棕櫚科植物入侵害蟲水椰八角鐵甲的研究進展

付 浪，湯寶珍*，侯有明*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)閩臺作物有害生物生態(tài)防控國家重點實驗室，福州 350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)植物保護學(xué)院，福建省昆蟲生態(tài)重點實驗室，福州 350002)

水椰八角鐵甲Octodontanipae(Maulik)，英文名為nipa palm hispid beetle，隸屬于鞘翅目Coleoptera，葉甲總科Chrysomeloidea，葉甲科Chrysomelidae，龜甲亞科Cassidinae，隱爪族Cryptonychini，八角鐵甲屬Octodonta(Maulik, 1921; Gressit, 1960; Staines, 2012)。早期被歸為潛葉甲屬Plesispa(Maulik, 1921)，而后才被修訂為八角鐵甲屬Octodonta。水椰八角鐵甲前胸背板近方形，四個角向外突出，且每個角凹陷形成2個齒，因而為“八角屬”；該蟲原產(chǎn)于馬來西亞(Maulik, 1921)，首次被發(fā)現(xiàn)于寄主水椰子NypafruticansWurmb上，故命名為“水椰八角鐵甲Octodontanipae”(孫江華等, 2003)。

水椰八角鐵甲于2001年首次發(fā)現(xiàn)入侵我國，被發(fā)現(xiàn)于海南省東方市的華盛頓棕櫚Washingtoniafilifera(Linden ex. André)H.Wendl.上，隨后在廣東、廣西、云南和福建皆發(fā)現(xiàn)它的危害(Hou and Weng, 2010; 張翔, 2015)。水椰八角鐵甲主要以成蟲和幼蟲聚集危害棕櫚科植物幼莖、嫩梢和未展開或未完全展開的心葉(Gressitt, 1960)；室內(nèi)飼養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，也可取食展開后的老葉。危害后的葉片呈現(xiàn)褐色壞死條斑、卷曲或皺縮，嚴重時引起整株植株枯萎死亡，對入侵地的棕櫚科植物種植業(yè)、城市園林景觀造成巨大損失，對生態(tài)安全造成了嚴重影響。自2007年起，本研究室和中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院已先后對水椰八角鐵甲的入侵特性、生物學(xué)特性、寄主植物偏好、生理特性以及生物防治等展開了研究。在此，主要對近幾年水椰八角鐵甲的相關(guān)研究工作進行總結(jié)，以加深人們對水椰八角鐵甲入侵機制的認識，以期更好地為水椰八角鐵甲的防治提供基礎(chǔ)。

1 水椰八角鐵甲的種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)

入侵種一般要經(jīng)歷傳入、定殖、潛伏、傳播、擴散和暴發(fā)幾個主要時期，種群遺傳多樣性是決定入侵種從傳入到暴發(fā)等階段的決定性因素之一，種群內(nèi)遺傳變異大小和種群間遺傳結(jié)構(gòu)的分化決定了其在入侵地的進化潛力和適應(yīng)新環(huán)境的能力，對其成功定殖具有重要影響(Grant, 1993; Hughes and Dorn, 2002)。田震宇(2018)對來自福建、廣東、廣西、云南和海南5個省份的9個水椰八角鐵甲地理種群進行種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該蟲未受到遺傳瓶頸效應(yīng)影響，9個種群整體的遺傳多樣性較高，不存在雜合子缺失現(xiàn)象。南方各個省份間頻繁的苗木調(diào)運以及該蟲可能存在的多次入侵歷史可能造成了上述的現(xiàn)象。較高的種群遺傳多樣性對種群提高抵抗外界環(huán)境壓力的適應(yīng)性以及增強其適應(yīng)新環(huán)境的能力皆有重要作用(Konecˇny＇etal., 2013)。水椰八角鐵甲可能通過這種遺傳優(yōu)勢，入侵我國并迅速蔓延(田震宇, 2018)。水椰八角鐵甲種群間遺傳分化未受到地理距離的影響，因而種群間分化主要源于其內(nèi)部的遺傳差異，單向的從沿海苗圃至內(nèi)陸城市的調(diào)運，以及可能存在的地理距離和寄主植物差異等因素的影響(田震宇, 2018)。

