草地贪夜蛾对不同品种玉米的适应性比较研究

徐川峰，萨日那，何佳玥，郭 笑，芦 芳，成 玮，胡 高，陈法军，万贵钧，赵婧妤*

(1. 南京农业大学植物保护学院昆虫系，南京 210095；2. 上海市农业技术推广服务中心，上海 201103)

草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda是隶属于鳞翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae的一种农业迁飞性重大害虫，原产于美洲的热带和亚热带地区(Sparks, 1979)，具有寄主广泛、繁殖迅速、迁飞能力强等的特点(王磊等, 2019)。由于其较强的迁飞性，自2016年在非洲尼日利亚和加纳地区被发现后(Stokstad, 2017)，草地贪夜蛾迅速在周围的适生地蔓延开来，一路向东进入亚洲(陈辉等, 2020; Lietal., 2020)，于2018年在印度的卡纳塔克邦地区首次发现该虫(Sisayetal., 2018)，而后跟随季风进一步扩散定殖，2018年12月份，我国云南省江城县首次发现该虫(陈辉等, 2020)。由于我国特殊的季风性气候，草地贪夜蛾已经遍及我国26个省(自治区、直辖市)的大部分地区，使大面积的农作物受到不同程度的损害(姜玉英等, 2019)。仅在云南省，喜超等(2019)预测草地贪夜蛾对农业造成的经济损失将高达3.95亿～8.94亿元人民币。此外，通过冬季的田间调查发现，草地贪夜蛾可以在我国28°N以南地区周年繁殖(姜玉英等, 2020)。海南省三亚市的冬季调查结果显示，成熟期以外的玉米受害率超过15%(卢辉, 2020)。这意味着草地贪夜蛾将在我国形成稳定的本地种群，对农作物产生极大危害。

草地贪夜蛾是一种寄主十分广泛的多食性害虫，目前已知寄主植物多达76科的353种，其中包括玉米Zeamays、水稻Oryzasativa、甘蔗Saccharumofficinarum等重要的粮食作物(Montezanoetal., 2018)。研究发现，基于COI基因和Tpi基因可以将草地贪夜蛾分为水稻型和玉米型两个亚群(Nagoshietal., 2006; Nagoshi, 2010)，前者主要为害水稻和牧草等，而后者主要为害玉米、高粱Sorghumbicolor等(Saldamando and Vélezarango, 2010)。对我国多个地区草地贪夜蛾的鉴定结果显示，入侵我国的虫源可能来自于水稻型和玉米型的杂交后代，并在最后形成了一种特殊的玉米型亚群(张磊等, 2019)。此外，我国学者对云南、广西、贵州、福建等地区的草地贪夜蛾种群进行试验后发现，相对于菜豆Phaseolusvulgaris、甘蔗、香蕉Musaspp.、水稻等寄主植物，草地贪夜蛾在玉米上表现出更高的适合度(黄芊等, 2019; 李定银等, 2019; 邱良妙等, 2020; 郭志祥等, 2021)。因此，草地贪夜蛾的入侵对我国各地的玉米生产具有极大的潜在危害。

作为世界第二大玉米种植国，玉米是我国植物新品种保护申请和授权数量最多的作物，截至2018年底获得授权的玉米品种数达3 609个(杨扬等, 2020)，2019年全国的种植面积高达4 100多 万ha，其中江苏省达50万ha。为此，了解草地贪夜蛾在不同玉米品种上的生长发育与繁殖情况对于我国玉米种植业具有重要指导意义。本研究选择了在江苏省内种植较为广泛的5种玉米为研究材料，包括3个普通玉米品种(郑单958、苏玉29和苏玉30)与2个糯质型玉米品种(明玉1203和苏玉糯5号)，其中郑单958是在全国大范围种植的重要品种(佟屏亚, 2020)，而其它4种则是江苏本省的优势品种。本文通过比较草地贪夜蛾在这5种玉米品种上的适应性差异，研究不同玉米品种对草地贪夜蛾生长发育与繁殖的影响，以期能够为我国草地贪夜蛾的监测预报、玉米抗性品种选育和玉米安全生产提供有效的科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

试验所用原始虫源于2020年6月采自于广西农业科学院实验基地(108.06′E, 23.25′N)，带回实验室后以人工饲料(李子园等, 2019)饲养在人工气候箱内(PGX-450C型，宁波赛福实验仪器有限公司)，饲养条件为光周期14 L∶10 D，温度25±1℃，相对湿度60%～70%。本试验所用虫源为室内扩繁后的实验种群。

1.2 供试玉米品种与生长条件

本试验共选择了5个玉米品种，分别是郑单958(国审玉20000009)、苏玉29(国审玉2010016)、苏玉30(国审玉2011022)、明玉1203(国审玉2015037)和苏玉糯5号(国审玉2003067)，其中前3种为普通玉米，后2种为糯质型玉米。试验所用玉米种子均由江苏省农业科学研究院提供。

