寄主轉(zhuǎn)換對(duì)美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育和消化酶活性的影響

耿薏舒, 趙旭東, 韓陽(yáng)陽(yáng), 喬 恒, 郝德君,*

(1. 南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京 210037; 2. 南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 南京 210037; 3. 上海市林業(yè)總站, 上海 200072)

美國(guó)白蛾Hyphantriacunea屬鱗翅目(Lepidoptera)燈蛾科(Erebidae)，是一種寄主范圍廣、繁殖力強(qiáng)、適生性強(qiáng)、危害嚴(yán)重的世界性檢疫害蟲(chóng)(季榮等, 2003)。自1979年首次在我國(guó)遼寧省丹東地區(qū)發(fā)現(xiàn)以來(lái)(楊忠岐和張永安, 2007)，截至2020年已經(jīng)擴(kuò)散至北京、天津、河北、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、江蘇、安徽、山東、湖北、河南、陜西、上海等13個(gè)省(區(qū)、市)的607個(gè)縣級(jí)行政區(qū)(國(guó)家林業(yè)和草原局2021年第7號(hào)公告)，仍然呈現(xiàn)疫區(qū)數(shù)量不斷增加，加速向南擴(kuò)散的特點(diǎn)，對(duì)我國(guó)的森林資源及生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

植食性昆蟲(chóng)與寄主植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中相互作用、相互依存、相互適應(yīng)，形成了相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)關(guān)系(欽俊德和王琛柱, 2001)。植食性昆蟲(chóng)通過(guò)取食寄主植物獲得生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，不同寄主植物也會(huì)因自身的營(yíng)養(yǎng)成分組成的差異而影響植食性昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。而昆蟲(chóng)體內(nèi)消化酶活性強(qiáng)弱與攝入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的類型和含量有關(guān)，反映昆蟲(chóng)對(duì)寄主植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力，進(jìn)而影響昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育(Shahbazetal., 2017; Zhaoetal., 2019)。

植食性昆蟲(chóng)長(zhǎng)期選擇取食一種寄主植物，會(huì)形成相對(duì)穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)和解毒代謝途徑，并對(duì)寄主產(chǎn)生適應(yīng)性(陳澄宇等, 2015)。當(dāng)外界環(huán)境條件改變時(shí)，如干旱(Salgado and Saastamoinen, 2019)、營(yíng)養(yǎng)供給不足或者寄主植物上種群密度過(guò)大時(shí)(Rieske and Dillaway, 2008; Santanaetal., 2011; Yangetal., 2015)，昆蟲(chóng)則會(huì)轉(zhuǎn)移到其他寄主植物上以保證其正常的生長(zhǎng)發(fā)育和種群繁衍(H?gele and Rowell-Rahier, 1999)，即轉(zhuǎn)換寄主植物的行為策略取決于昆蟲(chóng)自身生長(zhǎng)發(fā)育、生殖所需的成本和效益(Karbanetal., 2010)。例如，亞洲玉米螟Ostriniafurnacalis低齡幼蟲(chóng)取食玉米，高齡幼蟲(chóng)則轉(zhuǎn)移至更有利于其生長(zhǎng)發(fā)育的豆科植物取食(袁志華, 2013)；綠盲蝽Apolyguslucorum從四季豆轉(zhuǎn)移至綠豆、缸豆、棉花后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移至棉花種群的海藻糖酶活性最高，淀粉酶和蛋白酶活性最低，種群趨勢(shì)指數(shù)最高，說(shuō)明棉花更利于綠盲蝽生長(zhǎng)發(fā)育以及種群繁衍(肖留斌等, 2013)；陳萍等(2021)研究發(fā)現(xiàn)稻縱卷葉螟Cnaphalocrocismedinalis的玉米種群轉(zhuǎn)換至水稻后適合度和種群增長(zhǎng)顯著下降，而水稻種群轉(zhuǎn)換至玉米后適合度和種群增長(zhǎng)有所上升，表明玉米更有利于提高稻縱卷葉螟種群的適合度?？芍?，探究植食性昆蟲(chóng)選擇寄主植物的行為及其生理適應(yīng)機(jī)制是闡釋寄主植物與昆蟲(chóng)相互關(guān)系的重要途徑(del Campoetal., 2001)。