2 溫度對水椰八角鐵甲種群生長發(fā)育和繁殖的影響

水椰八角鐵甲為完全變態(tài)昆蟲(圖1，Tang and Hou, 2017)，幼蟲經(jīng)歷4～5個齡期(翁章權(quán), 2010; 蘇璐等, 2019)。水椰八角鐵甲卵至蛹的發(fā)育起點溫度為11.6±1.2℃，在20～30℃范圍內(nèi)皆可完成生長發(fā)育，但最適的溫度范圍為26～29℃(余鳳玉等, 2007; Hou and Weng, 2010)；在17.5℃和32.5℃恒溫下，雖能完成發(fā)育過程，但幼蟲死亡率高，蛹羽化率低，且成蟲無法產(chǎn)卵(翁章權(quán), 2010)。從卵到成蟲大約需要5～9周，成蟲可存活150 d(Kalshoven, 1981; 翁章權(quán), 2010; Tang and Hou, 2017)，在20℃時雌蟲和雄蟲的壽命可分別達178.7 d和203.5 d(Hou and Weng, 2010)。在合適的溫度范圍內(nèi)，每只雌蟲一生平均產(chǎn)卵量為47～120粒，隨著溫度升高逐漸增加，25℃產(chǎn)卵量最高，超過25℃后開始下降(Hou and Weng, 2010)；卵在低溫15.0℃和高溫35.0℃下不能存活(翁章權(quán), 2010)。

圖1 水椰八角鐵甲的形態(tài)特征(Tang and Hou, 2017)Fig.1 Morphology of Octodonta nipae

水椰八角鐵甲的過冷卻點隨著齡期的增加不斷升高；在16～29℃范圍內(nèi)，溫度對水椰八角鐵甲的過冷卻點的影響不明顯，在夏、秋兩季的過冷卻點顯著高于春季和冬季(賈騰蛟, 2010)。水椰八角鐵甲耐寒性具有可塑性，不同的低溫馴化能夠降低水椰八角鐵甲的過冷卻點，增強其耐寒性，但其可塑性范圍是有限的(華瑞香, 2013)。低溫對水椰八角鐵甲體內(nèi)相關(guān)生理活性物質(zhì)含量的影響是有限的，因而水椰八角鐵甲可以根據(jù)不同的外界環(huán)境條件調(diào)節(jié)最佳的生理狀態(tài)，以適應(yīng)新的環(huán)境而達到最強的適應(yīng)性(華瑞香等, 2014)。水椰八角鐵甲成蟲的熱耐受能力弱，不具有耐熱可塑性能力(華瑞香, 2013)。

綜合以上以及水椰八角鐵甲的有效積溫、發(fā)育起始溫度和全世界的分布情況等參數(shù)，通過CLIMEX模擬表明我國東南和西南地區(qū)、華南沿海地區(qū)以及臺灣大部分地區(qū)都為水椰八角鐵甲的適生區(qū)，而長江以南地區(qū)具備水椰八角鐵甲定殖的可能性(賈騰蛟, 2010)。

