也與昆蟲(chóng)各齡期的生理代謝及植物次生代謝物濃度有關(guān)。后續(xù)將繼續(xù)探究昆蟲(chóng)解毒酶及植物次生代謝物濃度在地上-地下植食性生物互作中的影響，以期進(jìn)一步闡明不同空間植食性生物之間的互作機(jī)制，豐富地上-地下互作理論。

4 結(jié)論

南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染對(duì)癩皮夜蛾幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的影響因齡期而異，線(xiàn)蟲(chóng)侵染雖然顯著提高了癩皮夜蛾4齡幼蟲(chóng)的相對(duì)生長(zhǎng)率、食物利用率和食物轉(zhuǎn)化率，但卻抑制了其末齡幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育及化蛹。本研究結(jié)果表明，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)與癩皮夜蛾間總體上形成一種拮抗效應(yīng)，從而對(duì)烏桕植株形成加性效應(yīng)，間接減輕了癩皮夜蛾對(duì)烏桕的危害。