玉米内生真菌对草地贪夜蛾生长发育的影响

秦华伟 姚嘉静 门兴元 李超 于毅 宋莹莹 郭文秀 李丽莉

摘要 为探明玉米内生真菌对草地贪夜蛾生长发育的影响，寻求草地贪夜蛾绿色防控新方法，本文将玉米内生真菌白僵菌YC1和链格孢菌GX5处理的玉米种子种植于田间，常规管理，取其鲜玉米籽粒饲喂草地贪夜蛾初孵幼虫，测定了草地贪夜蛾幼虫发育历期、化蛹率、蛹期、蛹重、羽化率、成虫重等指标。结果表明，玉米内生真菌YC1处理组草地贪夜蛾幼虫发育历期较对照显著延长，比对照增加69.36%，蛹期和化蛹率略有降低，羽化率和对照组（6508%）相比明显降低，仅有3.33%;GX5处理组草地贪夜蛾的幼虫发育历期较对照显著延长，化蛹率（16.67%）和羽化率（8.33%）也明显降低。蛹重、成虫重、翅展以及翅长在处理间及处理和对照间没有明显的差异。从试验结果来看，玉米内生真菌YC1和GX5均对草地贪夜蛾生长发育不利，可大大降低其繁殖率，在可持续控制草地贪夜蛾方面具有较大的应用潜力。

关键词 草地贪夜蛾; 玉米; 内生真菌; 生长发育

中图分类号： S 497.1

文献标识码： 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）属鳞翅目Lepidoptera，夜蛾科Noctuidae，灰翅夜蛾属Spodoptera，原产于美洲热带和亚热带地区[1]，能为害多种植物。2018年12月入侵我国，不到一年时间，就扩散到我国26个省、市（区）的粮食主产区[2-3]。入侵我国的草地贪夜蛾为水稻型母本和玉米型父本杂交后形成的特殊的“玉米品系”[4]，主要为害玉米、甘蔗和高粱等作物[3]。该虫在玉米整个生长时期均可为害，其不仅为害叶片，还为害幼嫩的茎、雄穗以及雌穗[5]，严重威胁我国的玉米生产安全。

当前我国对草地贪夜蛾的防治还处于应用化学杀虫剂的应急防治阶段，长期使用化学农药不但会增加草地贪夜蛾的抗药性，而且还会造成农药残留超标和环境污染等一系列环境问题[6]。随着草地贪夜蛾在我国的定殖为害，探索绿色防控可持续治理技术势在必行。植物内生菌为一定阶段或全部阶段

生活于健康植物组织的真菌或细菌，通过驱避或影响害虫的生长发育来抵御害虫为害，不引起植物外在病症[7]。如植物内生菌交互枝顶孢Acremonium alternatum 在甘蓝定植后可引起小菜蛾Plutella xylostella 生长缓慢和死亡[8];Paullinia paullinioides（秘鲁亚马逊雨林下层的一种藤本植物）的内生菌Muscodor vitigenus  产生的挥发性代谢物奈可导致麦茎蜂Cephus cinctus 拒食死亡[9]。我们前期研究发现，玉米内生真菌YC1（白僵菌Beauveria sp.）和GX5（链格孢Alternaria sp.）可在玉米植株中定殖，定殖率分别在33.23%～63.44%和4423%～52.78%，可使玉米组织干重增加3.88%～2051%，并且对玉米蚜Rhopalosiphum maidis的生长和繁殖均有不利影响，防效达74.80%[10-11]。为探讨玉米内生真菌对草地贪夜蛾的影响，本研究选用玉米内生真菌YC1 和GX5处理玉米种子，并在大田内种植，取其灌浆期鲜玉米籽粒饲喂草地贪夜蛾初孵幼虫，观察并记录草地贪夜蛾幼虫发育历期、化蛹率、蛹期、蛹重、羽化率、成虫重等数据，以期寻求草地贪夜蛾绿色可持续防控新方法。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

养虫室内饲养多代的草地贪夜蛾稳定种群于2019年9月20日采自滕州市姜屯镇大彦村马铃薯田（35.06° N，117.10°E）。养虫室条件：温度25～28℃，相对湿度70%～80%，光周期L∥D=16 h∥8 h，以人工饲料饲养[12]。

1.2 供试菌株

供试菌为本实验室保存的高抗玉米蚜的玉米内生菌YC1（白僵菌Beauveria sp.）和GX5（链格孢Alternaria sp.），这两株菌株为2017年7月中下旬自山东菏泽和聊城采集的小喇叭口期的玉米叶片中分离获得[10]。