3 水椰八角鐵甲的寄主適應(yīng)性

水椰八角鐵甲是棕櫚科植株的重要害蟲，棕櫚科植株種類繁多，明確水椰八角鐵甲合適的寄主范圍以及在寄主上的適應(yīng)性可為明確其入侵機制和制定合適的水椰八角鐵甲防治策略提供基礎(chǔ)。余鳳玉等(2009)分析了水椰八角鐵甲在3種適宜寄主上的發(fā)育和繁殖力，發(fā)現(xiàn)在金山葵Syagrusromanzoffiana(Cham.)Glassman上產(chǎn)卵量最高(104粒)、發(fā)育歷期也最短(40 d)，在大絲葵WashingtoniarobustaH. Wendl.和海棗PhoenixdactyliferaL.上的產(chǎn)卵量約為40粒，發(fā)育歷期約為44 d，但在大絲葵上的存活率僅為30%；在沒有任何天敵作用下，水椰八角鐵甲的下一代種群數(shù)量在金山葵上可增長47.14倍，在海棗和大絲葵上分別增長6.43和5.64倍。當(dāng)加拿利海棗PhoenixcanariensisHort. ex Chabaud、棕櫚Trachycarpusfortunei(Hook.f.)Wendl.、刺葵PhoenixloureiroiKunth和蒲葵Livistonachinensis(Jacq.) R. Br同時存在時，水椰八角鐵甲偏好加拿利海棗和棕櫚，而對蒲葵的選擇性最差，無法在蒲葵上產(chǎn)卵(張秩勇, 2010; 席博等, 2013; Houetal., 2014)。野外調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，加拿利海棗危害嚴重時，鄰近的蒲葵卻不受影響(Tang and Hou, 2017)。美麗珍葵PhoenixroebeleniiO’ Brien也是其適宜寄主，但水椰八角鐵甲對其適應(yīng)性低于金山葵、加拿利海棗、棕櫚和檳榔ArecacatechuLinn.(Houetal., 2014)；Li等(2016)也發(fā)現(xiàn)，取食加拿利海棗的水椰八角鐵甲雌成蟲卵黃原蛋白的表達量和卵孵化率顯著高于取食美麗針葵。

漳州、廈門地區(qū)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)銀海棗也是水椰八角鐵甲的常見寄主。蘇璐等(2019)分析水椰八角鐵甲對銀海棗和椰子的寄主選擇時發(fā)現(xiàn)，水椰八角鐵甲在銀海棗上的實驗種群趨勢指數(shù)為12.55，而在椰子上無法產(chǎn)卵，因而在大面積種植椰子的海南島，水椰八角鐵甲零星發(fā)生。類似地，水椰八角鐵甲無法在國王椰子RavenearivularisJumelle & Perrier上完成發(fā)育(Houetal., 2014)。

4 水椰八角鐵甲的生殖策略

能夠快速繁殖是入侵害蟲適應(yīng)新環(huán)境的重要因素之一，而交配行為是昆蟲繁殖的核心。多次交配是昆蟲采取的典型繁殖策略，與單次交配相比，多次交配不但增加了昆蟲個體基因的遺傳機會，同時更提供了選擇更優(yōu)秀基因的機會(胡陽, 2010)。室內(nèi)飼養(yǎng)水椰八角鐵甲的過程中發(fā)現(xiàn)，多次交配現(xiàn)象極為普遍，雌雄成蟲都能與相同或者不同配偶進行多次交配(張翔, 2015)。

水椰八角鐵甲成蟲羽化后需經(jīng)過一段時間的取食才可交配，雌雄成蟲羽化后的交配起始期分別為6.7±1.9 d和15.2±1.6 d，但雌蟲需在卵巢發(fā)育成熟后才可產(chǎn)卵，一般在羽化后19.8±1.7 d進入產(chǎn)卵期(陳苗苗, 2012)。羽化后28～32 d為交配高峰期，一天當(dāng)中的任何時段均可交配，平均每天可以交配約13次，11 ∶00-17 ∶00為交配高峰期，其中13 ∶00的交配頻率最高(陳苗苗, 2012; 張翔, 2015)。交配行為主要包括：接近、觸角拍擊、爬跨的求偶行為，就位、外生殖器插入、轉(zhuǎn)身鎖節(jié)、最后離開等步驟(圖2)；交配行為在任何時段均可終止，有時不經(jīng)過轉(zhuǎn)身鎖節(jié)也可完成交配(陳麗敏, 2013; 張翔, 2015)。

圖2 水椰八角鐵甲的交配行為(陳麗敏, 2013)Fig.2 Mating behaviors of Octodonta nipae注：A，求偶行為，包括接觸、抱握和爬跨；B、C和D分別為插入、鎖結(jié)和離開Note: A, courtship behavior, including touching, grabbing and mounting; B, C and D mean behaviors of genital inserting, interlocking and leaving, respectively.

