草地貪夜蛾對(duì)2種豆科蔬菜的取食和產(chǎn)卵選擇性及其適應(yīng)性研究

許 冬，李文靜，王 玲，尹海辰，叢勝波，楊妮娜，謝原利，萬 鵬

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華中作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)作物重大病蟲草害防控湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430064；2.湖北省植物保護(hù)總站，武漢 430070)

草地貪夜蛾SpodopterafrugiperdaJ.E.Smith是一種源自美洲地區(qū)的多食性、遠(yuǎn)距離遷飛性重大入侵害蟲(吳秋琳等,2019;Kebede and Shimalis,2021)。2019年1月，我國云南普洱市江城縣首次發(fā)現(xiàn)了草地貪夜蛾，截止5月底，已入侵貴州、廣東、海南、安徽、山東等15個(gè)省(區(qū)、市)(楊普云等,2019)。草地貪夜蛾繁殖能力和適生性強(qiáng)，寄主范圍廣泛，包括玉米Zeamays、甘蔗Saccharumofficinarum和水稻Oryzasativa等76科353種不同植物(Montezanoetal.,2018;謝殿杰等,2021)。在我國，其不僅取食危害最適寄主玉米，在小麥TriticumaestivumL.、大麥Hordeumvulgare、青稞Hordeumvulgare、燕麥Avenasativa、糜子Panicummiliaceum、小蔥Alliumschoenoprasum等作物以及馬唐Digitariasanguinalis、牛筋草Eleusineindica等一些禾本科雜草上也有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著我國糧食安全和生態(tài)安全(徐麗娜等,2019;楊現(xiàn)明等,2019;趙雪晴等,2019;Heetal.,2020;湯印等,2020;劉歡等,2021;張?jiān)苹鄣?2021)。另外，草地貪夜蛾成蟲在通過季節(jié)性遷飛尋找適宜環(huán)境完成多個(gè)世代繁殖的過程中，逐漸分化出嗜食玉米、高粱Sorghumbicolor等的玉米型和主要危害水稻、牧草的水稻型(Saldamando and Vélez-Arango,2010;吳孔明,2020)。而前期的研究發(fā)現(xiàn)，入侵我國的草地貪夜蛾群體很可能來自一個(gè)水稻型和玉米型雜交群體的后代，并在長期的演化擴(kuò)散過程中，玉米型的核基因組占據(jù)了主導(dǎo)地位，從而形成了一種特殊的玉米型(唐運(yùn)林等,2019;張磊等,2019)。鑒于我國草地貪夜蛾群體可能兼具兩種品型的生物習(xí)性，存在入侵適應(yīng)過程中寄主范圍進(jìn)一步拓寬的可能性，因此，對(duì)我國境內(nèi)適合草地貪夜蛾生長發(fā)育的寄主研究亟待解決。

長江流域是草地貪夜蛾“北遷南回”過渡區(qū)，也是“三區(qū)四帶”布防的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，抓好阻擊防控對(duì)保障黃淮海玉米生產(chǎn)安全、降低西南華南秋冬季發(fā)生基數(shù)具有重要作用。該區(qū)域多級(jí)階梯型地形、豐富的農(nóng)作物多樣性、單元面積小等特征，會(huì)造成一定區(qū)域內(nèi)田間多種寄主共存，輾轉(zhuǎn)為害的橋梁較多，從而導(dǎo)致草地貪夜蛾在該地區(qū)世代重疊加重、暴發(fā)災(zāi)變的風(fēng)險(xiǎn)加大。因此，了解草地貪夜蛾對(duì)不同作物的取食及產(chǎn)卵喜好，有助于指導(dǎo)長江流域作物布局以及闡明草地貪夜蛾在該地區(qū)轉(zhuǎn)主危害的生物學(xué)規(guī)律。本研究以玉米、豇豆Vignaunguiculata和四季豆Phaseolusvulgaris為測試對(duì)象，研究其對(duì)草地貪夜蛾幼蟲取食選擇性及生長發(fā)育的影響，并分析草地貪夜蛾成蟲對(duì)3種寄主的產(chǎn)卵選擇性，為評(píng)估草地貪夜蛾從玉米地轉(zhuǎn)移至相鄰豇豆、四季豆上的潛在危害風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

