草地贪夜蛾对水稻的取食选择性、适合度及其与叶片生化物质含量的关系

王召　朱环　黄近等

关键词 草地贪夜蛾； 水稻； 取食选择； 适合度； 生化物质

中图分类号： Ｓ４３５．１３２ 文献标识码： Ａ DOI： １０．１６６８８／ｊ．ｚｗｂｈ．２０２２３１２

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda，隶属于鳞翅目Ｌｅｐｉｄｏｐｔｅｒａ夜蛾科Ｎｏｃｔｕｉｄａｅ，原分布于美洲热带和亚热带地区［１］，是一种被联合国粮农组织（ＦＡＯ）全球预警的跨国界重大迁飞性农业害虫，具有寄主种类多、适生区域广、繁殖倍数高、暴食为害重等特点［２３］。２０１８年１２月草地贪夜蛾从缅甸迁入中国云南普洱市［４］，随后迅速在全国扩散蔓延。据农业农村部发布的数据，截至２０２１年１０月，草地贪夜蛾已经在海南、广西、贵州、四川、河南、河北等２７省发生，其为害面积高达１３２万ｈｍ，对我国农业发展及粮食生产造成了重大影响。从前人的研究结果来看，入侵我国各地的草地贪夜蛾为一种特殊的玉米型品系［５６］，这种特殊的玉米型品系除严重为害其最适寄主玉米外，对水稻也具有潜在危害性。

水稻Oryza sativa是我国第一大粮食作物，２０２０ 年种植面积占全国农作物总播种面积的１８％［７］。在草地贪夜蛾周年繁殖区、迁飞过渡区和重点防范区，水稻均有较大面积种植。水稻原本就是草地贪夜蛾的重要寄主之一［８１０］，２０１９年８月在广西钦州灵山县武利镇水稻田发现草地贪夜蛾幼虫咬食分蘖初期的水稻叶片［１１］；２０２０年７月以来，福建漳州云霄县、湖北武穴大金镇和安徽无为陡沟社区均发现草地贪夜蛾为害水稻秧苗［１２１４］。室内研究表明，取食水稻秧苗的草地贪夜蛾能完成生长发育并繁殖后代，且表现出较强的适生性［１５１６］。在田间，尤其当种群密度过大或嗜食寄主植物缺乏时，其是否会被迫转移取食水稻，从而对水稻生产构成威胁尚不明确。植食性昆虫的行为指标和生物学指标，如取食选择性［１７１９］，幼虫发育历期、体重、阶段存活率、化蛹率、羽化率、成虫繁殖力等［２０２３］，在一定程度上反映出其对寄主植物的取食偏好和适应程度，而寄主植物的营养物质和次生代谢物质含量在很大程度上影响着昆虫的取食偏好及对寄主的适应性［２４２６］。目前关于草地贪夜蛾对不同品种水稻适应性的相关研究鲜有报道，水稻中生化物质含量对草地贪夜蛾取食影响的研究也未见报道。

鉴于此，本研究以不同水稻品种作为寄主，開展草地贪夜蛾幼虫对不同水稻品种的取食选择性研究，分析幼虫取食选择与水稻叶片生化物质含量（蛋白质、可溶性糖、总酚、单宁和类黄酮）的关系，进一步观察草地贪夜蛾在不同品种水稻上的生长发育和繁殖情况，以明确草地贪夜蛾在不同水稻品种上的适合度差异，以期为草地贪夜蛾的适生性分析、预警监测和综合防控提供理论参考。

１材料与方法

１．１供试虫源

草地贪夜蛾初始种群于２０１９年６月采自贵州省农业科学院周边玉米田，在人工气候培养箱内用人工饲料饲养１０代以上，建立实验室种群。饲养条件：温度（２５±１）℃，相对湿度（７０±５）％，光周期Ｌ∥Ｄ＝１６ｈ∥８ｈ。