将上述试验玉米品种种子播种在塑料罐(直径10 cm×高15 cm)中，种植密度为每罐4株，种植基质为镇江兴农有机肥公司生产的营养土。而后将塑料罐放置于人工气候箱内(PGX-450C型, 宁波赛福实验仪器有限公司)，气候箱条件为温度25±1℃，相对湿度70%～80%，光周期14 L∶10 D。待玉米植株生长至1.2 m高时，随机选取同组织嫩叶作为饲料喂养草地贪夜蛾幼虫，投喂时将叶片剪为5 cm左右的叶段。

1.3 不同玉米品种上草地贪夜蛾的生长发育与繁殖

将草地贪夜蛾实验种群在同日所产的新鲜卵块收集后置于垫有保湿滤纸的塑料盒(长25 cm×宽17 cm×高9 cm)内，放入人工气候箱中。待幼虫孵化后，用勾线笔将其分别接入装有新鲜玉米叶的养虫管(2.4 cm×9.5 cm)中进行单头饲养，每个玉米品种接虫60头。之后每日定期更换新鲜的玉米叶片，并于每日8∶00与18∶00仔细观察幼虫的生长发育情况，通过幼虫蜕皮的时间计算各龄幼虫的发育历期，预蛹与蛹的发育历期共同记为蛹期，死亡率以各虫态死亡个体数/各虫态总个体数计算，以电子天平(BSA124S-CW)称量各玉米品种中2日龄虫蛹的重量。成虫羽化后，将其单独移入底部置有富含10%蜂蜜水脱脂棉的塑料杯(上口径6.8 cm×高7.4 cm×底4.8 cm)中，用保鲜膜封住杯口以防成虫飞走，并在各品种中随机挑选健康的成虫以雌雄比1∶1进行配对。观察记录配对后的成虫产卵情况，每日收集杯中的所有虫卵，直至成虫死亡。统计各雌雄成虫的寿命及雌虫产卵量。

1.4 草地贪夜蛾幼虫对不同玉米品种的寄主选择

从人工饲料饲养的草地贪夜蛾实验室种群中随机选择发育状态相近的各龄幼虫，其中每一虫龄3个重复，每个重复20头幼虫。在所有幼虫饥饿处理4 h之后，采用叶碟法(黄芊等, 2019)研究草地贪夜蛾不同虫龄幼虫对5种玉米品种的寄主选择，叶碟的直径为20 cm，在底部铺上干净的滤纸，并将其平均划分为5个扇形，在每一扇形边缘区域放置裁剪为同等大小的不同品种玉米叶片。在中心位置放入饥饿处理后的幼虫，观察记录1 h内取食不同品种玉米叶片的幼虫个体与未选择寄主而逃离的个体，统计各虫龄对不同品种玉米的取食率。

1.5 数据处理

本试验所有数据均采用SPSS 19.0软件进行数据分析，结果用平均值(mean)±标准差(SD)来表示。对不同玉米品种上草地贪夜蛾生长发育与繁殖的数据进行正态分布与方差齐性检验之后，对符合假设前提数据采用单因素方差分析(one-way ANOVA)，包括雌雄成虫的寿命与雌虫的蛹重；不符合假设前提的各虫态发育历期与雄虫蛹重的数据使用非参数检验；而各虫期的死亡率、各虫龄寄主选择和成虫畸形率则采用卡方检验(Chi-square test)。草地贪夜蛾各虫态死亡率、幼虫各虫龄的取食率、成虫的成虫畸形率与不同玉米品种之间的关系图均使用Origin 8.5制作。

2 结果与分析

2.1 不同玉米品种下草地贪夜蛾幼虫和蛹发育历期的比较

在5个玉米品种饲养下，草地贪夜蛾均能完成生长发育，然而部分虫态的发育历期在不同品种之间存在着显著差异(表1)。在低龄幼虫(1～3龄)各龄期，普通玉米饲养的幼虫发育历期最长，分别是苏玉30(1龄：3.69 d)、苏玉29(2龄：2.71 d)、郑单958(3龄：2.11 d)饲养组；在6～7龄的高龄阶段，取食糯质型的明玉1203(8.39 d)与苏玉糯5号(7.44 d)的幼虫发育历期则明显长于使用其它品种饲养组(表1)，且7龄幼虫比例在糯质型玉米饲养组较高(明玉1203：75%；苏玉糯5号：50%；苏玉30：27.8%；苏玉29：20.6%；郑单958：44.4%)；而4～5龄时，各品种玉米所饲养幼虫的发育历期之间没有显著性差异(P>0.05)。从整个幼虫期来看，同样是取食糯质型的明玉1203(28.79 d)与苏玉糯5号(27.08 d)的幼虫显著长于其它品种饲养组(P<0.05)。而蛹的发育历期在不同品种玉米之间无显著性差异(P>0.05)。