草地貪夜蛾于2019年7月20日采自湖北省通山縣大畈鎮(zhèn)板橋村夏季玉米地。室內(nèi)利用人工飼料繼代飼養(yǎng)繁殖，成蟲用10%蜂蜜水飼喂，收集所產(chǎn)卵塊，作為供試蟲源。室內(nèi)飼養(yǎng)環(huán)境條件：溫度25℃±1℃，相對(duì)濕度60%～70%，光周期16 L ∶8 D。

玉米(漢丹777)，湖北省種子集團(tuán)有限公司生產(chǎn)；豇豆(力豐久摘不敗豇豆)和四季豆(特嫩王中王)，均為滄州津科力豐種苗有限責(zé)任公司生產(chǎn)。以上種子均在溫室內(nèi)采用花盆栽培，待其長至3～4葉時(shí)備用。新鮮豇豆豆莢和四季豆豆莢由市場上購買，清水沖洗、自然晾干后備用。

1.2 草地貪夜蛾幼蟲取食選擇性試驗(yàn)

參考葉碟法(張?jiān)苹鄣?2021)，測定草地貪夜蛾不同齡期幼蟲對(duì)3種寄主的取食選擇率。在直徑為20cm的玻璃培養(yǎng)皿底鋪濕潤的濾紙，沿四周放入新鮮玉米葉、豇豆豆莢、豇豆葉、四季豆豆莢和四季豆葉，寄主葉片取2片(直徑2 cm)，豆莢取1段(長度2 cm)，擺放順序隨機(jī)且間距相等。在培養(yǎng)皿中心，接入不同齡期的幼蟲(2齡及以上幼蟲均以人工飼料飼喂，試驗(yàn)前進(jìn)行2 h饑餓處理)。初孵幼蟲和2齡幼蟲每皿接入10頭，3齡和5齡幼蟲為避免互相攻擊影響試驗(yàn)結(jié)果每皿放置3頭，各重復(fù)不少于10次。每組培養(yǎng)皿設(shè)置完成后用黑布籠罩，6 h后觀察記錄幼蟲的取食選擇情況。

取食選擇率(%)=(取食該植物組織的幼蟲數(shù)/幼蟲總數(shù))×100

1.3 草地貪夜蛾取食豇豆葉片和四季豆葉片對(duì)其生長發(fā)育的影響

將上述3種寄主葉片分別放置于一透明塑料培養(yǎng)皿(底徑6 cm，口徑8 cm，高度4 cm)中，并接入1頭4 h內(nèi)孵化的初孵幼蟲，蓋好后放置到一養(yǎng)蟲間內(nèi)。環(huán)境條件：溫度25℃±1℃，相對(duì)濕度70%±5%，光周期16 L ∶8 D。每組50頭，重復(fù) 3次。幼蟲2齡之前，每3 d更換一次新鮮葉片，2齡之后每天更換新鮮食物。逐日觀察、記錄草地貪夜蛾生長發(fā)育情況直至成蟲死亡，統(tǒng)計(jì)取食各寄主化蛹率、成蟲羽化率等。

按上述試驗(yàn)條件飼喂另一批用蟲，待其羽化后，選取5對(duì)同日羽化的雌、雄成蟲，移入內(nèi)壁預(yù)先設(shè)有白色濾紙的玻璃杯(底徑6 cm，口徑8 cm，高10 cm)中，以10%蜂蜜水飼喂，用白色濾紙罩住杯口逐日觀察記錄成蟲產(chǎn)卵情況，連續(xù)觀察7 d。不同寄主處理重復(fù)5次。同時(shí)，取一批未交配的雌、雄成蟲，按同一條件飼喂，統(tǒng)計(jì)雌、雄成蟲壽命。

1.4 草地貪夜蛾產(chǎn)卵選擇性試驗(yàn)

