西花薊馬取食蠶豆植株后體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化

李定銀，侯曉琳，郅軍銳，岳文波

(貴州大學(xué)昆蟲研究所，貴州省山地農(nóng)業(yè)病蟲害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)農(nóng)業(yè)部貴陽(yáng)作物病蟲害科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，貴陽(yáng) 550025)

【研究意義】寄主植物為植食性昆蟲提供了糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸以及脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是植食性昆蟲生命所需能量的主要來(lái)源[1]。由于不同寄主植物所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)差異，使得植食性昆蟲在取食單一的寄主植物后，其生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖力也表現(xiàn)出明顯差異，而導(dǎo)致昆蟲這種差異出現(xiàn)的內(nèi)在生化機(jī)制與植食性昆蟲自身的營(yíng)養(yǎng)狀況息息相關(guān)[19-20]。在長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中，同一昆蟲對(duì)不同的寄主植物常常表現(xiàn)出一定的嗜食度差異，如西花薊馬對(duì)四季豆、黃瓜和茄子的嗜食度高于對(duì)番茄和蠶豆等[21]。因此，研究西花薊馬取食非嗜食寄主蠶豆植株后其自身營(yíng)養(yǎng)狀況的變化，為探究植食性昆蟲轉(zhuǎn)移至新寄主取食后其營(yíng)養(yǎng)狀況的變化規(guī)律有一定的實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】取食不同寄主植物的昆蟲所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的差異在一定程度上反映了昆蟲對(duì)其取食的偏好性[3]。由于不同寄主植物體內(nèi)所含營(yíng)養(yǎng)組分和含量的差異，加之宿主昆蟲的多食性和其寄主的多樣性，使植食性昆蟲對(duì)不同寄主植物的適應(yīng)能力表現(xiàn)出明顯的差異[2]。另一方面，昆蟲體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量和配比也是昆蟲生長(zhǎng)狀況的直接反映，植食性昆蟲的營(yíng)養(yǎng)狀況受寄主植物次生物質(zhì)含量和植物自身物理結(jié)構(gòu)等因素的影響，當(dāng)植食性昆蟲由長(zhǎng)期取食的寄主轉(zhuǎn)移至新寄主后，這種影響差異的表現(xiàn)更加明顯[4-5]。如長(zhǎng)期取食甘藍(lán)的B型煙粉虱(BemisiatabaciB-biotype)分別飼養(yǎng)黃瓜、番茄、棉花后，B型煙粉虱種群體內(nèi)總蛋白含量變化差異不明顯，但總糖含量為取食黃瓜的最低，總糖和總脂含量以取食棉花的最高，總脂含量則用番茄飼養(yǎng)的最低[6]。程媛等[7]的研究也有類似發(fā)現(xiàn)，即取食普通大豆的大豆食心蟲(Leguminiroraglycinioorella)體內(nèi)脂肪和海藻糖含量顯著高于取食野生大豆的，而總糖含量則顯著降低?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】與四季豆、茄子和黃瓜等作物相比，西花薊馬對(duì)蠶豆(Viciafaba)嗜食度較低，但在其種植過(guò)程中同樣會(huì)遭受西花薊馬的危害，且取食蠶豆葉片的西花薊馬亦能夠順利完成生活史[18]?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】明確長(zhǎng)期取食四季豆豆莢的西花薊馬種群轉(zhuǎn)移至非嗜食寄主蠶豆植株后，其體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量隨取食時(shí)間的變化規(guī)律，探討西花薊馬取食對(duì)不同嗜食度寄主的適應(yīng)性差異。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試?yán)ハx 蟲源最初采自貴州省貴陽(yáng)市花溪區(qū)各類蔬菜上，在RXZ系列多段可編程智能人工氣候箱內(nèi)以四季豆豆莢飼養(yǎng)多代。飼養(yǎng)溫度(25±1)℃，濕度(70±5)%，L∶D = 14 h∶10 h。

1.1.2 供試植物 蠶豆(Viciafaba)植株以營(yíng)養(yǎng)缽(高13 cm，口徑12 cm)單株種植于溫室大棚內(nèi)，以200目尼龍紗網(wǎng)籠罩防蟲害，生長(zhǎng)期不接觸任何化學(xué)藥劑。待蠶豆長(zhǎng)至株高8 cm，16～20片真葉時(shí)，選取無(wú)任何蟲害和損傷的健康植株供試。

