莖瘤芥3種蚜蟲的取食特性及適應(yīng)性研究

閆玉芳，趙如娜，陳文龍，蔣 歡，吳朝君，王旭祎

1.重慶市渝東南農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 涪陵 408000；2.貴州大學(xué) 昆蟲研究所，貴州山地農(nóng)業(yè)病蟲害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550025

莖瘤芥Brassicajunceavar.tumida Tsen et Lee是重慶市重要特色支柱產(chǎn)業(yè)涪陵榨菜的原材料.歷年來，病毒病是危害莖瘤芥的主要病害之一，其主要病原是蕪菁花葉病毒(Turnipmosaicvirus，TuMV)[1]，蚜蟲通過口針以非持久方式傳播該病毒[2]，同時(shí)刺吸植株韌皮部及木質(zhì)部以攝取營養(yǎng)、水分和無機(jī)鹽等，對(duì)作物造成雙重傷害，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn).以刺吸式口器攝取植株汁液是蚜蟲賴以生存的生活方式，因此，研究蚜蟲的取食行為有助于理解蚜蟲對(duì)植物的危害性.

刺吸電位圖譜(electrical penetration graph，EPG)技術(shù)是一種電生理技術(shù)，用于研究刺吸式口器昆蟲在寄主植物上的刺探和取食行為[3]，準(zhǔn)確記錄口針在植物組織內(nèi)的動(dòng)作和位置[4].EPG技術(shù)在研究寄主植物適應(yīng)性、昆蟲傳毒機(jī)理[5]以及植物抗性機(jī)制[6-7]等方面是一種重要的輔助工具.Tjallingii[6]最早對(duì)蚜蟲的取食波形進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)蚜蟲在刺吸植物汁液的同時(shí)能夠有效傳播病毒.韌皮部和木質(zhì)部取食是反映寄主適應(yīng)性的重要指標(biāo)，EPG波形中的E波和G波分別是蚜蟲口針進(jìn)入韌皮部和木質(zhì)部刺探取食的標(biāo)志，因此，研究E波和G波可探明蚜蟲對(duì)寄主植物的適應(yīng)性.不同體色生物型煙蚜取食煙草時(shí)，適應(yīng)性最強(qiáng)的紅色型煙蚜的韌皮部(E1，E2波)持續(xù)時(shí)間顯著長(zhǎng)于綠色型和褐色型煙蚜，適應(yīng)性最低的褐色型煙蚜對(duì)水分和無機(jī)鹽的要求較低，G波的持續(xù)時(shí)間最短[8]；Koch等[9]發(fā)現(xiàn)麥二叉蚜和甘蔗黃蚜對(duì)2種柳枝稷的適應(yīng)性不同，在2種柳枝稷間的E1，E2波存在明顯差異；棉蚜和褐色橘蚜取食柑橘植株時(shí)，適應(yīng)性較強(qiáng)的褐色橘蚜E2波的持續(xù)時(shí)間與平均持續(xù)時(shí)間顯著高于棉蚜[10].蚜蟲成功傳毒與電位落差(pd)波關(guān)系密切，傳毒發(fā)生在胞內(nèi)刺探的pdⅡ-2亞波，獲毒發(fā)生在pdⅡ-3亞波[11].近年來，利用EPG技術(shù)研究病毒—蚜蟲—植物的互作關(guān)系已成為研究的熱點(diǎn).研究發(fā)現(xiàn)，病毒可以促進(jìn)蚜蟲的取食.桃蚜取食感染馬鈴薯卷葉病毒(Potato leafroll virus，PLRV)的煙草植株時(shí)，韌皮部分泌唾液(E1波)的時(shí)間顯著提前，取食汁液(E2波)的持續(xù)時(shí)間明顯延長(zhǎng)[12]；褐色橘蚜在感染柑橘衰退病毒(Citrus tristeza virus，CTV))的植株上取食時(shí)，E2波次數(shù)和總持續(xù)時(shí)間均顯著大于健康植株[13].