選取種植密度和長勢基本一致的玉米苗、豇豆苗和四季豆苗用于試驗(yàn)，兩兩組合，分別將玉米苗和豇豆苗以及玉米苗和四季豆苗放置到100 cm×50 cm×100 cm的120目紗網(wǎng)養(yǎng)蟲籠中，放入8對(duì)羽化1 d的草地貪夜蛾雌、雄成蟲，籠中放置5%蜂蜜水用于成蟲補(bǔ)充營養(yǎng)，重復(fù)4次。每天記錄草地貪夜蛾在玉米、豇豆以及四季豆不同部位產(chǎn)卵數(shù)量，并計(jì)算著卵率和卵塊比，連續(xù)記錄6 d。

植物著卵率(%)=(該植物上的著卵量/所有植物上的著卵量)×100

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2007和SPSS 16.0軟件進(jìn)行處理。草地貪夜蛾幼蟲取食選擇性、幼蟲發(fā)育歷期、蛹重、蛹期、成蟲壽命、單雌產(chǎn)卵量等數(shù)據(jù)應(yīng)用單因素方差分析(one-way ANOVA，LSD多重比較法)，對(duì)不同寄主產(chǎn)卵選擇性卵塊數(shù)、植物落卵量等數(shù)據(jù)差異分析采用t測驗(yàn)。凈生殖力(R0)、世代平均周期(T)、內(nèi)稟增長率(rm)、周限增長率(λ)等生命表參數(shù)計(jì)算參考Birch(1948)和梁革梅等(2008)的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地貪夜蛾幼蟲取食偏好性

草地貪夜蛾不同齡期幼蟲對(duì)玉米葉均表現(xiàn)出取食偏好性(表1)。初孵幼蟲選擇取食玉米葉和豇豆葉的個(gè)體總數(shù)最高，分別占33.41%±5.57%和38.04%±8.28%，顯著高于其它寄主組織處理(F4，69=7.036，P<0.001)。隨著幼蟲齡期的增長，幼蟲對(duì)取食玉米的偏好逐漸減弱，其中，2齡幼蟲對(duì)玉米葉、豇豆葉和四季豆葉的取食選擇率分別為27.58%±9.97%、25.67%±4.62%和38.00%±8.34%，處理間差異不顯著(F2，29=0.694，P=0.508)，但均顯著高于取食四季豆豆莢和豇豆豆莢選擇率(F4，49=5.528，P=0.001)；3齡幼蟲和5齡幼蟲的取食偏好性繼續(xù)弱化，對(duì)玉米葉和其它4種寄主組織的取食選擇率無顯著差異(3齡：F4，49=1.839，P=0.138；5齡：F4，49=1.893，P=0.128)。

表1 草地貪夜蛾幼蟲對(duì)不同寄主的取食選擇性Table 1 Feeding selectivity of Spodoptera frugiperda larvae to maize,cowpea and kidney bean

2.2 不同寄主葉片對(duì)草地貪夜蛾生長發(fā)育及壽命的影響

不同寄主對(duì)草地貪夜蛾幼蟲和蛹發(fā)育歷期以及成蟲壽命影響不同(表2)。取食玉米葉的草地貪夜蛾的幼蟲歷期、雌蛹?xì)v期和雄蛹?xì)v期分別為14.52±0.06 d、7.19±0.08 d和8.38±0.10 d，取食豇豆葉的為17.37±0.11 d、8.05±0.11 d和9.02±0.11 d，四季豆葉的為19.52±0.48 d、8.43±0.53 d和10.70±0.34 d，取食玉米葉的幼蟲歷期(F2，218=301.533，P<0.001)、蛹?xì)v期(雌蛹：F2，203=22.637，P<0.001；雄蛹：F2，98=40.310，P<0.001)均顯著短于豇豆葉和四季豆葉處理。和嗜好寄主玉米葉相比，取食豇豆葉的草地貪夜蛾蛹重、成蟲壽命無明顯變化，但取食四季豆葉的草地貪夜蛾蛹重(雌蛹：F2，120=16.422，P<0.001；雄蛹：F2，95=13.175，P<0.001)、雄成蟲壽命(F2，52=3.138，P=0.028)顯著降低或變短。取食豇豆葉和四季豆葉對(duì)草地貪夜蛾化蛹率和羽化率影響較大，玉米葉處理的化蛹率和羽化率分別為82.00%±5.03%和74.00%±7.02%，而取食豇豆葉和四季豆葉的分別為67.22%±2.42%和55.56%±4.01%、15.63%±4.51%和12.50%±4.13%，處理間差異顯著(化蛹率：F2，8=55.981，P<0.001；羽化率：F2，8=36.232，P<0.001)?？傮w來看，取食豇豆葉和四季豆葉的草地貪夜蛾發(fā)育進(jìn)度相對(duì)緩慢，化蛹率和羽化率較低，表明玉米葉對(duì)草地貪夜蛾的生長發(fā)育具有更好的適生性。

