玉米內(nèi)生真菌對草地貪夜蛾生長發(fā)育的影響

秦華偉 姚嘉靜 門興元 李超 于毅 宋瑩瑩 郭文秀 李麗莉

摘要 為探明玉米內(nèi)生真菌對草地貪夜蛾生長發(fā)育的影響，尋求草地貪夜蛾綠色防控新方法，本文將玉米內(nèi)生真菌白僵菌YC1和鏈格孢菌GX5處理的玉米種子種植于田間，常規(guī)管理，取其鮮玉米籽粒飼喂草地貪夜蛾初孵幼蟲，測定了草地貪夜蛾幼蟲發(fā)育歷期、化蛹率、蛹期、蛹重、羽化率、成蟲重等指標(biāo)。結(jié)果表明，玉米內(nèi)生真菌YC1處理組草地貪夜蛾幼蟲發(fā)育歷期較對照顯著延長，比對照增加69.36%，蛹期和化蛹率略有降低，羽化率和對照組（6508%）相比明顯降低，僅有3.33%;GX5處理組草地貪夜蛾的幼蟲發(fā)育歷期較對照顯著延長，化蛹率（16.67%）和羽化率（8.33%）也明顯降低。蛹重、成蟲重、翅展以及翅長在處理間及處理和對照間沒有明顯的差異。從試驗(yàn)結(jié)果來看，玉米內(nèi)生真菌YC1和GX5均對草地貪夜蛾生長發(fā)育不利，可大大降低其繁殖率，在可持續(xù)控制草地貪夜蛾方面具有較大的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞 草地貪夜蛾; 玉米; 內(nèi)生真菌; 生長發(fā)育

中圖分類號(hào)： S 497.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020502

Effects of corn endophytic fungi on the growth and development of Spodoptera frugiperda

QIN Huawei， YAO Jiajing， MEN Xingyuan， LI Chao， YU Yi， SONG Yingying， GUO Wenxiu， LI Lili*

（Key Laboratory for Plant Virology of Shandong， Institute of Plant Protection，

Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

Abstract

To investigate the effects of corn endophytic fungi on the growth and development of Spodoptera frugiperda， and seek new method for green control of this pest， the corn seeds treated with endophytic fungi Beauveria YC1 and Alternaria GX5 were planted in the field for normal cultivation management， and fresh corn seeds were fed to the newly-hatched larvae of S.frugiperda. The larval developmental period， pupation rate， pupal period， pupal weight， eclosion rate， adult weight and other parameters were determined. The results showed that compared to the control group， the developmental duration of S.frugiperda larvae feeding on corn seeds grown from endophytic fungi YC1 treated seeds significantly prolonged by 69.36%， the pupal period and pupation rate were slightly reduced， and the eclosion rate was only 3.33%， significantly lower than that of the control （65.08%）. In GX5 treated group， the larval duration was also significantly prolonged and the pupation rate （16.67%） and eclosion rate （8.33%） were significantly reduced. There was no significant difference in pupal weight， adult weight， wing expanse and wing length among the treatments and the control. The results suggested that both corn endophytic fungi YC1 and GX5 were unfavorable to the development of S.frugiperda， and showed a great application potential in the sustainable control of S.frugiperda.

Key words

Spodoptera frugiperda; corn; endophytic fungus; growth and development

草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda（J.E.Smith）屬鱗翅目Lepidoptera，夜蛾科Noctuidae，灰翅夜蛾屬Spodoptera，原產(chǎn)于美洲熱帶和亞熱帶地區(qū)[1]，能為害多種植物。2018年12月入侵我國，不到一年時(shí)間，就擴(kuò)散到我國26個(gè)省、市（區(qū)）的糧食主產(chǎn)區(qū)[2-3]。入侵我國的草地貪夜蛾為水稻型母本和玉米型父本雜交后形成的特殊的“玉米品系”[4]，主要為害玉米、甘蔗和高粱等作物[3]。該蟲在玉米整個(gè)生長時(shí)期均可為害，其不僅為害葉片，還為害幼嫩的莖、雄穗以及雌穗[5]，嚴(yán)重威脅我國的玉米生產(chǎn)安全。

當(dāng)前我國對草地貪夜蛾的防治還處于應(yīng)用化學(xué)殺蟲劑的應(yīng)急防治階段，長期使用化學(xué)農(nóng)藥不但會(huì)增加草地貪夜蛾的抗藥性，而且還會(huì)造成農(nóng)藥殘留超標(biāo)和環(huán)境污染等一系列環(huán)境問題[6]。隨著草地貪夜蛾在我國的定殖為害，探索綠色防控可持續(xù)治理技術(shù)勢在必行。植物內(nèi)生菌為一定階段或全部階段