１．２供试水稻品种

本试验共选取贵州主栽水稻品种１１个，分别为‘荃优２８０’（‘ＱＹ２８０’）、‘泰两优１８０８’（‘ＴＬＹ１８０８’）、‘科优２１’（‘ＫＹ２１’）、‘科两优３２１９’（‘ＫＬＹ３２１９’）、‘内６ 优５３８’（‘Ｎ６Ｙ５３８’）、‘桃湘优’（‘ＴＸＹ’）、‘内５优３０６’（‘Ｎ５Ｙ３０６’）、‘湘优６６’（‘ＸＹ６６’）、‘深两优３９５６’（‘ＳＬＹ３９５６’）、‘中浙优Ｈ７’（‘ＺＺＹＨ７’）、‘泰优３９０’（‘ＴＹ３９０’）。

水稻种子浸泡催芽后播种于塑料育秧盘（长５４ｃｍ，宽２８ｃｍ，高５ｃｍ）中，用纱网笼罩，避免虫害，整个生长期内不施加任何化肥和杀虫剂，获得健康的水稻苗备用。

１．３试验方法

１．３．１草地贪夜蛾幼虫对水稻叶片的取食选择性试验

取食选择性试验参照Ｈａｎ等［２７］的方法并略作改动。每个水稻品种随机选取幼嫩叶片１０片，剪成长度６ｃｍ 的叶段，用浸湿的脱脂棉包扎一端并包成１束，共计１１束。将１１束水稻叶片等距间隔随机摆放在垫有湿润滤纸的白色塑料圆盘（内径３２ｃｍ，高３．４ｃｍ）内，随后在圆盘中央接入６０头饥饿２ｈ的１龄幼虫，用保鲜膜封口，并在保鲜膜上扎出一定数量的小孔，让其在人工气候培养箱中，黑暗条件下自由取食，试验设１５次重复。接虫５ｈ后观察记录在不同水稻品种叶片上取食的幼虫数量，分别计算其取食选择率。对３龄幼虫取食选择性测定采用同样的方法，为避免高龄幼虫在密度高的情况下相互残杀，每个圆盘放入２０头饥饿５ｈ的３龄幼虫，试验设１５次重复。同样，接虫５ｈ后观察记录在不同水稻品种叶片上取食的幼虫数量，计算其取食选择率。取食选择率＝（取食某个水稻品种叶片的幼虫数／幼虫总数）×１００％。

１．３．２水稻叶片生化物质含量测定

每品种随机剪取适量的新鲜叶片，称重，剪成小段迅速放于盛有提取液的研磨管中，将研磨管置于冰盒中低温研磨成匀浆，迅速转移至离心管中，冷藏保存，每品种重复３次。采用蛋白含量测定试剂盒、植物可溶性糖含量试剂盒、植物总酚试剂盒、植物类黄酮试剂盒、单宁含量试剂盒（苏州科铭生物技术有限公司）分别测定水稻叶片相应物质含量，具体操作步骤按照说明书进行。

１．３．３草地贪夜蛾在不同水稻品种上的生长发育与繁殖指标观测

在透明塑料盒（长２２ｃｍ，宽１５．５ｃｍ，高８ｃｍ）底部垫一张湿润的滤纸，将１０段长度１０ｃｍ 的新鲜水稻叶片捆成束放在滤纸上，再接入草地贪夜蛾初孵幼虫（孵化时间＜１２ｈ），置于人工气候培养箱中，饲养条件与１．１相同。每品种设５次重复，每重复２４头幼虫，待幼虫生长至３龄后将其转入６孔培养板单头饲养，每天更换新鲜叶片并清洁培养板，直至化蛹，逐日观察幼虫发育情况、记录幼虫存活数及化蛹情况。收集同日羽化的成虫按雌∶雄＝１∶１配对移入含有１０％蜂蜜水浸湿脱脂棉球的一次性塑料杯中（口径７．５ｃｍ，底径５．０ｃｍ，高８．５ｃｍ），用脱脂纱布罩住杯口；每品种重复３次，每重复１０对，逐日观察记录成虫存活状态和产卵情况，直到成虫全部死亡。

