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植保所发现天敌东亚小花蝽防治害虫的新形式

发布时间:2022年07月22日 08:27  浏览次数:98

2022年7月16日,北京市农林科学院植物保护研究所应用昆虫研究室团队在国际知名昆虫学期刊Journal of Pest Science(IF2021=5.742)上在线发表题为“Fitness of Frankliniella occidentalis and Bemisia tabacion three plant species pre-inoculated by Orius sauteri”的研究论文。该研究在三种不同的植物上预先侵染天敌昆虫东亚小花蝽,发现使其在植物上产卵后,可降低后续侵染的两种重要害虫西花蓟马和烟粉虱的适合度。

植物由于其根系固着在地面, 无法主动躲避植食性昆虫的为害, 因此在二者长达数亿年的协同进化过程中, 植物逐渐产生一系列防御机制抵御昆虫的取食;而植食性昆虫也在不断进化出相应的生理生化和行为适应的反防御机制,适应植物的防御策略。探索利用植物、植食性昆虫及天敌之间的相互作用关系增强生物防治效率,是绿色植保的重要实践方法之一。害虫取食诱导的植物防御反应可以影响植食性昆虫的生理或行为特征并吸引天敌,进而减少植物受到的伤害。

图1东亚小花蝽在三种植物叶片上的产卵行为

杂食性捕食者东亚小花蝽Orius sauteri(Poppius)是一种重要的捕食性天敌,主要分布在中国北方、日本、韩国和俄罗斯远东地区,可以捕食蓟马、粉虱、蚜虫、叶螨和鳞翅目害虫的卵及低龄幼虫等,已被广泛用于防治农业生产中的多种小型害虫,具有极高的应用前景。小花蝽属昆虫的生长发育和繁殖需要捕食猎物和利用植物资源来共同完成,因为其除了捕食猎物外,也可通过吸取植物汁液获取水分和营养。同时,小花蝽属昆虫的特殊产卵行为与植物密不可分。小花蝽雌成虫将它们的卵产到植物组织中并完成卵的发育,这种行为会对植物组织造成破坏性的物理和生理损伤。那么东亚小花蝽在植物上的预侵染(取食和产卵行为)是否也可以通过诱导植物防御反应影响害虫的适合度?因此,该研究探索东亚小花蝽在番茄、黄瓜和豇豆三种不同的植物上侵染后,对其两种重要猎物西花蓟马和烟粉虱的影响。

本研究发现,东亚小花蝽在三种植物上的预侵染均会降低西花蓟马和烟粉虱的适合度,但是存在不同程度的差异。与对照相比,东亚小花蝽在番茄上的预侵染会显著降低西花蓟马的存活率,而在豇豆上的预侵染会显著降低烟粉虱的存活率。烟粉虱在番茄、黄瓜和豇豆上的产卵量因东亚小花蝽的预侵染而受到不同程度地减少,而东亚小花蝽的预侵染仅在番茄和黄瓜上降低了西花蓟马的F1代若虫数量,在豇豆上并无影响。同时,西花蓟马和烟粉虱也会影响到东亚小花蝽卵的孵化,特别是当西花蓟马在豇豆上侵染后,东亚小花蝽的卵均未孵化。西花蓟马和烟粉虱对寄主植物的适应性取决于寄主植物的营养状况及其防御化合物的组分和含量。它们在三种植物的表现差异可能是由于其具有广泛的寄主植物范围,对这些寄主植物的适应性不同。

图2东亚小花蝽预侵染的三种植物上西花蓟马和烟粉虱24和48 h的存活率

有趣的是,在番茄上西花蓟马的存活率与东亚小花蝽的产卵量呈负相关;且在黄瓜上,东亚小花蝽的卵孵化率与西花蓟马的存活率也存在着负相关关系。因此,东亚小花蝽的产卵行为可能在这种效应中起着关键作用。可以推测东亚小花蝽在不同植物上的产卵行为可能诱导植物防御反应降低西花蓟马和烟粉虱的适合度。然而,东亚小花蝽对植物的取食行为也可能是这种效应的触发因素,因为饥饿状态的东亚小花蝽在植物上的取食时间远超其产卵时间。总之,东亚小花蝽在植物上的预侵染会影响西花蓟马和烟粉虱的存活和繁殖,进而对二者产生显著的抑制作用。

图3东亚小花蝽预侵染的三种植物上西花蓟马的F1代若虫数量和烟粉虱的产卵量

综上所述,这是首次报道在植物上预侵染天敌昆虫东亚小花蝽降低了西花蓟马和烟粉虱的适合度。本研究通过探索东亚小花蝽与不同寄主植物的相互作用关系,加深了天敌与植食性昆虫生态关系的认识,将进一步优化东亚小花蝽作为生防投入品防控害虫的应用潜力。该工作挖掘了东亚小花蝽作为潜在的植物“免疫诱抗剂”发挥生物防治功能的新形式,为应用东亚小花蝽防治西花蓟马和烟粉虱提供了一个新的思路。

北京市农林科学院植物保护研究所邸宁助理研究员和南京农业大学农学院联合培养博士研究生朱正阳为文章的共同第一作者,北京市农林科学院王甦研究员和南京农业大学徐志刚教授为文章的共同通讯作者,James Harwood教授和Nicolas Desneux研究员也参与了该项研究。特别感谢中国农业科学院植物保护研究所高玉林研究员为本研究提供的西花蓟马种质。该研究得到了国家自然科学基金青年基金(31901945)、北京市农林科学院青年基金(QNJJ201917)、北京市优秀人才计划(2018000020060G181)和北京市科技计划项目(Z201100008020014)的资助。

原文链接:https://doi.org/10.1007/s10340-022-01543-y

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