1.3 供试玉米种子

‘郑单958，山东鲁研农业良种有限公司生产。无包衣。选取大小一致、饱满健康无虫的玉米种子供试。

1.4 试验方法

参照 George 等[13]的方法配制玉米内生菌YC1和GX5菌液，接种到马铃薯葡萄糖培养基上，25～28℃培养，菌落长满培养基的2/3时，取直径为8 mm的菌块放入含0.05%吐温-80的20 mL马铃薯葡萄糖液体培养基中，在25℃，200 r/min 培養3 d左右，磁力搅拌均匀后配成浓度为1×109个/mL的孢子悬浮液备用。参照宋海燕等[14]的方法将饱满、健康无虫的玉米种子表面消毒（75%乙醇30 s，1.5%次氯酸钠3 min，无菌水冲洗3次），将消毒后的玉米种子用灭菌的手术刀划破种皮后在配制好的菌液中浸种 12 h。将处理后的玉米种子播种至大田中正常管理，以0.5%吐温-80无菌水浸种的玉米种子作对照，对照区和处理区种植面积为20 m×20 m左右，处理区种植间隔100 m以上。玉米灌浆时从田间随机采回完整健康的鲜玉米穗放在-20℃的冰箱中冷藏，试验准备期随机取20穗玉米，将其籽粒取下后混匀存放，于试验前拿出放到4℃的冰箱解冻10 h后用于试验。将草地贪夜蛾初孵幼虫放置在直径4 cm，高2.5 cm的塑料小盒中单头饲养，每重复20头，每处理重复3次，每天更换添加新鲜的玉米籽粒，观察记录幼虫、蛹、成虫的发育和存活情况，化蛹后第2天称重并放回小盒，盒底加入湿润滤纸片，在养虫室内继续饲养，羽化当天测量成虫的体重、翅长以及翅展等数据。

1.5 数据分析

用Excel 2007计算幼虫历期、蛹期、化蛹率、羽化率、蛹重、成虫重、翅长以及翅展，利用统计软件SPSS 17.0进行单因素方差分析（One-way ANOVA），运用LSD法进行多重比较分析。数据分析前对化蛹率先进行反正弦平方根转换。

2 结果与分析

2.1 玉米内生真菌对草地贪夜蛾生长发育的影响

玉米内生菌YC1和GX5均有延长草地贪夜蛾幼虫历期，降低化蛹率和羽化率的作用，具体见表1。取食两种内生菌处理的玉米的草地贪夜蛾幼虫期死亡个体的存活时间有显著差异（df=2，104; F=100.74; P=0000）。取食YC1处理组的草地贪夜蛾幼虫存活时间最长，平均为39.71 d，显著长于对照CK和GX5处理，比对照组的20.73 d延长了91.56%;GX5处理组幼虫存活时间比对照CK短，为17.10 d，但二者差异不显著。从取食过程看，YC1处理组，幼虫前期取食状态好，个体整齐，粗壮，25 d左右幼虫开始拒食，后期几乎不取食或取食量很小，一直处于大龄幼虫期，不化蛹，大部分在大龄幼虫期死亡;GX5处理组取食过程不同，取食开始幼虫即对玉米籽粒表现出轻微的拒食现象，个体比较小，大部分幼虫在15 d左右（2～4龄）死亡。不同处理间草地贪夜蛾幼虫的发育历期差异显著（df=2，71; F=665.744; P=0000），YC1处理组草地贪夜蛾幼虫发育历期最长，为40.41 d，显著高于GX5处理组和对照组，比对照组延长69.36%，GX5处理组与对照组相比，发育历期也显著延长了14.42%，为27.30 d;不同处理间草地贪夜蛾的蛹重没有显著差异（df=2，59; F=1.021; P=0.366），CK组和YC1处理组蛹重非常接近，GX5处理组蛹重最低，为180.38 mg; GX5处理组化蛹率仅为16.67%，与对照组的58.33%相比显著降低（df=2，6; F=5.305; P=0.047），YC1处理组化蛹率为48.33%，比对照降低了17.14%，但与对照没有显著差异;对照组的羽化率达到65.08%，而内生真菌处理组的羽化率均不到10%，因YC1处理的草地贪夜蛾蛹只有2头羽化，GX5处理的草地贪夜蛾蛹只有5头羽化，故蛹期和羽化率无法进行显著性分析，但其羽化率差异显而易见。

2.2 玉米内生真菌对草地贪夜蛾成虫的影响

玉米内生真菌对草地贪夜蛾成虫指标参数的影响见表2。因内生真菌处理组草地贪夜蛾成虫羽化数量太少，无法进行显著性分析，只统计数据。YC1处理组成虫体重比对照组低，GX5处理组比对照组高，内生菌处理组翅长、翅展数据均高于对照组。从数据来看内生真菌对成虫体重、翅长、翅展等的影响不大。