表2 取食3種寄主植物對(duì)草地貪夜蛾發(fā)育歷期及壽命的影響Table 2 Effects of developmental duration and longevity of Spodoptera frugiperda fed on 3 host plants

2.3 不同寄主葉片對(duì)草地貪夜蛾生殖力的影響

從生殖力來看，玉米葉處理的單雌產(chǎn)卵量為1 138.29±141.79粒，豇豆葉處理的為1 179.45±95.54粒，兩者間差異不顯著，但均顯著高于四季豆葉處理的585.5±130.24粒(F2，11=7.144，P=0.014)(表3)。取食玉米葉和四季豆葉的雌雄性比分別為1.47和1.37，較為接近，而取食豇豆葉的草地貪夜蛾雌雄性比僅為0.75。從實(shí)驗(yàn)種群生命表參數(shù)來看，玉米葉飼養(yǎng)的草地貪夜蛾的凈生殖率(R0)最大，其次為豇豆葉，取食四季豆葉的最低，說明草地貪夜蛾在玉米和豇豆上的爆發(fā)危害潛能較高，在四季豆上爆發(fā)危害的潛能較?。蝗∈秤衩兹~平均時(shí)代歷期(T)為34.54±0.31 d，顯著短于豇豆葉和四季豆葉處理的35.38±0.57 d和36.14±1.04 d(F2，129=25.916，P<0.001)；取食3種不同寄主的草地貪夜蛾種群內(nèi)稟增長率(rm)、周限增長率(λ)變化趨勢一致，均表現(xiàn)為玉米葉處理最高，豇豆葉次之，四季豆葉最低。整體而言，取食玉米葉的草地貪夜蛾種群增長能力最強(qiáng)，取食四季豆的增速較慢。

表3 取食3種寄主植物對(duì)草地貪夜蛾繁殖參數(shù)的影響Table 3 Effects of fecundity parameters of Spodoptera frugiperda fed on 3 host plants

2.4 草地貪夜蛾成蟲對(duì)不同寄主的產(chǎn)卵選擇性

草地貪夜蛾成蟲產(chǎn)卵行為對(duì)不同寄主具有明顯的選擇性。選擇寄主玉米的卵塊數(shù)、單雌著卵量以及植物著卵率均高于豇豆和四季豆處理。其中，在玉米和豇豆產(chǎn)卵選擇試驗(yàn)中，草地貪夜蛾選擇玉米的著卵塊數(shù)為18.67±5.17塊，顯著高于豇豆上的1.67±0.33塊(t=3.278，df=6，P=0.031)；選擇玉米的著卵量占植物著卵量的95.81%±1.90%，其平均單雌著卵量為695.33±31.37粒，為豇豆處理的23.35倍，差異顯著(t=19.546，df=6，P=0.001)(表4)。在玉米與四季豆產(chǎn)卵選擇試驗(yàn)中，玉米處理的著卵塊數(shù)(t=4.542，df=6，P=0.010)和單雌著卵量(t=3.686，df=6，P=0.021)分別為37.00±6.08塊和716.68±154.65粒，顯著高于四季豆處理的9.33±0.33塊和146.17±6.29粒(表5)。