雌蟲喜歡選擇體重較小的雄蟲進行交配，雄蟲則喜歡體重較大的雌蟲，雌雄蟲喜歡選擇性成熟度高的配偶進行交配，但性成熟度相同時，對配偶的日齡沒有選擇性；未交配的雄蟲傾向于未交配過的雌蟲為配偶，已交配過的雌蟲喜歡已交配過的雄蟲，未交配的雌蟲和已交配的雄蟲則無選擇(陳苗苗, 2012)。在識別定位配偶的過程中觸角發(fā)揮重要作用，視覺不是主要通訊信號(陳麗敏, 2013)。成蟲觸角上存在著6類感受器，包括單孔刺形感器、多孔錐形感器、無孔毛形感器、刺型感器、Bohm氏感器和多孔毛型感器；雌雄個體在觸角長度和感器數(shù)量上存在性二型現(xiàn)象(陳麗敏, 2013; Pengetal., 2018)。雌蟲觸角鞭節(jié)第5亞節(jié)和雄蟲觸角鞭節(jié)第5～9亞節(jié)可能與感受性信息素功能有關(guān)(陳麗敏, 2013; Pengetal., 2018)。此外，雄性表皮碳氫化合物的種類和含量也與雌性配偶選擇成功率密切相關(guān)，包括7種正構(gòu)烷烴、1種單甲基烷烴、2種正構(gòu)烯烴和2種環(huán)烷烴(向海軍, 2018)。

不同交配次數(shù)影響雌蟲的繁殖力，在設(shè)定的1、5、10、15、20次交配頻率處理下，交配15次的產(chǎn)卵前期時間最短(19.8 d)，產(chǎn)卵量(129枚)和卵孵化率最高(80%)，說明水椰八角鐵甲存在一個最優(yōu)交配次數(shù)；多次交配可使種群增長指數(shù)(I值)隨著交配頻率的上升而增加，交配15次為25.77，而交配1次僅為1.84，多次交配還可使子代雌性成蟲的體重顯著增加；但交配頻率過高會影響雌雄成蟲的壽命，交配20次的雌蟲壽命最短；上述結(jié)果表明，水椰八角鐵甲的多次交配存在雌蟲對交配成本和交配受益的資源分配權(quán)衡(Lietal., 2014; 張翔, 2015)。

水椰八角鐵甲的精子競爭模式為最后雄性精子優(yōu)先，在P2實驗中，最后交配的雄蟲后代比例達95%左右；雌蟲與第一頭雄蟲交配時長約62 min，與第二頭雄蟲交配時長長達125 min左右，最后交配的雄蟲會通過延長交配時長來獲得精子競爭優(yōu)勢(陳俊, 2015)。雌性高度骨化的受精囊以及細長而狹小的連接受精囊和生殖腔的導(dǎo)管，可能會導(dǎo)致兩頭雄蟲的精子出現(xiàn)精子分層現(xiàn)象，精子取代反應(yīng)只發(fā)生在生殖腔內(nèi)，這可能是造成最后雄性精子優(yōu)先的重要因素之一(陳俊, 2015)。多次交配能補充雌蟲產(chǎn)卵等損耗的精子，使雌蟲受精囊內(nèi)的精子總數(shù)保持穩(wěn)定；還可產(chǎn)生新的基因型，增加后代遺傳多樣性(陳俊, 2015)。通過多次交配，雌蟲可使后代獲得更多的基因多樣性，雄蟲則可提高延續(xù)自身遺傳基因的概率，與雌蟲進行重復(fù)交配鞏固其父權(quán)(張翔, 2015)。

5 水椰八角鐵甲應(yīng)對病原微生物和寄生蜂的免疫響應(yīng)

入侵害蟲到達新環(huán)境，必然面臨著微生物的感染、天敵以及其它多方面的挑戰(zhàn)。探究水椰八角鐵甲入侵后免疫相關(guān)適應(yīng)性可為揭示其入侵機制以及開發(fā)以免疫系統(tǒng)為靶標(biāo)的新型抑制劑提供基礎(chǔ)。

