根结线虫侵染对虾钳菜披龟甲幼虫发育的影响

申思， 郭文锋， 覃海蓉， 李晓琼,3

(1.广西大学林学院广西森林生态与保育重点实验室，广西 南宁 530004； 2.广西农业科学院广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室，广西 南宁 530007； 3.广西友谊关森林生态系统定位观测研究站，广西 凭祥 532600)

在自然环境中，同一寄主植物上的地上和地下植食性天敌通常会发生复杂的相互作用。植物根部会接收来自植物地上部分诱导生成的化学防御物质和信号物质，进而对地下植食性天敌产生影响，反之亦然[1-3]。寄主植物的生长和适合度、防御物质含量和种类会受地上和地下天敌相互作用的影响，从而间接影响其他植食性天敌的行为和适合度[4]。外来植物在入侵到新生境的过程中，会遭受当地地上、地下植食性昆虫的胁迫，重新建立生物间复杂的互作关系[5-7]。研究新生境中地上、地下植食性天敌互作及其对入侵植物的影响，能更好地阐明入侵植物应对新生境下不同空间天敌互作的响应机制。然而，目前的大多数研究都集中在入侵植物对单一种类或单一空间天敌胁迫的响应[8-10]。

空心莲子草Alternantheraphiloxeroides是一种原产于南美洲的全球性恶性杂草[11]，具有很强的入侵性、表型可塑性和繁殖能力，可于多种生境条件下生长且难以控制[12]。为了防控空心莲子草蔓延，中国于1986年从美国佛罗里达州引进了其专食性天敌莲草直胸跳甲Agasicleshygrophila，现已在中国多地建立起了自然种群[13,14]。但莲草直胸跳甲只对水生型空心莲子草有比较好的控制效果，对陆生型空心莲子草的防治效果并不理想。因此，未来对空心莲子草的生物防治应多关注中国本土植食性天敌。其中，虾钳菜披龟甲Cassidapiperata属鞘翅目、铁甲科，是中国的一种寡食性昆虫，其寄主主要有藜、小藜、刺苋、莲子草和空心莲子草等苋科、黎属植物。随着藜等原寄主植物在自然环境中的逐渐减少和空心莲子草入侵成功后的大量扩散，空心莲子草已成为了虾钳菜披龟甲的一种新的重要寄主[15]。南方根结线虫Meloidogyneincognita是世界上广泛分布的一种植物寄生线虫[16]，其能够寄生在空心莲子草根部，并对它造成严重危害[17-19]。因此，根结线虫与虾钳菜披龟甲的协同作用有可能对空心莲子草的防治产生协同或拮抗效应。本研究采用被根结线虫侵染的空心莲子草叶片喂养虾钳菜披龟甲幼虫，比较根结线虫侵染对不同龄期虾钳菜披龟甲幼虫的生长发育和食物利用情况的影响，期望进一步阐明入侵植物介导的入侵地不同空间天敌的互作机制，为深入研究空心莲子草的入侵机制及其生物防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料的准备

参照陈燕丽等[20]的方法，对空心莲子草进行扦插育苗。选择生长良好的空心莲子草植株，剪取直径约3～4 mm、中心带有1个茎节、两边长度分别约2 cm的地上茎段若干。在装有混合土样(m(草炭土)∶m(壤土)=1∶1)的苗盘(54 cm×28 cm，48个孔穴)中插入茎段，每穴2株。种植30 d后，将空心莲子草的幼苗移栽至塑料花盆(直径=25 cm，高=16 cm)，并以100目的尼龙网罩住花盆，以隔绝其他昆虫干扰。

从野外采集所需的虾钳菜披龟甲成虫，带回实验室进行饲养。参照马瑞燕等[21]的方法，将成虫放在盛有新鲜空心莲子草的容器(直径=10 cm，高=18 cm，用纱布覆盖)中饲喂，获得经多代繁殖的虫卵，孵化后从中挑选龄期相同、生长状态良好的1龄幼虫进行试验。采用健康无病且长势良好的番茄苗根系对南方根结线虫进行繁殖培养。