1.2 西花薊馬蠶豆種群擴(kuò)繁

參考劉利[22]的方法，選取長(zhǎng)期以四季豆豆莢飼養(yǎng)的西花薊馬初羽化雌成蟲100頭，轉(zhuǎn)接到蠶豆植株上產(chǎn)卵，再將整株蠶豆放入高25 cm，口徑為28 cm的透明塑料桶內(nèi)，以紗網(wǎng)改制的蓋子封口，防止西花薊馬逃逸，24 h后移除成蟲。待卵孵化為若蟲且發(fā)育至2齡若蟲和成蟲時(shí)(即分別為F1代2齡若蟲和成蟲)，用離心管分別收集蟲體，每管50頭，液氮速凍做樣。再將剩余的F1代成蟲接到新鮮的蠶豆植株上產(chǎn)卵，24 h后移除，獲得F2代，按照此方法連續(xù)飼養(yǎng)3代。每代收集2齡若蟲和成蟲對(duì)其體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)定。以長(zhǎng)期取食四季豆豆莢飼養(yǎng)的西花薊馬作為對(duì)照。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

西花薊馬蟲體總蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)(G-250)法測(cè)定，以牛血清白蛋白作為標(biāo)準(zhǔn)蛋白[23]。總糖和總脂參照周隆等[6]的方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，利用SPSS 24.0 軟件獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)?zāi)K對(duì)西花薊馬同一世代2齡若蟲與成蟲間各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的差異顯著性進(jìn)行分析，利用Tukey檢驗(yàn)法對(duì)同一蟲態(tài)不同世代間營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含差異顯著性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 總蛋白含量變化

由圖1可知，以四季豆豆莢長(zhǎng)期飼養(yǎng)的西花薊馬轉(zhuǎn)移至蠶豆植株后，3代內(nèi)2齡若蟲和成蟲體內(nèi)的總蛋白質(zhì)含量無(wú)顯著變化。取食蠶豆植株的西花薊馬3代內(nèi)2齡若蟲體內(nèi)總蛋白質(zhì)含量均顯著低于對(duì)照，而成蟲則顯著高于對(duì)照。無(wú)論是寄主轉(zhuǎn)換之前還是之后，西花薊馬2齡若蟲體內(nèi)蛋白質(zhì)含量始終顯著低于成蟲。

*表示西花薊馬同一世代不同蟲態(tài)間總蛋白含量差異顯著性(T檢驗(yàn)，P < 0.05)；不同小寫字母表示同一蟲態(tài)不同世代之間總蛋白含量差異顯著性(P < 0.05)；下同‘*’ indicates significant differences in total protein between 2nd instar nymph and adult of F. occidentalis at the same generation (T-test, P < 0.05), different lowercase letters indicate the significant difference of total protein among different generations of the same generation(P < 0.05). The same as below圖1 以蠶豆植株為食的西花薊馬體內(nèi)總蛋白含量變化Fig.1 The changes of total protein of F. occidentalis reared on broad bean plants

2.2 總糖含量變化

從圖2看出，西花薊馬從四季豆豆莢轉(zhuǎn)移至蠶豆植株取食之后，3代內(nèi)2齡若蟲和成蟲體內(nèi)總糖含量的變化趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)為下降，但不同世代無(wú)顯著差異。與長(zhǎng)期取食四季豆豆莢的種群相比，取食蠶豆植株的西花薊馬F1代至F3代體內(nèi)總糖含量均顯著降低。此外，無(wú)論是取食四季豆豆莢還是蠶豆植株，西花薊馬成蟲體內(nèi)總糖含量均顯著高于2齡若蟲。

圖2 以蠶豆植株為食的西花薊馬體內(nèi)總糖含量變化Fig.2 The changes of total sugar of F. occidentalis reared on broad bean plants

2.3 總脂含量變化

從圖3可知，與取食四季豆豆莢相比，取食蠶豆植株的西花薊馬2齡若蟲體內(nèi)總脂含量從F1代就顯著下降，且在3代內(nèi)仍沒(méi)有恢復(fù)增加，成蟲體內(nèi)總脂含量則無(wú)明顯變化。取食不同寄主植物的西花薊馬任何世代蟲體總脂含量均是成蟲顯著高于2齡若蟲。

圖3 以蠶豆植株為食的西花薊馬體內(nèi)總脂含量的變化Fig.3 The changes of total lipid of F. occidentalis reared on broad bean plants

3 討 論

植食性昆蟲體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量受寄主植物種類影響很大，一方面是由于不同的寄主植物所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不同，另一方面是因?yàn)槔ハx攝食時(shí)受寄主植物防御機(jī)制的影響，使得植食性昆蟲所能獲取的有效營(yíng)養(yǎng)不同[24-25]。而植物遭受植食性昆蟲取食時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列防御反應(yīng)來(lái)降低和補(bǔ)償所遭受的傷害，例如產(chǎn)生相應(yīng)的防御蛋白、提高防御酶活性來(lái)干擾昆蟲的生長(zhǎng)和發(fā)育，以及影響昆蟲的營(yíng)養(yǎng)狀況[26-27]。而植食性昆蟲面對(duì)植物的這種防御反應(yīng)，為保證正常生存需求，降低不利環(huán)境對(duì)自身的影響，可通過(guò)調(diào)節(jié)生理酶活性、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成以及取食方式等途徑來(lái)應(yīng)對(duì)[28]。因此，植食性昆蟲取食不同寄主植物后體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的變化一定程度上代表了昆蟲對(duì)該寄主的偏好性[29]。