表1 不同玉米品种下草地贪夜蛾幼虫和蛹的发育历期

2.2 不同玉米品种对草地贪夜蛾幼虫和蛹死亡率的影响

图1 玉米品种对草地贪夜蛾幼虫和蛹死亡率的影响Fig.1 Effect of corn varieties on the mortality rates of Spodoptera frugiperda at larval and pupal stages注：n=295(1龄幼虫，总体)；n=193(2龄幼虫)；n=185(3龄幼虫)；n=182(4龄幼虫)；n=181(5龄幼虫)；n=180(6～7龄幼虫)；n=177(蛹)。各虫态死亡率在不同玉米品种之间的差异均不显著(卡方检验，P>0.05)。Note: n=295(1st instar larva, total); n=193(2nd instar larva); n=185(3rd instar larva); n=182(4th instar larva); n=181(5th instar larva); n=180(6th to 7th instar larva); n=177(Pupa). There was no significant difference in mortality rates among different maize varieties by Chi-square test(P>0.05).

2.3 不同玉米品种对草地贪夜蛾蛹重的影响

不同玉米品种饲养草地贪夜蛾的蛹重结果表明，不同玉米品种对蛹重的影响显著(χ2(4)=31.945，P<0.001，n=155)，普通玉米(郑单958、苏玉29、苏玉30)的平均蛹重高于糯质型玉米(明玉1203、苏玉糯5号)(表2)。其中明玉1203与其它3种普通玉米均存在显著性差异(P<0.05)，而苏玉糯5号只与苏玉30存在显著性差异(P<0.05)。将虫蛹以性别区分后，除了郑单958的雌虫蛹重略低于苏玉糯5号之外，不论是雌虫还是雄虫，糯质型玉米的蛹重均低于普通玉米。其中以苏玉30的蛹重最高，明玉1203最低。

表2 不同玉米品种饲养的草地贪夜蛾蛹重

2.4 不同玉米品种对草地贪夜蛾成虫寿命、产卵量和畸形率的影响

玉米品种对草地贪夜蛾成虫寿命(雌虫：F4,76=1.809，P=0.136；雄虫：F4,69=1.403，P=0.242)和单雌产卵量(F4,47=1.343，P=0.268)的影响不显著(表3)。但糯质型玉米饲养的草地贪夜蛾的雌成虫寿命长于普通玉米，以明玉1203最长(13.15 d)，郑单958最短(10.17 d)。

表3 玉米品种对草地贪夜蛾成虫寿命和产卵量的影响

图2 玉米品种对草地贪夜蛾成虫畸形率的影响Fig.2 Effect of corn varieties on the adult deformity rate of Spodoptera frugiperda注：n=75(雄)；n=83(雌)；n=158(总体)。柱上不同小写字母表示不同玉米品种的成虫畸形率差异显著(卡方检验，P<0.05)Note: n=75(Male); n=83(Female); n=158(Total). Different lowercase letters above bars indicated significant differences in adult deformity rate among different corn varieties by Chi-square test(P<0.05).

2.5 草地贪夜蛾各虫龄幼虫对不同品种玉米的寄主选择

图3 草地贪夜蛾幼虫的寄主选择Fig.3 Host selection of larva in Spodoptera frugiperda注：n=16(1龄幼虫)；n=36(2龄幼虫)；n=23(3龄幼虫)；n=39(4龄幼虫)；n=37(5龄幼虫)；n=41(6龄幼虫)，柱上不同小写字母表示该虫龄在不同玉米品种的取食选择率差异显著(卡方检验，P<0.05)。Note: n=16(1st instar larva); n=36(2nd instar larva); n=23(3rd instar larva); n=39(4th instar larva); n=37(5th instar larva); n=41(6th instar larva). The different lowercase letters above bars indicated significant differences of host selection rate among different corn varieties by Chi-square test(P<0.05).

3 结论与讨论

对于广食性昆虫而言，取食不同的寄主将直接导致昆虫的生长发育发生变化(尹姣, 2001)。因此，寄主植物成为昆虫生态学家研究昆虫生长发育的一个重要生态因子(Luoetal., 2018)。本研究选择了5个不同玉米品种，探讨了玉米品种对草地贪夜蛾生长发育与繁殖的影响，结果表明：糯质型玉米(明玉1203、苏玉糯5号)饲养的草地贪夜蛾与普通玉米(郑单958、苏玉29、苏玉30)饲养的之间存在着一定的差异，幼虫发育历期与成虫寿命最长的草地贪夜蛾所取食的品种均为糯质型玉米，而蛹重与产卵量最高的草地贪夜蛾所取食的品种均为普通玉米；取食糯质型玉米明玉1203的草地贪夜蛾各虫龄的死亡率与成虫的畸形率均为最高，但取食同样为糯质型玉米苏玉糯 5号的草地贪夜蛾死亡率和成虫畸形率均较低；仅6龄幼虫对不同玉米品种的取食偏好性存在显著差异，更倾向于取食普通玉米。