表4 草地貪夜蛾成蟲對(duì)玉米和豇豆的產(chǎn)卵選擇性Table 4 Oviposition preference of Spodoptera frugiperda to maize and cowpea

表5 草地貪夜蛾成蟲對(duì)玉米和四季豆的產(chǎn)卵選擇性Table 5 Oviposition preference of Spodoptera frugiperda to maize and kidney bean

其產(chǎn)卵行為對(duì)不同寄主部位也表現(xiàn)出選擇性。草地貪夜蛾傾向于在玉米植株葉片背面上產(chǎn)卵，表現(xiàn)出較高的嗜好性，其次為玉米葉正面，在玉米莖稈、四季豆葉片正背面、四季豆莖稈、豇豆葉片正背面、豇豆莖稈上的著卵量較少。在玉米和豇豆選擇試驗(yàn)中，草地貪夜蛾約96%的卵量選擇產(chǎn)在玉米葉片上，而玉米葉片背面的著卵量約占植物著卵量的66.35%，顯著高于玉米葉片正面的22.44%(t=6.911，df=6，P=0.002)(圖1-A)；在玉米和四季豆選擇試驗(yàn)中，玉米葉片背面的著卵量為3 323.33粒/籠，占植物著卵量的64.81%，顯著高于玉米葉片正面的682.67粒/籠(t=6.490，df=6，P=0.003)(圖1-B)。

圖1 草地貪夜蛾在玉米、豇豆和四季豆不同部位的產(chǎn)卵量Fig.1 Fecundity of Spodoptera frugiperda on different parts of maize,cowpea and kidney bean

3 結(jié)論與討論

在長期的協(xié)同進(jìn)化過程中，植食性昆蟲的種群繁衍很大程度上取決于能否尋找到合適的寄主植物并獲得足夠的營養(yǎng)。植食性昆蟲在尋找寄主取食過程中不僅會(huì)受到寄主植物揮發(fā)物的影響，寄主的基本形態(tài)、植物營養(yǎng)組成等也是決定其取食選擇的重要影響因子(Zaluckietal.,2002;Piyasaengthongetal.,2016)。同時(shí)，寄主在長期的選擇壓力下，也會(huì)迫于植食性昆蟲選擇表現(xiàn)出相應(yīng)的防御策略，即表現(xiàn)出一定的抗蟲性，包括抗生性、不選擇性和耐害性(劉歡等,2021)。本文研究結(jié)果表明，草地貪夜蛾低齡幼蟲(1～2齡)不僅對(duì)嗜食寄主玉米葉表現(xiàn)出較強(qiáng)的選擇性，對(duì)豇豆葉和四季豆葉也表現(xiàn)出嗜好性，但高齡幼蟲(3齡和5齡)對(duì)不同寄主組織的取食偏好性降低。這和前人的研究，隨著齡期的增長，草地貪夜蛾幼蟲對(duì)寄主玉米的取食偏好性逐漸減弱結(jié)果類似(黃芊等,2019;姚領(lǐng)等,2020)。由于本試驗(yàn)所用的豇豆葉和新鮮豇豆、四季豆葉和新鮮四季豆為不同品種，可能會(huì)對(duì)幼蟲取食選擇產(chǎn)生一定影響。而草地貪夜蛾低齡幼蟲和高齡幼蟲對(duì)寄主取食偏好性差異則可能與高齡幼蟲活動(dòng)能力強(qiáng)、能自主選擇取食寄主植物有關(guān)(Luginbill,1928)。