美國(guó)白蛾地理分布范圍不斷擴(kuò)大，寄主植物超過(guò)600種(Edosaetal., 2019)，在我國(guó)已記錄寄主種類達(dá)300余種(李路莎等, 2018)。寄主植物質(zhì)量是影響多食性昆蟲(chóng)選擇寄主的重要因素。如美國(guó)白蛾的寄主植物的質(zhì)量發(fā)生改變時(shí)，會(huì)相應(yīng)地減少對(duì)該寄主的利用，進(jìn)而影響其生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程和存活率(Schowalter and Ring, 2017)。Mason等(2011)發(fā)現(xiàn)美國(guó)白蛾即使取食相同的寄主，因分布于不同地區(qū)而葉片質(zhì)量不同，其適應(yīng)性也存在差異。隨著入侵時(shí)間及寄主植物的變化，美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)的取食習(xí)性也發(fā)生改變。在江蘇等地美國(guó)白蛾喜食日本晚櫻Cerasusserrulata、楊樹(shù)Populusspp.等闊葉樹(shù)，而當(dāng)2018年傳入上海地區(qū)后，美國(guó)白蛾更喜食落羽杉Taxodiumdistichum、水杉Metasequoiaglyptostroboides等杉科植物(盧修亮等, 2021)。目前，對(duì)美國(guó)白蛾在寄主轉(zhuǎn)換后的適應(yīng)性及其生理響應(yīng)機(jī)制尚不明確。因此，通過(guò)研究美國(guó)白蛾轉(zhuǎn)換寄主后對(duì)幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的影響，進(jìn)而測(cè)定寄主轉(zhuǎn)換后美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)的消化酶活性，以期明確美國(guó)白蛾寄主轉(zhuǎn)換的生理適應(yīng)性及生理響應(yīng)機(jī)制，為種群監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和綜合防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1供試蟲(chóng)源：美國(guó)白蛾2齡幼蟲(chóng)于2020年5月采自江蘇省淮安市淮安區(qū)楊樹(shù)(33.52°N, 119.16°E)。帶回實(shí)驗(yàn)室后利用人工飼料進(jìn)行飼養(yǎng)，飼養(yǎng)條件為：溫度25±1℃，相對(duì)濕度65%±5%，光周期16L∶8D。成蟲(chóng)羽化后，提供30%蜂蜜水。以室內(nèi)飼養(yǎng)的第2代幼蟲(chóng)作為實(shí)驗(yàn)試蟲(chóng)。

1.1.2供試植物：落羽杉和日本晚櫻新鮮葉片采自南京林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)種植的健康樹(shù)木。帶回實(shí)驗(yàn)室后對(duì)葉片進(jìn)行清水沖洗，自然晾干后飼喂美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)。

1.1.3供試試劑: NaCl、Tris-HCl、甘氨酸、氫氧化鈉、三氯乙酸、二甲基亞砜(DMSO)、甲醇，購(gòu)于南京斑馬實(shí)驗(yàn)器材有限公司，分析純；偶氮酪蛋白(Azocasein)、N-苯甲酰-DL-精氨酰-4-硝基苯胺鹽酸鹽(BAPNA)、NAM對(duì)甲苯磺?；?L-精氨酸甲酯鹽酸鹽(TAME)、N-苯甲酰- L-酪氨酸乙酯(BTEE)購(gòu)于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。淀粉酶與脂肪酶測(cè)定試劑盒購(gòu)于南京建成生物有限公司。

