王召 朱環(huán) 黃近等
關(guān)鍵詞 草地貪夜蛾; 水稻; 取食選擇; 適合度; 生化物質(zhì)
中圖分類號(hào): S435.132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A DOI: 10.16688/j.zwbh.2022312
草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda,隸屬于鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae,原分布于美洲熱帶和亞熱帶地區(qū)[1],是一種被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)全球預(yù)警的跨國(guó)界重大遷飛性農(nóng)業(yè)害蟲,具有寄主種類多、適生區(qū)域廣、繁殖倍數(shù)高、暴食為害重等特點(diǎn)[23]。2018年12月草地貪夜蛾從緬甸遷入中國(guó)云南普洱市[4],隨后迅速在全國(guó)擴(kuò)散蔓延。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的數(shù)據(jù),截至2021年10月,草地貪夜蛾已經(jīng)在海南、廣西、貴州、四川、河南、河北等27省發(fā)生,其為害面積高達(dá)132萬(wàn)hm,對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展及糧食生產(chǎn)造成了重大影響。從前人的研究結(jié)果來(lái)看,入侵我國(guó)各地的草地貪夜蛾為一種特殊的玉米型品系[56],這種特殊的玉米型品系除嚴(yán)重為害其最適寄主玉米外,對(duì)水稻也具有潛在危害性。
水稻Oryza sativa是我國(guó)第一大糧食作物,2020 年種植面積占全國(guó)農(nóng)作物總播種面積的18%[7]。在草地貪夜蛾周年繁殖區(qū)、遷飛過(guò)渡區(qū)和重點(diǎn)防范區(qū),水稻均有較大面積種植。水稻原本就是草地貪夜蛾的重要寄主之一[810],2019年8月在廣西欽州靈山縣武利鎮(zhèn)水稻田發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾幼蟲咬食分蘗初期的水稻葉片[11];2020年7月以來(lái),福建漳州云霄縣、湖北武穴大金鎮(zhèn)和安徽無(wú)為陡溝社區(qū)均發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾為害水稻秧苗[1214]。室內(nèi)研究表明,取食水稻秧苗的草地貪夜蛾能完成生長(zhǎng)發(fā)育并繁殖后代,且表現(xiàn)出較強(qiáng)的適生性[1516]。在田間,尤其當(dāng)種群密度過(guò)大或嗜食寄主植物缺乏時(shí),其是否會(huì)被迫轉(zhuǎn)移取食水稻,從而對(duì)水稻生產(chǎn)構(gòu)成威脅尚不明確。植食性昆蟲的行為指標(biāo)和生物學(xué)指標(biāo),如取食選擇性[1719],幼蟲發(fā)育歷期、體重、階段存活率、化蛹率、羽化率、成蟲繁殖力等[2023],在一定程度上反映出其對(duì)寄主植物的取食偏好和適應(yīng)程度,而寄主植物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝物質(zhì)含量在很大程度上影響著昆蟲的取食偏好及對(duì)寄主的適應(yīng)性[2426]。目前關(guān)于草地貪夜蛾對(duì)不同品種水稻適應(yīng)性的相關(guān)研究鮮有報(bào)道,水稻中生化物質(zhì)含量對(duì)草地貪夜蛾取食影響的研究也未見報(bào)道。
鑒于此,本研究以不同水稻品種作為寄主,開展草地貪夜蛾幼蟲對(duì)不同水稻品種的取食選擇性研究,分析幼蟲取食選擇與水稻葉片生化物質(zhì)含量(蛋白質(zhì)、可溶性糖、總酚、單寧和類黃酮)的關(guān)系,進(jìn)一步觀察草地貪夜蛾在不同品種水稻上的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖情況,以明確草地貪夜蛾在不同水稻品種上的適合度差異,以期為草地貪夜蛾的適生性分析、預(yù)警監(jiān)測(cè)和綜合防控提供理論參考。
