野苹果枝条主要营养成分对苹小吉丁幼虫发育的影响

彭 彬，马志龙，卡德艳·卡德尔，阿地力·沙塔尔，张元明

(1.新疆农业大学林学与园艺学院，乌鲁木齐 830052；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，乌鲁木齐 830011)

0 引 言

【研究意义】苹小吉丁(AgrilusmaliMatsumura)，属于鞘翅目(Coleoptera)，吉丁虫科(Buprestidae)，窄吉丁属(Agrilus)，是一种迫害性极强的蛀干类害虫[1]。幼虫为主要危害期，其蛀入枝条韧皮部，在枝条向阳面来回蛀害，后期进入木质部化蛹，造成被害寄主水分和营养物质的输送中断，使寄主枝条干枯，最终导致整株树枯死[2,3]。【前人研究进展】目前从生理上解释寄主与害虫发生的报道也有很多方面研究，糖类、蛋白质是植物体内重要的有机物质[4,5]，植物体内有机物质含量变化与害虫发育有密切关系[6,7]。如：多毛小蠹的危害程度与杏树韧皮部中的营养物质含量呈显著正相关性[8]；毛竹受刚竹毒蛾危害后糖和蛋白质的含量下降，导致刚竹毒蛾幼虫发育历期延长[9]；红腹柄天牛危害寄主导致糖类物质含量减少，造成幼虫发育受限[10]等。植物和害虫长期协同进化，植物体内生理物质含量影响害虫的发育。【本研究切入点】近20多年来苹小吉丁传入天山野果林，严重危害新疆野苹果(Malussieversii)，是天山野果林最具毁灭性的一种害虫。国内诸多学者对天山野果林苹小吉丁的发生展开了相关研究，主要集中在苹小吉丁形态学、生物学、天敌调查、综合防治方面等[2,11,12,13]。调查发现,苹小吉丁幼虫发育到7月后，死亡率显著上升，有关其原因及机理尚不清楚。【拟解决的关键问题】研究苹小吉丁与野苹果枝条营养之间的关系，分析苹小吉丁幼虫发育过程中的自然死亡原因，为苹小吉丁林间种群发生趋势预测提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验地位于巩留县库尔德宁镇阔克塔勒村，分布于特克斯河上游的哈帮拜山上，E82°50′22.06"，N43°14′17.91"，海拔1 295 m，属于温带大陆性较为湿润的气候区。全年平均气温7.4℃，极端最高气温37～39℃，极端最低气温-36～-38℃，无霜期150 d左右，年降水量600～800 mm[14]。野苹果分布区在山地缓坡地带，土壤种类主要是山地黑棕色土和黄土，其中野苹果为主要优势种，单株树高3～12 m，胸径多为30～45 cm，林分郁闭度为0.3～0.5，树龄结构为衰弱型[15]。其他野生果树伴生主要有：野杏(Armeniacavulgaris)、野欧洲李(Prunusdomestica)、野樱桃李(Prunussogdiana)、野山碴(Crataegussongorica)、沙棘(Hippophaerhamnoides)等等[16,17]。林下地表植被多以天兰苜蓿(Medicagolupulina)、苦苣菜(Sonchusoleraceus)、巩留风铃草(Campanulafedtschenkoana)、蓝蓟(Echiumvulgare)等等为优势种[18]。该地区苹小吉丁危害严重，野苹果受害率超过80%。

101型烘干箱(上海精宏实验设备有限公司)、AK400B中药粉碎机(北京光明有限责任公司)、WT电子天平(上海民桥精密科学有限责任公司)、HH-W420水浴锅(江苏省金坛市医疗仪器厂)、721G-100分光光度计(上海菁华科技仪器有限公司)、TGL-16B离心机(上海菁华科技仪器有限公司)等。

蒽酮、浓硫酸、蔗糖、乙醇、葡萄糖、淀粉、氢氧化钠、酒石酸胛钠、亚硫酸钠购置(国药集团化学试剂有限公司)，乙酸乙酯购置(天津市致远化学试剂有限公司)，3,5-二硝基水杨酸、高氯酸、牛血清蛋白购置(北京经日今典科技有限公司)，磷酸购置(天津市大茂化学试剂厂)，考马斯亮蓝G-250购置(Amresco公司)。

