甜菜夜蛾對不同寄主植物的繁殖性能研究

甜菜夜蛾對不同寄主植物的繁殖性能研究

昆蟲與植物的關系是一個非常重要的生物學問題，它對人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活環(huán)境有很大的影響（欽俊德，王晨珠，2001）。針對昆蟲對寄主植物的選擇機制已有大量假設和研究,寄主植物的營養(yǎng)物質、選擇壓力、天敵因素、植物氣味等均可能成為植食性昆蟲對寄主植物選擇性的影響因素(Berdegueetal.,1998)。一般認為,夜蛾科昆蟲幼蟲對寄主植物的取食選擇主要受雌成蟲產(chǎn)卵選擇的影響(HaribalandFeeny,1998)?；诖思僭O開展了多項研究,期望證實夜蛾科昆蟲成蟲產(chǎn)卵選擇與幼蟲取食選擇之間的相關性,但這種相關性通常并不存在(Thompson,1988;FoxandEisenbach,1992)。當兩種行為間沒有關聯(lián)時,部分原因可能是由于昆蟲處于不同的生態(tài)環(huán)境和面臨的選擇壓力不同所致(Thompson,1988;BerdegueandTrumble,1996)。此外,許多夜蛾科昆蟲幼蟲的活動能力很強,因此其能自主選擇取食寄主植物。甜菜夜蛾SpodopteraexiguaHübner是世界性害蟲,寄主范圍非常廣,可危害35科植物,幼蟲齡期多且活動力強,成蟲適應能力和飛行能力強(Smitsetal.,1987)。該蟲于20世紀80年代中后期在我國危害嚴重,現(xiàn)已成為大田作物和蔬菜作物的主要害蟲之一。江幸福等(1999)研究發(fā)現(xiàn),取食不同寄主植物的甜菜夜蛾,其幼蟲和蛹的發(fā)育歷期、蛹重、成蟲壽命、生殖力及飛行能力均有顯著差異。Berdegue和Trumble(1996)研究表明,甜菜夜蛾成蟲對寄主植物的產(chǎn)卵選擇與其幼蟲的取食選擇不一致,與芹菜Apiumgraveolens相比,甜菜夜蛾成蟲在綠藜Chenopodiummurale上的產(chǎn)卵量較高,但取食綠藜的幼蟲發(fā)育歷期較長,生長速度較慢,存活率較低。Showler(2001)比較了甜菜夜蛾在綠穗莧Amaranthushybridus和棉花Gossypiumhirsutum上的產(chǎn)卵選擇和取食選擇,發(fā)現(xiàn)甜菜夜蛾在綠穗莧上的產(chǎn)卵量較高,且幼蟲從3齡起對綠穗莧具有明顯的取食偏好性,綠穗莧中氨基酸的種類和含量均較高,可能是影響甜菜夜蛾寄主選擇的原因之一。盡管甜菜夜蛾寄主范圍廣泛,目前較少有植物抽提物對甜菜夜蛾寄主選擇影響的研究。鑒于此,本研究選取7種大田作物和蔬菜作物,比較了甜菜夜蛾成蟲的產(chǎn)卵選擇行為和幼蟲的取食選擇行為,并測定了甜菜夜蛾成蟲對這些寄主植物及其抽提物的趨性,以期探明甜菜夜蛾的產(chǎn)卵選擇性機制,并驗證成蟲產(chǎn)卵選擇與幼蟲取食選擇間的關聯(lián)度。1材料和方法1.1保種與飼養(yǎng)方法甜菜夜蛾蛹由中國科學院動物研究所昆蟲病毒實驗室提供。成蟲羽化后在產(chǎn)卵籠(20cm×20cm×20cm)中飼以10%蜂蜜水,并在四角懸掛蠟紙供其產(chǎn)卵。