计算草地贪夜蛾在不同水稻品种上的种群增长趋势指数（I）［２８］及相对适合度（F）［２９］。

I＝卵孵化率×幼虫存活率×化蛹率×羽化率×性比×繁殖力；

F＝I／I。

式中，I 为取食不同水稻品种的种群增长趋势指数，I 为取食‘Ｎ５Ｙ３０６’的种群增长趋势指数。

１．４数据处理与分析

利用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２００７对所有数据进行初步整理，采用ＳＰＳＳ１３．０进行单因素方差分析，百分数在方差分析前先进行反正弦转换，当方差具有齐次性时，采用Ｄｕｎｃａｎ氏新复极差法进行多重比较，当方差不具有齐次性时，采用Ｔａｍｈａｎｅ’ｓＴ２进行多重比较；采用Ｐｅａｒｓｏｎｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ分析草地贪夜蛾幼虫取食选择性与水稻叶片生化物质含量的相关性。

２结果与分析

２．１草地贪夜蛾幼虫对水稻叶片的取食选择性

如图１所示，草地贪夜蛾幼虫在不同水稻品种叶片上取食选择率存在差异。接虫后５ｈ，１龄幼虫表现出对‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’‘ＺＺＹＨ７’这３个品种存在较高的选择性，取食选择率分别达１４．１１％、１２．１１％和１３．６７％，而对其他８个品种的取食选择率均低于９％（图１ａ）。类似地，接虫后５ｈ，３龄幼虫对‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’‘ＺＺＹＨ７’这３个品种也表现出较高的取食选择性，选择率分别达１３．６７％、１４．３３％和１２．３３％，而对其他８个品种的取食选择率均低于１０％（图１ｂ）。综合试验结果，筛选出草地贪夜蛾幼虫取食选择率较高的３个品种（‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’‘ＺＺＹＨ７’）和取食选择率较低的３个品种（‘ＫＹ２１’‘ＴＹ３９０’‘ＴＸＹ’）进行后续试验。

２．２水稻叶片生化物质含量

不同水稻品种叶片生化物质含量如图２ 所示，水稻叶片的蛋白质含量以‘Ｎ５Ｙ３０６’最高，为４．４１ｍｇ／ｇ，与‘ＸＹ６６’和‘ＺＺＹＨ７’叶片的蛋白质含量无显著差异（犘＞０．０５），但显著高于‘ＫＹ２１’‘ＴＹ３９０’和‘ＴＸＹ’（犘＜０．０５）（图２ａ）。‘ＴＸＹ’叶片的可溶性糖含量最低，仅为６．９２ｍｇ／ｇ，显著低于其他５个品种（犘＜０．０５）（图２ｂ）。叶片的单宁含量以‘ＫＹ２１’最高，其次为‘ＴＹ３９０’，而这２个品种的单宁含量显著高于‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’和‘ＺＺＹＨ７’（犘＜０．０５）（图２ｃ）。‘ＴＸＹ’叶片的总酚和类黄酮含量最高，显著高于其他５个品种（图２ｄ，２ｅ）。

２．３草地贪夜蛾幼虫取食选择性与水稻叶片生化物质含量的关系

对草地贪夜蛾幼虫取食选择性与水稻叶片生化物质含量进行Ｐｅａｒｓｏｎ相关性分析，结果如表１所示。１龄幼虫的取食选择率与水稻叶片蛋白质、单宁、总酚和类黄酮含量均表现为不相关，与可溶性糖含量表现为显著正相关；类似地，３龄幼虫的取食选择率与水稻叶片蛋白质、可溶性糖、单宁和类黄酮含量均无相关性，与总酚含量表现为显著负相关。