1.2 美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)寄主轉(zhuǎn)換處理

為避免美國(guó)白蛾對(duì)寄主植物的取食記憶，第1代幼蟲(chóng)利用人工飼料進(jìn)行飼養(yǎng)，第2代卵孵化后，將初孵幼蟲(chóng)放置于葉背進(jìn)行飼養(yǎng)，以浸水的棉花對(duì)葉片進(jìn)行保濕。在養(yǎng)蟲(chóng)盒蓋子上戳小孔以便空氣流通，加蓋后置于培養(yǎng)箱中(飼養(yǎng)條件同1.1節(jié))，定期更換葉片。在相同飼養(yǎng)條件下，將第2代美國(guó)白蛾卵分別放置于落羽杉和日本晚櫻的葉片上飼養(yǎng)，建立美國(guó)白蛾的落羽杉種群和日本晚櫻種群，每種寄主處理分別設(shè)置5次重復(fù)。當(dāng)幼蟲(chóng)生長(zhǎng)至3齡時(shí)，取蛻皮后2日齡幼蟲(chóng)進(jìn)行非選擇性轉(zhuǎn)換，分別取食原寄主和轉(zhuǎn)換寄主植物，即形成持續(xù)取食落羽杉的美國(guó)白蛾種群(標(biāo)記為T(mén)-T)、持續(xù)取食日本晚櫻的美國(guó)白蛾種群(標(biāo)記為C-C)、取食落羽杉轉(zhuǎn)至取食日本晚櫻的美國(guó)白蛾種群(標(biāo)記為T(mén)-C)和取食日本晚櫻轉(zhuǎn)至取食落羽杉種群(標(biāo)記為C-T) 的4個(gè)處理組合；每個(gè)處理選取50頭幼蟲(chóng)置于養(yǎng)蟲(chóng)盒(長(zhǎng)×寬×高=13.5 cm×8 cm×6.5 cm)內(nèi)，6個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

每天14:00時(shí)定時(shí)觀察記錄幼蟲(chóng)發(fā)育狀況。轉(zhuǎn)換寄主后，每2 d對(duì)幼蟲(chóng)單頭稱重，每個(gè)處理稱重30頭幼蟲(chóng)，共記錄7次體重，直至幼蟲(chóng)化蛹。同時(shí)記錄發(fā)育歷期、幼蟲(chóng)死亡數(shù)?；己螅謩e對(duì)雌雄蛹進(jìn)行性別鑒別(Tuncer and Aker, 2017)并稱重。

1.3 美國(guó)白蛾?duì)I養(yǎng)指標(biāo)測(cè)定

從4個(gè)處理的幼蟲(chóng)中各選取20頭發(fā)育一致的剛蛻皮的5齡美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)稱重，每個(gè)處理的幼蟲(chóng)均單頭飼養(yǎng)，分別飼喂供試寄主植物新鮮葉片，飼喂前進(jìn)行葉片稱重，24 h后取出剩余植物葉片，饑餓24 h使幼蟲(chóng)排空糞便，稱量幼蟲(chóng)鮮重作為飼后體重。再將幼蟲(chóng)、糞便、剩余葉片放入烘箱，80℃下烘干至恒重，分別稱量干重。同時(shí)，分別取10片日本晚櫻花及落羽杉葉片，稱重后置于烘箱中干燥至恒重，計(jì)算葉片含水量。另取20頭幼蟲(chóng)稱重后烘干至恒重，計(jì)算蟲(chóng)體含水量，以此計(jì)算飼前幼蟲(chóng)干重以及飼前葉片干重。參照蘇超等(2013)的方法，結(jié)合Waldbauer (1968)對(duì)相對(duì)生長(zhǎng)率(relative growth rate, RGR)、相對(duì)取食量(relative consumption rate, RCR)、近似消化率(approximate digestibility, AD)、食物利用率(efficiency conversion of ingested food, ECI)及食物轉(zhuǎn)化率(efficiency conversion of digested food, ECD)的定義，依照下列公式計(jì)算各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)：

RGR(mg/mg·d)=G/(B×T);

RCR(mg/mg·d)=I/(B×T);

