西雙版納榕樹-榕小蜂互惠系統(tǒng)中線蟲多樣性的初步研究

師榮榮, 苗白鴿, 彭艷瓊*

(1. 中國科學院 西雙版納熱帶植物園, 云南 昆明 650223; 2. 中國科學院大學, 北京 100049)

榕樹為?？?Moraceae)榕屬(Ficus)植物的統(tǒng)稱,是熱帶地區(qū)最大的木本屬之一[1].全世界已知的榕屬植物800余種[2],我國已經(jīng)報道的有125種,包括亞種及變種等,主要分布于我國南部和西南部地區(qū).西雙版納地區(qū)具有極高的榕樹物種多樣性,已記載了74種、亞種和變種[3].此外,榕樹一年四季均有掛果,為雨林中生活的各種鳥類、昆蟲和微生物等提供了豐富的食物及生態(tài)位,因此被公認為是熱帶雨林中的關鍵植物類群[4-5].榕樹依靠專一的傳粉榕小蜂為其傳粉完成有性繁殖,榕小蜂也必須依賴隱頭果內的雌花子房繁衍后代;兩者的互惠共生關系始于白堊紀時期,至今已協(xié)同進化了7 500萬年,兩者已經(jīng)發(fā)展到高度專一、缺一不可的高級階段[6-7].除傳粉榕小蜂外,隱頭果內還共生著一些非傳粉小蜂、癭蚊、線蟲等,其中線蟲伴隨榕樹和榕小蜂的繁殖周期有規(guī)律地生存和繁衍,這些線蟲與寄主榕樹及其傳粉榕小蜂關系密切,并且存在明顯種的?；訹8-9].因此,線蟲已成為研究生物多樣性及協(xié)同成種的一種非常重要的蟲媒模型[8].

植食性線蟲起源于寒武紀早期,與榕樹及其傳粉榕小蜂相關的線蟲,其進化關系通過化石證據(jù)可以追溯到150萬～450萬年前[8],表明線蟲和榕小蜂已協(xié)同進化了很長時期.Gasparrini[10]在1864年首先報道了一種裂嚙滑刃線蟲(Schistonchuscaprifici)與無花果(Ficuscarica)及其傳粉榕小蜂(Blastophagapsenes)存在聯(lián)系.20世紀80年代至今美國佛羅里達大學Giblin-Davis領導的研究小組對美國及中南美洲榕樹與榕小蜂互惠共生系統(tǒng)中的線蟲進行了系統(tǒng)的研究,發(fā)現(xiàn)與榕樹及榕小蜂共生系統(tǒng)有關的線蟲共4屬:Schistonchus、Parasitodiplogaster、Tylaselvia和Teratodiplogaster,其中隸屬于雙胃科(Diplogasteridae)的裂嚙滑刃屬(Schistonchus)和寄生雙胃屬(Parasitodiplogaster)為寄生隱頭果內的優(yōu)勢線蟲屬[8,11].這2個屬的線蟲都依賴傳粉榕小蜂進行傳播繁殖,少量線蟲也發(fā)現(xiàn)寄生于非傳粉榕小蜂體內[12].

在榕樹-榕小蜂互惠共生系統(tǒng)中,裂嚙滑刃屬(Schistonchus)是植食性線蟲,即線蟲寄生于隱頭果內的小花上,取食植物組織發(fā)育.另一類線蟲是肉食性隸屬于寄生雙胃屬(Parasitodiplogaster)的線蟲,寄生于榕小蜂體內,吸取榕小蜂營養(yǎng)發(fā)育,直到榕小蜂死亡[8,13-14].在隱頭果內無論植食性還是肉食性線蟲,均借助傳粉榕小蜂雌蜂進行傳播繁殖.目前,國內與榕樹和榕小蜂相關的線蟲研究尚處于起步階段,只有文獻[15-20]對分布于廣州的6種榕樹線蟲做了種類鑒定和描述,報道了7種寄生于隱頭果內的線蟲,包括寄生于高榕(F.altissima)的Schistonchusaltissimus、寄生于對葉榕(F.hispida)的S.guangzhouensis和S.centerae、寄生于小葉榕(F.microcarpa)的S.microcarpus、寄生于水同木(F.fistulosa)的S.fistulosus、寄生于筆管榕(F.superba)的S.superbus以及寄生于粗葉榕(F.hirta)的S.hirtus.與分布于我國的100多種榕樹相比,已調查的6種榕樹只是起點,本研究選擇我國榕樹分布最為富集的西雙版納熱帶地區(qū),廣泛開展榕樹-榕小蜂互惠系統(tǒng)中寄生線蟲的種類及多樣性研究,結果不僅可以豐富該系統(tǒng)中的線蟲種類,還對以西雙版納地區(qū)為代表的亞洲熱帶地區(qū)線蟲多樣性研究工作奠定了基礎.

