莲草直胸跳甲跗节对寄主选择及产卵的影响

原曼绿，李霜，李娜，王苑馨，贾栋，马瑞燕

（山西农业大学植物保护学院，山西太谷030801）

喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides（Mart.）Griseb，属苋科 Amaranthaceae，莲子草属Alternanthera，多年生草本植物。原产于南美洲［1，2］，现 在为全球性 入侵杂草 。莲草直 胸 跳甲Agasicles hygrophila，属鞘翅目 Coleoptera，叶甲科Chrysomelidae，是一种专食性天敌［3］。对莲草直胸跳甲进行适合度测试后发现，在29 种被测植物中，莲草直胸跳甲对莲子草属植物的适合度最高，且仅能在喜旱莲子草上完成生活史，表明莲草直胸跳甲专一性识别喜旱莲子草［4～6］。

李娜［7］发现莲草直胸跳甲触角可以识别不同状态下寄主植物的挥发物。植物挥发物是天敌昆虫寻找寄主植物的主要依据，植物在经历昆虫攻击或取食后，大多能释放出与健康植株不同的挥发物，昆虫能够区分寄主植物不同类型的挥发物［8］。如：桑天牛Apriona germariHope 可以识别不同危害状态下山核桃Juglans mandshurica释放的挥发物［9］，棉铃象甲Anthonomus grandisBoheman 通过识别棉花不同时期的挥发物以区分棉花生 长 时 期［10］，多 异 瓢 虫Hippodamia variegateGoeze 成虫可以识别健康植株、有瓜蚜Aphis gossypiiGlover 植株及蚜害植株挥发物［11］。在感知寄主植物挥发物中昆虫的嗅觉起重要作用，尤其是专食性天敌昆虫，对寄主植物的识别更为敏感［8］。

昆虫化学感受器是昆虫的重要结构之一，主要分布在触角上［12，13］，与昆虫识别寄主植物、交配产卵、选择栖息地等行为密切相关［14］；在昆虫的跗节、口器和产卵器上也有包括嗅觉感器、味觉感器等在内的化学感受器分布［15］。Sollai［16］发现雌性凤蝶Papilio hospiton跗节上的味觉感器可以感知寄主植物的挥发物，从而选择产卵位置；夏威夷果蝇Drosophilidae 产卵器上的化学感器有利于更好地识别寄主植物［17］；李霜［18］对莲草直胸跳甲跗节的电镜扫描发现，跗节上存在不同类型的化学感受器，如毛形感器、刺形感器、锥形感器等；杨平［19］发现花椒窄吉丁Agrilus zanthoxylumi化学感受相关基因分析发现气味受体（odorant receptor，OR）基因、离子型受体（ionotropic receptor，IR）基因和味觉受体（gustatory receptor，GR）基因这3 类化学感受相关基因在成虫触角中高表达，而在雌、雄成虫足中也发现这3 类化学感受相关基因；Chung 以及陆鹏飞［20，21］皆在研究中证明，刺形感器、锥形感器的主要功能是在昆虫中感知嗅味觉。

昆虫的嗅觉与化学感受蛋白密切相关［22］。付淑慧［23，24］对莲草直胸跳甲气味结合蛋白（odorant binding proteins，OBPs）OBP 基因进行组织表达分析后发现，OBP12、OBP14及AygOBP2在足上高表达，甘薯蚁象Cylas formicarius气味结合蛋白OBP 的表达谱分析和配体化合物结合分析中表明，CforOBP8 在其触角、跗节、口器、翅中均有表达，可以感受性信息素和寄主植物挥发物［25］。