生活于健康植物組織的真菌或細(xì)菌，通過驅(qū)避或影響害蟲的生長發(fā)育來抵御害蟲為害，不引起植物外在病癥[7]。如植物內(nèi)生菌交互枝頂孢Acremonium alternatum 在甘藍(lán)定植后可引起小菜蛾P(guān)lutella xylostella 生長緩慢和死亡[8];Paullinia paullinioides（秘魯亞馬遜雨林下層的一種藤本植物）的內(nèi)生菌Muscodor vitigenus? 產(chǎn)生的揮發(fā)性代謝物奈可導(dǎo)致麥莖蜂Cephus cinctus 拒食死亡[9]。我們前期研究發(fā)現(xiàn)，玉米內(nèi)生真菌YC1（白僵菌Beauveria sp.）和GX5（鏈格孢Alternaria sp.）可在玉米植株中定殖，定殖率分別在33.23%～63.44%和4423%～52.78%，可使玉米組織干重增加3.88%～2051%，并且對玉米蚜Rhopalosiphum maidis的生長和繁殖均有不利影響，防效達(dá)74.80%[10-11]。為探討玉米內(nèi)生真菌對草地貪夜蛾的影響，本研究選用玉米內(nèi)生真菌YC1 和GX5處理玉米種子，并在大田內(nèi)種植，取其灌漿期鮮玉米籽粒飼喂草地貪夜蛾初孵幼蟲，觀察并記錄草地貪夜蛾幼蟲發(fā)育歷期、化蛹率、蛹期、蛹重、羽化率、成蟲重等數(shù)據(jù)，以期尋求草地貪夜蛾綠色可持續(xù)防控新方法。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

養(yǎng)蟲室內(nèi)飼養(yǎng)多代的草地貪夜蛾穩(wěn)定種群于2019年9月20日采自滕州市姜屯鎮(zhèn)大彥村馬鈴薯田（35.06° N，117.10°E）。養(yǎng)蟲室條件：溫度25～28℃，相對濕度70%～80%，光周期L∥D=16 h∥8 h，以人工飼料飼養(yǎng)[12]。

1.2 供試菌株

供試菌為本實(shí)驗(yàn)室保存的高抗玉米蚜的玉米內(nèi)生菌YC1（白僵菌Beauveria sp.）和GX5（鏈格孢Alternaria sp.），這兩株菌株為2017年7月中下旬自山東菏澤和聊城采集的小喇叭口期的玉米葉片中分離獲得[10]。

1.3 供試玉米種子

‘鄭單958，山東魯研農(nóng)業(yè)良種有限公司生產(chǎn)。無包衣。選取大小一致、飽滿健康無蟲的玉米種子供試。

1.4 試驗(yàn)方法

參照 George 等[13]的方法配制玉米內(nèi)生菌YC1和GX5菌液，接種到馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基上，25～28℃培養(yǎng)，菌落長滿培養(yǎng)基的2/3時(shí)，取直徑為8 mm的菌塊放入含0.05%吐溫-80的20 mL馬鈴薯葡萄糖液體培養(yǎng)基中，在25℃，200 r/min 培養(yǎng)3 d左右，磁力攪拌均勻后配成濃度為1×109個(gè)/mL的孢子懸浮液備用。參照宋海燕等[14]的方法將飽滿、健康無蟲的玉米種子表面消毒（75%乙醇30 s，1.5%次氯酸鈉3 min，無菌水沖洗3次），將消毒后的玉米種子用滅菌的手術(shù)刀劃破種皮后在配制好的菌液中浸種 12 h。將處理后的玉米種子播種至大田中正常管理，以0.5%吐溫-80無菌水浸種的玉米種子作對照，對照區(qū)和處理區(qū)種植面積為20 m×20 m左右，處理區(qū)種植間隔100 m以上。玉米灌漿時(shí)從田間隨機(jī)采回完整健康的鮮玉米穗放在-20℃的冰箱中冷藏，試驗(yàn)準(zhǔn)備期隨機(jī)取20穗玉米，將其籽粒取下后混勻存放，于試驗(yàn)前拿出放到4℃的冰箱解凍10 h后用于試驗(yàn)。將草地貪夜蛾初孵幼蟲放置在直徑4 cm，高2.5 cm的塑料小盒中單頭飼養(yǎng)，每重復(fù)20頭，每處理重復(fù)3次，每天更換添加新鮮的玉米籽粒，觀察記錄幼蟲、蛹、成蟲的發(fā)育和存活情況，化蛹后第2天稱重并放回小盒，盒底加入濕潤濾紙片，在養(yǎng)蟲室內(nèi)繼續(xù)飼養(yǎng)，羽化當(dāng)天測量成蟲的體重、翅長以及翅展等數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007計(jì)算幼蟲歷期、蛹期、化蛹率、羽化率、蛹重、成蟲重、翅長以及翅展，利用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 17.0進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA），運(yùn)用LSD法進(jìn)行多重比較分析。數(shù)據(jù)分析前對化蛹率先進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)換。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米內(nèi)生真菌對草地貪夜蛾生長發(fā)育的影響

