两种害虫危害对沙棘生理生化指标的影响

高 飞，张佳佳，高拖弟，刘永华

(榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719000)

沙棘(HippophaerhamnoidesL.)又名醋柳、酸刺，系雌雄异株的落叶灌木或亚乔木树种，其根系发达，具固氮根瘤，可用于改良土壤，萌蘖和串根萌生能力强，耐干旱、耐贫瘠、能适应恶劣生态环境，在盐碱地中亦可生存，可自繁成林，在水土保持和防风固沙方面具极高生态价值。沙棘含有丰富的维生素、多糖、蛋白质、氨基酸、微量元素等营养成分以及黄酮类、甾体类化合物、原花青素、三萜烯类、鞣质、5-羟色胺等生物活性物质, 具备药食同源特性，极具营养保健价值。栎黄枯叶蛾(TrabalavishnougigantinaYang)和沙棘木蠹蛾(Holcocerushippophaecolus)是近年来陕北沙棘人工林出现的两种主要害虫，前者主要以幼虫取食叶片，造成叶片缺刻或孔洞, 严重时甚至将整个叶片吃光,严重影响沙棘的生长[3]；后者主要以幼虫危害沙棘的根和干部，使树根大部分被蛀空，易导致整株枯死[4]。课题组前期调查发现，二虫的协同危害导致了陕北地区沙棘人工林的大面积衰退和死亡。二虫分属地上和地下，虽然生态位有明显空间分离，但在自然条件下共存于同一寄主，理论上推测应该存在密切关系，这为研究昆虫的种间关系以及寄主对这种关系的调控作用提供了较为理想的材料模式。

种间互作是生物多样性形成和维持的关键驱动因子，以植物为媒介研究昆虫互作机制是当前的主流趋势。前人研究发现地上植食者的取食会引起光合作用受阻，其产物向根系转移，同时植食者可以诱导植物产生防御反应[5]，从而引起植物营养成分的改变，最终影响地上、下植食者的生长发育，使得二者发生互作。黄菁华[6]研究了褐飞虱和潜根线虫的种间互作关系，发现可溶性糖向根系的转移，对褐飞虱种群产生抑制，而对潜根线虫种群发展产生有利影响。曹婷婷[7]研究了三种稻飞虱种间互作关系及其机制，对被害水稻的元素、氨基酸、可溶性糖进行了测定，结果说明虫害诱导的元素下降，可能由于植物产生的防御反应，而总氨基酸量的增加趋势，对后取食的白背飞虱、灰飞虱种群发展产生了促进作用。李建领[8]研究了枸杞介导的枸杞瘿螨和枸杞木虱种间互作关系，结果表明二者既竞争又依存，对彼此生长发育不利，但对木虱种群延续和枸杞瘿螨携播越冬有利。而有关“沙棘-栎黄枯叶蛾-沙棘木蠹蛾”的研究，多集中于其生物生态学特性及为害特征等。王荣和邵钰莹[9,10]研究了健康及沙棘木蠹蛾为害后沙棘营养物质的变化规律，说明沙棘根部较高含量的水分、还原糖、部分氨基酸、矿物质元素等对其幼虫转移危害具诱导作用，沙棘受虫害后水分和矿物质元素运输受阻，导致植株光合作用、生长代谢等受到影响。

前人研究较多集中于单一的地上或地下部植食者对寄主生理的影响，而关于昆虫互作关系的研究仍较少，有关二虫共存危害诱导沙棘营养变化及种间互作等相关研究也未见报道。因此，笔者通过研究二虫取食诱导的沙棘生理生化变化，探究沙棘生理变化对二者种间互作的影响，以揭示其种间互作的物质基础，为昆虫种间关系提供更为详细、准确的信息，对制定陕北沙棘人工林害虫综合防控策略具有重要实践意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试沙棘：于2019年10月，从陕北吴起人工沙棘林中选取60株健康沙棘(树龄接近，平均树高1.5 m，平均胸径4 cm)移栽于试验样地内，经过6个月的自然恢复后，2020年6月，选取其中生长良好的沙棘进行试验。