２．４取食不同水稻品种对草地贪夜蛾生长发育和繁殖的影响

２．４．１各阶段的发育历期

不同水稻品种对草地贪夜蛾各阶段的发育历期有不同程度的影响（表２）。草地贪夜蛾取食‘Ｎ５Ｙ３０６’叶片后其１～３龄、４龄、６龄幼虫的发育历期最短，分别为６．２４、２．５２、３．１６ ｄ，与取食‘Ｎ５Ｙ３０６’的相比，取食‘ＴＸＹ’后其１～３龄、４龄、６龄幼虫的发育历期分别延长了１．２９、０．５５、１．３７ｄ，且两者之间差异显著（P＜０．０５）。取食不同水稻品种叶片的草地贪夜蛾５龄幼虫及预蛹发育历期没有显著差异（P＞０．０５）。草地贪夜蛾幼虫期取食‘ＫＹ２１’‘ＴＸＹ’‘ＸＹ６６’和‘ＴＹ３９０’的蛹历期间没有显著差异（P＞０．０５）；取食‘ＴＸＹ’后其蛹历期显著长于取食‘Ｎ５Ｙ３０６’和‘ＺＺＹＨ７’（P＜０．０５）。

２．４．２卵孵化率、幼虫存活率、化蛹率及成虫羽化率

草地贪夜蛾卵孵化率、幼虫存活率、化蛹率及成虫羽化率在不同水稻品种间均存在显著差异（表３）。取食‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’和‘ＺＺＹＨ７’的草地贪夜蛾卵孵化率、幼虫存活率、化蛹率及成虫羽化率均显著高于取食‘ＫＹ２１’‘ＴＸＹ’和‘ＴＹ３９０’的（P＜０．０５）。其中取食‘Ｎ５Ｙ３０６’叶片的卵孵化率、幼虫存活率、化蛹率及成虫羽化率均最高；而取食‘ＴＸＹ’的卵孵化率、幼虫存活率、化蛹率及成虫羽化率均最低。

２．４．３成虫寿命、繁殖力与种群趋势指数

取食不同水稻品种叶片的草地贪夜蛾成虫寿命及繁殖力均存在差异（表４）。从草地贪夜蛾成虫寿命来看，取食‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’和‘ＺＺＹＨ７’的雌成虫寿命分别为１０．１６、９．７２ｄ和９．３８ｄ，显著高于取食‘ＫＹ２１’‘ＴＸＹ’和‘ＴＹ３９０’的８．１５、７．５８ｄ和８．５２ｄ（P＜０．０５）；取食‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’和‘ＺＺＹＨ７’的雄成虫寿命亦显著高于取食其他３个品种（P＜０．０５）。从草地贪夜蛾单雌产卵量来看，取食‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’和‘ＺＺＹＨ７’间无显著差异（P＞０．０５），但与取食‘ＫＹ２１’和‘ＴＸＹ’相比，单雌产卵量显著增多（P＜０．０５），尤以取食‘Ｎ５Ｙ３０６’的最高，为５３７．５６粒，分别是取食‘ＫＹ２１’和‘ＴＸＹ’的１．６３倍和２．３６倍。取食‘Ｎ５Ｙ３０６’的草地贪夜蛾种群趋势指数最高，为３６６．３２，是取食‘ＴＸＹ’的１０．８７倍，相对于‘Ｎ５Ｙ３０６’，‘ＴＸＹ’的寄主相对适合度最低，仅为０．０９。

３结论与讨论

昆虫在与寄主植物长期的相互作用过程中进化出对不同寄主植物的取食选择。例如，不同龄期的草地贪夜蛾幼虫对玉米、荞麦、薏米和菜豆４种寄主的选择性和偏好性存在明显差异，其初孵幼虫在玉米和薏米上的存活率最高，３龄和４龄幼虫对玉米和薏米的取食选择率显著高于其他２种植物，而５龄幼虫对菜豆的选择率最低，对其余３种植物无选择偏好；此外，成虫在嗜食寄主玉米上的产卵量亦显著高于其他３种植物［３０］。苏湘宁等［１９］比较了草地贪夜蛾对玉米、甘蔗、花生、大豆和香蕉５种寄主植物的取食选择性亦发现，草地贪夜蛾各龄幼虫均偏好取食玉米。即使是同种寄主植物的不同品种，昆虫的选择性也可能不同，例如，草地贪夜蛾幼虫对‘ＫＯＫ１６７９’‘淮麥４６’‘铜麦６号’和‘淮麦４６’表现出较高的取食选择率，而对‘烟农２１’‘鲁原５０２’表现出较低的取食选择率［２５］。与前人研究类似，本研究也发现，草地贪夜蛾幼虫对不同水稻品种叶片的取食选择率存在差异，１ 龄和３ 龄幼虫均对‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’和‘ＺＺＹＨ７’表现出较高的取食选择率，而对‘ＫＹ２１’‘ＴＹ３９０’和‘ＴＸＹ’表现出较低的取食选择率。