1.2 根结线虫接种

在空心莲子草移栽20 d后对其幼苗进行线虫接种。参照刘维志[22]的方法，配置10 000头·mL-1的2龄根结线虫幼虫悬浮液。在空心莲子草根部用打孔器钻3个深度大约3 mm的小孔，注入2 mL根结线虫悬浮液，对照组则注入2 mL无菌水，然后将小孔用土壤覆盖。种植30 d后，检查空心莲子草被线虫侵染的情况，从中挑选长势一致、且有明显根结的植株进行试验。

1.3 虾钳菜披龟甲生物测定

试验设置2个处理(接种线虫×空心莲子草、不接种线虫×空心莲子草)，每个处理重复21次。将虾钳菜披龟甲幼虫称重，并选取1～2根植株顶端嫩枝称重，将二者放置在垫有湿润滤纸的培养皿(直径=9 cm)中，用封口膜密封培养皿，以减少水分蒸发和防止幼虫逃出。试验期间保持室温为26 ℃，光周期为L∶D=16 h∶8 h。每天检查幼虫的生长情况、空心莲子草嫩枝被取食情况和培养皿内的水分情况，定期对植物进行更换并对滤纸水分进行补充。在幼虫换龄后，称取剩余植物重量和幼虫体质量，并计算取食量。收集幼虫粪便，于60 ℃下烘干后称重。最后，在幼虫化蛹后，称量蛹重，并记录化蛹数。采用WHEELER等[23]的方法对虾钳菜披龟甲的生长和营养利用指数进行计算。

幼虫成活率=幼虫成活数/初始幼虫总数×100%

幼虫化蛹率=化蛹数/末龄幼虫数×100%

取食量=饲喂嫩枝总重量-剩余嫩枝总重量

近似消化率=(取食量-粪便量)/取食量×100%

食物转化率=(幼虫重量-前一龄期幼虫重量)/(取食量-粪便量)×100%

1.4 数据分析与统计

采用SPSS 18.0软件对数据进行统计分析。通过重复测量方差分析，以龄期为组内变量，以线虫处理(接种线虫、未接种线虫)为组间变量，并考虑二者的交互作用，评估其对不同龄期虾钳菜披龟甲生长发育(虫体质量、成活率)和食物利用情况(取食量、近似消化率、食物转化率)的影响。用SigmaPlot 12.5进行作图。

2 结果与分析

2.1 线虫处理对不同龄期虾钳菜披龟甲生长发育的影响

虾钳菜披龟甲幼虫的虫质量(F2.8,110.5=3 528.656，P<0.001)和成活率(F5,35=29.065，P<0.001)在不同龄期间存在极显著差异(表1)，且随着龄期的升高，幼虫的质量逐渐升高、成活率逐渐降低。龄期×线虫处理仅对虾钳菜披龟甲幼虫的质量有显著的交互影响(F2.8,110.5=3.904，P=0.013)，可显著增加3龄幼虫的虫质量(F1,40=15.937，P<0.001)，而对其余龄期的虫质量无显著影响(图1)。与此不同的是，线虫侵染显著降低了虾钳菜披龟甲幼虫的化蛹率(F1,7=8.397，P=0.023)，对其他5个龄期幼虫的成活率虽均有一定程度的降低，但无显著差异(图2)。

表1 虾钳菜披龟甲幼虫虫质量和成活率差异的方差分析表Table 1 ANOVA results of the weight and survival rate of Cassida piperata larvae

注：不同字母表示在P<0.05水平上有显著性差异。下同。

图2 根结线虫侵染对不同龄期虾钳菜披龟甲幼虫成活率的影响Fig.2 Effects of nematode infestation on the survival rate of different instar Cassida piperata larvae