1材料與方法
1.1供試蟲源
草地貪夜蛾初始種群于2019年6月采自貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院周邊玉米田,在人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)用人工飼料飼養(yǎng)10代以上,建立實(shí)驗(yàn)室種群。飼養(yǎng)條件:溫度(25±1)℃,相對(duì)濕度(70±5)%,光周期L∥D=16h∥8h。
1.2供試水稻品種
本試驗(yàn)共選取貴州主栽水稻品種11個(gè),分別為‘荃優(yōu)280’(‘QY280’)、‘泰兩優(yōu)1808’(‘TLY1808’)、‘科優(yōu)21’(‘KY21’)、‘科兩優(yōu)3219’(‘KLY3219’)、‘內(nèi)6 優(yōu)538’(‘N6Y538’)、‘桃湘優(yōu)’(‘TXY’)、‘內(nèi)5優(yōu)306’(‘N5Y306’)、‘湘優(yōu)66’(‘XY66’)、‘深兩優(yōu)3956’(‘SLY3956’)、‘中浙優(yōu)H7’(‘ZZYH7’)、‘泰優(yōu)390’(‘TY390’)。
水稻種子浸泡催芽后播種于塑料育秧盤(長(zhǎng)54cm,寬28cm,高5cm)中,用紗網(wǎng)籠罩,避免蟲害,整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)不施加任何化肥和殺蟲劑,獲得健康的水稻苗備用。
1.3試驗(yàn)方法
1.3.1草地貪夜蛾幼蟲對(duì)水稻葉片的取食選擇性試驗(yàn)
取食選擇性試驗(yàn)參照Han等[27]的方法并略作改動(dòng)。每個(gè)水稻品種隨機(jī)選取幼嫩葉片10片,剪成長(zhǎng)度6cm 的葉段,用浸濕的脫脂棉包扎一端并包成1束,共計(jì)11束。將11束水稻葉片等距間隔隨機(jī)擺放在墊有濕潤(rùn)濾紙的白色塑料圓盤(內(nèi)徑32cm,高3.4cm)內(nèi),隨后在圓盤中央接入60頭饑餓2h的1齡幼蟲,用保鮮膜封口,并在保鮮膜上扎出一定數(shù)量的小孔,讓其在人工氣候培養(yǎng)箱中,黑暗條件下自由取食,試驗(yàn)設(shè)15次重復(fù)。接蟲5h后觀察記錄在不同水稻品種葉片上取食的幼蟲數(shù)量,分別計(jì)算其取食選擇率。對(duì)3齡幼蟲取食選擇性測(cè)定采用同樣的方法,為避免高齡幼蟲在密度高的情況下相互殘殺,每個(gè)圓盤放入20頭饑餓5h的3齡幼蟲,試驗(yàn)設(shè)15次重復(fù)。同樣,接蟲5h后觀察記錄在不同水稻品種葉片上取食的幼蟲數(shù)量,計(jì)算其取食選擇率。取食選擇率=(取食某個(gè)水稻品種葉片的幼蟲數(shù)/幼蟲總數(shù))×100%。
1.3.2水稻葉片生化物質(zhì)含量測(cè)定
每品種隨機(jī)剪取適量的新鮮葉片,稱重,剪成小段迅速放于盛有提取液的研磨管中,將研磨管置于冰盒中低溫研磨成勻漿,迅速轉(zhuǎn)移至離心管中,冷藏保存,每品種重復(fù)3次。采用蛋白含量測(cè)定試劑盒、植物可溶性糖含量試劑盒、植物總酚試劑盒、植物類黃酮試劑盒、單寧含量試劑盒(蘇州科銘生物技術(shù)有限公司)分別測(cè)定水稻葉片相應(yīng)物質(zhì)含量,具體操作步驟按照說(shuō)明書進(jìn)行。
1.3.3草地貪夜蛾在不同水稻品種上的生長(zhǎng)發(fā)育與繁殖指標(biāo)觀測(cè)
在透明塑料盒(長(zhǎng)22cm,寬15.5cm,高8cm)底部墊一張濕潤(rùn)的濾紙,將10段長(zhǎng)度10cm 的新鮮水稻葉片捆成束放在濾紙上,再接入草地貪夜蛾初孵幼蟲(孵化時(shí)間<12h),置于人工氣候培養(yǎng)箱中,飼養(yǎng)條件與1.1相同。每品種設(shè)5次重復(fù),每重復(fù)24頭幼蟲,待幼蟲生長(zhǎng)至3齡后將其轉(zhuǎn)入6孔培養(yǎng)板單頭飼養(yǎng),每天更換新鮮葉片并清潔培養(yǎng)板,直至化蛹,逐日觀察幼蟲發(fā)育情況、記錄幼蟲存活數(shù)及化蛹情況。收集同日羽化的成蟲按雌∶雄=1∶1配對(duì)移入含有10%蜂蜜水浸濕脫脂棉球的一次性塑料杯中(口徑7.5cm,底徑5.0cm,高8.5cm),用脫脂紗布罩住杯口;每品種重復(fù)3次,每重復(fù)10對(duì),逐日觀察記錄成蟲存活狀態(tài)和產(chǎn)卵情況,直到成蟲全部死亡。