將產(chǎn)有卵的蠟紙置于玻璃培養(yǎng)皿(Φ12cm)中待卵孵化,幼蟲移入潔凈的玻璃培養(yǎng)皿(Φ12cm)中,每皿10頭,用人工飼料飼養(yǎng)至蛹期;蛹收集于塑料培養(yǎng)皿(Φ6cm)并置于產(chǎn)卵籠待其羽化產(chǎn)卵。各蟲態(tài)均在PRX-450D人工氣候箱(寧波江南儀器廠)中,28±0.5℃、L∶D=14∶10、RH=80%±10%條件下保種飼養(yǎng)。選取同一批羽化的成蟲和發(fā)育一致的各齡幼蟲供試。1.2試驗田設置與種植7種寄主植物:玉米(cv.鄭丹958)、豇豆(cv.三尺綠)、甘藍(cv.京豐一號)、黃瓜(cv.中農(nóng)14號)、棉花(cv.ZGK9708)、辣椒(cv.中椒7號)、番茄(cv.中雜9號)。其中,玉米和棉花種子購自中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所科技開發(fā)部,其余5種蔬菜種子購自中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所科技開發(fā)咨詢服務部。試驗田設在中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所廊坊科研中試基地,南北長38m,東西寬40m,均勻設置36塊樣地,每樣地5m×5m,樣地間以寬1m的田埂分隔。采用隨機區(qū)組排列,每種寄主植物5塊樣地。于2008年4月下旬至5月上旬分別播種上述7種植物。同期,在試驗地周邊空地在花盆(Φ15cm)里栽種這7種植物。盆栽和田間的植物均采用常規(guī)栽培和肥水管理,不施用農(nóng)藥。1.3網(wǎng)罩內(nèi)1對1個月內(nèi)1個月內(nèi)1種植物網(wǎng)理面為2.根據(jù)各種植物的生長特性,分別待其長至8～9片真葉期,在其樣地中央設一個長、寬、高分別為1m×1m×2m的網(wǎng)罩,網(wǎng)罩內(nèi)保留5株植物,向網(wǎng)罩內(nèi)接入5對新羽化的甜菜夜蛾成蟲,接蟲5d后檢查網(wǎng)罩內(nèi)甜菜夜蛾的落卵量。1.4植物不同發(fā)育時期的幼蟲幼果選擇試驗將田間種植的上述7種植物幼苗(玉米高15cm左右,其余寄主植物生長至4～6片真葉期)從基部剪斷(尹姣等,2005),截取的株高約10～12cm段隨機擺放在塑料培養(yǎng)皿中(Φ25cm),葉柄朝外。每皿在中心處接入1頭幼蟲,皿上倒置一相同的培養(yǎng)皿以防幼蟲逃逸。于釋放后1h和6h分別觀察30min內(nèi)幼蟲的取食選擇情況,記錄2個時段幼蟲選擇的植物。分別針對甜菜夜蛾1齡、2齡、4齡和5齡幼蟲進行測定,0～12h的初孵幼蟲立刻接入皿中,蛻皮≤12h的2齡、4齡和5齡幼蟲饑餓24h后再接入。每次測定100頭,各齡期分別重復5次。實驗在室內(nèi)常溫條件下于每日8-9時開始。1.5夜生物甜精對不同寄生蟲的追求1.5.1溫度對y型管調(diào)濕lsY型嗅覺儀參考Honda等(1998)的方法自行設計制作。試驗時,Y型管兩臂的氣流量控制在150mL/s(曹鳳琴等,2008),室內(nèi)溫度控制在25～28℃。