供试虫源：于2020年6月，从陕北吴起人工沙棘林采集3～4龄的大小相近的栎黄枯叶蛾幼虫，14～15龄的大小相近的沙棘木蠹蛾幼虫。

1.2 试验设计与取样方法

试验设计：采用两因素(栎黄枯叶蛾和沙棘木蠹蛾)完全交互的控制实验。栎黄枯叶蛾处理包括2水平：未接栎黄枯叶蛾(CK-T)和接种栎黄枯叶蛾(T)；沙棘木蠹蛾处理2水平：未接沙棘木蠹蛾(CK-H)和接种沙棘木蠹蛾(H)；每处理设3个重复。

选取试验样地内生长良好的沙棘12株，分别罩1.5 m×1.5 m×2.5 m纱网，按每种害虫15头进行接虫处理，其中两种虫均不接的作为对照组。幼虫快取食停止化蛹时，清除害虫，分离各株沙棘茎叶和根系，分别保存。

取样方法：地上部用剪刀剪10～20 cm嫩枝条,地下部用铁锹、斧子等采集10～20 cm根系。

1.3 测定方法

可溶性糖测定采用蒽酮比色法[11],可溶性蛋白质测定采用考马斯亮蓝试剂盒[12],单宁含量测定采用磷钼酸-磷钨酸比色法(F-D法)[13],黄酮含量测定采用亚硝酸钠-硝酸铝法[14]，每个样品测定设置3个平行。

1.4 数据处理

试验数据使用SPSS 23.0分析，进行单因素ANOVA检验,最后应用Origin9.1绘图。

2 结果与分析

2.1 虫害后沙棘可溶性糖含量的变化

与健康沙棘茎叶相比，受栎黄枯叶蛾为害后沙棘茎叶可溶性糖含量极显著下降64.61%(p<0.01)，其他两种处理变化很小。与健康沙棘根系相比，受沙棘木蠹蛾为害及二者共同为害后可溶性糖含量上升，各处理均未达显著水平(图1)。

图1 沙棘不同处理同一部位可溶性糖含量

健康沙棘不同部位可溶性糖含量在6.79%～7.95%，茎叶高于根系，但无显著差异。受栎黄枯叶蛾为害后沙棘茎叶可溶性糖含量下降并低于根系，受二虫共同为害后根系可溶性糖含量升高并高于茎叶(图2)。

图2 沙棘同一处理不同部位可溶性糖含量

2.2 虫害后沙棘可溶性蛋白含量的变化

与健康沙棘茎叶相比，受栎黄枯叶蛾危害后沙棘茎叶可溶性蛋白显著下降42.30%(p<0.05),受栎黄枯叶蛾和沙棘木蠹蛾共同危害后沙棘茎叶可溶性蛋白显著上升37.71%(p<0.05)，受栎黄枯叶蛾危害后与二虫共同危害后沙棘茎叶可溶性蛋白含量产生极显著差异(p<0.01)。与健康沙棘根系相比，受栎黄枯叶蛾危害后沙棘根系可溶性蛋白下降，未达显著水平，受二虫共同危害后沙棘根系可溶性蛋白显著上升62.70%(p<0.05)，受栎黄枯叶蛾危害与二虫共同危害后沙棘根系可溶性蛋白含量产生极显著差异(p<0.01)(图3)。