昆蟲不具有獲得性免疫系統(tǒng)，只能依賴其發(fā)達的先天免疫系統(tǒng)，包括細胞免疫和體液免疫。細胞免疫主要有吞噬、凝集、結(jié)節(jié)與包囊反應(yīng)；體液免疫主要包括抗菌肽合成、血淋巴黑化及蛋白酶水解級聯(lián)反應(yīng)等過程(張明明等, 2012)。水椰八角鐵甲體內(nèi)至少存在5種血細胞，包括原血細胞、粒血細胞、漿血細胞、類絳色細胞和珠血細胞，其中主要免疫血細胞類型為粒血細胞、漿血細胞和類絳色細胞(Mengetal., 2016; 孟娥, 2017)。其體內(nèi)至少存在3個酚氧化酶原激活因子(proPO-activating factors, PPAFs)，包括PPAF1、PPAF2和PPAF3，其中PPAF1和PPAF3是調(diào)控酚氧化酶級聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵酶(Zhangetal., 2017; 張華劍, 2017)。在介導(dǎo)細胞免疫和體液免疫中，C型凝集素(C-type lectins, CTLs)作為模式識別蛋白扮演著重要角色，但也存在著功能的分化。Zhang等(2019)發(fā)現(xiàn)水椰八角鐵甲體內(nèi)的CTL1主要介導(dǎo)病原菌的識別和酚氧化酶級聯(lián)反應(yīng)的激活，而CTL2主要在增強細胞免疫反應(yīng)中起作用。

用革蘭氏陰性細菌細胞壁提取物脂多糖可誘導(dǎo)水椰八角鐵甲雌雄成蟲的免疫響應(yīng)，雄蟲的免疫響應(yīng)時間早于雌蟲，但雌蟲的免疫響應(yīng)程度高于雄性(馮珊珊和侯有明, 2015)。除此之外，關(guān)于水椰八角鐵甲應(yīng)對不良環(huán)境的免疫響應(yīng)目前較多集中在其與天敵昆蟲病原線蟲和椰扁甲嚙小蜂Tetrastichusbrontispae(Ferrière)間的互作。

昆蟲病原線蟲在生物防治上具有重要的應(yīng)用，目前應(yīng)用比較廣泛的有斯氏線蟲科和異小桿線蟲科。當(dāng)用小卷蛾斯氏線蟲Steinernemacarpocapsae和嗜菌異小桿線蟲Heterorhabditisbacteriophora及它們各自的共生物嗜線蟲致病桿菌Xenorhabdusnematophila和發(fā)光光狀桿菌Photorhabdusluminescens感染水椰八角鐵甲時，抗菌肽attacin C1、attacin C1和defensin 2B的表達量顯著升高(Sandaetal., 2019)，但只有小卷蛾斯氏線蟲及其表皮提取物可成功躲避水椰八角鐵甲的包囊反應(yīng)，嗜菌異小桿線蟲在1 h即可被水椰八角鐵甲包囊(Sandaetal., 2018)。

椰扁甲嚙小蜂屬小蜂總科，姬小蜂科，可用于防治水椰八角鐵甲和椰心葉甲，效果顯著(Voegele, 1989; 呂寶乾等, 2006; Tangetal., 2014b)。椰扁甲嚙小蜂體內(nèi)不含多分DNA病毒(polydnavirus，PDV)與類病毒纖絲(virus-like filaments，VLFs)，毒液是其主要的寄生因子，但在寄生初期，卵表的類脂細胞膜相關(guān)蛋白是其主要的保護因子之一(圖3)(Mengetal., 2018)。毒器官由腸狀毒腺和淚滴狀毒囊組成，毒液中的蛋白大致分為結(jié)合蛋白、酶、蛋白酶抑制劑和其它蛋白等幾類，也包含一些特有的毒液蛋白，如4-香豆酸輔酶A連接酶(4-coumarate:CoA ligase)(孟娥, 2017; Tangetal., 2019)，該毒液蛋白還可抑制水椰八角鐵甲的包囊反應(yīng)、延展以及對大腸桿菌的吞噬作用(Zhangetal., 2019)。

圖3 椰扁甲嚙小蜂蜂卵表面的類脂細胞膜相關(guān)蛋白在保護蜂卵不被包囊中的作用(Meng et al., 2018)Fig.3 Role of Tetrastichus brontispae adipocyte plasma membrane associated protein-like (TbAPMAP-like) on the surface of wasp eggs in protecting wasp eggs from encapsulation by host haemocytes