1 材料和方法

1.1樣地介紹研究樣地位于西雙版納州勐臘縣勐侖鎮(zhèn)中國科學院西雙版納熱帶植物園,地處21°08′N,99°56′E,海拔560m,年平均氣溫21.7 ℃,年平均降水1 500～1 600mm,年平均相對濕度86%.全年分為明顯的干濕兩季,干季從11月至翌年4月,干季又分為霧涼季和干熱季.霧涼季11月至2月,干熱季3月至4月.5月至10月是雨季,全年75%的降雨量集中在雨季.

1.2材料本研究選取了正處于結果期的榕樹作為研究材料,其中雌雄同株14種:高榕F. altissima、小葉榕F. microcarpa、垂葉榕F. benjamina、鈍葉榕F. curtipes、豆果榕F. pisocarpa、環(huán)紋榕F. annulata、勁直榕 F. stricta、菩提樹F. religiosa、無柄雅榕F. concinna、曲枝榕F. geniculata、大葉水榕F. glaberrima、白肉榕F. vasculosa、硬皮榕F. callosa以及聚果榕F. racemosa;雌雄異株18種:對葉榕F. hispida、水同木F. fistulosa、木瓜榕F. auriculata、海南榕F. hainanensis、蘋果榕F. oligodon、北碚榕F. beipeiensis、雞嗉子榕F. semicordata、異形花榕F. heterostyla、斜葉榕F. tinctoria、歪葉榕F. cyrtophylla、瘦柄榕F. ischnopoda、黃毛榕F. esquiroliana、棒果榕F. subincisa、假斜葉榕F. subulata、山榕F. heterophylla、竹葉榕F. stenophylla、光葉楔葉榕F.trivia以及光葉榕F. laevis,共32種榕樹,每種榕樹依賴專一榕小蜂傳粉獲得有性繁殖.

1.3方法

1.3.1采集隱頭果收集果內線蟲 在32種榕樹結果期,采集間花期(即種子和榕小蜂發(fā)育期)隱頭果,每種榕樹隨機采集3～200個果,帶回實驗室收集果內寄生線蟲.線蟲的收集采用本領域運用成熟的貝曼漏斗法(baermannfunnel,圖1),具體選用10cm的玻璃漏斗,下面接一段乳膠管,乳膠管上裝一個止水夾,在漏斗中裝入適量蒸餾水,將漏斗固定在支架上;然后把采集的隱頭果,沿果內壁取下所有花組織,并切碎放置折疊好的濾紙上,再輕放入漏斗中,等待4～8h后,線蟲由于其趨水性和自身的重量下沉至漏斗底部的乳膠管中,松開乳膠管上的止水夾,將管中及漏斗底部的線蟲懸浮液倒入培養(yǎng)皿中,進行線蟲的收集.

圖 1 貝曼漏斗法

1.3.2線蟲的收集與鑒定 采用貝曼漏斗法收集到的線蟲,借助LeicaS8AP0體視鏡,用昆蟲針挑選處于成蟲期的線蟲,放入裝有質量分數(shù)2%～4%甲醛的1.5mL離心管中保存線蟲,最后利用LeicaDM2000 顯微鏡鑒定線蟲種類.線蟲主要通過其形態(tài)特征進行鑒定,本次對線蟲的鑒定主要采用如下特征:體型大小、頭部口針的有無和長短、尾部生殖器官的形狀和位置、排泄孔和交合刺的形態(tài)等,并參考寄主榕樹及其傳粉榕小蜂種類進行綜合鑒定.

