小圓胸小蠹及其蟲菌共生體研究進(jìn)展

李 巧，韓春緒，孫江華*

1西南林業(yè)大學(xué)，云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224；2中國科學(xué)院動(dòng)物研究所，北京 100101；3國際動(dòng)物學(xué)會(huì)，北京 100101

小圓胸小蠹Euwallaceafornicatus也稱為茶材小蠹或茶枝小蠹，Eichhoff于1868年命名，當(dāng)時(shí)歸為小蠹科Scolytidae齒小蠹亞科Ipinae材小蠹族Xyleborini材小蠹屬Xyleborus，1991年被移至材小蠹族的方胸小蠹屬Euwallacea(殷蕙芬，1991；Kumaretal.，2011)。最早發(fā)現(xiàn)在斯里蘭卡為害茶樹，是東南亞的本地種，現(xiàn)已廣泛分布于非洲、美洲、澳洲、亞洲等國家和地區(qū)(Hulcretal.，2007；Kumaretal.，2011；Rabagliaetal.，2006)。在我國廣東、福建、海南、浙江、重慶、四川、云南、貴州、西藏、臺(tái)灣等省(自治區(qū))均有分布。該小蠹屬于食菌小蠹，寄主植物眾多，在亞洲的寄主已有39科100余種(Danthanarayana，1968；Lietal.，2016)，全球范圍內(nèi)的寄主多達(dá) 63科342種(Cooperbandetal.，2016)。該小蠹在國外嚴(yán)重為害柑橘Citrusspp.、可可Theobromacacao、鱷梨Perseaamericana、黃心樹Perseabombycina、馬占相思Acaciamangium等(Carrilloetal.,2012；Kumaretal.，2011；Mendeletal.,2012)，在我國嚴(yán)重為害荔枝Litchichinensis、懸鈴木Platanusacerifolia、楊樹Populusspp.等重要經(jīng)濟(jì)樹種(李巧等，2015；林來金，1999；Lietal.，2016)。與其他多為害衰弱寄主的食菌小蠹不同，小圓胸小蠹多為害健康或外觀健康的樹木(Eskalenetal.，2013)，對寄主植物的傷害包括直接和間接傷害兩方面：當(dāng)小蠹在枝干上修筑坑道時(shí)，枝梢常會(huì)在受害處折斷，引起直接的機(jī)械損傷，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)林果的產(chǎn)量下降；小蠹侵入后，其攜帶的真菌孢子萌發(fā)，產(chǎn)生間接傷害，即小蠹伴生菌引起枝干枯死和木材腐爛，最終導(dǎo)致樹木衰弱(Kumaretal.，1998；Walgama，2012)。2015年小圓胸小蠹被國家林業(yè)局定為國際重大林木害蟲(國家林業(yè)局重大生物災(zāi)害防治指揮部，2015)，其經(jīng)濟(jì)重要性和危險(xiǎn)性可見一斑。

1 方胸小蠹—鐮孢菌共生體及小圓胸小蠹種團(tuán)

食菌小蠹又稱蛀木小蠹，主要包括齒小蠹亞科的類群，如材小蠹族、木小蠹族Xyloterini以及銼小蠹屬Scolytoplatypus等，多屬于為害衰弱林木的次期性小蠹(魯敏和孫江華，2008; 殷蕙芬等，1984)。小蠹伴生菌是指由小蠹攜帶傳播到寄主植物上并對寄主植物產(chǎn)生不利影響的病原真菌(葉輝，1997)，也稱為蟲道真菌(楊群芳等，2008)。食菌小蠹與其伴生菌是互利共生關(guān)系，形成了蟲菌共生體；在寄主植物—小蠹蟲—伴生菌系統(tǒng)中，伴生菌對于削弱寄主抗性、協(xié)助小蠹入侵起著重要作用，甚至成為小蠹成功侵害的必要條件(魯敏和孫江華，2008; 葉輝，1997)。多數(shù)情況下，食菌小蠹攜帶的伴生菌不同于初期性小蠹所攜帶的致病力強(qiáng)的藍(lán)變真菌，多是致病力相對較弱的子囊菌。然而，致病力較強(qiáng)的一類半知菌——鐮孢菌Fusarium被發(fā)現(xiàn)在某些食菌小蠹伴生菌中十分常見(魯敏和孫江華，2008；Freemanetal.，2016；Kassonetal.，2013)。