由于跳甲跗节上化学感器的存在和化学感受蛋白的高水平表达，我们猜测跳甲的跗节存在一定的嗅味觉感知功能，能够影响其趋性及产卵。王璐璐的研究［26］表明，完全切除触角的黑腹果蝇Drosophila melanogaster依然能够产生对丙酸的产卵 趋 避 反 应 ；Ramaswamy［27］发 现 烟 芽 夜 蛾heliothis virescens的雌虫区分棉花Gossypium hirsutumLinn 和苦蘵Physalis angulateL. Solanaceae 时，至少需要一对完整跗节。本试验拟对莲草直胸跳甲跗节做不同的切除处理，分别在健康、机械损伤和虫害损伤的寄主植物上观察其选择趋性和成虫产卵情况，以明确莲草直胸跳甲的足跗节在寄主识别和成虫产卵中的作用，为了解专食性昆虫莲草直胸跳甲的寄主识别机制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试昆虫：莲草直胸跳甲采自山西农业大学农学院生物安全与生物防治研究基地，该种群常年在人工气候箱中（PRX-450C），温度（25±1）℃，光周期12 L∶12 D，湿度（80±5）%的条件饲养。选择羽化1 d 的雌雄成虫，在处理前饥饿12 h。在体视显微镜下，对供试昆虫进行不同的切除处理。为避免触角干扰，以切除触角的跳甲作为空白对照。在其基础上切除不同的跗节形成4 种不同处理的供试昆虫：切除触角和前足跗节；切除触角和中足跗节；切除触角和后足跗节；切除触角和全部跗节。将雌雄成虫分开，分别放入玻璃瓶中，待其适应4 h 后进行试验操作。

供试植物：喜旱莲子草，种植于山西农业大学生物安全与生物防治研究基地。

选取长势一致，茎高约12 cm，具有相同叶片数目的健康植株，洗净叶表面的泥土杂质，根部用湿润的棉花包裹，放入玻璃瓶中作为健康组植株待用。

选取长势一致，茎高约12 cm，具有相同叶片数目的健康植株，洗净叶表面的泥土杂质，根部用湿润的棉花包裹，用剪刀在每片叶子上剪出长为0.5 cm 的伤口，每株植物总共剪23～25 次，将其作为机械损伤处理组。

选取长势一致，茎高约12 cm，具有相同叶片数目的健康植株，洗净叶表面的泥土杂质，根部用湿润的棉花包裹，每株植物用50 头2 龄幼虫咬食24 h，将处理过的植株取出，用细毛笔把幼虫轻轻扫落，将其作为虫害损伤处理组。

1.2 试验方法

1.2.1 不同处理的莲草直胸跳甲对寄主植物的室内选择

使用Y-型嗅觉仪来测定供试昆虫的选择行为。试验时温度调至25 ℃，湿度80%，光源为Y-型嗅觉仪操作箱中的固定光源22 W。在操作箱中连接好Y-型嗅觉仪装置，用聚四氟乙烯管依次连接大气采样泵、Y-型管（主臂5 cm，侧臂20 cm，呈60 度角，内径2.5 cm）、流量计（两臂流量为250 mL·min-1）、水、活性炭。将处理好的莲草直胸跳甲（处理后4 h，性别相同），用细毛笔放入Y-型管主臂口，供试植物用镊子随机放入其侧臂管口处，放有植物的Y-型管侧臂记为A 气味臂，空白对照的侧臂为B 气味臂，3 种处理植物都是按照此方法放置。连好装置，打开大气采样泵开关，待试虫活动时开始计时，以其侧臂1/2 处为标准，观察并记录5 min 内莲草直胸跳甲对气味臂的选择情况，若5 min 内仍在主臂，没有选择任何一个气味臂的试虫计为不选择。试验中，每做5 头试虫更换新的Y-型管，使用过的Y-型管用75%的酒精清洗，再用蒸馏水清洗，高温烘干后再进行下一组试验。每组试验重复60 头。

1.2.2 不同处理的莲草直胸跳甲产卵的研究

将5 组不同处理的供试昆虫收集并交配，每个养虫瓶（8 cm 高 × 6 cm 内径）雌雄成虫各 10 头，在智能人工气候箱中给予足量的新鲜喜旱莲子草饲养，待其交配产卵，记录产卵总量及产卵位置，24 h 观察一次，连续观察10 d，每组重复6 次。

1.3 数据分析

用 Microsoft Excel 2019 整 理 数 据 ，用SPSS25.0 对莲草直胸跳甲的选择行为进行卡方检验并分析其差异显著性，利用单因素方差分析（One-way ANOVA）分析莲草直胸跳甲的产卵情况，用Tukey 法比较差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同切除处理莲草直胸跳甲对喜旱莲子草的选择