3 讨论

内生菌大量存在于健康植物中，在与植物长期协同进化过程中建立了互惠共生的关系，在生产中具有很大的应用潜力。前人研究表明，植物内生菌可通过植物的被取食来降低害虫的存活率和生长速率，延缓害虫的发育速度。Mahmood等[15]发现麦长管蚜Sitobion avenae （Fabricius） 取食定殖有球孢白僵菌Beauveria bassiana的玉米叶片1周后，存活率降低了49%。Gurulingappa等[16]也发现相似的现象，棉蚜Aphis gossypii Glover取食定殖内生球孢白僵菌的棉花叶片后，生长迟缓，存活数量较对照组下降了50%。草地贪夜蛾幼虫取食被麦角菌Clavicipitaceae，子囊菌Ascomycetes感染的草叶片和种子后，其幼虫的存活率显著降低，并且发育迟缓[17]。本研究与前人的结论基本一致，草地贪夜蛾取食了接种2种内生菌的玉米后其生长发育均受到了显著影响，发育速度延缓，种群存活率降低。和对照组相比，YC1处理组幼虫发育历期延长了6936%，幼虫存活率降低了17.14%;GX5处理组发育历期延长了14.42%，幼虫存活率降低了7142%。虽然内生菌处理组延缓了草地贪夜蛾的生长发育速度，但其取食量并未增加。YC1处理组死亡幼虫的存活时间为39.71 d，和对照组死亡幼虫的存活时间20.73 d相比，增加了91.56%，但其幼虫在25 d左右出现拒食，幼虫后期几乎不取食或取食量很小，大部分在高龄幼虫期死亡。GX5处理组死亡幼虫的存活时间为17.10 d，和对照组相比，减少了1751%，是因为GX5处理组试验开始即出现拒食现象，导致大量中、低龄幼虫死亡，推测这可能与内生菌的作用机理或者在玉米籽粒的定殖率有关。彭国雄等[18]研究表明，虫生球孢白僵菌能显著降低草地贪夜蛾蛹的羽化率。本研究发现植物内生白僵菌、链格孢菌也具有相似的作用。YC1 和GX5处理组草地贪夜蛾羽化率和对照组相比均明显降低，YC1处理组仅有3.33%的羽化率，GX5羽化率为8.33%，比对照组分别减少了94.88%和87.20%，大大降低了草地贪夜蛾的繁殖力，因此这两种内生菌在玉米定殖后对草地贪夜蛾种群增长

起到了很好的抑制作用，在生产上具有较大的应用潜力。但此结果只是明确了接种内生菌的玉米灌浆期籽粒对草地贪夜蛾生长的影响，下一步将继续开展草地贪夜蛾对接种内生菌的玉米穗期的为害程度、取食量等方面的研究，为其田间应用提供数据支撑。

2019 年草地贪夜蛾完成了在我国的入侵和定殖过程，随后将进入暴发阶段[19]。因此需要在了解其迁飞为害规律的基础上，尽快建立绿色可持续的防控技术。本研究结果将为草地贪夜蛾绿色防控提供新思路。目前，植物内生菌应用于农业生产已有成功案例，将增强棉花抗逆性的球孢白僵菌、紫色拟青霉 Purpureocillium lilacinum接种到棉花上，田间种植后对棉铃虫Helicoverpa zea取得了很好的防效，并增产14%左右[20-22]。因此，下一步我们将开展接种内生菌后玉米苗期、小喇叭口期对草地贪夜蛾的防控效果，内生菌的作用机制和田间应用方面的研究，为草地贪夜蛾的绿色防控提供理论数据。

参考文献

[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， 刘杰， 谢茂昌， 等. 2019年我国草地贪夜蛾扩散为害规律观测[J]. 植物保护， 2019， 45（6）： 10-19.

[4] 張磊， 柳贝， 姜玉英， 等. 中国不同地区草地贪夜蛾种群生物型分子特征分析[J]. 植物保护， 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， 陈科伟， 钟国华， 等. 重大入侵害虫草地贪夜蛾发生危害、防控研究进展及防控策略探讨[J]. 环境昆虫学报，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]孙艺昕， 门兴元， 李超， 等. 抗玉米蚜玉米内生菌的筛选[J]. 中国生物防治学报， 2019， 35（4）： 570-575.

[11]孙艺昕， 门兴元， 李超， 等. 高抗虫玉米内生菌对玉米蚜生长、繁殖及取食选择的影响[J]. 中国生物防治学报， 2020， 36（2）： 184-188.

[12]王世英， 朱启绽， 谭煜婷， 等. 草地贪夜蛾室内人工饲料群体饲养技术[J]. 环境昆虫学报， 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， 李丽莉， 卢增斌， 等. 山东省不同地区棉花内生真菌的多样性和群落结构分析[J]. 棉花学报， 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]彭国雄， 张淑玲， 夏玉先. 杀虫真菌对草地贪夜蛾不同虫态的室内活性[J]. 中国生物防治学报， 2019， 35（5）： 729-734.

[19]吴秋琳， 姜玉英， 胡高， 等. 中国热带和南亚热带地区草地贪夜蛾春夏两季迁飞轨迹的分析[J]. 植物保护， 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.

（責任编辑：杨明丽）