椰扁甲嚙小蜂寄生后可引起水椰八角鐵甲相關(guān)免疫基因發(fā)生差異表達，如包囊反應(yīng)和黑化反應(yīng)相關(guān)的基因(Tangetal., 2014a)。在其寄生和寄生因子注射初期，水椰八角鐵甲蛹的免疫反應(yīng)被激活，但在椰扁甲嚙小蜂幼蟲期，水椰八角鐵甲蛹的黑化反應(yīng)被抑制(孟娥, 2017)。黑化反應(yīng)被抑制的可能原因之一為椰扁甲嚙小蜂毒液中的絲氨酸蛋白酶抑制劑Tbserpin6結(jié)構(gòu)與水椰八角鐵甲Onserpin6相似，也能與水椰八角鐵甲PPAF1結(jié)合形成共價復(fù)合物，進而調(diào)控水椰八角鐵甲的酚氧化酶級聯(lián)反應(yīng)(Zhangetal., 2017)。

6 總結(jié)與展望

棕櫚科植物用途廣泛，不僅是我國熱帶和亞熱帶地區(qū)珍貴的園林觀賞植物資源，也是重要的經(jīng)濟作物之一，如椰子、華盛頓椰子、刺葵、蒲葵、加拿利海棗等，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境建設(shè)做出了重要貢獻。水椰八角鐵甲是棕櫚科植物的重要害蟲之一，入侵我國后，對我國帶來重大影響，破壞了自然生態(tài)和園林綠化景觀，威脅了苗圃的經(jīng)濟利益，嚴重阻礙了當(dāng)?shù)貓@林產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展。

目前關(guān)于水椰八角鐵甲的入侵機制僅從溫度、寄主植物、繁殖交配和免疫等方面展開，其他如細菌共生物在水椰八角鐵甲入侵過程中的作用機制等還有待深入分析。已表明水椰八角鐵甲在發(fā)育變態(tài)過程中占主導(dǎo)地位的共生細菌包括變形菌門Proteobacteria、放線菌門Actinobacteria和厚壁菌門Firmicutes；卵至蛹期主要為腸桿菌科Enterobacteriaceae和皮桿菌科Dermabacteraceae，成蟲階段及生殖系統(tǒng)主要為無形小體科Anaplasmataceae；屬水平上，卵期主要為沙雷氏菌Serratia和乳球菌Lactococcus，幼蟲和蛹期主要為泛菌Pantoea和短狀桿菌Brachybacterium(Alietal., 2019)。此外，近年來隨著三代測序技術(shù)如PacBio Sequel、BioNano Saphyr平臺的快速發(fā)展，對水椰八角鐵甲的全基因組進行測序?qū)⒂欣诎l(fā)現(xiàn)其更多的入侵機制。

在對水椰八角鐵甲的預(yù)防和控制中，主要從檢疫和治理兩方面展開。水椰八角鐵甲在我國的傳播途徑主要是苗木調(diào)運，加強植物檢疫可以有效防止其繼續(xù)入侵我國。水椰八角鐵甲和棕櫚科植物的另一種主要入侵害蟲椰心葉甲在形態(tài)和取食危害上極其相似，因此首先在檢驗檢疫方面必須具備扎實的業(yè)務(wù)技能。目前已開發(fā)出兩種可用于快速且有效區(qū)分兩種害蟲的方法，一種基于沃爾巴克氏菌Wolcahia，沃爾巴克氏菌在水椰八角鐵甲的整個生活史階段皆存在，且其主要為Wolcahia-A亞群，而椰心葉甲為Wolcahia-B亞群(Alietal., 2018a, 2018b)；另一種基于internal transcribed spacer (ITS)和線粒體DNA cytochrome oxidase I(COI)序列(Zhangetal., 2015)。關(guān)于水椰八角鐵甲的防治，目前除了有效的化學(xué)防治如椰甲清外，還需大力發(fā)展生物防治，如綠僵菌對水椰八角鐵甲幼蟲和成蟲皆具有高的致病力(徐利等, 2011)，還有嗜菌異小桿線蟲(Sandaetal., 2018)和椰扁甲嚙小蜂等(Tangetal., 2014b)。