由图1～图3 可见，除切除触角（CA）外，4 种不同跗节处理的莲草直胸跳甲3 种状态寄主植物的选择数目表现出的趋性为：切除触角和前足跗节（CA+CP）的莲草直胸跳甲相对最多，切除触角和中足跗节（CA+CM）以及切除触角和后足跗节（CA+CH）的跳甲对植物的选择数目低于切除触角和前足跗节（CA+CP）的跳甲，切除触角和前中后全部跗节（CA+AT）的跳甲选择数目最少。其中切除触角和前足跗节（CA+CP）的雌虫对健康状态寄主植物的选择数目则表现为比切除触角和中足跗节（CA+CM）以及切除触角和后足跗节（CA+CH）的莲草直胸跳甲少（图1 A）。

切除触角和前足跗节（CA+CP）的雌雄跳甲对3 种寄主植物的选择数量均显著高于对照（健康植物：♀：χ² = 4.545，P= 0.033（图 1 A），♂：χ² = 4.840，P= 0.028（图 1 B）；机械损伤植物：♀：χ²= 3.903，P= 0.048（图 2 A），♂ ：χ² =4.172，P= 0.041（图 2 B）；虫害损伤植物：♀：χ² = 5.765，P= 0.016（图 3 A），♂ ：χ² =4.000，P= 0.046（图 3 B）），同样，切除触角和前中后全部跗节（CA+AT）的雌雄跳甲选择植物的数量均显著高于对照（健康植物：♀：χ² = 4.263，P= 0.039（图 1 A），♂：χ² = 6.368，P= 0.012（图 1 B）；机械损伤植物：♀：χ² = 6.000，P=0.014（图 2 A），♂：χ² = 4.840，P= 0.028（图 2 B）；虫害损伤植物：♀：χ² = 5.538，P= 0.019（图 3 A），♂：χ² = 4.481，P= 0.034（图 3 B）），而切除触角和中足跗节（CA+CM）以及切除触角和后足跗节（CA+CH）的雌雄跳甲选择植物的数量与对照无显著差异。

图1 不同切除处理莲草直胸跳甲在Y 管内对健康植物的选择Fig.1 Selection of A.hygrophila with different treatments to healthy host plants in Y-tube olfactometers

图2 不同切除处理莲草直胸跳甲在Y 管内对机械损伤植物的选择Fig.2 Selection of A.hygrophila with different treatments to mechanically damaged host plants in Y-tube olfactometers

图3 不同切除处理莲草直胸跳甲在Y 管内对虫害损伤植物的选择Fig.3 Selection of A.hygrophila with different treatments to herbivore attacked host plants in Y-tube olfactometers

不同切除处理的莲草直胸跳甲成虫在3 种寄主植物的选择数目表现为：虫害损伤植物＞机械损伤植物＞健康植物，切除触角和前足跗节（CA+CP）的雌虫对3 种寄主植物的识别比雄虫更敏感（F=5.000，df=（2，15），P＜0.05），其他 4种处理的莲草直胸跳甲成虫对3 种寄主植物的选择数目均无显著差异（表1）。

2.2 不同切除处理莲草直胸跳甲的产卵差异

不同切除处理的莲草直胸跳甲对其总落卵量差异性显著（F=185.680，df=（5，30），P＜0.05）。只切除触角（CA）的跳甲总落卵量最高为1 397.83粒，切除触角和中足跗节（CA+CM）（1 000.00粒）次之，切除触角和全部跗节（CA+AT）的跳甲最低为353.17 粒（图4A，图5）。切除触角和前足跗节（CA+CP）的跳甲与只切除触角（CA）的比较，总落卵量差异显著（F=185.648，df=（4，25），P＜0.05），表明中后足跗节参与跳甲的产卵行为；切除触角和后足跗节（CA+CH）的跳甲总落卵量与其他切除处理相比，差异显著（F=255.123，df=（4，25），P＜0.05），表明后足跗节对跳甲的产卵比前中足跗节作用更大；切除触角和全部跗节（CA+AT）的跳甲总落卵量与其他处理相比差异显 著 （F=185.648，df= （4，25） ，P＜0.05）（图4A）。

表1 Y 管内不同处理不同性别的莲草直胸跳甲对3 种寄主植物的选择Table 1 Selection of A.hygrophila with different treatment sand different genders to three host plants in Y-tube olfactometers