計(jì)算草地貪夜蛾在不同水稻品種上的種群增長(zhǎng)趨勢(shì)指數(shù)(I)[28]及相對(duì)適合度(F)[29]。
I=卵孵化率×幼蟲存活率×化蛹率×羽化率×性比×繁殖力;
F=I/I。
式中,I 為取食不同水稻品種的種群增長(zhǎng)趨勢(shì)指數(shù),I 為取食‘N5Y306’的種群增長(zhǎng)趨勢(shì)指數(shù)。
1.4數(shù)據(jù)處理與分析
利用MicrosoftExcel2007對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理,采用SPSS13.0進(jìn)行單因素方差分析,百分?jǐn)?shù)在方差分析前先進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換,當(dāng)方差具有齊次性時(shí),采用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較,當(dāng)方差不具有齊次性時(shí),采用Tamhane’sT2進(jìn)行多重比較;采用Pearsoncorrelation分析草地貪夜蛾幼蟲取食選擇性與水稻葉片生化物質(zhì)含量的相關(guān)性。
2結(jié)果與分析
2.1草地貪夜蛾幼蟲對(duì)水稻葉片的取食選擇性
如圖1所示,草地貪夜蛾幼蟲在不同水稻品種葉片上取食選擇率存在差異。接蟲后5h,1齡幼蟲表現(xiàn)出對(duì)‘N5Y306’‘XY66’‘ZZYH7’這3個(gè)品種存在較高的選擇性,取食選擇率分別達(dá)14.11%、12.11%和13.67%,而對(duì)其他8?jìng)€(gè)品種的取食選擇率均低于9%(圖1a)。類似地,接蟲后5h,3齡幼蟲對(duì)‘N5Y306’‘XY66’‘ZZYH7’這3個(gè)品種也表現(xiàn)出較高的取食選擇性,選擇率分別達(dá)13.67%、14.33%和12.33%,而對(duì)其他8?jìng)€(gè)品種的取食選擇率均低于10%(圖1b)。綜合試驗(yàn)結(jié)果,篩選出草地貪夜蛾幼蟲取食選擇率較高的3個(gè)品種(‘N5Y306’‘XY66’‘ZZYH7’)和取食選擇率較低的3個(gè)品種(‘KY21’‘TY390’‘TXY’)進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。
2.2水稻葉片生化物質(zhì)含量
不同水稻品種葉片生化物質(zhì)含量如圖2 所示,水稻葉片的蛋白質(zhì)含量以‘N5Y306’最高,為4.41mg/g,與‘XY66’和‘ZZYH7’葉片的蛋白質(zhì)含量無(wú)顯著差異(犘>0.05),但顯著高于‘KY21’‘TY390’和‘TXY’(犘<0.05)(圖2a)?!裕兀佟~片的可溶性糖含量最低,僅為6.92mg/g,顯著低于其他5個(gè)品種(犘<0.05)(圖2b)。葉片的單寧含量以‘KY21’最高,其次為‘TY390’,而這2個(gè)品種的單寧含量顯著高于‘N5Y306’‘XY66’和‘ZZYH7’(犘<0.05)(圖2c)?!裕兀佟~片的總酚和類黃酮含量最高,顯著高于其他5個(gè)品種(圖2d,2e)。
2.3草地貪夜蛾幼蟲取食選擇性與水稻葉片生化物質(zhì)含量的關(guān)系
對(duì)草地貪夜蛾幼蟲取食選擇性與水稻葉片生化物質(zhì)含量進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,結(jié)果如表1所示。1齡幼蟲的取食選擇率與水稻葉片蛋白質(zhì)、單寧、總酚和類黃酮含量均表現(xiàn)為不相關(guān),與可溶性糖含量表現(xiàn)為顯著正相關(guān);類似地,3齡幼蟲的取食選擇率與水稻葉片蛋白質(zhì)、可溶性糖、單寧和類黃酮含量均無(wú)相關(guān)性,與總酚含量表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān)。