2 結果

2.1隱頭果內寄生線蟲種類的鑒定特征在西雙版納熱帶植物園里對32種榕樹間花期果進行抽樣,采集隱頭果內寄生的線蟲,通過線蟲的大小及頭部口針的有無,可直接鑒定為2個屬:裂嚙滑刃屬(Schistonchus)和寄生雙胃屬(Parasitodplogaster).裂嚙滑刃屬為植食性線蟲,雌雄體形相似,個體小,體長為(603±10)μm(SE,n=296),頭部內部有清晰的口針(圖2上);相比之下,寄生雙胃屬的線蟲也雌雄體形相似,但個體較大,體長約(800±4)μm(SE,n=106),頭部無口針(圖2下).再參照專一性的榕樹和傳粉榕小蜂寄主,結合尾部生殖器官交合刺的特征,可以鑒定到種.

2.2雌雄同株隱頭果內寄生線蟲的種類及多樣性雌雄同株榕樹及榕小蜂繁殖在同一果內完成,因此雄花期隱頭果內的線蟲總能找到傳粉榕小蜂雌蜂,獲得轉移到雌花期隱頭果繁殖的機會.對處于結果期的14種雌雄同株榕樹的間花期果進行抽樣,每種榕樹分別抽樣1～10株,再從5～100個隱頭果內收集線蟲.經(jīng)普查、鑒定,7種榕樹的間花期果內寄生有線蟲(表1),每種隱頭果內有線蟲1～2種.高榕、小葉榕和垂葉榕隱頭果內均發(fā)現(xiàn)一種已知的裂嚙滑刃屬線蟲,分別是Schistonchus altissimus、S. microcarpus和S. benjamina.寄生于菩提樹果內的Schistonchus 線蟲,則是還未被描述的線蟲種類,這些線蟲是植食性線蟲,取食植物花部組織,借助傳粉榕小蜂轉移到新的雌花期隱頭果內繁殖.在鈍葉榕和豆果榕間花期果內分別發(fā)現(xiàn)一種尚未描述的肉食性寄生雙胃屬線蟲(Parasitodplogaster),它們直接取食鈍葉榕和豆果榕的傳粉榕小蜂,并依賴傳粉榕小蜂轉移世代繁衍下去.僅在聚果榕里發(fā)現(xiàn)2種線蟲,植食性和肉食性線蟲各一種.在其它雌雄同株的環(huán)紋榕、勁直榕、無柄雅榕、曲枝榕、大葉水榕、白肉榕以及硬皮榕7種榕樹的隱頭果內,目前未發(fā)現(xiàn)寄生有線蟲.

圖 2 裂嚙滑刃屬和寄生雙胃屬線蟲的形態(tài)鑒定特征

注：(a)表示裂嚙滑刃屬線蟲成蟲,(b)表示裂嚙滑刃屬線蟲頭部內有口針,(c)表示寄生雙胃屬線蟲成蟲,(d)表示寄生雙胃屬線蟲頭部內無口針.

表 1 西雙版納雌雄同株榕樹隱頭果內線蟲種類

2.3雌雄異株隱頭果內寄生線蟲的種類及多樣性在雌雄異株榕樹上,種子和榕小蜂的繁殖在不同樹上的隱頭果內完成,因此雄樹雄花期隱頭果內的線蟲總能找到傳粉榕小蜂雌蜂獲得轉移到雌花期隱頭果內繁殖的機會.雌樹隱頭果內因沒有傳粉榕小蜂的存在,發(fā)育到花后期隱頭果內的線蟲不能被傳播,繁殖適合度為零.