ECI(%)=G/I×100;

ECD(%)=G/(I-F)×100;

AD(%)=(I-F)/I×100。

公式中，G為蟲(chóng)體增重(G=飼后幼蟲(chóng)干重-飼前幼蟲(chóng)干重)，B為試驗(yàn)期間幼蟲(chóng)的平均體重(B=飼前幼蟲(chóng)干重+飼后幼蟲(chóng)干重/2)，I為幼蟲(chóng)的取食量(I=飼前食物干重-飼后食物干重)，F(xiàn)為糞便干重；T為試驗(yàn)天數(shù)。

1.4 美國(guó)白蛾中腸消化酶活性測(cè)定

1.4.1酶液制備：選取4個(gè)處理中發(fā)育一致的4齡幼蟲(chóng)，用0.15 mol/L氯化鈉(NaCl)溶液對(duì)體表漂洗，濾干后置于冰面上解剖，截取中腸及其內(nèi)含物，放入離心管中(中腸及其內(nèi)含物不少于0.1 g)，利用電動(dòng)組織研磨器(天根生化科技有限公司, 北京)研磨均勻。加入預(yù)冷的0.15 mol/L NaCl溶液，在冰浴條件下12 000 r/min離心10 min，取上清液利用Infinite 200pro酶標(biāo)儀(Tecan, 瑞士)測(cè)定。

1.4.2蛋白含量和總蛋白酶活性測(cè)定：蛋白含量測(cè)定參照Bradford(1976)方法，每個(gè)處理重復(fù)9次?？偟鞍酌富钚詼y(cè)定參考王琛柱和欽俊德(1996)的方法并加以改進(jìn)。以20 mg/mL偶氮酪蛋白溶于0.15 mol/L NaCl，取0.1 mL加入0.01 mL中腸酶液和0.04 mL甘氨酸-氫氧化鈉(0.1 mol/L)緩沖液。在30℃下反應(yīng)3 h，加入0.15 mL的20% (m/v) 三氯乙酸終止反應(yīng)?；旌衔镌?℃ 12 000 r/min離心15 min，取上清液在366 nm處測(cè)光吸收值。每個(gè)樣品設(shè)置9個(gè)生物學(xué)重復(fù)及3個(gè)技術(shù)重復(fù)。

1.4.3胰蛋白酶活性測(cè)定：參考陳翠翠等(2012)的方法并加以改進(jìn)。采用兩種專性底物即BAPNA和TAME。將BAPNA 底物溶于二甲基亞砜(DMSO) (20 mg/mL)，取0.1 mL加入0.01 mL中腸液和0.09 mL Glycine-NaOH緩沖液中反應(yīng)20 min，加入0.1 mL 30% (m/v)乙酸終止反應(yīng)，在405 nm處測(cè)光吸收值。將TAME底物(2 mmol/L)溶于0.15 mol/L NaCl，取0.1 mL加入0.01 mL中腸酶液和0.09 mL Tris-HCl (0.1 mol/L)緩沖液混勻并計(jì)時(shí)，在247 nm處測(cè)光吸收值，每隔30 s讀數(shù)一次，共8次。每分鐘每毫克蛋白使光密度值增加0.001定義為1個(gè)TAME活力單位(U)。每個(gè)樣品設(shè)置9個(gè)生物學(xué)重復(fù)及3個(gè)技術(shù)重復(fù)。

1.4.4凝乳蛋白酶活性測(cè)定：將1 mmol/L BTEE底物溶于含10%甲醇(重量/體積)的0.15 mol/L NaCl溶液中，取0.1 mL加入0.01 mL中腸酶液和0.09 mL Tris-HCl (0.1 mol/L)緩沖液中，混勻并計(jì)時(shí)，在256 nm處測(cè)光吸收值，每隔30 s讀數(shù)一次，共8次。每分鐘每毫克蛋白使光密度值增加0.001定義為1個(gè)BTEE活力單位(U)。每個(gè)樣品設(shè)置9個(gè)生物學(xué)重復(fù)及3個(gè)技術(shù)重復(fù)。