图3 沙棘不同处理同一部位间可溶性蛋白含量

健康沙棘不同部位可溶性蛋白含量在0.22%～0.43%，茎叶极显著高于根系，受栎黄枯叶蛾或沙棘木蠹蛾单独危害后，沙棘茎叶与根系可溶性蛋白含量差异性减小(图4)。

图4 沙棘同一处理不同部位间可溶性蛋白含量

2.3 虫害后沙棘单宁含量的变化

与健康沙棘茎叶相比，虫害后沙棘茎叶单宁含量均未发生显著变化。与健康沙棘根系相比，虫害后沙棘根系单宁含量均升高，其中受二虫共同危害后上升达显著水平(图5)。

图5 沙棘不同处理同一部位间单宁含量

健康沙棘不同部位单宁含量在11.05%～12.52%,茎叶低于根系，但无显著差异。不同虫害处理后，沙棘茎叶与根系单宁含量差异性变大，均产生极显著差异(图6)。

图6 沙棘同一处理不同部位间单宁含量

2.4 虫害后沙棘黄酮含量的变化

与健康沙棘茎叶相比，虫害后沙棘茎叶黄酮均无显著变化。与健康沙棘根系相比，虫害后沙棘根系黄酮含量均升高，其中受沙棘木蠹蛾和二虫共同危害后沙棘根系黄酮含量均产生极显著上升，上升变化量依次为：二虫危害>沙棘木蠹蛾危害>栎黄枯叶蛾危害(图7)。

图7 沙棘不同处理同一部位间黄酮含量

健康沙棘不同部位黄酮含量在2.90%～6.07%，茎叶极显著低于根系。受虫害后，根系与茎叶黄酮含量差异变大，差异变化性依次为：二虫危害>沙棘木蠹蛾危害>栎黄枯叶蛾危害(图8)。

图8 沙棘同一处理不同部位间黄酮含量

3 讨论与结论

3.1 虫害后沙棘生理生化的变化

在植物与昆虫长期的生存进化中，植物对害虫的危害形成多种防御机制，其中生理防御发挥着非常重要的作用[15]。大量研究表明, 植食性昆虫为害可诱导植物的生理应激反应, 表现为植株体内某些营养或次生物质的种类或含量的改变[16，17]。

植物可溶性糖是植食者生命活动的重要能量来源，参与植物逆境生理代谢调节,可作为植物抗虫性的指标[18～20]。前人研究结果不尽相同，李艳艳等[18]研究发现瓜蚜危害可导致寄主植物体内可溶性糖含量降低；陈威等[21]研究发现不同水稻品种受虫害后可溶性糖含量均降低，认为是植物防御导致可溶性糖转化为次生代谢物质，并认为其降低程度说明了抗性的强弱；蒲恒浒等[22]研究发现不同诱导处理番茄叶片可溶性糖含量先降低后升高，认为是植物防御通过短时减少营养物质以抵御昆虫的危害，会对其抗虫性产生明显影响；吕文玲[19]研究发现鸭脚木星室木虱取食为害糖胶树叶片可溶性糖含量随害虫龄期和为害时间动态变化，但总体降低，认为光合受阻和虫害摄取导致了植株可溶性糖积累量的减少。张洪英和魏淑花等[23]研究发现苜蓿受豌豆蚜为害后，可溶性糖含量先升高后降低，低含量可溶性糖导致苜蓿口感差，对豌豆蚜的进一步取食产生抑制。笔者研究表明，栎黄枯叶蛾为害后，诱导沙棘茎叶可溶性糖含量极显著降低，对栎黄枯叶蛾生长发育产生较大不利影响，这与前人研究结果较一致；沙棘木蠹蛾为害与二者共同为害后，沙棘茎叶、根系可溶性糖含量均有所上升，对二者均产生了有利的促进作用，与前人研究结果差异的原因可能是受取样时间、为害时间、所处环境因子等的影响,有待今后更加细致深入的研究。