1.2 方 法

1.2.1 调查苹小吉丁幼虫不同时间段的死亡率

试验地内选取具有代表性的样地，长宽为500 m×500 m。6月下旬至8月下旬，每周调查一次，在调查样地内随机选取50株野苹果作为样株，每株在3～4 m高度、不同方向(东、南、西、北)分别选取一根约1.5 m标准枝。用嫁接刀剖开枝条危害部位树皮、木质部，首先观测幼虫健康状况，调查幼虫在枝条韧皮部及木质部的死亡比例，并记录；然后用放大镜鉴别幼虫死亡原因[13]，幼虫死亡原因主要是被寄生蜂寄生死亡(主要是被乌黑刻柄茧蜂(Atanycolusdenigrator)和苹果小吉丁刻柄茧蜂(Atanycolussp.)寄生)和自然死亡(症状是虫体体软、干瘪、颜色暗淡、无光泽)。

1.2.2 受害和健康枝条的处理

调查的枝条危害部位(粗细约3 cm)和同样规格的未受危害枝条锯下来，分解为树皮、木质部，截取5 cm放入保鲜袋带回实验室。首先把采集到的样品放入101型烘干箱烘至恒重(韧皮部用60～80℃烘6 h，木质部用80～95℃烘24 h)，然后用AK400B中药粉碎机粉碎、过筛，最后用四分法取得适量分析样品，贮存在干燥器中备用。幼虫不同危害期危害枝条(木质部和韧皮部)每种样品测定5个重复，健康部位同理。

1.2.3 营养成分测定

可溶性糖和淀粉含量采用蒽酮法测定[19]；还原性糖含量采用3,5-二硝基水杨酸法测定[20]；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[21]。

1.3 数据处理

所采集的数据运用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0 软件进行方差分析和回归分析。

2 结果与分析

2.1 幼虫在枝条不同部位死亡率

2.1.1 韧皮部中幼虫死亡率

研究表明,2017年6月下旬枝条韧皮部幼虫的自然死亡率为3.30%，从6月下旬至7月底逐渐上升到11.42%，进入8月后上升趋势开始加快，最高达到45.43%。2018年6月下旬幼虫在韧皮部的自然死亡率为5.82%，进入7月后上升趋势更为明显最高达到54.50%，8月下旬更是达到65.44%。2018年幼虫自然死亡率趋势与2017年自然死亡率大致相同，均为逐渐上升的趋势，只是2018年的自然死亡率高于2017年。

2017年6月下旬枝条韧皮部的幼虫被寄生率为4.51%，进入7月份后，寄生率上升到42.72%后趋于平稳，始终保持在40%左右，而2018年幼虫被寄生峰寄生率趋势与2017年基本一致。

2017年6月下旬枝条韧皮部幼虫总死亡率为7.80%，到7月初总死亡率上升明显加快，直至7月中旬总死亡率为50.14%，进入8月份幼虫总死亡率一直保持在70%以上，8月下旬幼虫总死亡率更是接近90%。2018年6月下旬至8月下旬幼虫总死亡率趋势大致和2017年相同，都是在7月中旬达到第一个幼虫死亡高峰期，只是2018年总死亡率稍高。 每年6月下旬至8月下旬是韧皮部幼虫大量死亡的时期。图1

图1 2017年至2018年幼虫在枝条韧皮部死亡趋势

Fig.1 Trend of larvae dying in phloem of branches from 2017 to 2018

2.1.2 木质部中幼虫死亡率

研究表明,2017年6月下旬幼虫在枝条木质部自然死亡率0.32%，7月初自然死亡率上升明显加快，7月中旬自然死亡率达到5.38%，之后开始急剧下降，到8月中旬下降为0.00%。2018年自然死亡率趋势与2017年大致相同，只是2018年自然死亡率高于2017年，以7中旬自然死亡率来看，2018年自然死亡率是2017年的1.6倍。

幼虫在枝条木质部被寄生蜂寄生率与自然死亡率大致趋势一致，只是2017年被寄生率高于2017年自然死亡率，2018年寄生率低于2018年自然死亡率，导致两年幼虫死亡诱因稍有差异。