測試前,按實驗設置要求,將味源置于味源瓶中,然后通氣10min,使氣味充滿管道,以保證測試結果。每次測試后,用95%乙醇擦洗Y型管的內(nèi)、外壁,烘干后調(diào)換兩臂與味源瓶聯(lián)接的位置,以消除誤差。用黑布包裹味源瓶,以消除視覺影響。1.5.2行為測定與證據(jù)在人工氣候箱內(nèi)飼養(yǎng)甜菜夜蛾幼蟲時調(diào)整其晝夜節(jié)律,即光照期18:00-次日8:00時,黑暗期8:00-18:00時。新羽化成蟲成對飼養(yǎng)36h后取已交配的雌蟲供試。行為測定于每日8:00-16:00在遮光黑暗并用60W紅光燈照明(PineroandDorn,2007)的行為測定室內(nèi)進行。根據(jù)甜菜夜蛾成蟲產(chǎn)卵和幼蟲取食選擇實驗結果,按其偏好性綜合選擇了玉米、黃瓜和甘藍3種植物進行測試。因此,行為測定設置6個處理組合,即:玉米-對照(空氣),甘藍-對照(空氣),黃瓜-對照(空氣);玉米-甘藍,玉米-黃瓜,甘藍-黃瓜,即Y型管兩臂連接的味源瓶中分別放置這兩種植物(或空白對照)。每次測定在嗅覺儀Y型管的釋放管中接入1頭雌成蟲,觀察其10min內(nèi)的行為選擇反應,當雌蟲越過Y型管某臂1/3處則視為選擇,10min內(nèi)未作選擇則記無反應。每個處理測定60頭成蟲。1.6夜生物酪氨酸酶測定器植物提取物的性能1.6.1種植物種的選擇收集裝置參考曹鳳琴等(2008)的方法制作,其基本組成為:空氣過濾裝置(活性炭柱)-加濕裝置-流量計-吸附劑-味源瓶-吸附劑-真空抽氣泵。吸附劑使用前先用5～10mL二氯甲烷(BakerAnalyzedHPLCSolvent)洗脫至洗脫液在液相色譜儀(Agilent1200)上無溶質峰。收集時,選取長勢基本一致的同種寄主植物2株(7～8g)置于味源瓶中,在室內(nèi)自然光照條件下連續(xù)抽提10h(8:00-18:00),抽提時控制氣流量為70mL/s。抽提后用600μL二氯甲烷洗脫吸附劑,獲得洗脫液即揮發(fā)物粗提物樣品約200μL。每種植物重復抽提10次。部分揮發(fā)物粗提物樣品溶于400μL液體石蠟油中,保存于-20℃冰箱以備行為學測定時使用。1.6.2粗提物的篩選采用上述行為測定裝置和方法,測定甜菜夜蛾雌成蟲對不同寄主植物揮發(fā)物粗提物的趨性。實驗設6個處理,即:玉米粗提物-對照(空氣),甘藍粗提物-對照,黃瓜粗提物-對照;玉米粗提物-甘藍粗提物,黃瓜粗提物-甘藍粗提物,玉米粗提物-黃瓜粗提物。其中,對照為二氯甲烷+液體石蠟油(v∶v=1∶2)。測定時,取25uL的相應樣品滴在味源瓶內(nèi)的潔凈濾紙上,每張濾紙測試時間為20min,觀察兩次獨立的行為反應,20min后按1.5.1節(jié)方法用乙醇擦拭味源瓶并對調(diào)味源瓶位置,更換另一張濾紙繼續(xù)測試。每個處理測定60頭成蟲。1.7數(shù)據(jù)轉換后的方差分析經(jīng)檢驗,產(chǎn)卵量數(shù)據(jù)經(jīng)平方根轉換、取食選擇率數(shù)據(jù)經(jīng)反正弦轉換后呈正態(tài)分布,數(shù)據(jù)轉換后兩觀測量采用One-wayANOVA,LSD多重比較進行方差分析。