剪枝栎实象对寄主的产卵选择与剪枝行为的关系研究

李维， 赵倩倩， 张智英， 李玉辉， 葛佳， 胡劭骥

(1. 云南大学生态学与环境学院，昆明650091； 2. 云南师范大学旅游与地理科学学院，昆明650500； 3. 中国科学院昆明植物研究所，昆明650201； 4. 云南大学国际河流与生态安全研究院，昆明650091)

植食性昆虫对寄主植物的产卵选择是其生命活动中的一个重要环节，它关系到子代的成活和种群的繁衍(Thompson，1988)。了解植食性昆虫对寄主的产卵选择，对揭示其种群发生规律及综合防治均具有重要的理论意义和应用价值。剪枝栎实象MechorisursulusRoelofs隶属于鞘翅目Coleoptera卷叶象甲科Attelabidae，是危害多种壳斗科Fagaceae植物坚果的重要害虫。剪枝栎实象1年发生1代，8—10月产卵，产卵时具有剪断产卵果枝的特殊行为。雌虫在每个坚果上产1粒卵，少有产2粒(Fujii，1993；You & Kim，1994)。幼虫在坚果内发育成熟后钻出，入土越冬，翌年4—6月化蛹，5—7月成虫羽化出土后，取食寄主以补充营养，继而产卵危害寄主植物。Choi等(1993)对剪枝栎实象的生活史进行了研究；Park等(2000)使用滤纸扩散和烟熏的方法研究了中国肉桂Cinnamomumcassia树皮提取物对剪枝栎实象的熏蒸毒杀作用；You等(2001)研究了剪枝栎实象在韩国危害橡树的空间范围及危害程度；Koo等(2003)在实验室及Wang等(2015)在野外条件下研究了剪枝栎实象对同一寄主不同种子的产卵选择。剪枝栎实象产卵、剪枝主要发生在部分壳斗科植物中，但未见其对寄主植物的选择与剪枝茎杆直径、种子营养的关系报道，而这关系剪枝栎实象对寄主的选择及危害的机制。本研究在中国科学院昆明植物所植物园进行了壳斗科植物受剪枝栎实象危害调查、果枝直径及种子营养测量、室内幼虫饲养观测，以研究剪枝栎实象对寄主植物的选择机制，为进一步探索剪枝栎实象的发生危害规律及综合防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验样地

试验于云南省昆明市北郊黑龙潭(102°41′E，25°1′N，海拔1 980 m)的中国科学院昆明植物所植物园进行。园内设有10个专类植物种植区，其中，壳斗科植物种植区有29种植物：栗属Castanea(3种)、栲属Castanopsis(6种)、青冈属Cyclobalanopsis(4种)、石栎属Lithocarpus(5种)、栎属Quercus(9种)、水青冈属Fagus(1种)和三棱栎属Trigonobalanus(1种)。试验地属中亚热带内陆高原气候，干湿季分明，每年5—9月为雨季，年均降水量1 006.5 mm，平均相对湿度73%，年均温度14.7 ℃。土壤为典型的酸性红壤，pH5.59，有机质含量低。连续几年的调查显示，该园剪枝栎实象危害较重。

1.2 研究方法

1.2.1 样地剪枝栎实象危害情况从2011年8月上旬剪枝栎实象雌虫开始产卵起，调查壳斗科植物受剪枝栎实象产卵剪枝情况。在约667 m2锥连栎Quercusfranchetii样地和约667 m2槲栎Quercusaliena样地内，每天收集剪枝栎实象雌虫产卵后剪掉的果枝，其他寄主3～5 d收集1次。危害程度划分标准是：整个产卵期剪枝数0枝为无危害，0～750枝/千平方米为轻度，750～1 500枝/千平方米为中度，>1 500枝/千平方米为重度。2009年滇青冈Cyclobalanopsisglaucoides结果多，之后几年很少结果，因此，滇青冈的危害程度依据2009年调查数据确定。

1.2.2 剪枝栎实象产卵选择的影响因子Allision等(2004)和Holland等(2004)研究表明，常见昆虫产卵常与寄主自身营养状况或防御物质含量有关。在前期调查壳斗科植物受剪枝栎实象危害情况的基础上，进行样地内植物种子营养物质、防御物质含量分析，将分析结果与植物受危害情况进行相关性统计，包括锥栗Castaneahenryi、元江栲Castanopsisorthacantha、多穗石栎Lithocarpuspolystachyus、光叶石栎Lithocarpusmairei、锥连栎、栓皮栎Quercusvariabilis、柞栎Quercusmongolica和槲栎。

