草地貪夜蛾對水稻的取食選擇性、適合度及其與葉片生化物質含量的關系

王召　朱環　黃近等

關鍵詞 草地貪夜蛾； 水稻； 取食選擇； 適合度； 生化物質

中圖分類號： Ｓ４３５．１３２ 文獻標識碼： 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［１］，是一種被聯合國糧農組織（ＦＡＯ）全球預警的跨國界重大遷飛性農業害蟲，具有寄主種類多、適生區域廣、繁殖倍數高、暴食為害重等特點［２３］。２０１８年１２月草地貪夜蛾從緬甸遷入中國云南普洱市［４］，隨后迅速在全國擴散蔓延。據農業農村部發布的數據，截至２０２１年１０月，草地貪夜蛾已經在海南、廣西、貴州、四川、河南、河北等２７省發生，其為害面積高達１３２萬ｈｍ，對我國農業發展及糧食生產造成了重大影響。從前人的研究結果來看，入侵我國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重為害其最適寄主玉米外，對水稻也具有潛在危害性。

水稻Oryza sativa是我國第一大糧食作物，２０２０ 年種植面積占全國農作物總播種面積的１８％［７］。在草地貪夜蛾周年繁殖區、遷飛過渡區和重點防范區，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水稻田發現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，福建漳州云霄縣、湖北武穴大金鎮和安徽無為陡溝社區均發現草地貪夜蛾為害水稻秧苗［１２１４］。室內研究表明，取食水稻秧苗的草地貪夜蛾能完成生長發育并繁殖后代，且表現出較強的適生性［１５１６］。在田間，尤其當種群密度過大或嗜食寄主植物缺乏時，其是否會被迫轉移取食水稻，從而對水稻生產構成威脅尚不明確。植食性昆蟲的行為指標和生物學指標，如取食選擇性［１７１９］，幼蟲發育歷期、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寄主植物的取食偏好和適應程度，而寄主植物的營養物質和次生代謝物質含量在很大程度上影響著昆蟲的取食偏好及對寄主的適應性［２４２６］。目前關于草地貪夜蛾對不同品種水稻適應性的相關研究鮮有報道，水稻中生化物質含量對草地貪夜蛾取食影響的研究也未見報道。

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含量（蛋白質、可溶性糖、總酚、單寧和類黃酮）的關系，進一步觀察草地貪夜蛾在不同品種水稻上的生長發育和繁殖情況，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、預警監測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月采自貴州省農業科學院周邊玉米田，在人工氣候培養箱內用人工飼料飼養１０代以上，建立實驗室種群。飼養條件：溫度（２５±１）℃，相對濕度（７０±５）％，光周期Ｌ∥Ｄ＝１６ｈ∥８ｈ。

１．２供試水稻品種

本試驗共選取貴州主栽水稻品種１１個，分別為‘荃優２８０’（‘ＱＹ２８０’）、‘泰兩優１８０８’（‘ＴＬＹ１８０８’）、‘科優２１’（‘ＫＹ２１’）、‘科兩優３２１９’（‘ＫＬＹ３２１９’）、‘內６ 優５３８’（‘Ｎ６Ｙ５３８’）、‘桃湘優’（‘ＴＸＹ’）、‘內５優３０６’（‘Ｎ５Ｙ３０６’）、‘湘優６６’（‘ＸＹ６６’）、‘深兩優３９５６’（‘ＳＬＹ３９５６’）、‘中浙優Ｈ７’（‘ＺＺＹＨ７’）、‘泰優３９０’（‘ＴＹ３９０’）。

水稻種子浸泡催芽后播種于塑料育秧盤（長５４ｃｍ，寬２８ｃｍ，高５ｃｍ）中，用紗網籠罩，避免蟲害，整個生長期內不施加任何化肥和殺蟲劑，獲得健康的水稻苗備用。

１．３試驗方法

１．３．１草地貪夜蛾幼蟲對水稻葉片的取食選擇性試驗

取食選擇性試驗參照Ｈａｎ等［２７］的方法并略作改動。每個水稻品種隨機選取幼嫩葉片１０片，剪成長度６ｃｍ 的葉段，用浸濕的脫脂棉包扎一端并包成１束，共計１１束。將１１束水稻葉片等距間隔隨機擺放在墊有濕潤濾紙的白色塑料圓盤（內徑３２ｃｍ，高３．４ｃｍ）內，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量的小孔，讓其在人工氣候培養箱中，黑暗條件下自由取食，試驗設１５次重復。接蟲５ｈ后觀察記錄在不同水稻品種葉片上取食的幼蟲數量，分別計算其取食選擇率。對３齡幼蟲取食選擇性測定采用同樣的方法，為避免高齡幼蟲在密度高的情況下相互殘殺，每個圓盤放入２０頭饑餓５ｈ的３齡幼蟲，試驗設１５次重復。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量，計算其取食選擇率。取食選擇率＝（取食某個水稻品種葉片的幼蟲數／幼蟲總數）×１００％。