隨著EPG技術(shù)的不斷發(fā)展，利用該技術(shù)對(duì)煙粉虱[14]，網(wǎng)蝽[15]、飛虱[16]、柑橘大食蠅[17]、葉蟬[18]等多種刺吸式口器昆蟲的取食波形進(jìn)行了系統(tǒng)研究.但該技術(shù)尚未用于研究蚜蟲在莖瘤芥植株上的取食特性.桃蚜Myzuspersicae(Sulzer)、蘿卜蚜Lipaphiserysimi(Kaltenbach)和甘藍(lán)蚜Brevicorynebrassicae(Linnaeus))同屬半翅目、蚜科，是十字花科植物常見害蟲，田間發(fā)現(xiàn)3種在莖瘤芥植株上均有發(fā)生.本研究基于EPG技術(shù)對(duì)此3種蚜蟲在莖瘤芥植株上的取食波形和繁殖力進(jìn)行比較，從行為學(xué)和生物學(xué)角度分析3種蚜蟲的取食特性及繁殖能力，以期為闡明3種蚜蟲對(duì)莖瘤芥的適應(yīng)性提供參考.

1 材料與方法

1.1 材 料

供試植物：莖瘤芥品種(系)為涪雜2號(hào)，由重慶市渝東南農(nóng)業(yè)科學(xué)院榨菜研究中心提供，莖瘤芥播種于方形塑料框中，于黑暗條件下浸種，待種子萌發(fā)后置于高效節(jié)能組培架上育苗，菜苗生長(zhǎng)至3葉1心時(shí)移栽至營養(yǎng)缽中定植，每個(gè)營養(yǎng)缽移栽1株菜苗.生長(zhǎng)條件設(shè)置：溫度25±1 ℃，相對(duì)濕度70%±5%，光照周期13∶11(L∶D).菜苗扎根固定后作為試驗(yàn)材料，選用嫩葉進(jìn)行試驗(yàn).

供試蟲源：3種蚜蟲均采自于重慶市渝東南農(nóng)業(yè)科學(xué)院莖瘤芥種植基地，采用莖瘤芥低抗品種室內(nèi)繁殖5代后，備用.期間未施用任何殺蟲劑.室內(nèi)繁殖條件同生長(zhǎng)條件.選取大小、日齡一致的無翅成蚜用于試驗(yàn)，試驗(yàn)前饑餓處理1 h.

試驗(yàn)儀器：DC-EPGCiga-8直流昆蟲刺探電位儀并附帶銅釘、金絲(直徑18.5 μm)、銅絲等配件，荷蘭EPG Systems公司；DI-158U電信號(hào)轉(zhuǎn)換器，美國DATAQ INSTRUMENTS公司；銀膠，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院；自制法拉第金屬屏蔽罩，規(guī)格90 cm×60 cm×120 cm，網(wǎng)孔60目.

1.2 方 法

1.2.1 EPG分析

EPG的測(cè)定：常溫25 ℃、自然光下進(jìn)行.將無翅成蚜放于莖瘤芥嫩葉上進(jìn)行試驗(yàn)，每頭蚜蟲和每株菜苗只用于1個(gè)記錄.EPG系統(tǒng)的昆蟲電極是一段長(zhǎng)2～3 cm，直徑18.5 μm的金絲，金絲末端沾少量水溶性導(dǎo)電銀膠粘到蚜蟲前胸背板上.EPG系統(tǒng)的植物電極插在菜苗生長(zhǎng)的營養(yǎng)缽?fù)寥乐?試驗(yàn)開始前，受試蚜蟲饑餓處理1 h.每頭蚜蟲的記錄時(shí)間為6 h，統(tǒng)計(jì)重復(fù)20次有效波形.為防止外源聲波的干擾，整個(gè)試驗(yàn)在法拉第金屬屏蔽罩內(nèi)進(jìn)行.試驗(yàn)于每天8：00開始進(jìn)行.蚜蟲口針刺入植物葉片組織時(shí)，系統(tǒng)回路接通，蚜蟲刺吸植物組織產(chǎn)生的微電流經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由Probe 3.4軟件轉(zhuǎn)化成波形圖譜.蚜蟲取食所記錄的波形參照胡想順等[19]記錄的9種典型波形(表1).

