原產(chǎn)地和入侵地紫莖澤蘭對(duì)澤蘭實(shí)蠅的選擇性、卵巢蛋白質(zhì)含量與解毒酶活性的影響

刁躍琿， 高 鑫， 孫圓圓， 趙云鵬， 徐 剛， 楊國(guó)慶

揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州225009

生物入侵被認(rèn)為是全球環(huán)境問(wèn)題的主要促發(fā)因素之一，其中外來(lái)植物入侵更是嚴(yán)重威脅入侵地的生物多樣性、經(jīng)濟(jì)發(fā)展甚至人畜安全（Ehrenfeld，2010； Sala et al.，2000）。 外來(lái)有害植物入侵后通常表現(xiàn)出不同的生態(tài)對(duì)策，使其能夠在入侵地繁殖和擴(kuò)散。 多個(gè)假說(shuō)解釋了外來(lái)入侵植物成功入侵的機(jī)制，天敵逃逸假說(shuō)（Enemy Escape Hypothesis，ECH）指出，外來(lái)植物的成功入侵是由于逃避了原產(chǎn)地的天敵，從而導(dǎo)致其在新棲息地大面積生長(zhǎng)、繁殖和擴(kuò)散（Keane & Crawley，2002）；而競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)進(jìn)化假說(shuō)（Evolution of Increased Competitive Ability，EICA）認(rèn)為，來(lái)自專食性天敵壓力的缺乏導(dǎo)致入侵植物體內(nèi)原本用于防御專食性天敵的資源會(huì)向營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化（Bossdorf et al.，2005）。 研究表明，植食性昆蟲更偏向于取食烏桕Sapium sebiferum（L.） Roxb.的入侵地種群，因?yàn)樵a(chǎn)地種群擁有更高的抗性。 深入分析發(fā)現(xiàn)，入侵地種群比原產(chǎn)地種群?jiǎn)螌幒棵黠@低（Siemann &Rogers，2003）。 但近來(lái)也有研究發(fā)現(xiàn)，新環(huán)境中入侵植物對(duì)植食者的抵抗力下降是不一定的（Rotter& Holeski，2018）。 這其中涉及的外來(lái)植物入侵前后天敵的壓力差大小和類型等問(wèn)題還有待探究。

紫莖澤蘭Ageratina adenophora（Spreng.）是我國(guó)一種適應(yīng)性很強(qiáng)的惡性外來(lái)入侵雜草（萬(wàn)方浩等，2011）。 澤蘭實(shí)蠅Procecidochares utilisStone 是紫莖澤蘭的專一性天敵，1984 年被引入中國(guó)，已在多個(gè)紫莖澤蘭分布區(qū)形成自然種群（杜殿文，2007；李愛(ài)芳等，2006； 張智英等，1988）。 近年來(lái)，外來(lái)有害植物入侵后在生長(zhǎng)發(fā)育和天敵防御資源再分配的變化，已成為外來(lái)植物入侵后適應(yīng)性特性研究的一個(gè)熱點(diǎn)。 已有實(shí)驗(yàn)證明，外來(lái)入侵植物在侵入后抗蟲性會(huì)發(fā)生適應(yīng)性變化。 如Feng et al.（2009）以紫莖澤蘭為研究對(duì)象提出的氮分配進(jìn)化假說(shuō)（Evolution of Nitrogen Allocation Hypothesis），就是在競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)進(jìn)化假說(shuō)上的延伸，認(rèn)為入侵植物將更多的氮分配于進(jìn)行光合作用中而不是防御天敵。 Inderjit et al. （2011）發(fā)現(xiàn)在入侵地種群與原產(chǎn)地種群間，紫莖澤蘭落葉層中的凋落葉片揮發(fā)物有明顯差異，因此導(dǎo)致了入侵地的紫莖澤蘭對(duì)本地植物的化感抑制作用更明顯。 研究表明，紫莖澤蘭入侵地種群的幾種主要抗蟲物質(zhì)的含量不同程度地低于原產(chǎn)地種群（高鑫等，2018）。 在前期研究的基礎(chǔ)上，本研究比較了澤蘭實(shí)蠅對(duì)原產(chǎn)地和入侵地紫莖澤蘭植株的寄主選擇性，并對(duì)比寄生于2 類植株上澤蘭實(shí)蠅的卵巢蛋白質(zhì)含量及乙酰膽堿酯酶、羧酸酯酶及谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性，從而揭示紫莖澤蘭入侵后的適應(yīng)性機(jī)制，豐富外來(lái)植物入侵機(jī)制中天敵逃逸假說(shuō)的內(nèi)涵。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試植物：紫莖澤蘭入侵地3 個(gè)種群的種子分別采自云南省的臨滄市、昆明市西山區(qū)、昆明市落索坡村（C1、C2、C3），紫莖澤蘭原產(chǎn)地3 個(gè)種群的種子（M1、M2、M3）來(lái)自墨西哥，由中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部外來(lái)入侵生物預(yù)防與控制研究中心提供。 在溫室（溫度約25 ℃，濕度約45%，自然光照）內(nèi)培養(yǎng)不同種群的紫莖澤蘭幼苗，選擇4 個(gè)月苗齡且長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗供試用。