１．３．２水稻葉片生化物質含量測定

每品種隨機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，迅速轉移至離心管中，冷藏保存，每品種重復３次。采用蛋白含量測定試劑盒、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（蘇州科銘生物技術有限公司）分別測定水稻葉片相應物質含量，具體操作步驟按照說明書進行。

１．３．３草地貪夜蛾在不同水稻品種上的生長發育與繁殖指標觀測

在透明塑料盒（長２２ｃｍ，寬１５．５ｃｍ，高８ｃｍ）底部墊一張濕潤的濾紙，將１０段長度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（孵化時間＜１２ｈ），置于人工氣候培養箱中，飼養條件與１．１相同。每品種設５次重復，每重復２４頭幼蟲，待幼蟲生長至３齡后將其轉入６孔培養板單頭飼養，每天更換新鮮葉片并清潔培養板，直至化蛹，逐日觀察幼蟲發育情況、記錄幼蟲存活數及化蛹情況。收集同日羽化的成蟲按雌∶雄＝１∶１配對移入含有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３次，每重復１０對，逐日觀察記錄成蟲存活狀態和產卵情況，直到成蟲全部死亡。

計算草地貪夜蛾在不同水稻品種上的種群增長趨勢指數（I）［２８］及相對適合度（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趨勢指數，I 為取食‘Ｎ５Ｙ３０６’的種群增長趨勢指數。

１．４數據處理與分析

利用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２００７對所有數據進行初步整理，采用ＳＰＳＳ１３．０進行單因素方差分析，百分數在方差分析前先進行反正弦轉換，當方差具有齊次性時，采用Ｄｕｎｃａｎ氏新復極差法進行多重比較，當方差不具有齊次性時，采用Ｔａｍｈａｎｅ’ｓＴ２進行多重比較；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含量的相關性。

２結果與分析

２．１草地貪夜蛾幼蟲對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齡幼蟲表現出對‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’‘ＺＺＹＨ７’這３個品種存在較高的選擇性，取食選擇率分別達１４．１１％、１２．１１％和１３．６７％，而對其他８個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‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’‘ＺＺＹＨ７’這３個品種也表現出較高的取食選擇性，選擇率分別達１３．６７％、１４．３３％和１２．３３％，而對其他８個品種的取食選擇率均低于１０％（圖１ｂ）。綜合試驗結果，篩選出草地貪夜蛾幼蟲取食選擇率較高的３個品種（‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’‘ＺＺＹＨ７’）和取食選擇率較低的３個品種（‘ＫＹ２１’‘ＴＹ３９０’‘ＴＸＹ’）進行后續試驗。

２．２水稻葉片生化物質含量

不同水稻品種葉片生化物質含量如圖２ 所示，水稻葉片的蛋白質含量以‘Ｎ５Ｙ３０６’最高，為４．４１ｍｇ／ｇ，與‘ＸＹ６６’和‘ＺＺＹＨ７’葉片的蛋白質含量無顯著差異（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含量的關系

對草地貪夜蛾幼蟲取食選擇性與水稻葉片生化物質含量進行Ｐｅａｒｓｏｎ相關性分析，結果如表１所示。１齡幼蟲的取食選擇率與水稻葉片蛋白質、單寧、總酚和類黃酮含量均表現為不相關，與可溶性糖含量表現為顯著正相關；類似地，３齡幼蟲的取食選擇率與水稻葉片蛋白質、可溶性糖、單寧和類黃酮含量均無相關性，與總酚含量表現為顯著負相關。

２．４取食不同水稻品種對草地貪夜蛾生長發育和繁殖的影響

２．４．１各階段的發育歷期

不同水稻品種對草地貪夜蛾各階段的發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齡幼蟲的發育歷期分別延長了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齡幼蟲及預蛹發育歷期沒有顯著差異（P＞０．０５）。草地貪夜蛾幼蟲期取食‘ＫＹ２１’‘ＴＸＹ’‘ＸＹ６６’和‘ＴＹ３９０’的蛹歷期間沒有顯著差異（P＞０．０５）；取食‘ＴＸＹ’后其蛹歷期顯著長于取食‘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、繁殖力與種群趨勢指數