對處于結果期的18種雌雄異株榕樹的間花期果進行抽樣,每種榕樹分別抽樣1～20株樹,再從3～200個隱頭果內收集線蟲.經(jīng)普查、鑒定,12種榕樹的間花期果內寄生有線蟲,每種隱頭果內有線蟲1～3種,而在棒果榕、假斜葉榕、山榕、竹葉榕、光葉楔葉榕以及光葉榕隱頭果內目前還未發(fā)現(xiàn)線蟲.僅在對葉榕和水同木隱頭果內發(fā)現(xiàn)的裂嚙滑刃屬3種為已知線蟲種類:對葉榕隱頭果內發(fā)現(xiàn)兩種線蟲S. centerae和S. guangzhouensis,水同木間花期果內發(fā)現(xiàn)一種線蟲S. fistulosus.在異形花榕、斜葉榕、歪葉榕和黃毛榕果內均發(fā)現(xiàn)一種未描述的裂嚙滑刃屬線蟲;在海南榕、蘋果榕、北碚榕、雞嗉子榕和瘦柄榕隱頭果內均發(fā)現(xiàn)一種未描述的寄生雙胃屬線蟲.在木瓜榕隱頭果內發(fā)現(xiàn)了1種裂嚙滑刃屬線蟲和2種寄生雙胃屬線蟲(表2).線蟲寄生雄果是成功的選擇,但在對葉榕、水同木、海南榕、木瓜榕、北碚榕和蘋果榕這6種榕樹的雌果內也發(fā)現(xiàn)大量線蟲,這些線蟲缺乏傳粉榕小蜂攜帶傳播,繁殖適合度為零.研究結果說明:線蟲能準確定位傳粉榕小蜂雌蜂,但沒法選擇雌雄果.

表 2 西雙版納雌雄異株榕樹隱頭果內線蟲種類

注：M代表雄樹,F代表雌樹.

3 討論

本研究采用貝曼漏斗法對分布于西雙版納的32種榕樹隱頭果進行寄生線蟲種類普查,包括雌雄同株14種和雌雄異株18種,其中在7種雌雄同株和12種雌雄異株榕樹的隱頭果內共發(fā)現(xiàn)24種寄生線蟲,這些線蟲分別隸屬于植食性的裂嚙滑刃屬(Schistonchus)和肉食性的寄生雙胃屬(Parasitodplogaster),其中僅有7種線蟲為已知種類[15-20],其余17種是尚待描述的新種.研究結果也展示了裂嚙滑刃屬和寄生雙胃屬的線蟲的鑒定特征,屬級特征前者個體較小,頭部內有口針,通常一種隱頭果及其傳粉榕小蜂互惠系統(tǒng)中寄生有1～3種線蟲,并且呈寄主專一性.因此,綜合線蟲形態(tài)特征與專一寄主可以準確鑒定其種類.在雌雄同株隱頭果內,種子及榕小蜂同時繁殖,以至寄生其果內的線蟲總有機會獲得傳播,逐代繁衍下去.然而,雌雄異株的隱頭果內,種子及榕小蜂繁殖獨立于不同樹上,本研究雄果和雌果分開抽樣,并在6種榕樹的雌果內發(fā)現(xiàn)有大量線蟲,說明線蟲準確定位傳粉榕小蜂雌蜂離開哺育果后,是隨機跟隨雌蜂進入雌雄果.繁殖的后代面臨兩種命運:進入雄果內的繁殖的線蟲,有傳粉榕小蜂攜帶傳播,可成功獲得繁殖機會;而進入雌果內繁殖的線蟲由于缺乏榕小蜂攜帶傳播,最終死亡,繁殖適合度為零.因此,深入研究雌雄異株榕樹隱頭果內寄生線蟲的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律,有利于更好地揭示榕樹-榕小蜂-線蟲互作的機理.

