南方根結(jié)線蟲侵染對烏桕癩皮夜蛾幼蟲生長發(fā)育和食物利用的影響*

高 旭，郭文鋒，唐 軍，周曉果，李曉瓊**

(1.廣西大學林學院，廣西森林生態(tài)與保育重點實驗室，廣西南寧 530004；2．廣西農(nóng)業(yè)科學院，廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點實驗室，廣西南寧 530007；3.廣西科學院，生態(tài)環(huán)境研究所，廣西南寧 530007)

在自然環(huán)境中，地上和地下植食性生物常通過共同的寄主植物發(fā)生復雜的相互作用，二者可通過直接途徑(產(chǎn)生毒性物質(zhì))[1]或間接途徑(如影響植物生長、代謝物及資源分配等)[2-5]產(chǎn)生相互影響，并對植物產(chǎn)生加性、協(xié)同或拮抗效應[6-8]。目前，地上-地下植食性生物間的互作及協(xié)同進化備受關(guān)注。例如，Kutyniok等[9]報道了甘藍蚜(Brevicorynebrassicae)取食使擬南芥(Arabidopsisthaliana)地下甜菜孢囊線蟲(Heteroderaschachtii)的數(shù)量降低；Wurst等[10]研究證明，車前草(Plantagolanceolata)地下部的穿刺根腐線蟲(Pratylenchuspenetrans)侵染使其地上部桃蚜(Myzuspersicae)的繁殖力降低；Kaplan等[11]發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線蟲(Meloidogyneincognita)促進了地上廣食性昆蟲粉紋夜蛾(Trichoplusiani)的幼蟲發(fā)育，而對專食性昆蟲煙草天蛾(Manducasexta)沒有顯著影響。因此，雖然目前對植食性生物進行了大量的研究，但大多數(shù)研究都集中在單一空間或生物種類，對地上-地下植食性生物間的互作研究相對較少[12-15]，同一寄主植物介導的地上-地下生物互作理論尚未完善[12,16]。

烏桕(Triadicasebifera)是一種大戟科(Euphorbiaceae)烏桕屬(Triadica)的喬木，具有較高的觀賞價值，同時也是一種應用前景廣闊的油料作物[17]。在我國，烏桕害蟲種類繁多，現(xiàn)已知的烏桕害蟲有190種[18,19]。其中，癩皮夜蛾(Gadirthafusca)與南方根結(jié)線蟲是嚴重危害烏桕葉片和根部的重要植食性生物[18,20]。癩皮夜蛾屬鱗翅目(Lepidoptera)夜蛾科(Noctuidae)，是烏桕上的一種專食性害蟲，其幼蟲共6齡，初始齡期取食量較小，3齡后取食量大增，可食完整株烏桕葉片，對烏桕生長造成嚴重危害[21]。南方根結(jié)線蟲作為世界上廣泛分布的一種植物寄生線蟲，是烏桕最為常見的地下病害之一[20]。前人研究表明，南方根結(jié)線蟲侵染能顯著抑制癩皮夜蛾在烏桕上的表現(xiàn)[14,20,22]。例如，Li等[14]研究發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線蟲與癩皮夜蛾間能產(chǎn)生拮抗效應，從而使烏桕受益；Yang等[15]研究認為，南方根結(jié)線蟲與癩皮夜蛾的互作受地下線蟲密度的影響較大。但這些研究只分析了南方根結(jié)線蟲侵染對癩皮夜蛾幼蟲的短期影響，未對幼蟲各個齡期進行研究，其化蛹表現(xiàn)也尚未可知。

鑒于癩皮夜蛾大齡幼蟲(3齡后)的暴食性及其對烏桕的危害性，本研究選用癩皮夜蛾3齡幼蟲為研究對象，以被南方根結(jié)線蟲侵染和未被侵染的烏桕植株作為處理組和對照組，分別取該植株葉片飼喂癩皮夜蛾幼蟲，比較不同齡期幼蟲生長發(fā)育和食物利用的差異，進而篩選出最大影響齡期，探究南方根結(jié)線蟲與癩皮夜蛾間的互作效應，為深入研究癩皮夜蛾的生物防治提供理論基礎，豐富地上-地下生物互作理論。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

將野外采集的烏桕種子浸泡于10 g/L洗衣液中2 d以去除外蠟質(zhì)層，采用濕沙層積法處理2個月打破休眠[22]。在溫室內(nèi)以裝有混合土壤(草炭土∶壤土=1∶1)的苗盤育苗。45 d后，選取大小相近的幼苗單獨移栽至花盆(高為16 cm，直徑為25 cm)中，定期澆水以保持土壤濕潤，并用100目尼龍網(wǎng)罩住烏桕幼苗以隔絕其他昆蟲[13]。2個月后，選取生長良好且長勢一致的幼苗供試。