可溶性蛋白常作为评判植物抗逆性的生理指标[24]，其含量高，可提高害虫的存活率、发育速率等[18,25,26]，而植物可能通过积累可溶性蛋白调节代谢酶活性以降低虫害对自身的影响，增强自身在自然环境中的适应性[24]。李艳艳等[18]研究发现瓜蚜危害致使植株体内可溶性蛋白含量下降；蒲恒浒等[22]研究发现不同诱导处理番茄叶片可溶性蛋白含量先降低后升高，认为是植物防御通过短时减少营养物质以抵御昆虫的危害；吕文玲[19]研究鸭脚木星室木虱取食为害糖胶树叶片可溶性蛋白含量随害虫为害时间先降低后显著升高，并集中于受害部位，认为是植物对虫害抗性的提高。笔者研究表明，沙棘茎叶可溶性蛋白含量极显著高于根部；受栎黄枯叶蛾为害后，沙棘茎叶可溶性蛋白显著下降，对栎黄枯叶蛾生长发育产生了抑制；受沙棘木蠹蛾为害后，沙棘可溶性蛋白含量未发生显著变化；受二虫共同为害后，沙棘上、下部可溶性蛋白均显著升高，与前人研究结果较一致，说明随着为害程度的加深，可溶性蛋白含量逐渐上升，植物启动保护机制，提高了对虫害的抵抗能力。

单宁是重要的植物次生代谢物质，具涩味口感差，可干扰昆虫肠道消化和抑制酶的活性,使昆虫对食物的消化利用率降低[16,18]。刘鹏程等[16]研究发现红腹柄天牛取食甜槠后，韧皮部单宁含量显著上升，认为其产生了应激生理反应；吕文玲[19]研究发现糖胶树叶片受鸭脚木星室木虱为害后，单宁含量显著升高，并在虫瘿组织产生富集。笔者研究表明，沙棘根部单宁含量高于茎叶；受虫害后，沙棘根部单宁含量显著升高，这与前人研究一致，说明虫害胁迫可导致单宁含量的增加，对根部害虫沙棘木蠹蛾生长发育产生抑制作用。

黄酮是一类有毒的植物次生代谢物质，可影响昆虫的取食行为和代谢，产生忌避或拒食，对其生长发育和繁殖有明显抑制作用，严重时可使昆虫中毒和死亡[16,18]。前人研究结果差异较大，刘鹏程等[16]研究甜槠受红腹柄天牛轻、中度为害后黄酮含量均显著升高，重度受害后与对照无显著差异，认为植物受害虫重度危害可能影响代谢输导，导致其应激反应降低；吕文玲[19]研究发现，糖胶树叶片虫瘿组织受鸭脚木星室木虱危害后，其黄酮含量下降，认为是黄酮的合成与运输受限。笔者研究表明，沙棘根部黄酮含量极显著高于茎叶；受虫害后，沙棘根部黄酮含量极显著上升，对根部害虫沙棘木蠹蛾生长发育产生不利的抑制作用，而对茎叶部害虫栎黄枯叶蛾未产生明显影响。

3.2 虫害诱导沙棘生理生化变化对害虫种间互作的影响

昆虫种间互作关系对维持种群稳定性和生物多样性具有重要作用，其互作动态的研究是认识害虫群落结构的重要基础，其研究主要集中于竞争和促进作用，并认为其互作关系一般存在不对称性[7]。王丽萍等[27]研究表明，褐飞虱和灰飞虱共存于水稻时产生的间接种间效应，对褐飞虱种群动态未产生明显影响，而对灰飞虱若虫发育历期、存活率、成虫寿命、产卵量等种群参数产生有利的种间促进作用。

笔者研究表明，二虫共同为害后，沙棘茎叶、根系可溶性糖、可溶性蛋白含量均上升，对二者均产生了有利的促进作用，同时植物对虫害的抵抗能力也增强。而次生物质单宁、黄酮仅在沙棘根部产生显著升高，只对根部害虫沙棘木蠹蛾产生了不利影响。综上说明，二虫诱导的沙棘生理生化的改变，对茎叶害虫栎黄枯叶蛾具偏利促进作用，而对根系害虫沙棘木蠹蛾有较大抑制作用，但有关二者田间互作效应对其生长发育及繁殖的影响，还有待于进一步研究。