已知全球榕樹隱頭果寄生線蟲的研究主要集中在美洲和澳大利亞地區(qū)[8,11,14,21-22],中國僅6篇文獻對分布于廣州市的6種榕樹進行了種類調查,描述了隸屬于裂嚙滑刃屬的線蟲7種[15-20].本研究是第一次調查西雙版納地區(qū)榕樹隱頭果內寄生線蟲種類及多樣性,為我國新增了17種隱頭果內寄生線蟲種類,而且10種隸屬于寄生雙胃屬的線蟲在國內是首次報道,豐富了我國及亞洲熱帶地區(qū)榕樹隱頭果寄生線蟲的物種數(shù)及多樣性.此外,線蟲與榕-蜂互惠系統(tǒng)呈專一性關系,說明只有傳粉榕小蜂雌蜂是線蟲最合適、最可靠的寄主和傳播工具[23].然而,線蟲要快速、準確找到傳粉榕小蜂雌蜂,需要線蟲有較強的寄主識別能力,才能準確定位傳粉榕小蜂雌蜂,并在對應的隱頭果內成功繁殖[9,24].雖然,Gasparrini[10]早在1864年就報道了寄生于雌雄異株無花果內的一種裂嚙滑刃線蟲(S.caprifici),后來在雌雄異株的對葉榕、水同木隱頭果內也相繼見寄生線蟲的描述,但均未報道其線蟲采自雄果還是雌果[17,20].本研究在6種雌雄異株榕樹的雌果內發(fā)現(xiàn)有大量線蟲,說明線蟲感染雌雄果是隨機、普遍的現(xiàn)象.成功感染隱頭果的植食性裂嚙滑刃屬線蟲,取食植物組織發(fā)育,最后傳粉榕小蜂作為交通工具攜帶其轉移到其它果內繁殖;而寄生雙胃屬的肉食性線蟲直接寄生、取食榕小蜂,因此,線蟲的寄生和攜帶直接或間接地影響到榕樹種子及其傳粉榕小蜂的繁殖[13,25-26],其影響方式及強度值得進一步觀察和研究.

本研究對處于結果期的32種榕樹進行抽樣,由于部分樹結果量少,雌雄異株的榕樹雌雄難于同時找到結果樹,因此,抽樣的樹及果量還不夠充分,在13種榕樹隱頭果內還尚未發(fā)現(xiàn)線蟲寄生,而且大部分有線蟲寄生的榕樹種類,只發(fā)現(xiàn)1種線蟲,少見有3種.因此,進一步增加抽樣量,在不同榕樹結果物候期,適時抽樣隱頭果,包括雌花期、間花期果,同時也抽樣每種榕樹專一的傳粉榕小蜂所攜帶線蟲情況,并考慮榕樹不同分布生境.增加抽樣量一方面可以發(fā)現(xiàn)更多的隱頭果寄生線蟲,豐富其物種多樣性;另一方面還可以掌握線蟲隨榕樹結果、榕小蜂發(fā)育而協(xié)同繁殖的機理,以及可深入研究寄生線蟲對榕樹及傳粉榕小蜂互惠系統(tǒng)的影響.

致謝非常感謝仲愷農業(yè)工程學院曾永三老師指導線蟲分類方法和技術.

[1] 張秀實,吳征鎰,曹子余. 中國植物志第23卷第1分冊[M]. 北京:科學出版社,1998:66-219.

[2] BERG C C. Classification and distribution ofFicus[J]. Experientia,1989,45(7):605-611.

[3] 楊大榮,彭艷瓊,張光明,等. 西雙版納熱帶雨林榕樹種群變化與環(huán)境的關系[J]. 環(huán)境科學,2002,23(5):29-35.

[4] 許再富. 榕樹:滇南熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)中的一類關鍵植物[J]. 生物多樣性,1994,2(1):21-23.

[5] SHANAHAN M, SO S, COMPTON S G. et al. Fig-eating by vertebrate frugivores:a global review[J]. Biological Reviews,2001,76:529-72.

[6] WIEBES J T. Co-evolution of figs and their insect pollinators[J]. Annual Review of Ecology and Systematics,1979,10(10):1-12.

[7] CRUAUD A, RONSTED N, CHANTARASUWAN B, et al. An extreme case of plant-insect co-diversification:figs and fig-pollinating wasps[J]. Systematic Biology,2012,61(6):1029-1047.

[8] GIBLIN-DAVIS R M, CENTER B J, NADEL H, et al. Nematodes associated with fig wasps,Pegoscapusspp. (Agaonidae), and syconia of native floridian figs (Ficusspp.)[J]. J Nematology,1995,27(1):1-14.