試驗用癩皮夜蛾幼蟲采集自野外，并置于實驗室中飼養(yǎng)，多代繁殖后，取健康無病的3齡幼蟲供試。接種所需的南方根結(jié)線蟲在番茄苗上進行擴繁。

1.2 南方根結(jié)線蟲接種

參照劉維志[23]的方法配置1 000頭·mL-1的2齡南方根結(jié)線蟲幼蟲懸浮液。用打孔器于烏桕根部鉆5個約3 mm深的小孔，每個小孔注入2 mL的南方根結(jié)線蟲懸浮液(10 000頭·植株-1)，對照組則注入2 mL無菌水，然后將小孔用土壤覆蓋。30 d后，檢查線蟲侵染情況，挑選長勢一致且有明顯根結(jié)的植株開展生物測定。

1.3 生物測定

采集烏桕頂端完全展開的第4-5片葉飼喂癩皮夜蛾幼蟲，將3齡幼蟲(M0)與烏桕葉片(M1)稱重，放入墊有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿(直徑為10 cm)中，以封口膜密封并置于室溫下飼養(yǎng)，定期更換新鮮葉片、補充濾紙水分。實驗設置兩個處理(線蟲侵染烏桕和未被侵染烏桕)，每個處理重復15次。每24 h檢查一次癩皮夜蛾幼蟲的生長狀況和葉片取食狀況，觀察幼蟲是否蛻皮，記錄幼蟲各齡期發(fā)育歷期(N)及化蛹情況。蛻皮當天稱量幼蟲體質(zhì)量(Mt)并更換培養(yǎng)皿，收集剩余葉片及糞便，于60℃下烘干至恒重，得到剩余葉片干重(M2)及糞便干重(Mexc)。實驗設置完全對照，以校正葉片質(zhì)量(M1)和幼蟲質(zhì)量(M0、Mt)，換算為干重。采用Waldbauer[24]的方法計算各齡期幼蟲生長指標和食物利用參數(shù)，具體如下：

取食量Meat=M1-M2，

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

通過重復測量方差分析比較南方根結(jié)線蟲侵染對癩皮夜蛾不同齡期生長指標(蟲體質(zhì)量、相對生長率、發(fā)育歷期)及食物利用指標(取食量、食物利用率、近似消化率、食物轉(zhuǎn)化率)的影響，以線蟲侵染處理(線蟲侵染、對照)作為組間變量，以齡期作為組內(nèi)變量，并考慮二者的交互效應。不滿足球形假設的結(jié)果，采用Huynh-Feldt對自由度進行校正。采用獨立樣本t檢驗分析線蟲侵染對癩皮夜蛾化蛹率的影響。所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 23.0進行統(tǒng)計分析，采用SigmaPlot 12.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 線蟲侵染處理對不同齡期癩皮夜蛾生長發(fā)育的影響

癩皮夜蛾幼蟲的蟲體質(zhì)量、相對生長率及發(fā)育歷期在不同齡期間存在極顯著差異，齡期×線蟲侵染處理互作對蟲體質(zhì)量和相對生長率產(chǎn)生顯著的交互影響(表1)。隨著齡期的增加，幼蟲蟲體質(zhì)量逐漸升高，發(fā)育歷期逐漸變長，而相對生長率則逐漸降低(圖1)。與對照相比，南方根結(jié)線蟲雖然顯著提高了癩皮夜蛾4齡幼蟲的相對生長率，但卻顯著降低了5齡和6齡幼蟲的蟲體質(zhì)量以及5齡幼蟲的相對生長率[圖1：(a)(b)]。此外，線蟲侵染處理顯著降低了癩皮夜蛾的化蛹率(t=2.269,P=0.034)，線蟲侵染處理下的化蛹率與對照相比降低了約33.3%(圖2)。

表1 癩皮夜蛾幼蟲發(fā)育參數(shù)的方差分析

Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05)

Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05)

2.2 線蟲侵染處理對不同齡期幼蟲食物利用的影響

如表2所示，癩皮夜蛾幼蟲的取食量、食物利用率、近似消化率和食物轉(zhuǎn)化率在不同齡期間存在極顯著差異；線蟲侵染處理能顯著影響癩皮夜蛾幼蟲的取食量、近似消化率和食物轉(zhuǎn)化率；齡期×線蟲侵染處理互作對癩皮夜蛾幼蟲的食物利用率產(chǎn)生顯著的交互影響。隨著齡期的增加，幼蟲取食量逐漸增大，近似消化率先降低后略微回升，食物利用率和轉(zhuǎn)化率則先升高后降低(圖3)。與對照相比，線蟲侵染處理使癩皮夜蛾4齡幼蟲的食物轉(zhuǎn)化率和食物利用率顯著升高，但6齡幼蟲的取食量和近似消化率卻顯著降低(圖3)。

表2 癩皮夜蛾幼蟲食物利用的方差分析

Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05)