供試蟲源：澤蘭實(shí)蠅蟲癭采自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)附近，在溫室（溫濕、光照條件同上）內(nèi)建立實(shí)驗(yàn)種群。試驗(yàn)前，將被澤蘭實(shí)蠅寄生且已生長(zhǎng)至出現(xiàn)羽化窗（幼蟲化蛹前取食形成的孔狀帶膜的“窗口”，以便成蟲羽化后出來(lái)）階段的紫莖澤蘭單獨(dú)套上網(wǎng)罩，每日把新羽化出的成蟲單獨(dú)取出，標(biāo)記雌雄和日期，供實(shí)驗(yàn)配對(duì)接蟲使用。

1.2 澤蘭實(shí)蠅對(duì)原產(chǎn)地與入侵地紫莖澤蘭植株的寄主選擇性

選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的紫莖澤蘭原產(chǎn)地和入侵地幼苗，每個(gè)種群10 株（單株每盆）為一個(gè)單位，共6 個(gè)種群，按對(duì)角線隨機(jī)擺放，后加紗網(wǎng)罩（180 cm×180 cm×115 cm），接入30 對(duì)新羽化的澤蘭實(shí)蠅成蟲。成蟲交配并自由選擇寄主植物產(chǎn)卵，至死亡后移走紗網(wǎng)罩。 待紫莖澤蘭植株上蟲癭出現(xiàn)羽化窗后進(jìn)行單獨(dú)套紗網(wǎng)袋，隨后每天收集新羽化的成蟲并記錄數(shù)量。 統(tǒng)計(jì)每個(gè)紫莖澤蘭種群被寄生后的每株蟲癭數(shù)和每個(gè)蟲癭的出蟲數(shù)。

1.3 澤蘭實(shí)蠅在原產(chǎn)地和入侵地紫莖澤蘭植株寄生后的卵巢蛋白質(zhì)含量和解毒酶活力測(cè)定

把新羽化出的成蟲配對(duì)接入內(nèi)置單株紫莖澤蘭的網(wǎng)罩（直徑10 cm，高60 cm，60 目）內(nèi)，每個(gè)網(wǎng)罩接1 對(duì)蟲，每個(gè)種群設(shè)10 株紫莖澤蘭植株。 待接入的成蟲交配并死亡后摘除網(wǎng)罩，待植株蟲癭部出現(xiàn)羽化窗后再單獨(dú)套網(wǎng)罩，收集新羽化出的成蟲并記錄雌雄數(shù)量，單頭存于-20 ℃冰箱中供測(cè)。

卵巢蛋白質(zhì)含量測(cè)定：每個(gè)種群中以5 頭新羽化的澤蘭實(shí)蠅雌成蟲為一個(gè)單位，每個(gè)種群隨機(jī)取3 個(gè)重復(fù)。 在冰上用解剖鑷在解剖鏡下取出澤蘭實(shí)蠅卵巢并摘除粘附物，準(zhǔn)確稱取各組澤蘭實(shí)蠅卵巢蛋白質(zhì)重量，根據(jù)試劑盒（南京建成生物工程研究所）說(shuō)明和試劑，采用酶標(biāo)儀法測(cè)定并計(jì)算每個(gè)單位的卵巢蛋白質(zhì)含量。