2017年6月下旬幼虫总死亡率为2.00%，到7月中旬总死亡率高达14%，之后又逐渐下降，到8月中旬后死亡率为0.00%。2018年幼虫在木质部死亡动态和2017年的死亡动态基本一致，只是在死亡高峰期和总死亡率上稍有不同，2018年幼虫死亡高峰期要比2017年晚，总死亡率也比2017年低。2017年和2018年6月下旬至8月下旬幼虫在木质部总死亡率均是先上升后下降的过程。进入7月后幼虫在韧皮部总死亡率显著上升最高达到70%，这可能导致很多幼虫无法钻入木质部就死亡；还有一方面可能是7月之前钻入木质部的幼虫多化为蛹，蛹羽化为成虫，致使这一时期木质部幼虫减少，幼虫死亡率逐渐降为0.00%。

苹小吉丁幼虫在枝条木质部被寄生率要远远低于其在韧皮部，2017年木质部幼虫被寄生率最高为14.36%，而同时期韧皮部幼虫被寄生蜂寄生率为42.72%，两者相差3倍，2018年亦是如此。可能是寄生蜂根据繁衍需要，将卵多产于枝条韧皮部幼虫。图1，图2

图2 2017年至2018年幼虫在枝条木质部死亡趋势

Fig.2 Trendency of larvae dying in branch xylem from 2017 to 2018

2.2 苹小吉丁幼虫发生期受害野苹果枝条韧皮部和木质部主要营养成分变化

2.2.1 苹小吉丁幼虫发生为害期受害野苹果枝条韧皮部主要营养成分

研究表明,不同时期幼虫危害部位韧皮部的可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白含量都要比对照低，可见受害部位韧皮部营养成分的下降可能与幼虫危害有关。经方差分析，幼虫不同危害时间段受害韧皮部除淀粉含量差异性不显著(P>0.05)，其他可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白含量均存在差异性显著(P<0.05)。从时序变化来看，受害部位韧皮部的可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白含量分别从6月下旬的38.68、18.37、9.47、19.57 mg/g下降到8月下旬的17.5、12.15、8.72、16.60 mg/g。这几种营养成分含量均出现不同程度的下降，分别下降了21.18、0.75、6.22、2.97 mg/g，其中可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白含量变化最为明显。幼虫发育与野苹果枝条韧皮部可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白含量的关系密切。图3

2.2.2 苹小吉丁幼虫发生为害期受害野苹果枝条木质部主要营养成分

研究表明,不同时期幼虫危害部位木质部可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白含量都要比对照高，可见受害部位木质部营养成分的上升可能与幼虫危害有关。经方差分析，幼虫不同危害时间段受害木质部除淀粉含量差异性不显著(P>0.05)，其他可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白含量均存在差异性显著(P<0.05)。从时序变化来看，受害部位木质部可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白含量分别从6月下旬的12.13、3.91、3.73、12.2 mg/g上升到8月下旬的19.26、14.10、4.20、17.50 mg/g。这几种营养成分含量均出现不同程度的上升，分别上升了7.13、10.19、0.47、5.30 mg/g。其中可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白含量上升最为明显。幼虫发育与野苹果枝条木质部可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白含量的关系密切。图4

图3 健康及受害韧皮部营养成分含量变化

Fig 3 change trend of nutrient contents in healthy and affected phloem

图4 健康及受害木质部营养成分含量变化

Fig 4 change trend of nutrient contents in healthy and damaged xylem

2.3 幼虫自然死亡率与受害枝条主要营养成分含量变化的相关性

研究表明,幼虫自然死亡率与韧皮部可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白含量回归方程分别是y=-0.308 5x+40.887(P=0.000 06<0.05)、y=-0.098 6x+19.332(P=0.000 10<0.05)、y=-0.018 3x+9.682(P=0.004 00<0.05)、y=-0.049 0x+20.149(P=0.000 07<0.05)，相关系数R2分别为是0.916 0、0.895 6、0.707 0、0.905 3，说明幼虫自然死亡率与枝条韧皮部可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白含量呈负相关，且差异性显著(P<0.05)。根据相关系数R2大小判断，幼虫自然死亡率与枝干韧皮部营养成分的相关性依次为可溶性糖、可溶性蛋白、还原性糖、淀粉。可见，枝干韧皮部可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白、淀粉含量下降与幼虫自然死亡率有关，尤其是与枝条韧皮部可溶性糖、可溶性蛋白、还原性糖含量更为密切。表3