不同切除处理的莲草直胸跳甲在前10 d 的产卵结果表明，开始产卵的前两天内，跳甲的每日总落卵量差异显著（F=5.732，df=（4，25），P＜0.05；F=5.570，df=（4，25），P＜0.05），呈增加趋势，此外8 d，日总落卵量差异均不显著。只切除触角（CA）的跳甲随时间落卵总量在不断增加，至第9 d 变缓；切除触角和前中后全部跗节（CA+AT）的跳甲前3 天每日落卵总量持续增加，之后呈缓慢下降趋势；切除触角和前足跗节（CA+CP）、切除触角和中足跗节（CA+CM）及切除触角和后足跗节（CA+CH）的跳甲每日总落卵量稳定（图4 B）。

图4 不同切除处理莲草直胸跳甲在前10 d 的落卵量Fig.4 Egg numbers laid by A.hygrophila with different treatments over the first 10 days

莲草直胸跳甲的不同切除处理对其选择产卵位置有显著影响。同一切除处理的莲草直胸跳甲在叶片、瓶壁及滤纸上的落卵量差异显著（CA：F=8186.10，df=（2，15），P＜0.05，CA+CP：F=335.73，df=（2，15），P＜0.05，CA+CM：F=1 255.53，df=（2，15），P＜0.05，CA+CH：F=1 294.49，df=（2，15），P＜0.05，CA+AT：F=36.29，df=（2，15），P＜0.05），无论哪种切除处理，莲草直胸跳甲均将大量的卵产在叶片上。不同切除处理的跳甲产卵在叶片上的数目有显著差异（F=436.056，df=（4，25），P＜0.05），只切除触角（CA）的跳甲在叶片上的落卵量最高，而切除触角和全部跗节（CA+AT）跳甲在叶片上的落卵量最低。其他3 种处理落在叶片上的卵粒数为：切除触角和中足跗节（CA+CM）＞切除触角和前足跗节（CA+CP）＞切除触角和后足跗节（CA+CH）。不同切除处理跳甲在瓶壁和滤纸上的落卵量为：切除触角和全部跗节（CA+AT）＞切除触角和前足跗节（CA+CP）＞切除触角和中足跗节（CA+CM）＞切除触角和后足跗节（CA+CH）＞仅切除触角（CA），无差异显著。切除触角和前足跗节（CA+CP）的跳甲影响成虫对落卵位置的选择，表明中后足跗节可以降低跳甲在叶片上的落卵比例，增加了在瓶壁和滤纸上的落卵比例（图5）。

3 讨论

本文主要研究了不同切除处理的莲草直胸跳甲对3 种状态寄主植物的趋性行为，并观察其产卵情况，结果表明切除跗节能够影响莲草直胸跳甲对寄主植物的趋性、总落卵量和落卵位置。昆虫的跗节有支撑、攀爬、抱握、跳跃、捕捉、游泳等功能，Betz 的研究表明大眼隐翅虫属昆虫Stenus的跗节在水面上运动时起支撑作用，在植物表面跗节有攀爬作用［28］，谭江丽发现蚊蝎蛉Bittacus成虫通过3 对足跗节高度特化捕捉猎物［29］，而莲草直胸跳甲的后足为跳跃足，后足跗节能帮助完成跳跃［8］。

切除不同足跗节的莲草直胸跳甲对寄主植物的趋性不同。切除莲草直胸跳甲的触角和前足跗节（CA+CP）以及触角和全部跗节（CA+AT）对寄主植物的选择数目与对照差异显著，中、后足跗节贡献大于前足跗节。造成该结果的因素可能存在两点，一是前中后足跗节在莲草直胸跳甲运动能力上可能存在不同的影响。Federle 及Labonte发现亚洲织叶蚁Oecophylla smaragdina和竹节虫Carausius morosus的前足跗节与其运动相关［30，31］，而莲草直胸跳甲的后足为跳跃足，更有利于跳甲感知寄主后做出选择行为。二是前中后足跗节可能存在的化学感受器能够感受寄主植物的细微挥发物从而做出选择行为。李霜［18］对莲草直胸跳甲的跗节进行电镜扫描后发现，跗节上存在不同类型的化学感受器，如毛形感器、刺形感器、锥形感器等，其中中足跗节上的刺形感器数目较其他两对足跗节多，后足跗节上的锥形感器数目相对前、中足跗节多，因此推测跳甲跗节上刺形感器、锥形感器的数目可能与莲草直胸跳甲对寄主植物的趋性相关。