1.4.5淀粉酶與脂肪酶活性測(cè)定：根據(jù)試劑盒說(shuō)明書(shū)測(cè)定并計(jì)算。每個(gè)樣品設(shè)置9個(gè)生物學(xué)重復(fù)及3個(gè)技術(shù)重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用IBM SPSS Statistics 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，幼蟲(chóng)發(fā)育歷期、蛹期、營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)、酶活性等采用方差分析及Duncan氏新復(fù)極差法檢驗(yàn)差異顯著性，存活率用Kaplan-Meier分析，用Graphpad Prism 8作圖，差異顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果

2.1 寄主轉(zhuǎn)換對(duì)美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.1.1發(fā)育歷期：美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)在寄主轉(zhuǎn)換條件下幼蟲(chóng)發(fā)育歷期及蛹期存在顯著差異(表1)，其中T-T組的幼蟲(chóng)歷期為29.46 d，與幼蟲(chóng)歷期最長(zhǎng)的C-C組相差8.94 d。T-C組的幼蟲(chóng)歷期相對(duì)T-T組的延長(zhǎng)4.21 d，C-T組幼蟲(chóng)歷期相對(duì)C-C組的短5.14 d，T-C組和C-T組的幼蟲(chóng)歷期無(wú)顯著差異(P>0.05)。各個(gè)處理幼蟲(chóng)歷期的長(zhǎng)短順序?yàn)椋篢-T

表1 取食原寄主和轉(zhuǎn)換寄主植物的美國(guó)白蛾的發(fā)育歷期

2.1.2存活率：從圖1可以看出，寄主轉(zhuǎn)換條件下，T-T組與T-C組的幼蟲(chóng)存活率無(wú)顯著差異(P>0.05)，C-C組與C-T組的幼蟲(chóng)存活率亦無(wú)顯著差異(P>0.05)；但是T-T組的幼蟲(chóng)存活率(78.12%)與T-C組的幼蟲(chóng)存活率(90%)顯著高于C-T組(30%)和C-C組的幼蟲(chóng)存活率(36.67%)(P<0.05)；C-C組及C-T組幼蟲(chóng)在取食第19天時(shí)出現(xiàn)大批死亡，存活率分別降至約40%和37%，而T-T組及T-C組的幼蟲(chóng)存活率相對(duì)穩(wěn)定。

圖1 取食原寄主和轉(zhuǎn)換寄主植物的美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)的存活率

2.1.3幼蟲(chóng)體重及雌雄蛹重:寄主轉(zhuǎn)換前，T-T組的幼蟲(chóng)平均體重(0.017 g)顯著高于C-C組 (0.0094 g) (F=66.305,P<0.05)。轉(zhuǎn)換寄主后，T-C組的幼蟲(chóng)平均體重增長(zhǎng)速度明顯小于T-T組的增長(zhǎng)速度；而C-C組的體重增長(zhǎng)速度緩慢，在第16天后進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，最終幼蟲(chóng)的平均體重為0.169 g，與T-T組無(wú)顯著差異(P>0.05)；C-T組幼蟲(chóng)在第22天(轉(zhuǎn)換后第10天)增長(zhǎng)速度最快，明顯超過(guò)其他處理，最終平均體重顯著高于其他處理組的(P<0.05)(圖2: A)。

寄主轉(zhuǎn)換后，T-C組的雌雄平均蛹重分別為0.066 g和0.056 g，皆為最低；其他處理組的雄蛹體重?zé)o顯著差異(F=6.28,P>0.05)，雌蛹體重則為T(mén)-C

圖2 寄主轉(zhuǎn)換下美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)平均體重(A)及蛹重(B)