表2 虾钳菜披龟甲幼虫取食量、近似消化率和食物转化率差异方差分析表

2.2 线虫处理对不同龄期虾钳菜披龟甲幼虫食物利用的影响

虾钳菜披龟甲幼虫的取食量(F2.8,111.8=104.280，P<0.001)、近似消化率(F2.7,108.9=56.877，P<0.001)和食物转化率(F3.2,127.8=48.949，P<0.001)在不同龄期间均有极显著的差异(表2)，且随着龄期增加，幼虫的取食量逐渐升高、消化率逐渐降低、食物转化率则呈现先升高后降低的趋势。龄期×线虫处理对虾钳菜披龟甲的食物转化率有显著的交互影响(F3.2,127.8=3.827，P=0.010)，线虫侵染显著提高了1龄幼虫的食物转化率(F1,40=14.505，P<0.001)，但对其余龄期幼虫的食物转化率无显著影响(图3)。

图3 根结线虫侵染对不同龄期虾钳菜披龟甲幼虫食物转化率的影响Fig.3 Effects of nematode infestation on the food conversion rate of different instar Cassida piperata larvae

3 结论与讨论

在本研究中，虾钳菜披龟甲幼虫发育在不同龄期间存在显著差异：在低龄时生长速度较慢，高龄幼虫则生长较快。随着龄期增加，幼虫的消化率和成活率逐渐降低，虫重、取食量和食物转化率逐渐升高，且末龄幼虫(5龄)平均每天的增重幅度减小、食物转化率大幅降低，这是由于5龄幼虫摄食的大部分叶片并未进入消化系统吸收利用，而是留用以备化蛹。郭建国等[24]研究马铃薯甲虫Leptinotarsadecemlineata幼虫食物利用情况时也得出类似结论。这些结果表明，根结线虫侵染空心莲子草后，会抑制虾钳菜披龟甲(尤其是蛹)的生长发育，从而间接降低虾钳菜披龟甲对空心莲子草的取食胁迫。

测定植食性昆虫的取食量、消化、利用、转化等营养指标，可以准确地了解不同食物对昆虫的营养效应，是研究植食性昆虫与植物关系的常用方法。近似消化率和食物转化率是昆虫对食物利用的重要指标，即被转化为身体组成和能量的比例越高，昆虫生长发育越快。在本研究中，1龄的虾钳菜披龟甲幼虫取食被根结线虫侵染的空心莲子草后，其食物转化率显著提高，表明在取食受线虫侵染的空心莲子草叶片后，虾钳菜披龟甲幼虫对食物有较高的转化能力。虾钳菜披龟甲的近似消化率和食物转化率的高低顺序总是不一致，但总体来说，消化率和取食量与食物转化率呈反比关系。分析认为，虾钳菜披龟甲在取食被根结线虫侵染的叶片后，所测得的低取食量、低消化率和高食物转化率是昆虫自身生理调节的结果，其目的是获得一种自身的生理平衡，这也与朱俊洪等[25]和项瑶等[2]对斜纹夜蛾Spodopteralitura的研究结果类似。另外，消化率的降低与植物生化物质含量的改变有关，线虫侵染可能会导致空心莲子草的总酚、单宁和黄酮等次生物质改变，从而影响虾钳菜披龟甲的取食。

空间分离的地上、地下植食性生物通常会通过共同寄主植物发生复杂的相互作用[26]。本研究发现，虾钳菜披龟甲幼虫在取食被线虫侵染的空心莲子草叶片后，其化蛹率显著降低。项瑶等[6]也发现南方根结线虫侵染会抑制空心莲子草上专食性昆虫莲草直胸跳甲的生长发育，WEI等[27]也发现根结线虫侵染会降低虾钳菜披龟甲对空心莲子草的胁迫程度，因而，根结线虫侵染会潜在影响虾钳菜披龟甲对空心莲子草的防控效果。另外，刘亚珍等[28-29]在乌桕Triadicasebifera与不同空间天敌的互作研究中发现，在根结线虫的胁迫下，专食性天敌癞皮夜蛾Gadirthainexacta胁迫能显著降低乌桕的气孔导度、胞间CO2摩尔分数和叶绿素含量，显著增加乌桕的地上生物量和总生物量，但广食性天敌斜纹夜蛾胁迫并未对乌桕的生理生态产生显著影响。由此可见，根结线虫对地上植食性生物的影响受天敌食性、种类、寄主植物种类等诸多因素的影响。