玉米內(nèi)生菌YC1和GX5均有延長草地貪夜蛾幼蟲歷期，降低化蛹率和羽化率的作用，具體見表1。取食兩種內(nèi)生菌處理的玉米的草地貪夜蛾幼蟲期死亡個(gè)體的存活時(shí)間有顯著差異（df=2，104; F=100.74; P=0000）。取食YC1處理組的草地貪夜蛾幼蟲存活時(shí)間最長，平均為39.71 d，顯著長于對照CK和GX5處理，比對照組的20.73 d延長了91.56%;GX5處理組幼蟲存活時(shí)間比對照CK短，為17.10 d，但二者差異不顯著。從取食過程看，YC1處理組，幼蟲前期取食狀態(tài)好，個(gè)體整齊，粗壯，25 d左右幼蟲開始拒食，后期幾乎不取食或取食量很小，一直處于大齡幼蟲期，不化蛹，大部分在大齡幼蟲期死亡;GX5處理組取食過程不同，取食開始幼蟲即對玉米籽粒表現(xiàn)出輕微的拒食現(xiàn)象，個(gè)體比較小，大部分幼蟲在15 d左右（2～4齡）死亡。不同處理間草地貪夜蛾幼蟲的發(fā)育歷期差異顯著（df=2，71; F=665.744; P=0000），YC1處理組草地貪夜蛾幼蟲發(fā)育歷期最長，為40.41 d，顯著高于GX5處理組和對照組，比對照組延長69.36%，GX5處理組與對照組相比，發(fā)育歷期也顯著延長了14.42%，為27.30 d;不同處理間草地貪夜蛾的蛹重沒有顯著差異（df=2，59; F=1.021; P=0.366），CK組和YC1處理組蛹重非常接近，GX5處理組蛹重最低，為180.38 mg; GX5處理組化蛹率僅為16.67%，與對照組的58.33%相比顯著降低（df=2，6; F=5.305; P=0.047），YC1處理組化蛹率為48.33%，比對照降低了17.14%，但與對照沒有顯著差異;對照組的羽化率達(dá)到65.08%，而內(nèi)生真菌處理組的羽化率均不到10%，因YC1處理的草地貪夜蛾蛹只有2頭羽化，GX5處理的草地貪夜蛾蛹只有5頭羽化，故蛹期和羽化率無法進(jìn)行顯著性分析，但其羽化率差異顯而易見。

2.2 玉米內(nèi)生真菌對草地貪夜蛾成蟲的影響

玉米內(nèi)生真菌對草地貪夜蛾成蟲指標(biāo)參數(shù)的影響見表2。因內(nèi)生真菌處理組草地貪夜蛾成蟲羽化數(shù)量太少，無法進(jìn)行顯著性分析，只統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。YC1處理組成蟲體重比對照組低，GX5處理組比對照組高，內(nèi)生菌處理組翅長、翅展數(shù)據(jù)均高于對照組。從數(shù)據(jù)來看內(nèi)生真菌對成蟲體重、翅長、翅展等的影響不大。