研究結(jié)果顯示，長(zhǎng)期取食四季豆豆莢的西花薊馬轉(zhuǎn)移到蠶豆植株上繼代飼養(yǎng)后，2齡若蟲體內(nèi)總蛋白、總糖、總脂含量均顯著降低，這可能是因?yàn)樗募径苟骨v更有利于西花薊馬若蟲取食，以至于在其體內(nèi)累積的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更多。此結(jié)果與李景柱等[30]研究顯示取食蠶豆的西花薊馬發(fā)育速度顯著低于取食四季豆的結(jié)果相似，再次說(shuō)明西花薊馬對(duì)蠶豆的嗜食度低于四季豆。本研究中，與取食四季豆豆莢的西花薊馬相比，取食蠶豆的西花薊馬成蟲體內(nèi)總蛋白含量顯著升高，總糖含量顯著下降，總脂含量則無(wú)顯著變化，表明不同食物條件下，西花薊馬成蟲體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組分的調(diào)節(jié)可能不同。吳秀花等[31]也發(fā)現(xiàn)，分別以哈密瓜、南瓜、瓢葫蘆和黃瓜為食的瓜蚜(Aphisgossypii)種群體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量存在明顯差異，以黃瓜為食的瓜蚜體內(nèi)粗蛋白含量最高，以哈密瓜為食的最低；以瓢葫蘆為食的瓜蚜體內(nèi)脂肪和總糖含量均最高，以南瓜為食的瓜蚜脂肪含量最低，以黃瓜為食的總糖含量最低。李艷艷等[32]后來(lái)證實(shí)瓜蚜對(duì)5種寄主植物的嗜食性表現(xiàn)為：哈密瓜>瓢葫蘆>南瓜>黃瓜>茭瓜，說(shuō)明植食性昆蟲體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的差異與昆蟲對(duì)寄主植物嗜食性并不完全一致性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，西花薊馬取食蠶豆植株和四季豆豆莢后，2齡若蟲和成蟲體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的變化趨勢(shì)并不一致，原因可能是西花薊馬不同蟲態(tài)對(duì)攝入食物的轉(zhuǎn)化能力不一樣，也有可能是不同植物次生物質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)等對(duì)西花薊馬不同蟲態(tài)的影響不同。以蠶豆植株飼養(yǎng)為食的西花薊馬3代內(nèi)蟲體總蛋白、總糖、總脂含量變化均無(wú)顯著差異，這可能是因?yàn)槲骰ㄋE馬食物條件改變后，會(huì)暫時(shí)表現(xiàn)出營(yíng)養(yǎng)不良，但逐漸適應(yīng)新寄主后其體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸穩(wěn)定。類似的現(xiàn)象在其它植食性昆蟲上也有發(fā)現(xiàn)，例如煙粉虱分別取食甘藍(lán)、黃瓜和一品紅3種寄主不同時(shí)間后，同一寄主上煙粉虱成蟲體內(nèi)的總蛋白質(zhì)、總氨基酸、總游離脂肪酸含量隨時(shí)間的變化存在明顯差異，且取食不同寄主的蟲體體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量也不同[26]，因此昆蟲對(duì)寄主植物的適應(yīng)程度與取食時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。本研究中，取食蠶豆西花薊馬成蟲體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量顯著高于2齡若蟲，此結(jié)果與侯曉琳等[33]研究西花薊馬取食四季豆后，成蟲總糖、總脂和總蛋白均高于若蟲的結(jié)果相似。這可能是因?yàn)槲骰ㄋE馬成蟲需累積更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以保證其進(jìn)行交配和產(chǎn)卵繁殖后代所需。

4 結(jié) 論

西花薊馬從四季豆豆莢轉(zhuǎn)移至蠶豆植株后，體內(nèi)總糖和總脂含量呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明蠶豆植株不利于西花薊馬生長(zhǎng)發(fā)育。而成蟲體內(nèi)總蛋白含量呈上升趨勢(shì)，可能是因?yàn)樾Q豆植株的防御反應(yīng)誘導(dǎo)西花薊馬防御蛋白的產(chǎn)生。西花薊馬可通過(guò)自身生理活性的主動(dòng)調(diào)節(jié)，最大限度地適應(yīng)不利環(huán)境條件，但西花薊馬轉(zhuǎn)移至新寄主后體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量變化的具體原因尚不清楚，有待進(jìn)一步探究。