发育历期是昆虫的一种生理特征，会受到寄主的影响而发生改变(McClay and Hughes, 2007; Myersetal., 2007)。本研究选择5个不同品种玉米饲养草地贪夜蛾后，同样发现幼虫期和成虫寿命在各品种之间存在明显的差异，并且都表现出糯质型玉米长于普通玉米的现象。但是，戴钎萱等(2020)的结果与此相反，其发现普通玉米饲养的草地贪夜蛾的幼虫期和成虫寿命均长于糯质型，这可能由于实验中所使用的玉米品种和草地贪夜蛾饲养条件的不同。何莉梅等(2019)发现，草地贪夜蛾7龄幼虫出现的比例会随着温度的降低而增加。由此可解释，戴钎萱等(2020)的研究中并不存在7龄幼虫，而本试验中7龄幼虫较多，且以糯质型玉米多于普通玉米。然而，这种幼虫阶段的变化并没有显著影响蛹期，各品种玉米饲养下的蛹发育历期间没有显著性差异。

死亡率是研究昆虫适应性最直观的特征之一，受到多种因素的影响：包括温度、光照、寄主食物等(徐川峰等, 2018)。本研究通过比较草地贪夜蛾各虫态在不同品种之间的死亡率发现，各虫态最高死亡率所对应的品种有所差异，如1龄幼虫为明玉1203、3龄幼虫为苏玉29、4龄幼虫为郑单958。以总体死亡率而言，最高值和最低值均为糯质型玉米，分别是明玉1203与苏玉糯5号。因此，无法据此认定普通玉米更适合草地贪夜蛾生长发育。而无论是糯质型玉米还是普通玉米，在1龄幼虫时的死亡率均为最高，其它各虫态的死亡率相对较低。这说明草地贪夜蛾低龄幼虫对外界环境的耐受性较差，容易死亡，而高龄幼虫的适应性更强，徐川峰等(2018)对樟叶蜂Mesoneurarufonota的研究亦得出了类似结果。

在研究昆虫的寄主选择时发现，除了发育历期与死亡率之外，蛹重、产卵量、孵化率等生物学参数都会因取食不同的寄主而发生变化(Juetal., 2011; Qinetal., 2011)。本研究中，我们发现草地贪夜蛾的蛹重、成虫畸形率、雌成虫寿命、产卵量都因取食玉米品种的不同而有差异。其中糯质型玉米明玉1203饲养的草地贪夜蛾蛹重和产卵量均低于其它玉米品种，且成虫畸形率最高。综合以上所评估的昆虫适应性生物学参数，并结合已有类似研究(苏超等, 2013)，明玉1203是5种玉米中最不适合草地贪夜蛾生长发育的品种。有趣的是，明玉1203饲养的草地贪夜蛾雌成虫的寿命反而长于其它玉米品种。Stadler(1995)对蚜虫的研究发现，当寄主植物的质量不高时，蚜虫会将未受精胚胎作为能量物质进行吸收，为母体提供足够的能量得以生存。由此，推测草地贪夜蛾雌成虫可能采取了类似策略从而导致其寿命变得更长。综合以上参数，本研究认为明玉1203是5种玉米中最不适合草地贪夜蛾生长发育的品种。

作为常用且有效的方法，幼虫的寄主选择性试验往往在研究人员观察昆虫取食偏好性时被选择(Boer and Hanson, 2011)。一般而言，寄主选择试验中，幼虫将对更适合生长发育的寄主植物产生一定的取食倾向性。李定银等(2019)对草地贪夜蛾的研究发现，3龄与4龄的幼虫均更多的选择取食玉米，而菜豆等寄主取食率则明显较低。本研究中草地贪夜蛾幼虫对不同玉米品种的取食偏好仅在6龄幼虫存在显著性差异，且倾向于选择普通玉米。

本文通过探究在不同品种玉米上草地贪夜蛾寄主适应性相关生物学参数的差异，基本明确了所选玉米品种对其生长发育与繁殖的影响。本研究中的5个玉米品种均为种植面积广泛的品种，因此，本试验的结果对于所选品种玉米的种植与草地贪夜蛾的防治提供了有效借鉴。未来开展草地贪夜蛾体内与本文所发现差异表型相关的基因、蛋白信号通路与玉米品种次生物质及营养物质的关系等研究，将进一步为草地贪夜蛾的防治提供有力的科学依据。

致谢：感谢江苏省农业科学院粮食作物研究所孟庆长研究员提供不同品种的玉米种子。