方胸小蠹屬是材小蠹族中超過40個(gè)種的大屬，是唯一一個(gè)培養(yǎng)鐮孢菌的類群，與其密切相關(guān)的鐮孢菌形成了方胸小蠹—鐮孢菌共生體(Euwallacea-Fusariumsymbiosis)，該共生體約在2100萬年前就已形成，是11個(gè)已知進(jìn)化起源的食菌小蠹伴生菌共生體之一(Freemanetal.，2016；O′Donnelletal.，2016)；其鐮孢菌涉及包括茄腐鐮孢菌Fusariasolani在內(nèi)的至少12個(gè)種的AmbrosialFusariumClade即AF進(jìn)化枝(AF-1至AF-12)(Kassonetal.，2013)。在過去20年中，來自亞洲的方胸小蠹—鐮孢菌共生體傳入到美國、以色列和澳大利亞，由于這些入侵性害蟲能夠攻擊并能在活的木本寄主上繁殖，對當(dāng)?shù)氐纳?、城市景觀及鱷梨產(chǎn)業(yè)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅(O′Donnelletal.，2016)。

最新研究顯示，方胸小蠹—鐮孢菌共生體以種團(tuán)形式出現(xiàn)，由幾個(gè)形態(tài)上無法區(qū)分的小蠹種及其伴生菌構(gòu)成(表1)，每一個(gè)小蠹種攜帶一種鐮孢菌，少數(shù)攜帶2種，這個(gè)種團(tuán)目前至少有5個(gè)種，其中種1在越南、以色列及美國加州南部洛杉磯發(fā)生，也被稱為Euwallaceasp.IS/CA以及PSHB(polyphagous shot hole borer)(Eskalenetal.，2013；Freemanetal.，2013)，攜帶Fusariumeuwallaceae(即AF-2)，以色列及美國洛杉磯的種群可能從越南傳入；種2在美國佛羅里達(dá)州邁阿密—戴德發(fā)生，被稱為TSHB(the tea shot hole borer)，攜帶AF-6和AF-8 2種鐮孢菌；種3在澳大利亞發(fā)生，攜帶AF-7；種4在斯里蘭卡發(fā)生，該種是最早報(bào)道的種，是真正意義上的小圓胸小蠹，攜帶F.ambrosium(即AF-1)和AF-11 2種鐮孢菌；種5在美國加州南部圣地亞哥發(fā)生，攜帶AF-12；該種團(tuán)中的某些種及其伴生菌已經(jīng)成為入侵物種，攻擊并感染健康樹木(Cooperbandetal.，2016；O′Donnelletal.，2015,2016)。因此，我們所稱的小圓胸小蠹，更準(zhǔn)確應(yīng)稱為小圓胸小蠹種團(tuán)(E.fornicatusspecies complex)，除真正意義上的小圓胸小蠹(即種團(tuán)中的種4)外，其余種類應(yīng)稱作近似小圓胸小蠹E.nr.fornicatus。

2 小圓胸小蠹種團(tuán)生物學(xué)及生態(tài)學(xué)