解毒酶活力測(cè)定：每個(gè)種群中分別以5 頭新羽化的澤蘭實(shí)蠅雌成蟲和雄成蟲為一個(gè)單位，每個(gè)種群隨機(jī)取3 個(gè)重復(fù)。 根據(jù)試劑盒（南京建成生物工程研究所）說(shuō)明和試劑，采用酶標(biāo)儀法測(cè)定并計(jì)算每個(gè)單位的乙酰膽堿酯酶、羧酸酯酶和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的活力。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的分析均采用統(tǒng)計(jì)分析軟件DPS 7.05，組內(nèi)多重比較采用Fisher′s PLSD 法，并作顯著性檢驗(yàn)。 原產(chǎn)地與入侵地種群整體差異性比較采用DPS 軟件中的Student′s t 測(cè)驗(yàn)。 所有分析結(jié)果均用Excel 軟件作圖，所有圖表數(shù)據(jù)表示均為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤（Means±SE），同組內(nèi)不同小寫字母表示彼此在5%水平上差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 澤蘭實(shí)蠅對(duì)原產(chǎn)地與入侵地紫莖澤蘭植株的寄主選擇性

選擇性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，澤蘭實(shí)蠅在原產(chǎn)地和入侵地的6 個(gè)種群紫莖澤蘭植株寄生選擇之間無(wú)顯著差異（F=0.67，P=0.65）（圖1A）。 比較每個(gè)種群每蟲癭出蟲數(shù)可見(jiàn)，入侵地種群的平均每蟲癭出蟲數(shù)比原產(chǎn)地種群高32%（F=0.99，P=0.43），其中C2 種群與M3 種群的差異最顯著，C2 種群每蟲癭出蟲數(shù)比M3 種群高95%（圖1B）。

圖1 原產(chǎn)地與入侵地紫莖澤蘭植株上澤蘭實(shí)蠅的蟲癭數(shù)(A)及每蟲癭出蟲數(shù)(B)Fig.1 Number of galls （A） and emerged adults from each gall （B） in the native and invasive host individual of A. adenophora

2.2 澤蘭實(shí)蠅在原產(chǎn)地和入侵地紫莖澤蘭植株寄生后的卵巢蛋白質(zhì)含量比較

寄生于原產(chǎn)地和入侵地不同種群紫莖澤蘭后，澤蘭實(shí)蠅卵巢蛋白質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果（圖2）表明，3個(gè)入侵地紫莖澤蘭植株上澤蘭實(shí)蠅的卵巢蛋白質(zhì)的平均含量比3 個(gè)原產(chǎn)地種群上的高119%（F=1.657，P＜0.05）。 寄生于入侵地C1 種群的澤蘭實(shí)蠅卵巢蛋白質(zhì)含量最高，為1.23 mg·mL-1，比M1、M2 和M3 種群分別高96%、301%和185%。

2.3 澤蘭實(shí)蠅在原產(chǎn)地和入侵地紫莖澤蘭植株寄生后的解毒酶活力比較

澤蘭實(shí)蠅乙酰膽堿酯酶活力測(cè)定結(jié)果表明，寄生于紫莖澤蘭入侵地種群的澤蘭實(shí)蠅該酶活力與原產(chǎn)地種群的總體差異不明顯（圖3）。 其中，入侵地C2 種群羽化的澤蘭實(shí)蠅，無(wú)論雄蟲還是雌蟲，其乙酰膽堿酯酶活力較高，雄蟲分別顯著高于原產(chǎn)地M1 和M2 種群162%和183%，雌蟲比M1、M2、M3分別顯著高113%、83%、68%。

圖2 原產(chǎn)地與入侵地紫莖澤蘭植株上澤蘭實(shí)蠅卵巢蛋白質(zhì)含量Fig.2 Ovarian protein content in P. utilis raised on native and invasive host individuals of A. adenophora

寄生于紫莖澤蘭入侵地種群的澤蘭實(shí)蠅雌雄蟲羧酸酯酶活力平均比原產(chǎn)地種群的低53.6%。在雄蟲體內(nèi)，原產(chǎn)地種群M1 上的澤蘭實(shí)蠅?mèng)人狨ッ富盍?，分別比入侵地C1、C2 和C3 種群高181%、271%和353%；在雌蟲體內(nèi)，羧酸酯酶活力最高的也是原產(chǎn)地種群M1，分別高于入侵地C1、C2 和C3種群172%、100%、222%（圖4）。

谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活力比較結(jié)果表明，在雄蟲中，原產(chǎn)地紫莖澤蘭上澤蘭實(shí)蠅種群的谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活力整體低于入侵地的（F=3.48，P＜0.05），但種群之間差異不顯著（圖5）。 雌蟲比較也是原產(chǎn)地紫莖澤蘭上的澤蘭實(shí)蠅的種群谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活力整體顯著低于入侵地上的（F=11.22，P＜0.01）。 入侵地C1 種群羽化的澤蘭實(shí)蠅谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活力最高，比寄生于原產(chǎn)地種群M1、M2、M3 紫莖澤蘭上的分別高94%、128%和85%。

圖3 原產(chǎn)地與入侵地紫莖澤蘭植株上澤蘭實(shí)蠅雄(A)和雌(B)蟲體內(nèi)AChE 活力Fig.3 Activities of AChE in males （A） and females （B） of P. utilis raised on native and invasive host individuals of A. adenophora

圖4 原產(chǎn)地與入侵地紫莖澤蘭植株上澤蘭實(shí)蠅雄(A)和雌(B)蟲體內(nèi)CarE 活力Fig.4 Activities of CarE in males （A） and females （B） of P. utilis raised on native and invasive host individuals of A. adenophora

圖5 原產(chǎn)地與入侵地紫莖澤蘭植株上澤蘭實(shí)蠅雄(A)和雌(B)蟲體內(nèi)GST 活力Fig.5 Activities of GST in males （A） and females （B） of P. utilis raised on native and invasive host individuals of A. adenophora

3 結(jié)論與討論

本文研究結(jié)果表明，澤蘭實(shí)蠅對(duì)原產(chǎn)地和入侵地紫莖澤蘭的選擇無(wú)顯著性差異，而寄生于紫莖澤蘭入侵地種群的卵巢蛋白質(zhì)含量較原產(chǎn)地種群的更高，入侵地種群上的每個(gè)蟲癭中出蟲數(shù)也偏高。寄生于入侵地種群紫莖澤蘭的澤蘭實(shí)蠅?mèng)人狨ッ富钚暂^寄生于原產(chǎn)地種群的低，乙酰膽堿酯酶活性無(wú)顯著性差異，但雌蟲的谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性更高。 由此可見(jiàn)，入侵地種群的紫莖澤蘭相比于原產(chǎn)地種群對(duì)澤蘭實(shí)蠅的防御性有所下降。 其他相關(guān)研究也表明，外來(lái)植物入侵后會(huì)造成天敵，尤其是專食性天敵的適應(yīng)性下降（高鑫等，2018； Siemann& Rogers，2003； Wan et al.，2019； Wang et al.，2012）。

澤蘭實(shí)蠅成蟲尤其是交配后待產(chǎn)卵的雌成蟲，在選擇寄主植物時(shí)受很多因素影響，其中植物揮發(fā)物常起著重要的作用。 已有研究發(fā)現(xiàn)，紫莖澤蘭的入侵地種群與原產(chǎn)地種群的葉片揮發(fā)物有明顯差異（Inderjit et al.，2011），其中入侵地種群的α-水芹烯和2-蒈烯的物質(zhì)含量顯著高于原產(chǎn)地種群，而β-蒎烯和（E）-β-石竹烯的物質(zhì)含量顯著低于原產(chǎn)地種群。 雖然植物種類、紫莖澤蘭所處生育期及健康狀況、重金屬脅迫都會(huì)影響雌性澤蘭實(shí)蠅成蟲的寄主選擇性（馬沙等，2015），但本實(shí)驗(yàn)中，澤蘭實(shí)蠅對(duì)原產(chǎn)地及入侵地紫莖澤蘭種群的選擇性無(wú)顯著差異。 可見(jiàn)，α-水芹烯、2-蒈烯、β-蒎烯和（E）-β-石竹烯等物質(zhì)的含量差異對(duì)澤蘭實(shí)蠅寄主選擇性影響不明顯。 然而本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，寄生于入侵地紫莖澤蘭的澤蘭實(shí)蠅每蟲癭出蟲數(shù)要顯著高于原產(chǎn)地。 同時(shí)，當(dāng)控制在相同的寄生強(qiáng)度下，寄生于入侵地紫莖澤蘭的澤蘭實(shí)蠅卵巢蛋白質(zhì)含量比寄生于原產(chǎn)地的高。 卵巢蛋白是影響昆蟲生殖能力的關(guān)鍵因素，其含量增長(zhǎng)直接與寄主營(yíng)養(yǎng)成分相關(guān)（Sun et al.，2016）。 這表明，入侵地紫莖澤蘭較原產(chǎn)地更適宜澤蘭實(shí)蠅的生殖，應(yīng)該與植株中對(duì)昆蟲有利的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)類別和含量有關(guān)，還有待進(jìn)一步深入研究。