2.2 寄主轉(zhuǎn)換對(duì)美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)的影響

對(duì)美國(guó)白蛾5齡幼蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果如表2所示，在單位時(shí)間內(nèi)，不同處理的美國(guó)白蛾相對(duì)生長(zhǎng)率、食物利用率和食物轉(zhuǎn)化率均無(wú)顯著差異(P>0.05)；T-C組的相對(duì)取食量顯著低于其他處理組的(P<0.05)，食物利用率(0.61%)和食物轉(zhuǎn)化率(0.79%)略高于其他處理組的；T-C組的近似消化率最低(0.79%)，C-C組的最高(0.89%)。可能是由于前期取食落羽杉，轉(zhuǎn)換至日本晚櫻后取食量減少，通過(guò)提高食物轉(zhuǎn)化率和食物利用率滿足生長(zhǎng)發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)需求。

表2 取食原寄主和轉(zhuǎn)換寄主植物的美國(guó)白蛾5齡幼蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)

2.3 寄主轉(zhuǎn)換對(duì)美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)中腸消化酶活性的影響

由圖3可知，寄主轉(zhuǎn)換對(duì)美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)中腸總蛋白酶活性無(wú)顯著差異(P>0.05);C-C組的胰蛋白酶(強(qiáng)堿和弱堿性)顯著高于其他處理組的(F=16.895,P<0.05)和胰凝乳蛋白酶的活性顯著高于T-T和T-C組的(F=0.858,P<0.05)，而T-T組和T-C組之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，其活性順序?yàn)镃-C>C-T >T-C>T-T; C-C組和C-T組淀粉酶活性皆顯著高于T-T組和T-C組的，但C-C組和C-T組之間、T-T組和T-C組之間無(wú)差異顯著性(F=11.899,P>0.05);脂肪酶活性則顯示T-C組的顯著低于其他處理組的(F=7.625,P<0.05)。

圖3 取食原寄主和轉(zhuǎn)換寄主植物的美國(guó)白蛾4齡幼蟲(chóng)中腸消化酶活性

3 討論

植食性昆蟲(chóng)與寄主植物的互作關(guān)系涉及昆蟲(chóng)的適應(yīng)性，包括攝取營(yíng)養(yǎng)和代謝化學(xué)防御物質(zhì)(欽俊德和王琛柱, 2001)。昆蟲(chóng)依賴寄主植物提供營(yíng)養(yǎng)而完成生長(zhǎng)發(fā)育，多食性昆蟲(chóng)雖然取食范圍廣，但對(duì)不同寄主植物的營(yíng)養(yǎng)成分利用能力不同，適合度有明顯差異。本研究中，選取美國(guó)白蛾兩種親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的闊葉樹(shù)種日本晚櫻和針葉樹(shù)種落羽杉作為幼蟲(chóng)寄主轉(zhuǎn)換試驗(yàn)的供試寄主植物，發(fā)現(xiàn)幼蟲(chóng)取食不同寄主后，其幼蟲(chóng)存活率、幼蟲(chóng)歷期、蛹期、幼蟲(chóng)體重均有顯著差異，如C-C組的幼蟲(chóng)歷期和蛹期延長(zhǎng)且幼蟲(chóng)存活率降低(表1; 圖1)，可能是由于多食性昆蟲(chóng)面臨原寄主植物營(yíng)養(yǎng)成份不均衡、次生代謝物質(zhì)抑制及其含水率存在差異時(shí)，通過(guò)生理生化機(jī)制進(jìn)行調(diào)節(jié)(Chenetal., 2011; 蘇超等, 2013)。雖然美國(guó)白蛾能夠適應(yīng)不同的寄主植物，但適應(yīng)過(guò)程促使其保留利用生長(zhǎng)發(fā)育寄主的“偏好”(Hafeezetal., 2021)。在轉(zhuǎn)換寄主后，如從日本晚櫻轉(zhuǎn)移至落羽杉后，幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育加快、體重增加(圖2)，可能是由于落羽杉中的營(yíng)養(yǎng)成分更加豐富，更有利于美國(guó)白蛾的生長(zhǎng)發(fā)育。與之相反的是美國(guó)白蛾從落羽杉轉(zhuǎn)至日本晚櫻后，其幼蟲(chóng)歷期和蛹期延長(zhǎng)，幼蟲(chóng)體重和蛹重皆為最低，可能是因?yàn)槊媾R適合度不高的寄主植物時(shí)，需要延長(zhǎng)發(fā)育歷期獲取所需的營(yíng)養(yǎng)累積。如秋白尺蛾Epirritaautumnata在暴發(fā)的年份，可部分轉(zhuǎn)移至其他寄主植物，同時(shí)其生物學(xué)參數(shù)如體重，發(fā)育歷期及存活率也會(huì)隨著寄主植物的不同呈現(xiàn)出顯著差異(Yangetal., 2008)。