草地貪夜蛾作為一種多食性害蟲，具有廣泛的寄主適應(yīng)性，但不同寄主營養(yǎng)成分的差異會(huì)對(duì)草地貪夜蛾等植食性昆蟲的生命周期及種群變化趨勢產(chǎn)生不同影響(劉蓬等,2016;Wuetal.,2019;楊普云等,2019)。一般情況下，取食嗜食寄主存活率高、發(fā)育歷期短，而取食非嗜食寄主死亡率高、發(fā)育歷期長。前人的研究顯示，草地貪夜蛾取食水稻、甘蔗、高粱、小蔥等寄主的發(fā)育歷期明顯降低，結(jié)果均表明植物中玉米是草地貪夜蛾最適寄主植物(黃芊等,2019;湯印等,2020)。本研究結(jié)果顯示，草地貪夜蛾取食玉米葉、豇豆葉和四季豆葉等玉米型寄主植物均可完成世代繁衍，但取食豇豆葉和四季豆葉的幼蟲存活率、化蛹率及羽化率均顯著降低，幼蟲期和蛹期顯著延長，取食四季豆葉的成蟲壽命明顯縮短。Xieetal.(2021)研究顯示，取食四季豆葉的草地貪夜蛾可以完成生活史，各齡期幼蟲和蛹的存活率無顯著性變化，但其幼蟲、蛹的發(fā)育歷期顯著延長，蛹重顯著降低，成蟲壽命明顯縮短。肖勇等(2022)研究顯示，相比寄主玉米，取食豇豆葉的草地貪夜蛾幼蟲存活率顯著降低，幼蟲發(fā)育歷期顯著縮短，其蛹重和發(fā)育歷期無顯著變化。本研究結(jié)果和前人的部分研究結(jié)論不一致，而產(chǎn)生這一差異的原因可能是與所用實(shí)驗(yàn)種群、試驗(yàn)的條件以及寄主植物品種等不同有關(guān)(Xieetal.,2021;肖勇等,2022)。此外，相比嗜食寄主玉米，取食四季豆葉的草地貪夜蛾羽化率僅為12.50%，其平均單雌產(chǎn)卵量、內(nèi)稟增長率顯著降低，世代平均歷期顯著增長，表明草地貪夜蛾對(duì)四季豆的適生性相對(duì)較差；而取食豇豆葉的草地貪夜蛾世代平均歷期雖顯著增長，但其羽化率可達(dá)50%，且平均單雌產(chǎn)卵量未表現(xiàn)顯著變化，表明草地貪夜蛾對(duì)豇豆表現(xiàn)出一定的適生性。這也預(yù)示著當(dāng)草地貪夜蛾種群密度過大、嗜食寄主植物匱乏時(shí)，草地貪夜蛾存在轉(zhuǎn)移到非嗜食寄主如豇豆生境作為臨時(shí)過渡避難場所取食危害的風(fēng)險(xiǎn)。

寄主選擇是植食性昆蟲生命活動(dòng)中的重要行為。一般情況下，植食性昆蟲會(huì)選擇偏好寄主上產(chǎn)卵以利于其后代幼蟲生長發(fā)育(欽俊德和王琛柱,2001;徐蓬軍等,2019)。本文對(duì)草地貪夜蛾產(chǎn)卵選擇結(jié)果顯示，草地貪夜蛾成蟲傾向把卵產(chǎn)在偏好性強(qiáng)的玉米寄主上，產(chǎn)在豇豆的卵量僅占總卵量的4.19%左右，產(chǎn)在四季豆的卵量約占18.23%，這與前期以玉米作為嗜食寄主測試草地貪夜蛾成蟲在煙草、禾本科雜草、豇豆等植物上的產(chǎn)卵選擇性結(jié)果一致(徐蓬軍等,2019;張?jiān)苹鄣?2021;肖勇等,2022)。本研究結(jié)果顯示，在不同寄主植物同時(shí)存在的情況下，草地貪夜蛾成蟲雖會(huì)主動(dòng)選擇相對(duì)嗜好寄主玉米產(chǎn)卵，但部分成蟲會(huì)選擇在豇豆和四季豆上落卵，由于其幼蟲在取食豇豆葉和四季豆葉均可完成生活史，推測草地貪夜蛾對(duì)這兩種寄主有潛在危害風(fēng)險(xiǎn)。因此，要特別注意對(duì)其在蔬菜與玉米鄰作區(qū)域的監(jiān)測預(yù)警工作，特別是玉米豆角高效立體套作栽培模式種植面積較大的地區(qū)。