种子营养物质、防御物质分析：与昆虫生长发育有关的营养成分主要是蛋白质、脂肪等，而壳斗科植物防御昆虫寄生的次生代谢物质主要是单宁。因此，对8种植物的坚果进行了蛋白质、粗脂肪、粗纤维、单宁及含水量分析：蛋白质采用GB5009.5-2010、粗脂肪采用GB/T5009.6-2008、粗纤维采用GB/T5009.10-2003、单宁采用NY/T1600-2008、含水量采用烘干法。样品分析均由云南省农业科学院分析测试中心完成。

果枝茎杆直径测定：剪枝栎实象雌虫产卵前会先在离坚果约2 cm处的果枝茎杆用口器剪断只留下1层表皮，然后在坚果壳斗部位用喙蛀产卵孔，直达种子子叶，产卵后用喙将卵推入种子中，再用壳斗碎屑封堵产卵孔，然后将剪枝处余下的表皮剪断，使产有卵的果枝掉落地上，少数不剪断而任其留在树上。前期研究发现，这种剪枝行为关系到后代的存活，如不剪枝则后代不能完成发育(内部资料)。在调查样地，当剪枝栎实象开始产卵时，用游标卡尺测量上述植物离坚果2 cm处的茎杆直径。

室内接虫试验：采用人为接卵的方法，通过观察幼虫在上述植物种子中的生长发育情况，明确幼虫对这些植物种子的适生性，进一步判断剪枝行为对寄主选择的影响。野外收集剪枝栎实象当天在锥连栎上产卵后剪断的果枝，取出坚果中的卵并接到上述植物用锥子人工处理形成产卵道的新鲜种子中，每个种子接1粒卵，每种植物共接30粒卵。将接有卵的种子放入25 ℃的人工培养箱中，30 d后剖查种子，观察剪枝栎实象幼虫生长发育情况，并用电子天平称量幼虫体质量，统计幼虫存活率。

1.3 统计方法

采用双因素Person相关性分析坚果营养成分、单宁含量与剪枝栎实象危害程度、人为接卵幼虫存活率之间的相关性，显著性水平α=0.01。所有数据均使用SPSS 13.0进行处理。

2 结果与分析

2.1 剪枝栎实象危害情况

重度危害的有锥连栎(11 173枝/千平方米)、滇青冈(9 190枝/千平方米)，中度危害的有柞栎(1 355枝/千平方米)、槲栎(783枝/千平方米)、锐齿槲栎Quercusalienavar.acuteserrata(879枝/千平方米)，轻度危害的有栓皮栎(123枝/千平方米)、麻栎Quercusacutissima(114枝/千平方米)，无危害的有元江栲、光叶石栎、锥栗、多穗石栎等。

植物园及滇中地区野外调查结果显示，锥连栎及滇青冈是剪枝栎实象的主要寄主；栲属中除果枝茎杆较细的高山栲Castanopsisdelavayi在昆明西山被发现受害外，大多数未见受危害；一些栗属、石栎属的植物也不受其害。

2.2 剪枝栎实象寄主选择的影响因子

2.2.1 植物种子营养物质含量与受害程度的关系对样地内8种壳斗科植物种子的营养物质、含水量、单宁含量与植物受危害情况进行双因素Person相关性分析，结果显示，蛋白质、粗脂肪、粗纤维、含水量在剪枝栎实象寄主及非寄主种子之间无显著相关性，但主要寄主锥连栎的各种含量均较高；单宁和粗纤维在寄主种子中的含量高于非寄主；寄主种子的含水量较高；而寄主受危害的程度与这些物质的含量并无显著相关性(表1、表2)。

表1 8种壳斗科植物种子营养物质、含水量及单宁含量Table 1 Nutrition， water， and tannin contents of 8 Fagaceae seeds

注： —表示由于样本少未检测， 在进行相关性分析时以含量为0计算

Note： — due to the lack of samples， the correlation analysis is based on the content of zero

表2 寄主受危害程度与其种子营养和单宁含量的相关性Table 2 Correlation between damage degree of the hostand seed nutrition and tannin content