適應(yīng)了特定的寄主植物后，植食性昆蟲(chóng)利用有效的消化生理機(jī)制去分解食物，為機(jī)體提供營(yíng)養(yǎng)(Zaluckietal., 2002)。本研究發(fā)現(xiàn)美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)由落羽杉轉(zhuǎn)至日本晚櫻后，其相對(duì)取食量降低，食物轉(zhuǎn)化率和食物利用率顯著升高(表2)，表明美國(guó)白蛾面臨適合度不高的寄主時(shí)，在其取食量降低的情況下，可通過(guò)提高食物轉(zhuǎn)化率和食物利用率去彌補(bǔ)營(yíng)養(yǎng)攝入的不足，高食物轉(zhuǎn)化率可能是對(duì)低消化率的一種補(bǔ)償(朱俊洪等, 2005)。反之，當(dāng)從日本晚櫻轉(zhuǎn)至落羽杉后，美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)相對(duì)取食量和食物利用率均顯著提高，說(shuō)明美國(guó)白蛾對(duì)落羽杉表現(xiàn)較好的適應(yīng)性。這與Rezaei等(2006)的研究結(jié)果一致。美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)對(duì)桑樹(shù)的相對(duì)取食量低于取食楊樹(shù)，但是其食物轉(zhuǎn)化率和食物利用率都高于楊樹(shù)(李路莎等, 2018)，說(shuō)明美國(guó)白蛾適應(yīng)寄主轉(zhuǎn)換時(shí)，具有平衡生理代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制。