3 討論

通過比較不同齡期幼蟲的生長發(fā)育指標，可以明確幼蟲的生長和營養(yǎng)效應，評價食物對植食性生物的影響[25-27]。本研究發(fā)現(xiàn)，癩皮夜蛾幼蟲的相對生長速率、取食量、消化率、食物利用率等指標在不同齡期間差異顯著。申思等[27]研究蝦鉗菜披龜甲(Cassidapiperata)幼蟲也發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象。食物利用率可以反映昆蟲攝取的食物轉(zhuǎn)化為生物量的效率，是昆蟲食物利用的一項重要指標，食物被轉(zhuǎn)化為身體組成的比例越高，越有利于昆蟲的生長發(fā)育[28]。本研究中，癩皮夜蛾6齡幼蟲的取食量達到最高，但相對生長率、食物利用率和食物轉(zhuǎn)化率卻大幅度降低，可見6齡幼蟲所攝取的大部分食物并未轉(zhuǎn)化為生物量。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)南方根結(jié)線蟲侵染顯著提高了癩皮夜蛾4齡幼蟲的食物利用率和轉(zhuǎn)化率。較高的食物轉(zhuǎn)化率能在一定程度上補償消化率降低所帶來的不利影響，短暫地促進4齡幼蟲的生長發(fā)育。該結(jié)果說明癩皮夜蛾幼蟲具有一定的補償和調(diào)節(jié)能力，可在一定程度上抵消不利環(huán)境因素的影響。這種較高的食物轉(zhuǎn)化率可能是昆蟲自身的一種生理調(diào)節(jié)結(jié)果，其目的是維持自身的生理平衡，其他昆蟲如蝦鉗菜披龜甲[27]、斜紋夜蛾(Prodenialitura)[28]、稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocismedinalis)[29]、甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)[30]也發(fā)現(xiàn)有類似的現(xiàn)象。

空間分離的地上和地下植食性生物可通過相互影響對共同寄主植物形成加性、協(xié)同或拮抗效應，且地上-地下植食性生物間的互作受寄主植物種類[31]、植食性生物食性[20]、蟲口密度[15]、取食順序[32]、齡期[27]等諸多因素的影響。本研究中，癩皮夜蛾幼蟲取食被南方根結(jié)線蟲侵染烏桕植株的葉片后，與對照相比，其5齡、6齡幼蟲的蟲體質(zhì)量顯著降低，5齡幼蟲的相對生長率以及6齡幼蟲的取食量、近似消化率和化蛹率均顯著降低，說明線蟲侵染能抑制癩皮夜蛾化蛹，降低了化蛹的成功率，從而間接減少了烏桕上癩皮夜蛾的種群數(shù)量。前人研究也發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線蟲對癩皮夜蛾存在拮抗效應[14,20,22]，主要是由于植食性生物脅迫能誘導植物在營養(yǎng)、次生代謝物質(zhì)、揮發(fā)性物質(zhì)等方面發(fā)揮作用[1-5,33,34]。Yang等[15]發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線蟲侵染顯著提高了烏桕葉片中類黃酮和單寧的含量。劉亞珍等[35]發(fā)現(xiàn)，線蟲侵染會顯著降低烏桕的胞間CO2濃度、氣孔導度和葉綠素含量。陳書霞等[32]也發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線蟲能提高黃瓜植株的過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)及總酚含量。以上因素均能影響昆蟲的取食選擇及對食物的吸收利用。

本研究雖然探討了南方根結(jié)線蟲對癩皮夜蛾不同齡期幼蟲生長發(fā)育的影響，但并未考慮不同齡期幼蟲生理代謝差異與其響應機制的相關(guān)性。植物與昆蟲在長期的相互作用和共同進化過程中形成了復雜的適應機制[36]，植食性生物為克服植物防御也相應地進化出一系列反防御策略[37,38]。Ji等[39]發(fā)現(xiàn)，褐飛虱(Nilaparvatalugens)可通過β-1,4-葡聚糖酶(NIEG1)降解植物細胞壁中的纖維素并規(guī)避茉莉酸(JA)和茉莉酸與異亮氨酸的偶聯(lián)物(JA-Ile)介導的水稻防御反應。Yuan等[40]研究發(fā)現(xiàn)，解毒酶在美國白蛾(Hyphantriacunea)體內(nèi)的解毒作用隨著齡期的增加越來越顯著。此外，朱香鎮(zhèn)等[41]發(fā)現(xiàn)，綠盲蝽(Apolyguslucorum)受到不同濃度外源次生物質(zhì)脅迫后，昆蟲體內(nèi)保護酶和解毒酶被激活的程度不同。因此，可以推測南方根結(jié)線蟲與癩皮夜蛾不同齡期間的互作效應可能也與昆蟲各齡期的生理代謝及植物次生代謝物濃度有關(guān)。后續(xù)將繼續(xù)探究昆蟲解毒酶及植物次生代謝物濃度在地上-地下植食性生物互作中的影響，以期進一步闡明不同空間植食性生物之間的互作機制，豐富地上-地下互作理論。

4 結(jié)論

南方根結(jié)線蟲侵染對癩皮夜蛾幼蟲生長發(fā)育的影響因齡期而異，線蟲侵染雖然顯著提高了癩皮夜蛾4齡幼蟲的相對生長率、食物利用率和食物轉(zhuǎn)化率，但卻抑制了其末齡幼蟲的生長發(fā)育及化蛹。本研究結(jié)果表明，南方根結(jié)線蟲與癩皮夜蛾間總體上形成一種拮抗效應，從而對烏桕植株形成加性效應，間接減輕了癩皮夜蛾對烏桕的危害。