表1 EPG各波形及意義

EPG波形分析方法：蚜蟲口針進(jìn)入植物不同的組織內(nèi)所產(chǎn)生的EPG波形不同[20].EPG波形與其取食行為的對(duì)應(yīng)關(guān)系采用閻鳳鳴[21]的分析方法，即整個(gè)記錄分為3個(gè)階段：口針到達(dá)韌皮部前的刺探路徑階段；韌皮部刺探階段；木質(zhì)部刺探階段.

1.2.2 繁殖力試驗(yàn)

桃蚜在室內(nèi)(溫度25±1 ℃，相對(duì)濕度75%±5%)繁殖多代后，選擇100頭無翅成蚜放入人工氣候箱內(nèi)(溫度25±1 ℃，相對(duì)濕度75%±5%)的莖瘤芥幼苗上任其自然生長(zhǎng)，每株1頭，觀察并記錄每頭產(chǎn)仔量，試驗(yàn)重復(fù)3次.蘿卜蚜和甘藍(lán)蚜方法同上，最后比較3種蚜蟲的繁殖力.

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Stylet軟件對(duì)EPG數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，EPG試驗(yàn)和繁殖力試驗(yàn)均采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；EPG數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布的，采用非參數(shù)檢驗(yàn)(Kruskal-Wallis)單因素ANOVA法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性檢驗(yàn)采用Duncan新復(fù)極差法，差異顯著性水平設(shè)置為p<0.05.

2 結(jié)果與分析

2.1 3種蚜蟲取食莖瘤芥的EPG波形

在6 h的刺探取食過程中，桃蚜和蘿卜蚜均記錄到9種波形(圖1，3種蚜蟲產(chǎn)生的每種波形類似，故以桃蚜為例)，分別為非刺探波np，路徑波A，B和C，電位落差波pd，韌皮部取食波E1和E2，機(jī)械阻力波F和木質(zhì)部取食波G；甘藍(lán)蚜只記錄到7種波形，沒有產(chǎn)生F波和G波，說明甘藍(lán)蚜口針在刺探過程中沒有遇到機(jī)械阻力，在木質(zhì)部攝取水分和無機(jī)鹽的需求較低.

圖1 桃蚜各個(gè)取食波形

2.2 3種蚜蟲的EPG波形比較

2.2.1 口針到達(dá)韌皮部前的取食波形比較

蘿卜蚜和甘藍(lán)蚜的口針達(dá)到韌皮部前的刺探(C波)總持續(xù)時(shí)間(分別為199.34 min，191.59 min)顯著長(zhǎng)于桃蚜(135.89 min)，說明兩者的口針在達(dá)到韌皮部前(C波)反復(fù)刺探，尋找到韌皮部合適的取食位點(diǎn)比較困難.相比之下，桃蚜口針在達(dá)到韌皮部之前的刺探(C波)時(shí)間較短，能夠很快進(jìn)入韌皮部.3種蚜蟲pd波數(shù)量及總持續(xù)時(shí)間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明三者傳毒能力相當(dāng).

2.2.2 口針在韌皮部的刺探行為比較

桃蚜和蘿卜蚜口針刺探韌皮部分泌唾液(E1波)的次數(shù)(分別為9.65次，10.40次)顯著高于甘藍(lán)蚜(4.85次)；3種蚜蟲分泌唾液的總持續(xù)時(shí)間差異明顯，分別為桃蚜31.22 min，蘿卜蚜11.45 min，甘藍(lán)蚜5.07 min.說明桃蚜和蘿卜蚜口針在韌皮部分泌唾液比較頻繁，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，吸食效率顯著提高.蚜蟲口針在韌皮部被動(dòng)吸食(E2波)的次數(shù)存在差異，桃蚜和蘿卜蚜顯著高于甘藍(lán)蚜，分別為7.35次，8.20次和4.20次，表明桃蚜和蘿卜蚜在韌皮部吸食營養(yǎng)物質(zhì)的次數(shù)較多(表2).

2.2.3 口針在木質(zhì)部的刺探行為比較

口針刺探過程中，甘藍(lán)蚜沒有出現(xiàn)木質(zhì)部主動(dòng)吸食(G波)的情況.桃蚜G波的刺探次數(shù)(1.90次)及總持續(xù)時(shí)間(10.05 min)顯著高于蘿卜蚜(0.15次，0.93 min)，說明桃蚜比蘿卜蚜需要在木質(zhì)部吸食更多的水分和無機(jī)鹽，甘藍(lán)蚜對(duì)水分和無機(jī)鹽的需求較低(表2).