消化酶系是昆蟲(chóng)與寄主植物相互適應(yīng)的重要表現(xiàn)形式，植食性昆蟲(chóng)調(diào)節(jié)其取食行為和消化酶，使其適應(yīng)現(xiàn)有食物的營(yíng)養(yǎng)狀況(肖留斌等, 2013)。蛋白酶參與昆蟲(chóng)中腸的各種生理和生化過(guò)程，其中絲氨酸蛋白酶在消化過(guò)程中發(fā)揮重要作用，參與蛋白質(zhì)的降解和合成(趙旭東等, 2019)。本研究中，發(fā)現(xiàn)C-C處理的美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)胰蛋白酶與胰凝乳蛋白酶的活性更高(圖3: B-D)，可能與其發(fā)育歷期有關(guān)。昆蟲(chóng)發(fā)育歷期長(zhǎng)，表明單位時(shí)間內(nèi)累計(jì)的營(yíng)養(yǎng)較少，因此需要提高水解蛋白酶活性，加速提高對(duì)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從而滿足其生長(zhǎng)發(fā)育的需求。與之相比，幼蟲(chóng)由日本晚櫻轉(zhuǎn)至落羽杉，胰蛋白酶活性降低，說(shuō)明昆蟲(chóng)在適應(yīng)不同寄主過(guò)程中，可通過(guò)提高中腸總蛋白酶的活性增加對(duì)不適寄主營(yíng)養(yǎng)的利用率，滿足幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)需求，減少因寄主的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量低和次生物質(zhì)含量高等帶來(lái)的不適性，為尋找適宜寄主提供條件，這可能是昆蟲(chóng)維持種群數(shù)量和以及對(duì)不適寄主的應(yīng)對(duì)策略(張娜, 2009; 徐偉等, 2012)。針對(duì)甜菜夜蛾Spodopteraexigua的研究，發(fā)現(xiàn)取食反枝莧的幼蟲(chóng)中腸蛋白酶活性比取食其他寄主植物的高，而反枝莧是一種常見(jiàn)雜草，營(yíng)養(yǎng)成分較差，玉米營(yíng)養(yǎng)成分也偏低，甜菜夜蛾在這些寄主上要生存就必須取食較多量的反枝莧或者玉米，就需要更多量的消化酶，而甘藍(lán)營(yíng)養(yǎng)成分較高，取食量相對(duì)較少，需要消化酶少，所以取食反枝莧的甜菜夜蛾幼蟲(chóng)中腸蛋白酶活性偏高，取食玉米的居中，取食甘藍(lán)的明顯偏低(Golikhajehetal., 2017; 曾紀(jì)嵐等, 2019)。同樣，前人研究也發(fā)現(xiàn)美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)取食柳樹(shù)與臭椿的消化酶活性低于喜食寄主桑樹(shù)與白蠟(魏丹峰, 2017)。昆蟲(chóng)取食不同寄主植物與寄主的營(yíng)養(yǎng)成分含量密切相關(guān)，本課題組前期測(cè)定結(jié)果表明，日本晚櫻的淀粉含量明顯高于落羽杉(具體數(shù)據(jù)尚未發(fā)表)。因此，美國(guó)白蛾需要更高的淀粉酶活性去消化日本晚櫻的淀粉(圖3: E)。落羽杉的脂肪含量顯著高于日本晚櫻，但是，T-C處理的脂肪酶活性最低(圖3: F)，可能是由于幼蟲(chóng)由落羽杉轉(zhuǎn)至日本晚櫻后，取食量和消化率均顯著降低，影響幼蟲(chóng)中腸合成更多的脂肪酶，說(shuō)明昆蟲(chóng)對(duì)食物消耗和利用與消化酶的活性有直接關(guān)系。植食性昆蟲(chóng)對(duì)寄主植物的適應(yīng)并不僅限于消化酶的活性，還涉及其他代謝過(guò)程，例如解毒、應(yīng)激反應(yīng)和免疫途徑(周福才等, 2010; Huangetal., 2017)。由此可見(jiàn)，美國(guó)白蛾對(duì)寄主轉(zhuǎn)換具有極高的適應(yīng)性，這可能是該害蟲(chóng)成功入侵的重要機(jī)制之一，進(jìn)一步加劇了美國(guó)白蛾擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。

不同寄主植物間轉(zhuǎn)換取食，對(duì)美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育及消化酶活性皆出現(xiàn)不同程度的改變。本研究發(fā)現(xiàn)，美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)持續(xù)取食落羽杉，幼蟲(chóng)歷期和蛹期短，幼蟲(chóng)存活率高。從落羽杉轉(zhuǎn)移至日本晚櫻后，幼蟲(chóng)歷期和蛹期延長(zhǎng)，發(fā)育減緩，使其適應(yīng)日本晚櫻；而從日本晚櫻轉(zhuǎn)至落羽杉后，幼蟲(chóng)補(bǔ)償式發(fā)育，提高了消化酶活性，有利于消化吸收食物中的營(yíng)養(yǎng)。本研究明確了寄主轉(zhuǎn)換后美國(guó)白蛾幼蟲(chóng)的表型可塑型和消化酶的響應(yīng)，下一步將深入探究相關(guān)消化酶的表達(dá)，明確美國(guó)白蛾對(duì)寄主植物的適應(yīng)機(jī)制，為后續(xù)探討消化生理在在美國(guó)白蛾的寄主轉(zhuǎn)換適應(yīng)機(jī)制中的作用奠定基礎(chǔ)，以便將該策略應(yīng)用于美國(guó)白蛾防控。