3 討論

內(nèi)生菌大量存在于健康植物中，在與植物長期協(xié)同進(jìn)化過程中建立了互惠共生的關(guān)系，在生產(chǎn)中具有很大的應(yīng)用潛力。前人研究表明，植物內(nèi)生菌可通過植物的被取食來降低害蟲的存活率和生長速率，延緩害蟲的發(fā)育速度。Mahmood等[15]發(fā)現(xiàn)麥長管蚜Sitobion avenae （Fabricius） 取食定殖有球孢白僵菌Beauveria bassiana的玉米葉片1周后，存活率降低了49%。Gurulingappa等[16]也發(fā)現(xiàn)相似的現(xiàn)象，棉蚜Aphis gossypii Glover取食定殖內(nèi)生球孢白僵菌的棉花葉片后，生長遲緩，存活數(shù)量較對照組下降了50%。草地貪夜蛾幼蟲取食被麥角菌Clavicipitaceae，子囊菌Ascomycetes感染的草葉片和種子后，其幼蟲的存活率顯著降低，并且發(fā)育遲緩[17]。本研究與前人的結(jié)論基本一致，草地貪夜蛾取食了接種2種內(nèi)生菌的玉米后其生長發(fā)育均受到了顯著影響，發(fā)育速度延緩，種群存活率降低。和對照組相比，YC1處理組幼蟲發(fā)育歷期延長了6936%，幼蟲存活率降低了17.14%;GX5處理組發(fā)育歷期延長了14.42%，幼蟲存活率降低了7142%。雖然內(nèi)生菌處理組延緩了草地貪夜蛾的生長發(fā)育速度，但其取食量并未增加。YC1處理組死亡幼蟲的存活時(shí)間為39.71 d，和對照組死亡幼蟲的存活時(shí)間20.73 d相比，增加了91.56%，但其幼蟲在25 d左右出現(xiàn)拒食，幼蟲后期幾乎不取食或取食量很小，大部分在高齡幼蟲期死亡。GX5處理組死亡幼蟲的存活時(shí)間為17.10 d，和對照組相比，減少了1751%，是因?yàn)镚X5處理組試驗(yàn)開始即出現(xiàn)拒食現(xiàn)象，導(dǎo)致大量中、低齡幼蟲死亡，推測這可能與內(nèi)生菌的作用機(jī)理或者在玉米籽粒的定殖率有關(guān)。彭國雄等[18]研究表明，蟲生球孢白僵菌能顯著降低草地貪夜蛾蛹的羽化率。本研究發(fā)現(xiàn)植物內(nèi)生白僵菌、鏈格孢菌也具有相似的作用。YC1 和GX5處理組草地貪夜蛾羽化率和對照組相比均明顯降低，YC1處理組僅有3.33%的羽化率，GX5羽化率為8.33%，比對照組分別減少了94.88%和87.20%，大大降低了草地貪夜蛾的繁殖力，因此這兩種內(nèi)生菌在玉米定殖后對草地貪夜蛾種群增長

起到了很好的抑制作用，在生產(chǎn)上具有較大的應(yīng)用潛力。但此結(jié)果只是明確了接種內(nèi)生菌的玉米灌漿期籽粒對草地貪夜蛾生長的影響，下一步將繼續(xù)開展草地貪夜蛾對接種內(nèi)生菌的玉米穗期的為害程度、取食量等方面的研究，為其田間應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

2019 年草地貪夜蛾完成了在我國的入侵和定殖過程，隨后將進(jìn)入暴發(fā)階段[19]。因此需要在了解其遷飛為害規(guī)律的基礎(chǔ)上，盡快建立綠色可持續(xù)的防控技術(shù)。本研究結(jié)果將為草地貪夜蛾綠色防控提供新思路。目前，植物內(nèi)生菌應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已有成功案例，將增強(qiáng)棉花抗逆性的球孢白僵菌、紫色擬青霉 Purpureocillium lilacinum接種到棉花上，田間種植后對棉鈴蟲Helicoverpa zea取得了很好的防效，并增產(chǎn)14%左右[20-22]。因此，下一步我們將開展接種內(nèi)生菌后玉米苗期、小喇叭口期對草地貪夜蛾的防控效果，內(nèi)生菌的作用機(jī)制和田間應(yīng)用方面的研究，為草地貪夜蛾的綠色防控提供理論數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] TODD E L， POOLE R W. Keys and illustrations for the armyworm moths of the noctuid genus Spodoptera Guenée from the Western Hemisphere [J]. Annals of the Entomological Society of America， 1980， 73（6）： 722-738.

[2] SUN Xiaoxu， HU Chaoxing， JIA Huiru， et al. Case study on the first immigration of fall armyworm Spodoptera frugiperda invading into China [J]. Journal of Integrative Agriculture， 2021， 20（3）：664-672.

[3] 姜玉英， 劉杰， 謝茂昌， 等. 2019年我國草地貪夜蛾擴(kuò)散為害規(guī)律觀測[J]. 植物保護(hù)， 2019， 45（6）： 10-19.