本實(shí)驗(yàn)所測(cè)量的乙酰膽堿酯酶、羧酸酯酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶3 種酶都是昆蟲體內(nèi)重要的解毒酶（馮春富等，2011； 林永麗等，2001； 張紅英等，2002； Soreq & Seidman， 2001）。 羧酸酯酶一般與植食性昆蟲對(duì)植物的抗性有關(guān)，其活力大小明顯受寄主植物類別的影響（林永麗等，2001； 張紅英等，2002）。 寄生于入侵地紫莖澤蘭種群的澤蘭實(shí)蠅的羧酸酯酶活性普遍低于寄生于原產(chǎn)地的，可能與植物體內(nèi)抗蟲次生物質(zhì)作用有關(guān)。 前期研究發(fā)現(xiàn)，入侵地的紫莖澤蘭種群中一些抗蟲次生物質(zhì)含量顯著低于原產(chǎn)地種群（高鑫等，2018），降低的某些次生物質(zhì)含量減輕了對(duì)澤蘭實(shí)蠅體內(nèi)羧酸酯酶的激發(fā)潛力，其機(jī)制還需要進(jìn)一步探索。 昆蟲谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶主要功能是保護(hù)DNA 及一些蛋白質(zhì)免受損傷（Hayes et al.，2005）。 本文結(jié)果可見(jiàn)，寄生入侵地紫莖澤蘭的澤蘭實(shí)蠅雌蟲的谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性顯著高于寄生原產(chǎn)地種群，但雄蟲無(wú)顯著差異。 研究表明，寄主植物的次生物質(zhì)能夠誘導(dǎo)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶，一些其他外源化合物也能誘導(dǎo)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（林永麗等，2001； 張紅英等，2002；Zou et al.，2015）。 因此認(rèn)為，原產(chǎn)地與入侵地紫莖澤蘭種群中次生物質(zhì)及其他外源化合物之間的區(qū)別可能導(dǎo)致了該結(jié)果，換言之，入侵地紫莖澤蘭種群可能隨著入侵后環(huán)境及天敵種類的改變，其次生物質(zhì)的種類及占比發(fā)生了變化。

澤蘭實(shí)蠅于20 世紀(jì)80 年代進(jìn)入我國(guó)，比紫莖澤蘭侵入滯后約40 年（何大愚等，1987），這為紫莖澤蘭在云南等入侵地對(duì)專一性天敵澤蘭實(shí)蠅產(chǎn)生適應(yīng)性改變提供了基礎(chǔ)。 實(shí)際上，并非所有檢測(cè)指標(biāo)都是入侵地紫莖澤蘭更加有利于澤蘭實(shí)蠅的生長(zhǎng)，如乙酰膽堿酯酶等活力比較結(jié)果。 為此，如何更好地監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)外來(lái)植物入侵后與原產(chǎn)地專一性天敵，隨著入侵后時(shí)間同步的互作適應(yīng)性及其內(nèi)在演變機(jī)制，將是外來(lái)植物入侵后適應(yīng)性進(jìn)化和生物防治技術(shù)發(fā)展的科學(xué)問(wèn)題之一。 此外，若將紫莖澤蘭在原產(chǎn)地的澤蘭實(shí)蠅進(jìn)行介入比較研究，將有助于解釋入侵植物與原產(chǎn)地天敵的協(xié)同進(jìn)化機(jī)制。