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個品種（P＜０．０５）。從草地貪夜蛾單雌產卵量來看，取食‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’和‘ＺＺＹＨ７’間無顯著差異（P＞０．０５），但與取食‘ＫＹ２１’和‘ＴＸＹ’相比，單雌產卵量顯著增多（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指數最高，為３６６．３２，是取食‘ＴＸＹ’的１０．８７倍，相對于‘Ｎ５Ｙ３０６’，‘ＴＸＹ’的寄主相對適合度最低，僅為０．０９。

３結論與討論

昆蟲在與寄主植物長期的相互作用過程中進化出對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齡幼蟲對菜豆的選擇率最低，對其余３種植物無選擇偏好；此外，成蟲在嗜食寄主玉米上的產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現，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‘ＫＯＫ１６７９’‘淮麥４６’‘銅麥６號’和‘淮麥４６’表現出較高的取食選擇率，而對‘煙農２１’‘魯原５０２’表現出較低的取食選擇率［２５］。與前人研究類似，本研究也發現，草地貪夜蛾幼蟲對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‘Ｎ５Ｙ３０６’‘ＸＹ６６’和‘ＺＺＹＨ７’表現出較高的取食選擇率，而對‘ＫＹ２１’‘ＴＹ３９０’和‘ＴＸＹ’表現出較低的取食選擇率。

昆蟲對寄主植物的選擇除取決于植物體內營養物質外，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、可溶性糖、單寧、總酚和類黃酮含量上存在差異。經Ｐｅａｒｓｏｎ相關性分析發現，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，３齡幼蟲的取食選擇性與總酚含量顯著負相關。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含量均無顯著相關性，總體表現出上述相關性存在一定的隨機性。這與劉歡等［２５］對草地貪夜蛾寄主選擇行為與寄主葉片生化物質含量關系的研究結果不同。其原因可能是不同寄主植物內含物組成和含量不同。

一般認為，多食性昆蟲優先選擇嗜食寄主植物進行取食，原因是嗜食寄主植物最大程度滿足了昆蟲生長發育所需要的水分和營養物質，因而更加利于昆蟲的生長發育和繁殖，表現為幼蟲發育歷期縮短，存活率、化蛹率、羽化率增加，成蟲壽命延長，繁殖力上升等。因此，昆蟲的生物學指標常被用來衡量其對寄主植物的適應性程度［３２］。邱良妙等［１６］比較了草地貪夜蛾對水稻和玉米的適合度，結果表明取食水稻苗的草地貪夜蛾幼蟲和蛹的發育歷期顯著延長，幼蟲存活率、化蛹率顯著降低，成蟲壽命縮短，產卵量減少；而取食嗜食寄主玉米苗時，其生長發育和繁殖適合度更高。昆蟲不僅對不同寄主的適應性不同，對同種寄主的不同品種也表現出不同的適應性。徐川峰等［３３］研究了草地貪夜蛾在不同品種玉米（２個糯質型品種和３個普通品種）上的取食適應性，結果發現取食不同品種玉米的草地貪夜蛾幼蟲發育歷期，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性更好。本研究發現，取食６個不同水稻品種的草地貪夜蛾在幼蟲發育歷期、蛹歷期、化蛹率、成蟲壽命和產卵量等方面均存在差異，幼蟲發育歷期以取食‘Ｎ５Ｙ３０６’的最短，取食‘ＴＸＹ’時最長；幼蟲期取食‘ＴＸＹ’時蛹歷期最長，顯著長于取食‘Ｎ５Ｙ３０６’；化蛹率以取食‘Ｎ５Ｙ３０６’時最高，取食‘ＴＸＹ’時最低，且差異顯著；同時，幼蟲期取食‘Ｎ５Ｙ３０６’時，其成蟲壽命最長，產卵量最多。綜合以上昆蟲生物學參數，本研究認為草地貪夜蛾對‘Ｎ５Ｙ３０６’有較高的適合度，而對‘ＴＸＹ’的適合度較低。

綜上所述，草地貪夜蛾取食６個不同水稻品種對其生長發育和繁殖存在差異，但均可以完成整個生活史。據此推測，在自然生態系統中當蟲口密度過大或者嗜食食料匱乏時，草地貪夜蛾種群存在向水稻轉移為害的風險，這是否與侵入我國的草地貪夜蛾類型有關或者是草地貪夜蛾對寄主植物長期適應的結果，尚有待進一步研究。