[9] ANUSHA K, SUBHASHINI M, LIKHESH S, et al. A hitchhiker’s guide to a crowded syconium:how do fig nematodes find the right ride？[J]. Functional Ecology,2010,24(4):741-749.

[10] GASPARRINI G. Sulla maturazione e la qualitt dei fichi dei contorni di Napoli[J]. Atti Accademia Pontaniana,1864,9:99-118.

[11] KANZAKI N, GIBLIN-DAVIS R M, DAVIES K, et al.Teratodiplogasterfignewmanigen. nov. sp. nov.(Nematoda:Diplogastridae) from the syconia ofFicusracemosein Australia[J]. Zoology Science,2009,26(8):569-578.

[12] VOVLAS N. Relationship ofSchistonchuscaprifici(Aphelenchoididae) with fig inflorescences, the fig pollinatorBlastophagapsenes, and its cleptoparasitePhilotrypesiscaricae[J]. Fundamental & Applied Nematology,1996,19(5):443-448.

[13] VOVLAS N, INSERRA R N, GRECO N.Schistonchuscaprificiparasitizing caprifig (Ficuscaricasylvestris) florets and the relationship with its fig wasp(Blastophagapsenes) vector[J]. Nematologica,1992,38(1):215-226.

[14] HERRE E A. Population structure and the evolution of virulence in nematode parasites of fig wasps[J]. Science,1993,259(5100):1442-1444.

[15] ZENG Y S, YE W M, GIBLIN-DAVIS R M, et al. Description ofSchistonchusmicrocarpusn. sp.(Nematoda:Aphelenchoididae), an associate ofFicusmicrocarpain China[J]. Nematology,2011,13(2):221-233.

[16] ZENG Y S, YE W M, GIBLIN-DAVIS R M, et al.Schistonchushirtusn. sp.(Nematoda:Aphelenchoididae), an associate ofFicushirtain China[J]. Nematology,2010,12(4):543-556.

[17] ZENG Y S, YE W M, WANG X R, et al.Schistonchusfistulosusn. sp.(Nematoda:Aphelenchoididae) associated withFicusfistulosain China[J]. Nematology,2013,15(7):879-890.

[18] ZENG Y S. Description ofSchistonchussuperbusn. sp.(Nematoda:Aphelenchoididae), an associate ofFicussuperbain China[J]. Nematology,2013,15(7):771-781.

[19] ZENG Y S. Description ofSchistonchusaltissimusn. sp.(Nematoda:Aphelenchoididae), an associate ofFicusaltissimain China[J]. Zootaxa,2013,3700(4):561-572.

[20] ZENG Y S, GIBLIN-DAVIS R M, YE W M. Two new species ofSchistonchus(Nematoda: Aphelenchoididae) associated withFicushispidain China[J]. Nematology,2007,9(2):169-187.

[21] KANZAKI N, GIBLIN-DAVIS R M, HERRE E A, et al. Morphology and molecular phylogeny of two Panamanian fig wasp nematodes, Parasitodiplogaster citrinema and P. popenema[J]. J Nematology,2009,41(4):342-343.

[22]DAVIES K, YE W, NATSUMI K, et al. A review of the taxonomy, phylogeny, distribution and co-evolution of Schistonchus Cobb,1927 with proposal of Ficophagus n. gen. and Martininema n. gen. (Nematoda:Aphelenchoididae)[J]. Nematology,2015,17(7):761-827.

[23]JAUHARLINA J, LINDQUIST E E, QUINNELL R J, et al. Fig wasps as vectors of mites and nematodes[J]. African Entomology,2009,20(1):101-110.

[24]SRIWATI R, KANZAKI N, COMPTON S G. Fig pollinating wasp transfers nematodes into figs of Ficus racemosa in Sumatra, Indonesia[C]//International Conference of Chemical Engineering on Science and Application,2015,5(2):165-169.

[25]HERRE EA. Factors affecting the evolution of virulence - nematode parasites of fig wasps as a case study[J]. Parasitology,1995,111(S1):191-200.

[26]MARTIN G C, OWEN A M, WAY J I. Nematodes, figs and wasps[J]. J Nematology,1973,5(1):77-78.