目前，國外對小圓胸小蠹種團(tuán)生物學(xué)及生態(tài)學(xué)的研究主要集中在洛杉磯種群(即種1)、邁阿密—戴德種群或稱佛羅里達(dá)種群(即種2)以及斯里蘭卡和印度種群(即種4)。為害槭樹的洛杉磯種群(種1)在人工飼養(yǎng)狀態(tài)下，24 ℃下完成一個(gè)世代至少需要22 d，子代雌性數(shù)量第7周達(dá)到最高值57頭，平均32.4頭，雄蟲所占比例為7.4%，即雌雄性比約為12.5∶1；而為害鱷梨的佛羅里達(dá)種群(種2)在人工飼養(yǎng)狀態(tài)下，24 ℃下完成一個(gè)世代至少需要22 d，子代雌性數(shù)量在第6周達(dá)到最高值68頭，平均24.7頭，雄蟲所占比例為7.2%，即雌雄性比約為12.9∶1(Cooperbandetal.，2016)。斯里蘭卡種群(種4)在不同海拔茶園的年發(fā)生代數(shù)不同，在海拔1200 m以上、海拔600～1200 m東坡、海拔600～1200 m西坡、海拔600 m以下，分別發(fā)生2、6、9、12代(Walgama，2012)；該小蠹發(fā)育起點(diǎn)溫度為15 ℃，有效積溫是373日度；其中卵、幼蟲及蛹的發(fā)育起點(diǎn)溫度分別是(15.7±0.5)、(15.8±0.8)、(14.3±1.4) ℃，而發(fā)育所需積溫分別是(70±4.4)、(95±8.5)、(72±5.1)日度(Walgama & d Zalucki，2007)；雌雄性比為(3～5)∶1，每頭雌成蟲平均每天產(chǎn)1粒卵，最高卵量35粒(Walgama，2012)。而為害黃心樹的印度種群(種4)世代歷期約42 d，孵化期(7.86±0.63) d；1、2、3齡幼蟲歷期(5.37±0.49)、(6.77±0.42)、(5.81±0.39) d，蛹?xì)v期(9.78±0.79) d，雌、雄成蟲壽命(7.90±0.45)、(5.84±0.36) d；每個(gè)坑道有卵(14.52±2.92)粒(Kumaretal.，2011)。

國內(nèi)發(fā)生危害的小圓胸小蠹可能包括2個(gè)種，曾經(jīng)在茶樹和荔枝上發(fā)生危害的可能是同一個(gè)種，即種4；而危害三角楓和二球懸鈴木的應(yīng)為另一個(gè)種，該種可能同于越南及美國加州南部洛杉磯發(fā)生的種1。為害荔枝的小圓胸小蠹在廣東中山年發(fā)生6代，日均溫22～30 ℃時(shí)，田間世代歷期約為36 d，室內(nèi)飼養(yǎng)50 d左右，卵、幼蟲、蛹、產(chǎn)卵前期歷期分別為(6.1±0.87)、(32.3±0.89)、(4.6±0.52)、(8.9±0.62) d(羅秋云和何等平，1990)。而為害三角楓的小圓胸小蠹在昆明地區(qū)一年發(fā)生2～3代，以成蟲或幼蟲在坑道中越冬，幼蟲有5齡，各蟲態(tài)歷期未見報(bào)道(李巧等，2014)。

從上述研究可以看出，小圓胸小蠹種團(tuán)中種1和種2的雌雄性比及產(chǎn)卵量均高于種4，高比例的雌蟲及其較高的生殖力為種1和種2成為入侵種奠定了基礎(chǔ)；而當(dāng)前正在我國云南地區(qū)猖獗為害的小圓胸小蠹在種團(tuán)中究竟是哪個(gè)種，亟待通過分子學(xué)手段進(jìn)行鑒定，同時(shí)急需深入開展其種群生物學(xué)及生態(tài)學(xué)研究，以明確其發(fā)生規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)害蟲預(yù)測預(yù)報(bào)及控制奠定基礎(chǔ)。

3 伴生菌

小圓胸小蠹雌成蟲頭部前方具有能攜帶真菌孢子的載菌構(gòu)造，即貯菌器，在其修筑坑道時(shí)，孢子散放到坑道壁，萌發(fā)長出菌絲體，幼蟲通過取食菌絲體獲得營養(yǎng)，完成其生長發(fā)育過程(Kumaretal.，1998；Mendeletal.，2012)。