[4] 張磊， 柳貝， 姜玉英， 等. 中國不同地區(qū)草地貪夜蛾種群生物型分子特征分析[J]. 植物保護(hù)， 2019， 45（4）： 20-27.

[5] FAO. Integrated management of the fall armyworm on maize [R]. Rome： Food and Agriculture Organization of the United Nations， 2017.

[6] 王磊， 陳科偉， 鐘國華， 等. 重大入侵害蟲草地貪夜蛾發(fā)生危害、防控研究進(jìn)展及防控策略探討[J]. 環(huán)境昆蟲學(xué)報(bào)，2019， 41（3）： 479-487.

[7] STONE J K， BACON C W， WHITE J F J. An overview of endophytic microbes： edophytism defined [J]. Microbial Endophytes， 2000（3）： 29-33.

[8] RAPS A， VIDAL S. Indirect effects of an unspecialized endophytic fungus on specialized plant-herbivorous insect interactions [J]. Oecologia， 1998， 114（4）：541-547.

[9] DAISY B H， STROBEL G A， CASTILLO U， et al. Naphthalene， an insect repellent， is produced by Muscodor vitigenus， a novel endophytic fungus [J]. Microbiology， 2002， 148（11）： 3737-3741.

[10]孫藝昕， 門興元， 李超， 等. 抗玉米蚜玉米內(nèi)生菌的篩選[J]. 中國生物防治學(xué)報(bào)， 2019， 35（4）： 570-575.

[11]孫藝昕， 門興元， 李超， 等. 高抗蟲玉米內(nèi)生菌對玉米蚜生長、繁殖及取食選擇的影響[J]. 中國生物防治學(xué)報(bào)， 2020， 36（2）： 184-188.

[12]王世英， 朱啟綻， 譚煜婷， 等. 草地貪夜蛾室內(nèi)人工飼料群體飼養(yǎng)技術(shù)[J]. 環(huán)境昆蟲學(xué)報(bào)， 2019， 41（4）： 742-747.

[13]GEORGE C C， FANNY E C. Studies on the incidence of coniferous needle endophytes in the Pacific Northwest [J]. Canadian Journal of Botany， 1978， 56（24）： 3034-3043.

[14]宋海燕， 李麗莉， 盧增斌， 等. 山東省不同地區(qū)棉花內(nèi)生真菌的多樣性和群落結(jié)構(gòu)分析[J]. 棉花學(xué)報(bào)， 2018， 30（5）： 363-374.

[15]MAHMOOD Z， STEENBERG T， MAHMOOD K， et al. Endophytic Beauveria bassiana in maize affects survival and fecundity of the aphid Sitobion avenae [J]. Biological Control， 2019， 137：104017. DOI： 10.1016/j.biocontrol.2019.104017.

[16]GURULINGAPPA P， SWORD G A， MURDOCH G， et al. Colonization of crop plants by fungal entomopathogens and their effects on two insect pests when in planta [J]. Biological Control， 2010， 55（1）： 34-41.

[17]CHEPLICK G， CLAY K. Acquired chemical defences in grasses： The role of fungal endophytes [J]. Oikos， 1988， 52： 309-318.

[18]彭國雄， 張淑玲， 夏玉先. 殺蟲真菌對草地貪夜蛾不同蟲態(tài)的室內(nèi)活性[J]. 中國生物防治學(xué)報(bào)， 2019， 35（5）： 729-734.

[19]吳秋琳， 姜玉英， 胡高， 等. 中國熱帶和南亞熱帶地區(qū)草地貪夜蛾春夏兩季遷飛軌跡的分析[J]. 植物保護(hù)， 2019， 45（3）： 1-9.

[20]LOPEZ D C， SWORD G A. The endophytic fungal entomopathogens Beauveria bassiana and Purpureocillium lilacinum enhance the growth of cultivated cotton （Gossypium hirsutum） and negatively affect survival of the cotton bollworm （Helicoverpa zea） [J]. Biological Control， 2015， 89（1）： 53-60.

[21]EK-RAMOS M J， ZHOU Wenqing， VALENCIA C U， et al. Spatial and temporal variation in fungal endophyte communities isolated from cultivated cotton（Gossypium hirsutum）[J/OL]. PLoS ONE， 2013， 8（6）： e66049. DOI： 10.1371/journal.pone.0066049.

[22]ZHOU Wenqing， WHEELER T A， STARR J L， et al. A fungal endophyte defensive symbiosis affects plant-nematode interactions in cotton [J]. Plant and Soil， 2018， 422（1/2）： 251-266.

（責(zé)任編輯：楊明麗）