2.4取食不同水稻品種對(duì)草地貪夜蛾生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的影響
2.4.1各階段的發(fā)育歷期
不同水稻品種對(duì)草地貪夜蛾各階段的發(fā)育歷期有不同程度的影響(表2)。草地貪夜蛾取食‘N5Y306’葉片后其1~3齡、4齡、6齡幼蟲的發(fā)育歷期最短,分別為6.24、2.52、3.16 d,與取食‘N5Y306’的相比,取食‘TXY’后其1~3齡、4齡、6齡幼蟲的發(fā)育歷期分別延長(zhǎng)了1.29、0.55、1.37d,且兩者之間差異顯著(P<0.05)。取食不同水稻品種葉片的草地貪夜蛾5齡幼蟲及預(yù)蛹發(fā)育歷期沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。草地貪夜蛾幼蟲期取食‘KY21’‘TXY’‘XY66’和‘TY390’的蛹?xì)v期間沒(méi)有顯著差異(P>0.05);取食‘TXY’后其蛹?xì)v期顯著長(zhǎng)于取食‘N5Y306’和‘ZZYH7’(P<0.05)。
2.4.2卵孵化率、幼蟲存活率、化蛹率及成蟲羽化率
草地貪夜蛾卵孵化率、幼蟲存活率、化蛹率及成蟲羽化率在不同水稻品種間均存在顯著差異(表3)。取食‘N5Y306’‘XY66’和‘ZZYH7’的草地貪夜蛾卵孵化率、幼蟲存活率、化蛹率及成蟲羽化率均顯著高于取食‘KY21’‘TXY’和‘TY390’的(P<0.05)。其中取食‘N5Y306’葉片的卵孵化率、幼蟲存活率、化蛹率及成蟲羽化率均最高;而取食‘TXY’的卵孵化率、幼蟲存活率、化蛹率及成蟲羽化率均最低。
2.4.3成蟲壽命、繁殖力與種群趨勢(shì)指數(shù)
取食不同水稻品種葉片的草地貪夜蛾成蟲壽命及繁殖力均存在差異(表4)。從草地貪夜蛾成蟲壽命來(lái)看,取食‘N5Y306’‘XY66’和‘ZZYH7’的雌成蟲壽命分別為10.16、9.72d和9.38d,顯著高于取食‘KY21’‘TXY’和‘TY390’的8.15、7.58d和8.52d(P<0.05);取食‘N5Y306’‘XY66’和‘ZZYH7’的雄成蟲壽命亦顯著高于取食其他3個(gè)品種(P<0.05)。從草地貪夜蛾單雌產(chǎn)卵量來(lái)看,取食‘N5Y306’‘XY66’和‘ZZYH7’間無(wú)顯著差異(P>0.05),但與取食‘KY21’和‘TXY’相比,單雌產(chǎn)卵量顯著增多(P<0.05),尤以取食‘N5Y306’的最高,為537.56粒,分別是取食‘KY21’和‘TXY’的1.63倍和2.36倍。取食‘N5Y306’的草地貪夜蛾種群趨勢(shì)指數(shù)最高,為366.32,是取食‘TXY’的10.87倍,相對(duì)于‘N5Y306’,‘TXY’的寄主相對(duì)適合度最低,僅為0.09。
3結(jié)論與討論
昆蟲在與寄主植物長(zhǎng)期的相互作用過(guò)程中進(jìn)化出對(duì)不同寄主植物的取食選擇。例如,不同齡期的草地貪夜蛾幼蟲對(duì)玉米、蕎麥、薏米和菜豆4種寄主的選擇性和偏好性存在明顯差異,其初孵幼蟲在玉米和薏米上的存活率最高,3齡和4齡幼蟲對(duì)玉米和薏米的取食選擇率顯著高于其他2種植物,而5齡幼蟲對(duì)菜豆的選擇率最低,對(duì)其余3種植物無(wú)選擇偏好;此外,成蟲在嗜食寄主玉米上的產(chǎn)卵量亦顯著高于其他3種植物[30]。蘇湘寧等[19]比較了草地貪夜蛾對(duì)玉米、甘蔗、花生、大豆和香蕉5種寄主植物的取食選擇性亦發(fā)現(xiàn),草地貪夜蛾各齡幼蟲均偏好取食玉米。即使是同種寄主植物的不同品種,昆蟲的選擇性也可能不同,例如,草地貪夜蛾幼蟲對(duì)‘KOK1679’‘淮麥46’‘銅麥6號(hào)’和‘淮麥46’表現(xiàn)出較高的取食選擇率,而對(duì)‘煙農(nóng)21’‘魯原502’表現(xiàn)出較低的取食選擇率[25]。與前人研究類似,本研究也發(fā)現(xiàn),草地貪夜蛾幼蟲對(duì)不同水稻品種葉片的取食選擇率存在差異,1 齡和3 齡幼蟲均對(duì)‘N5Y306’‘XY66’和‘ZZYH7’表現(xiàn)出較高的取食選擇率,而對(duì)‘KY21’‘TY390’和‘TXY’表現(xiàn)出較低的取食選擇率。