昆虫对寄主植物的选择除取决于植物体内营养物质外，还在很大程度上受植物次生代谢物含量的影响［３１］。本研究中，供试水稻叶片在蛋白质、可溶性糖、单宁、总酚和类黄酮含量上存在差异。经Ｐｅａｒｓｏｎ相关性分析发现，草地贪夜蛾１龄幼虫的取食选择性与可溶性糖含量显著正相关，３龄幼虫的取食选择性与总酚含量显著负相关。除此以外，草地贪夜蛾幼虫的取食选择性与水稻叶片其他生化物质含量均无显著相关性，总体表现出上述相关性存在一定的随机性。这与刘欢等［２５］对草地贪夜蛾寄主选择行为与寄主叶片生化物质含量关系的研究结果不同。其原因可能是不同寄主植物内含物组成和含量不同。

一般认为，多食性昆虫优先选择嗜食寄主植物进行取食，原因是嗜食寄主植物最大程度满足了昆虫生长发育所需要的水分和营养物质，因而更加利于昆虫的生长发育和繁殖，表现为幼虫发育历期缩短，存活率、化蛹率、羽化率增加，成虫寿命延长，繁殖力上升等。因此，昆虫的生物学指标常被用来衡量其对寄主植物的适应性程度［３２］。邱良妙等［１６］比较了草地贪夜蛾对水稻和玉米的适合度，结果表明取食水稻苗的草地贪夜蛾幼虫和蛹的发育历期显著延长，幼虫存活率、化蛹率显著降低，成虫寿命缩短，产卵量减少；而取食嗜食寄主玉米苗时，其生长发育和繁殖适合度更高。昆虫不仅对不同寄主的适应性不同，对同种寄主的不同品种也表现出不同的适应性。徐川峰等［３３］研究了草地贪夜蛾在不同品种玉米（２个糯质型品种和３个普通品种）上的取食适应性，结果发现取食不同品种玉米的草地贪夜蛾幼虫发育历期，幼虫和蛹死亡率，成虫寿命，畸形率和繁殖力均存在差异，以取食普通玉米的适应性更好。本研究发现，取食６个不同水稻品种的草地贪夜蛾在幼虫发育历期、蛹历期、化蛹率、成虫寿命和产卵量等方面均存在差异，幼虫发育历期以取食‘Ｎ５Ｙ３０６’的最短，取食‘ＴＸＹ’时最长；幼虫期取食‘ＴＸＹ’时蛹历期最长，显著长于取食‘Ｎ５Ｙ３０６’；化蛹率以取食‘Ｎ５Ｙ３０６’时最高，取食‘ＴＸＹ’时最低，且差異显著；同时，幼虫期取食‘Ｎ５Ｙ３０６’时，其成虫寿命最长，产卵量最多。综合以上昆虫生物学参数，本研究认为草地贪夜蛾对‘Ｎ５Ｙ３０６’有较高的适合度，而对‘ＴＸＹ’的适合度较低。

综上所述，草地贪夜蛾取食６个不同水稻品种对其生长发育和繁殖存在差异，但均可以完成整个生活史。据此推测，在自然生态系统中当虫口密度过大或者嗜食食料匮乏时，草地贪夜蛾种群存在向水稻转移为害的风险，这是否与侵入我国的草地贪夜蛾类型有关或者是草地贪夜蛾对寄主植物长期适应的结果，尚有待进一步研究。