趨性選擇的差異顯著性分析采用χ2檢驗。以上數(shù)據(jù)分析用統(tǒng)計軟件SPSS10.0完成。2結果與分析2.1不同寄主植物上的落卵量在田間非選擇性測定中,甜菜夜蛾在供試的7種寄主植物上的落卵量差異顯著(表1)。其在不同寄主植物上的落卵量依次為:玉米>辣椒>棉花>黃瓜、豇豆、番茄>甘藍;其在玉米上的落卵量可達甘藍上的9倍。2.2不同齡期甜x,h對不同寄主植物的食性各齡供試甜菜夜蛾幼蟲對7種寄主植物的取食選擇性不同(圖1)。1齡幼蟲在1h的取食選擇性依次為:豇豆、玉米>黃瓜>棉花、辣椒、番茄、甘藍;6h為:豇豆>黃瓜、番茄>玉米、棉花、辣椒>甘藍,其中對豇豆的選擇率高達45.6%。2齡幼蟲在1h的取食選擇性依次為:玉米>黃瓜>豇豆、棉花、辣椒、番茄、甘藍;6h對豇豆的取食選擇性提高,介于玉米與黃瓜間且差異均不顯著,對其他寄主植物的取食選擇性則與1h時基本相同。4齡幼蟲在1h和6h時對寄主植物的取食選擇性依次為:豇豆、玉米、黃瓜、辣椒>棉花、番茄、甘藍,其中6h時對豇豆的選擇性增加并顯著高于玉米,黃瓜和辣椒。5齡幼蟲在1h時對豇豆、黃瓜和辣椒的選擇率較高,對玉米和甘藍的選擇性居中,對棉花和番茄的選擇率則較低,6h時對黃瓜的選擇性最高,對棉花和番茄的選擇率最低,對甘藍、豇豆、玉米和辣椒的選擇性居中?？傮w而言,不同齡期甜菜夜蛾幼蟲對寄主植物的取食選擇性有所不同,且隨觀測時間的延長有所改變;低齡幼蟲對豇豆、玉米和黃瓜的選擇性較強,對甘藍、番茄、辣椒和棉花的取食選擇性則較低,高齡幼蟲對辣椒也具有較強的選擇性;5齡期幼蟲對寄主植物的選擇性不如低齡幼蟲那樣明顯。2.3采用晚餐雌性枝條法測定了不同寄生植物及其粗提物趨勢2.3.1顯著趨性對比與空白對照相比,甜菜夜蛾雌成蟲對玉米(P<0.001)和黃瓜(P<0.001)均表現(xiàn)出顯著趨性,其中對玉米的趨性最強;對甘藍則無明顯的趨性(P=1.000>0.05);3種植物間,雌成蟲對玉米的趨性顯著高于黃瓜(P=0.013<0.05)和甘藍(P<0.001);對黃瓜的趨性高于甘藍,但無顯著差異(P=0.115>0.05)(圖2)。2.3.2種植物揮發(fā)物的趨性與空白對照相比,甜菜夜蛾雌成蟲對玉米(P<0.001)和黃瓜(P=0.027<0.05)的揮發(fā)物粗提物趨性顯著,其中對玉米粗提物的趨性最強;對甘藍粗提物則無顯著趨性(P=0.895>0.05)。3種植物揮發(fā)物粗提物間,雌成蟲對玉米粗提物的趨性顯著高于甘藍(P<0.001),也高于對黃瓜粗提物的趨性,但差異不顯著(P=0.071>0.05);對黃瓜粗提物的趨性高于甘藍,但差異不顯著(P=0.051>0.05)(圖3)。這其與對活體寄主植物的趨性基本一致。3不同寄主植物對保幼期幼蟲的食性影響通常,昆蟲偏好把卵產(chǎn)在營養(yǎng)豐富的寄主植物上,以利于其后代生長發(fā)育,但也有許多昆蟲對寄主植物產(chǎn)卵選擇性和后代發(fā)育適合度相悖的案例(BernaysandChapman,1994)。