2.2.2 果枝茎杆与受害的关系调查表明，离坚果2 cm处的茎杆直径与危害程度有反序现象：茎杆直径<3.00 mm的危害重，如滇青冈(2.56 mm±0.48 mm)、锥连栎(2.08 mm±0.41 mm)、槲栎(1.77 mm±0.27 mm)、柞栎(2.93 mm±0.84 mm)；茎杆直径为3.00～4.00 mm的危害较轻，如栓皮栎(3.04 mm±0.50 mm)；茎杆直径>4.00 mm的无危害，如多穗石栎(6.04 mm±1.23 mm)和元江栲(6.18 mm±0.95 mm)。

2.2.3 人为接卵后剪枝栎实象幼虫存活率及与种子营养物质及单宁含量的关系人为接卵后剪枝栎实象幼虫存活率与种子营养物质和单宁含量的相关性不显著(表3)。剪枝栎实象幼虫在供试的寄主与非寄主种子中均能完成发育(表4)，其中，在危害程度为中和重的植物种子中的存活率为70%～80%；在危害程度较轻的栓皮栎种子中的存活率为46.7%，在非寄主种子中的存活率也在30%以上，而在多穗石栎中的存活率更高达70%。

表3 人为接卵后幼虫存活率与寄主种子营养物质和单宁含量的相关性Table 3 Correlation of larvae survival rateand nutrition and tannin content ofthe host seeds after artificial introduction

3 讨论

一般认为，亲代雌虫的产卵选择首先必须有利于后代个体的存活和生长发育，即所谓“优选-效能”理论(Catta-Preta & Zucoloto，2003)。由于石栎属和栲属许多种的果枝茎杆较粗，剪枝栎实象雌虫无法剪断或损伤，而在未剪断的果枝种子中其后代不能完成发育。因此，植物果枝茎杆直径可能是影响剪枝栎实象对寄主选择的重要因子。

表4 人为接卵后剪枝栎实象幼虫的生长情况Table 4 Growth of Mechorhis ursulus larvae afterartificial introduction

壳斗科植物对植食性动物防御策略存在物理与化学防御的权衡，即壳斗、种皮等物理防御投入多的植物，其种子中单宁等次生代谢物质或纤维素含量较少(Chenetal.，2012)。然而，在动植物长期的相互作用中，昆虫的适应演化能力似乎更强，对于植物这两方面的防御都有了相应的适应性进化。对于壳斗厚的坚果，象虫类的喙也随之变长，如榛实上的象甲Curculiospp.都具有较长的喙(Hughes & Vogler，2004)，且在各类植物种子中均有象甲寄生(Saraetal.，2010)。此外，象甲类由于身体小、体壳坚硬，如板栗剪枝象Cyllorhynchitescumulatus、板栗二斑栗象Curculiobimaculatus等，可以在长有尖刺的坚果上自由活动与产卵。而单宁含量较高的种子也有象甲寄生，如本研究的剪枝栎实象就能在种子单宁含量较高的锥连栎等植物中寄生。

在同一地点有多种寄主时，剪枝栎实象雌虫存在转移产卵的现象，且可能与寄主种子的成熟期有关。剪枝栎实象成虫5月初陆续羽化出土，7月底8月上旬，部分寄主种子可供剪枝栎实象幼虫的生长发育，雌虫便选择这些植物产卵，但这些寄主如麻栎、栓皮栎等由于果枝较粗，不适宜剪枝，所以受危害程度较轻，而果枝相对较细的柞栎则为主要的产卵对象。8月中旬以后，剪枝栎实象就以果枝较细的槲栎种子为主要的产卵对象。但8月下旬以后，由于槲栎种子快速生长，壳斗只包住了种子的1/3，且种子易于脱离壳斗，致使剪枝栎实象转移到如锥连栎、滇青冈等果枝较细且种子已长到可供幼虫完成发育的寄主上产卵。

植物结果大小年对动物取食影响的假说可能适宜解释其他动物或单食性昆虫，对寡食性和杂食性昆虫影响不大。因为这些昆虫有多种寄主，成虫期的雌虫可飞行选择当年有种子的寄主产卵。昆明植物所植物园种植的滇青冈是剪枝栎实象的主要寄主，近几年除2006年、2009年滇青冈种子为结果大年，其余年份结果很少，但这些年剪枝栎实象在其他寄主如锥连栎上的寄生较多，这可能也是植食性昆虫与植物长期相互作用的一种适应结果。