伴生菌是導(dǎo)致木材腐爛的元兇，小圓胸小蠹伴生菌研究主要圍繞4個(gè)方面。第一，伴生菌種類鑒定。目前，已發(fā)現(xiàn)的小圓胸小蠹伴生菌種類包括單頂孢M(jìn)onacrosporiumambrosium(Mendeletal.,2012)、粘束孢Graphiumeuwallaceae(Lynchetal.,2016)、枝頂孢Acremoniumpembeum(Freemanetal.,2016)、方胸小蠹鐮孢菌Fusariumsp.(Freemanetal.,2013)、帚枝霉Sarocladiumstrictum(Lietal.,2016)和Paracremoniumpembeum(Lynchetal.,2016)。第二，伴生菌群落組成及動(dòng)態(tài)。無論是在貯菌器中還是在寄主坑道中，伴生菌均以群落形式存在。而不同蟲態(tài)(成蟲、幼蟲及蛹)以及相同蟲態(tài)的不同發(fā)育階段，伴生菌群落的組成及多度會(huì)出現(xiàn)變化(Freemanetal.，2016；Lynchetal.，2016)，如Freemanetal.(2016)發(fā)現(xiàn)成蟲及幼蟲(種1)攜帶伴生菌的比例很高，而大多數(shù)蛹則不攜帶任何真菌；在雌成蟲發(fā)育過程中，貯菌器中主要是粘束孢和枝頂孢，而性成熟的雌成蟲則以方胸小蠹鐮孢菌為主。第三，伴生菌對小蠹生長發(fā)育的影響。伴生菌被認(rèn)為與其載體食菌小蠹之間是互利共生關(guān)系。研究顯示，在小圓胸小蠹攜帶的多種伴生菌中，鐮孢菌和粘束孢能支持小蠹發(fā)育，而枝頂孢不支持其發(fā)育，甚至可能對小蠹生長具有一定抑制作用(Freemanetal.，2016)。第四，伴生菌致病性研究。該方面的工作開展相對較少，Lynchetal.(2016)將粘束孢、方胸小蠹鐮孢菌及P.pembeum等3種真菌接種到切開的鱷梨和梣葉槭枝干中，發(fā)現(xiàn)3種真菌以不同速率生長并定殖，P.pembeum在接種的鱷梨嫩枝上造成的損害最嚴(yán)重。

綜上，小圓胸小蠹伴生菌研究由種類報(bào)道發(fā)展到群落動(dòng)態(tài)研究，而伴生菌致病性及致病力研究仍相對薄弱，伴生菌防治研究亟待加強(qiáng)。研究小蠹伴生菌種類及其致病性，摸清伴生菌削弱樹木抗性的機(jī)理及其致病機(jī)制，對有效控制小蠹危害具有現(xiàn)實(shí)意義。 因此，通過比較不同寄主上小圓胸小蠹伴生菌群落組成及動(dòng)態(tài)，明確伴生菌對小蠹生長的作用及影響，結(jié)合各種伴生菌的致病力表現(xiàn)及生防菌株對伴生菌的抑制效果，尋找利用生防菌來抑制具有致病性的伴生菌的可能途徑，是小圓胸小蠹伴生菌研究的方向。

4 寄主選擇性

小圓胸小蠹寄主選擇性研究主要圍繞種4進(jìn)行，Karunaratneetal.(2008)使用嗅覺儀檢測了小圓胸小蠹對同種個(gè)體及寄主植物氣味的反應(yīng)，結(jié)果顯示，未交配的雌成蟲對雄蟲具有更強(qiáng)的吸引力，敏感的茶樹品種較抗性品種對雌蟲的吸引力更強(qiáng)；小蠹被乙醇及已知的茶樹揮發(fā)物吸引，包括丁香酚、己醇、α和β蒎烯、牻牛兒醇、水楊酸甲酯，而這些揮發(fā)物與乙醇混合后吸引力增強(qiáng)，乙醇具有增效作用；在茶葉提取物、糖、咖啡因、敏感品種甲醇提取物作為誘食劑的試驗(yàn)中，葡萄糖和蔗糖都表現(xiàn)出較好的吸引力，而咖啡因則有拒食作用。