昆蟲對(duì)寄主植物的選擇除取決于植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外,還在很大程度上受植物次生代謝物含量的影響[31]。本研究中,供試水稻葉片在蛋白質(zhì)、可溶性糖、單寧、總酚和類黃酮含量上存在差異。經(jīng)Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),草地貪夜蛾1齡幼蟲的取食選擇性與可溶性糖含量顯著正相關(guān),3齡幼蟲的取食選擇性與總酚含量顯著負(fù)相關(guān)。除此以外,草地貪夜蛾幼蟲的取食選擇性與水稻葉片其他生化物質(zhì)含量均無(wú)顯著相關(guān)性,總體表現(xiàn)出上述相關(guān)性存在一定的隨機(jī)性。這與劉歡等[25]對(duì)草地貪夜蛾寄主選擇行為與寄主葉片生化物質(zhì)含量關(guān)系的研究結(jié)果不同。其原因可能是不同寄主植物內(nèi)含物組成和含量不同。
一般認(rèn)為,多食性昆蟲優(yōu)先選擇嗜食寄主植物進(jìn)行取食,原因是嗜食寄主植物最大程度滿足了昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育所需要的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),因而更加利于昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖,表現(xiàn)為幼蟲發(fā)育歷期縮短,存活率、化蛹率、羽化率增加,成蟲壽命延長(zhǎng),繁殖力上升等。因此,昆蟲的生物學(xué)指標(biāo)常被用來(lái)衡量其對(duì)寄主植物的適應(yīng)性程度[32]。邱良妙等[16]比較了草地貪夜蛾對(duì)水稻和玉米的適合度,結(jié)果表明取食水稻苗的草地貪夜蛾幼蟲和蛹的發(fā)育歷期顯著延長(zhǎng),幼蟲存活率、化蛹率顯著降低,成蟲壽命縮短,產(chǎn)卵量減少;而取食嗜食寄主玉米苗時(shí),其生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖適合度更高。昆蟲不僅對(duì)不同寄主的適應(yīng)性不同,對(duì)同種寄主的不同品種也表現(xiàn)出不同的適應(yīng)性。徐川峰等[33]研究了草地貪夜蛾在不同品種玉米(2個(gè)糯質(zhì)型品種和3個(gè)普通品種)上的取食適應(yīng)性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)取食不同品種玉米的草地貪夜蛾幼蟲發(fā)育歷期,幼蟲和蛹死亡率,成蟲壽命,畸形率和繁殖力均存在差異,以取食普通玉米的適應(yīng)性更好。本研究發(fā)現(xiàn),取食6個(gè)不同水稻品種的草地貪夜蛾在幼蟲發(fā)育歷期、蛹?xì)v期、化蛹率、成蟲壽命和產(chǎn)卵量等方面均存在差異,幼蟲發(fā)育歷期以取食‘N5Y306’的最短,取食‘TXY’時(shí)最長(zhǎng);幼蟲期取食‘TXY’時(shí)蛹?xì)v期最長(zhǎng),顯著長(zhǎng)于取食‘N5Y306’;化蛹率以取食‘N5Y306’時(shí)最高,取食‘TXY’時(shí)最低,且差異顯著;同時(shí),幼蟲期取食‘N5Y306’時(shí),其成蟲壽命最長(zhǎng),產(chǎn)卵量最多。綜合以上昆蟲生物學(xué)參數(shù),本研究認(rèn)為草地貪夜蛾對(duì)‘N5Y306’有較高的適合度,而對(duì)‘TXY’的適合度較低。
綜上所述,草地貪夜蛾取食6個(gè)不同水稻品種對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖存在差異,但均可以完成整個(gè)生活史。據(jù)此推測(cè),在自然生態(tài)系統(tǒng)中當(dāng)蟲口密度過(guò)大或者嗜食食料匱乏時(shí),草地貪夜蛾種群存在向水稻轉(zhuǎn)移為害的風(fēng)險(xiǎn),這是否與侵入我國(guó)的草地貪夜蛾類型有關(guān)或者是草地貪夜蛾對(duì)寄主植物長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果,尚有待進(jìn)一步研究。