表2 莖瘤芥3種蚜蟲主要EPG參數(shù)比較

2.3 蚜蟲個(gè)體取食特征分析

3種蚜蟲的取食行為存在種間差異性，進(jìn)一步分析了個(gè)體取食特征，發(fā)現(xiàn)3種蚜蟲各不相同.桃蚜和蘿卜蚜出現(xiàn)了機(jī)械阻力波(F波)和木質(zhì)部主動(dòng)吸食波(G波)，但兩種波的持續(xù)時(shí)間極其短暫，在長(zhǎng)達(dá)6 h的測(cè)試中近乎為0.甘藍(lán)蚜和蘿卜蚜的C波分別占總時(shí)間的53.22%，55.37%，E1波(分別為1.41%，3.18%)和E2波(分別為37.82%，27.69%)所占比重較小.說明甘藍(lán)蚜和蘿卜蚜約一半多時(shí)間都在葉表、葉肉組織和韌皮部篩管分子外刺探，在韌皮部攝取營養(yǎng)物質(zhì)的時(shí)間較少.桃蚜僅約37.75%的時(shí)間用于韌皮部前的刺探(C波)，相比之下，韌皮部耗時(shí)更多，E1波為8.67%和E2波為34.89%，表明桃蚜在韌皮部吸食汁液花費(fèi)了更多時(shí)間(圖2).

圖2 3種蚜蟲各個(gè)刺探階段所占總時(shí)間百分比

2.4 繁殖力比較

為了進(jìn)一步明確3種蚜蟲在莖瘤芥上的適應(yīng)性，試驗(yàn)進(jìn)行了生殖力測(cè)定(圖3).結(jié)果表明，3種蚜蟲的生殖力差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.蘿卜蚜的產(chǎn)仔量最多，每雌成蚜約產(chǎn)仔116頭；其次為桃蚜，約85頭；甘藍(lán)蚜的產(chǎn)仔量最低，僅65頭.說明蘿卜蚜在莖瘤芥上的適應(yīng)性最強(qiáng)，其次為桃蚜，甘藍(lán)蚜的適應(yīng)性最弱.

圖3 3種蚜蟲的繁殖力比較

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)中，桃蚜取食莖瘤芥產(chǎn)生9種波形，分別為np波，A波，B波，C波，pd波，E1波，E2波，F(xiàn)波和G波，與薛承美[22]對(duì)桃蚜取食芥菜的研究結(jié)果一致，桃蚜均產(chǎn)生了以上9種波形；而李進(jìn)進(jìn)[23]對(duì)桃蚜取食除蟲菊和祝愿等[24]對(duì)桃蚜取食杭菊的研究中，并未發(fā)現(xiàn)桃蚜產(chǎn)生F波.研究發(fā)現(xiàn)，甘藍(lán)蚜沒有產(chǎn)生G波和F波，這與Canassa等[25]的研究結(jié)果不同，該團(tuán)隊(duì)證實(shí)甘藍(lán)蚜在取食抗病、感病兩種基因型羽衣甘藍(lán)時(shí)產(chǎn)生了G波，但不產(chǎn)生F波，上述原因是否與寄主植物有關(guān)有待進(jìn)一步研究.