木质部可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白的回归方程分别是y=0.109 4x+11.112(P=0.000 20<0.05)、y=0.158 0+2.597(P=0.000 30<0.05)、y=0.010 1x+3.682(P=0.007 40<0.05)、y=0.083 0x+11.430(P=0.001 00<0.05)，相关系数R2分别为是0.880 6、0.863 4、0.664 2、0.831 2，幼虫自然死亡率与枝条木质部可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白呈正相关，且差异性显著(P<0.05)。根据相关系数R2大小判断，幼虫自然死亡率与枝条木质部营养成分的相关性依次为可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白、淀粉。枝条木质部可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白含量上升与幼虫自然死亡率有关，尤其是与枝条木质部可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白含量更为密切。表1

表1 幼虫自然死亡率与受害枝条主要营养成分含量变化相关性

Table 1 Correlation analysis between the natural mortality of larvae and the content of main nutrients in affected branches

部位Part营养物质nutrients回归方程TheregressionequationR2F值P韧皮部phloem可溶性糖Solublesugary=-0.3085x+40.8870.913673.9850.00006还原性糖Thereducingsugary=-0.0986x+19.3320.895660.2490.00010淀粉starchy=-0.0183x+9.6820.707216.9600.00400可溶性蛋白Solubleproteiny=-0.0490x+20.1490.905366.9270.00007木质部xylem可溶性糖Solublesugary=0.1094x+11.1120.880651.6270.00020还原性糖Thereducingsugary=0.1580x+2.5970.863444.2550.00030淀粉starchy=0.0101x+3.6820.664213.8440.00740可溶性蛋白Solubleproteiny=0.0830x+11.4300.831234.4620.00100

3 讨 论

糖和蛋白质是维持昆虫生命活动必要的两种营养物质，可为昆虫提供能量，促进昆虫生长发育和生殖代谢[22]。研究表明，苹小吉丁幼虫在枝条韧皮部6月下旬至8月下旬自然死亡率上升，是由于枝干韧皮部可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白含量下降导致的。这与周索等研究结果一致，思茅松毛虫幼虫死亡率与马尾松针叶可溶性糖、蛋白质、还原性糖含量呈负相关[23]。枝条韧皮部可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白在苹小吉丁幼虫生长发育阶段起着至关重要的作用。

研究表明，随着苹小吉丁幼虫危害时间越长，受害韧皮部可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白含量下降越明显，幼虫死亡率就越高。徐伟得出当植物受害虫侵害后，植物往往通过调控自身营养物质比例，使之不利于昆虫生长、发育和繁殖[29]。这与研究得出结果一致，营养物质作为合成防御物质的基础物质，寄主在遭受虫害后，通过对代谢过程进行重新调整，减少营养物质含量，阻碍昆虫取食[24]。可见，野苹果枝条韧皮部就是通过降低可溶性糖、还原性糖、淀粉、可溶性蛋白含量，造成韧皮部幼虫无法正常发育，导致幼虫衰弱，对外在不利因素抵抗力弱，最终死亡。

研究发现，寄生蜂对苹小吉丁幼虫的寄生率从6下中旬4.51%上升到7月中旬的42.72%。据报道，植物依靠某种信息化合物作用于害虫的天敌，通过天敌来控制害虫的危害，从而达到间接地加强植物自身的防御功能[25,26]。随着苹小吉丁幼虫对枝条危害的加重，野苹果受害部位的枝条是否释放某种信息化合物吸引更多天敌，从而天敌的寄生率上升需待进一步研究。

据报道，氨基酸[27]、营养元素[28]、酚类、醇类、黄酮类化学物质也影响昆虫的发育、行为、甚至取食。仅研究了野苹果枝干韧皮部的糖类和蛋白质对苹小吉丁幼虫发育的影响，而更多的影响成分需要进一步研究。

4 结 论

连续2年野外林间定点定时调查，苹小吉丁幼虫发生期，受害枝条韧皮部或木质部幼虫自然死亡率与其主要营养成分含量具有显著的相关性；野苹果受害部位枝条韧皮部的可溶性糖、还原性糖、可溶性蛋白含量下降是影响幼虫正常发育的主要因素，致使6月下旬至8月下旬幼虫难以蛀入木质部而大量死亡,可作为苹小吉丁林间种群数量变动的重要参数。