切除不同跗节后莲草直胸跳甲对于不同状态的寄主植物趋性不同。结果表明切除触角和前足跗节（CA+CP）的莲草直胸跳甲对不同状态的寄主植物具有显著选择差异。前足跗节对健康植物和机械损伤植物的识别更为敏感，而中后足跗节识别虫害损伤后寄主植物的能力更强。昆虫跗节具有识别寄主植物状态的能力［32］。李娜［8］的研究表明健康莲草直胸跳甲对不同处理下的寄主植物趋性反应不同，相较于健康植物和机械损伤植物，跳甲更喜欢虫害损伤的寄主植物，与本试验切除触角和前足跗节的选择趋性结果一致，与其他切除处理结果不同，这表明中后足跗节共同影响莲草直胸跳甲对寄主植物状态的选择。通过比较同样切除触角和前足跗节的莲草直胸跳甲雌雄成虫对不同状态寄主植物的选择，表明雌性莲草直胸跳甲的中后足跗节能够参与寄主植物状态的识别。

莲草直胸跳甲的后足跗节与成虫的总落卵量及在寄主植物叶片上的落卵量相关，且对莲草直胸跳甲的产卵定位起重要作用。莲草直胸跳甲触角和跗节的切除处理显著降低落卵量，李霜发现，3 对足跗节的长度不同，后足跗节最长，前、中跗节短，后足跗节的抱握功能在莲草直胸跳甲的交配中起重要作用，后足跗节的缺失影响跳甲的交配，进而影响产卵［18］，这与 Marion-Poll 在鳞翅目昆虫玉米螟Ostrinia nubilalisGuenee 中前足跗节影响其产卵的报道不同［33］。莲草直胸跳甲主要产卵位置在叶片上，而切除触角和全部跗节的莲草直胸跳甲在选择产卵位置上与其他处理有显著差异，表明莲草直胸跳甲的跗节对识别产卵位置产生积极作用。李霜［18］对莲草直胸跳甲的跗节进行电镜扫描发现，后足跗节上的锥形感器数目相对前、中足跗节多，而锥形感器可能与莲草直胸跳甲的产卵 相 关 。 付 淑 慧 及 王 亚 茹［23，24］对 莲 草 直 胸 跳 甲OBP 基因进行组织表达分析后发现莲草直胸跳甲的多个嗅觉感受蛋白OBP12、OBP14及AygOBP2在跗节中表达，可能与莲草直胸跳甲的寄主识别和寻找产卵地点相关。

切除触角和全部跗节（CA+AT）的莲草直胸跳甲对3 种处理的寄主植物有显著趋性并且在寄主植物上的落卵量显著降低，表明除了触角和跗节外，莲草直胸跳甲的其他部位可能也对寄主植物的识别和产卵有影响。秦玉川以及 Kemp［34，35］研究表明昆虫的口器也具有寄主定位功能，横斑瓢虫Coccinella transversoguttataFaldermann 的口器中上唇须对昆虫寻找寄主植物有重要作用［36］。Kumar［37］发现昆虫化学感觉系统也对昆虫的寄主定位、寻找配偶及产卵等行为至关重要，刘俊延［38］发现朱红毛斑蛾Phauda flammans幼虫头部下颚须的锥形感受器在寄主选择和繁殖等方面发挥关键作用。付淑慧和王亚茹［23，24］发现，莲草直胸跳甲的头部、翅、腹部等部位均存在OBP 基因的表达，推测除跗节和触角外，莲草直胸跳甲其余部分的化学感受器也参与其对寄主植物的选择和产卵的定位。

莲草直胸跳甲触角对不同状态下寄主植物挥发物的电生理反应和Y 管行为试验表明，莲草直胸跳甲的触角能够专一性识别寄主植物挥发物，而对跗节的研究知之甚少。本试验通过研究发现中后足跗节对莲草直胸跳甲的寄主定位影响较大，后足跗节对莲草直胸跳甲产卵作用较大。

4 结论

本文通过对莲草直胸跳甲跗节做不同的切除处理，分别在健康、机械损伤和虫害损伤的寄主植物上观察其选择趋性和成虫产卵差异的研究发现，在莲草直胸跳甲的3 对足跗节中，中后足跗节对莲草直胸跳甲的趋性作用影响最大，后足跗节对莲草直胸跳甲的产卵影响最大，有助于了解专食性昆虫莲草直胸跳甲的寄主识别机制，为昆虫跗节功能的研究奠定基础。