目前，食菌小蠹寄主選擇研究多集中在寄主揮發(fā)物及引誘作用方面，對伴生菌揮發(fā)物的研究尚不多見(Kelsey & Joseph，1997；Martinietal.，2015；Rangeretal.，2015)；對非寄主揮發(fā)物及驅(qū)避作用研究(Deglow & Borden，1998；Tommeras & Mustaparta，1989；Zhangetal.，2008)，以及聯(lián)合嗅覺和視覺信號的寄主選擇復(fù)合模式研究(Campbell & Borden，2006，2009)有待加強(qiáng)。深入研究小圓胸小蠹寄主揮發(fā)物及蟲菌共生體揮發(fā)物，查明具有引誘作用的化合物組分及濃度；通過對非寄主揮發(fā)物的研究，明確對小圓胸小蠹具有驅(qū)避作用的化合物組分及濃度；通過復(fù)合模式寄主選擇研究明確小圓胸小蠹的嗅覺及視覺反應(yīng)，為實(shí)現(xiàn)開發(fā)高效的引誘劑、驅(qū)避劑以及誘捕器載體奠定基礎(chǔ)。

5 食菌小蠹的控制性

隨著全球范圍內(nèi)商業(yè)貿(mào)易的加劇以及人與貨物的遠(yuǎn)距離流通，寄主域廣泛的食菌小蠹從原棲息地迅速擴(kuò)散蔓延，一些在原棲息地僅為害瀕死木或死樹的種類，擴(kuò)散后成為入侵種，直接攻擊健康的寄主，在入侵地爆發(fā)為害(Kendraetal.，2012；Pennacchioetal.，2003)。最新研究顯示，能夠成為入侵種的食菌小蠹多是那些在原產(chǎn)地就為害健康樹、其伴生菌具有中等至較強(qiáng)寄生性的種類(Hulcretal.，2017)。這些食菌小蠹成蟲一旦蛀入寄主體內(nèi)，在寄主樹表面噴施殺蟲劑不能起到消滅害蟲的作用，因?yàn)闅⑾x劑無法到達(dá)寄主體內(nèi)的坑道,且在寄主樹體表噴施殺蟲劑也無實(shí)際作用(Dole & Cognato，2010；Pennacchioetal.，2003)。

目前，控制食菌小蠹危害主要有以下幾個(gè)方面：第一，改善寄主植物的生長環(huán)境，避免其受脅迫，發(fā)現(xiàn)危害后迅速砍伐受害枝干并焚燒或粉碎處理(Pennacchioetal.，2003)；第二，在成蟲揚(yáng)飛期及繁殖早期噴施擬除蟲菊酯(Oliver & Mannion，2001)；第三，設(shè)置餌木并配合推—拉戰(zhàn)術(shù)(push-pull tactic)，將受害的寄主移到健康林木的外圍，作為餌木吸引小蠹，避免或減輕其為害其他健康林木，3～4周后燒掉所有受害樹木，還可將乙醇及conophthorin或信息素制劑作為引誘劑置于餌木上，將馬鞭草烯酮作為阻礙素(驅(qū)避劑)置于保護(hù)對象上(宋麗文，2010；VanDerLaan & Ginzel，2013)；第四，利用生防菌例如哈茨木霉Trichodermaharzianum作用于食菌小蠹及其伴生菌，哈茨木霉可直接殺死母蟲，減少后代蟲口數(shù)，或通過抑制伴生菌在坑道中生長間接作用于小蠹(Castrilloetal.，2016)。以上措施中，噴施擬除蟲菊酯的化學(xué)防治手段不適于推廣；引誘劑及驅(qū)避劑的開發(fā)、推—拉戰(zhàn)術(shù)以及生防菌的利用值得重視，這些手段是實(shí)現(xiàn)食菌小蠹可持續(xù)控制、保障社會(huì)綠色發(fā)展的基本條件。

小圓胸小蠹是國家林業(yè)局發(fā)布通告的國際重大林木害蟲，在我國多個(gè)省區(qū)均有分布。由于防治困難，該小蠹可能對我國更多地區(qū)城市闊葉樹種構(gòu)成威脅，對針葉樹也可能構(gòu)成潛在威脅。鑒于此，迫切需要在通過分子學(xué)手段澄清其分類地位基礎(chǔ)上，深入開展種群生物學(xué)及生態(tài)學(xué)研究，揭示其成災(zāi)機(jī)制，為有效控制提供技術(shù)支撐，遏制其擴(kuò)散蔓延的勢頭。