韌皮部和木質(zhì)部取食是衡量蚜蟲寄主適應(yīng)性的重要指標(biāo)，姜永幸等[26]發(fā)現(xiàn)，C波也能反映寄主的適應(yīng)性.本研究重點(diǎn)就C波，E1波，E2波，G波等4個(gè)指標(biāo)分別在3種蚜蟲的種間差異性和蚜蟲個(gè)體取食特征兩個(gè)層面進(jìn)行了分析.種間EPG參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，蘿卜蚜和甘藍(lán)蚜在葉肉和韌皮部篩分子外部刺探(C波)的總持續(xù)時(shí)間顯著長(zhǎng)于桃蚜，表現(xiàn)出較低的適應(yīng)性.該階段刺探次數(shù)多、時(shí)間長(zhǎng)，難以找到合適的吸食位點(diǎn)，取食效率降低[10].蚜蟲唾液中的蛋白酶、淀粉酶和蔗糖酶等對(duì)食物進(jìn)行初步消化有助于提高蚜蟲對(duì)食物的利用率[27]，甘藍(lán)蚜分泌唾液次數(shù)(E1波)、被動(dòng)吸食次數(shù)(E2波)顯著小于桃蚜和蘿卜蚜，說明甘藍(lán)蚜對(duì)莖瘤芥營養(yǎng)物質(zhì)的利用率和攝取能力不及桃蚜和蘿卜蚜.試驗(yàn)未檢測(cè)到甘藍(lán)蚜在木質(zhì)部進(jìn)行取食，而木質(zhì)部則是蚜蟲攝取水分和無機(jī)鹽的部位[28].此外，甘藍(lán)蚜的繁殖力最低，各項(xiàng)指標(biāo)均表明甘藍(lán)蚜對(duì)莖瘤芥的適應(yīng)性差.顧麗元[29]研究不同生物型煙蚜取食煙草時(shí)發(fā)現(xiàn)，煙草型桃蚜的非韌皮部刺探次數(shù)(C波)顯著減少、韌皮部取食(E1波，E2波)總持續(xù)時(shí)間顯著增加.本試驗(yàn)與該研究結(jié)果相符，桃蚜在整個(gè)取食過程中對(duì)莖瘤芥的適應(yīng)性最強(qiáng).例如，桃蚜在葉肉和韌皮部篩分子外部刺探(C波)時(shí)間顯著短于蘿卜蚜和甘藍(lán)蚜，韌皮部(E1波，E2波)刺探次數(shù)與蘿卜蚜相當(dāng)?shù)@著長(zhǎng)于甘藍(lán)蚜，木質(zhì)部取食時(shí)間顯著長(zhǎng)于蘿卜蚜等.

3種蚜蟲具有不同的取食策略.甘藍(lán)蚜和蘿卜蚜在葉表皮、葉肉和韌皮部篩分子外部刺探花費(fèi)了較多時(shí)間(分別為53.22%，55.37%)，韌皮部取食時(shí)間較短；相反，桃蚜C波刺探時(shí)間僅占總時(shí)間的37.75%，而韌皮部(E1波，E2波)取食時(shí)間較長(zhǎng)，因此，個(gè)體取食特征也反映了3種蚜蟲的適應(yīng)性差異.從取食行為來看，桃蚜對(duì)莖瘤芥的適應(yīng)性高于蘿卜蚜，但繁殖力不及蘿卜蚜，其生物學(xué)意義有待進(jìn)一步研究.該研究結(jié)果與李向東[30]對(duì)蚜蟲在煙草上的適生性研究結(jié)果不符，他發(fā)現(xiàn)適生性良好的桃蚜繁殖力高于蘿卜蚜.從繁殖力角度來講，蘿卜蚜對(duì)莖瘤芥的適生性高于桃蚜.那么，蘿卜蚜在其他植物上的繁殖力是否也高于桃蚜有待進(jìn)一步研究.據(jù)此推測(cè)，在復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，蘿卜蚜在某些適宜寄主植物上繁衍，適宜寄主一旦消失(如農(nóng)業(yè)采收、田間管理等)，則會(huì)轉(zhuǎn)移到莖瘤芥上同桃蚜競(jìng)爭(zhēng)取食，以其較高的繁殖力很快在生態(tài)位中占據(jù)優(yōu)勢(shì).綜合分析，從取食行為來看，桃蚜對(duì)莖瘤芥的適應(yīng)性最強(qiáng)，結(jié)合繁殖力明確了蘿卜蚜具有較強(qiáng)的適應(yīng)潛力.

本試驗(yàn)基于EPG技術(shù)，從行為學(xué)角度研究了蚜蟲對(duì)莖瘤芥的適應(yīng)性，并結(jié)合繁殖力試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，研究蚜蟲對(duì)寄主植物的適應(yīng)性還需結(jié)合田間種群數(shù)量、建立種群生命表等進(jìn)一步開展研究.