如Berdegué等(1998)的研究表明甜菜夜蛾對寄主植物的產(chǎn)卵選擇與寄主植物的營養(yǎng)物質含量無關。Thompson(1988)提出了以生態(tài)學為背景的假說,認為選擇壓力、寄主植物營養(yǎng)物質和植物抽提物都可能影響昆蟲對寄主植物的選擇。植物揮發(fā)性信息化合物在鱗翅目昆蟲的產(chǎn)卵植物選擇過程中具有重要作用(Bergstri?metal.,1995;Harborne,2001)。為探明植物揮發(fā)物在甜菜夜蛾成蟲產(chǎn)卵選擇過程中的作用,本研究采用Y型嗅覺儀測定了甜菜夜蛾雌成蟲對玉米、黃瓜和甘藍及其揮發(fā)物粗提物的趨性。結果發(fā)現(xiàn),雌蟲對玉米及其揮發(fā)物粗提物的趨性最強,黃瓜次之,對甘藍的趨性最弱,這與雌蟲的產(chǎn)卵選擇性一致。可見,寄主植物揮發(fā)物粗提物在甜菜夜蛾雌成蟲的產(chǎn)卵選擇中具有重要作用,推測玉米中可能具有對引誘和刺激雌蟲產(chǎn)卵的揮發(fā)性信息化合物。在昆蟲行為適應過程中,取食和產(chǎn)卵嗜好性的形成具有重要意義(FinchandCollier,2000;Fujiwaraetal.,2000;Sequeiraetal.,2001)。如前所述,寄主植物揮發(fā)物在甜菜夜蛾雌成蟲的產(chǎn)卵選擇中可能具有重要作用。那么,幼蟲取食選擇性則可能受植物揮發(fā)物、顏色及其理化性質等因素的綜合影響(FinchandCollier,2000)。甜菜夜蛾是一種世界性的害蟲,其寄主范圍非常廣。因此,針對其幼蟲和成蟲寄主選擇性的研究也較多(Goh等,1991;Berdegueetal.,1998;Savoie,1998)。李子玲(2004)通過室內(nèi)網(wǎng)罩試驗發(fā)現(xiàn),甜菜夜蛾成蟲在不同寄主植物上的落卵量依次為:蔥>莧菜>蕹菜>菜心>豇豆,初孵幼蟲的取食選擇率依次為:莧菜>豇豆>蔥>蕹菜>菜心,與成蟲產(chǎn)卵選擇性趨勢不同。Goh等(1991)的室內(nèi)測定表明,甜菜夜蛾偏好在大白菜、菠菜和煙草上產(chǎn)卵,不偏好菜豆Phaseolusvulgaris、西瓜、番茄和玉米;初孵幼蟲偏好取食黃瓜、菠菜和大白菜;3齡和4齡幼蟲則偏好取食西瓜、大白菜和玉米。本研究也發(fā)現(xiàn),甜菜夜蛾對寄主植物的產(chǎn)卵選擇性和幼蟲取食選擇性并不一致,7種田間寄主植物中,甜菜夜蛾成蟲在玉米上的落卵量最高,辣椒上次之,棉花上第三,甘藍上最少;其低齡幼蟲對豇豆、玉米和黃瓜的取食選擇性較高,對棉花、辣椒和甘藍則較弱?？梢?甜菜夜蛾成蟲產(chǎn)卵選擇性和幼蟲取食選擇性并不一致,不同齡期幼蟲的取食選擇性也不相同。至于甜菜夜蛾對玉米的產(chǎn)卵選擇性,我們的研究結果與Goh等(1991)并不一致,可能與實驗所用的玉米品種不同有關,也可能是兩項研究分別采用田間試驗和室內(nèi)測定方法不同所致。昆蟲與寄主植物協(xié)同進化中,植物體內(nèi)的營養(yǎng)物質是植食性昆蟲營養(yǎng)生態(tài)學中的核心問題。昆蟲的營養(yǎng)需要反映于食物的質和量能否維持其正常的生長發(fā)育和繁殖。食物的理化性質,特別是化學成分,