原产地和入侵地乌桕挥发性物质对不同食性昆虫嗅觉及产卵行为的影响

摘要

植物和昆虫是陆地生态系统的重要组成部分，两者在长期的协同进化过程中形成了许多防御和适应机制。入侵植物在入侵地被昆虫取食的压力可能会减小，尤其是缺少专食昆虫的取食。这将导致入侵植物的昆虫防御策略发生转变。植物可能会减少防御的资源投入，而分配更多的资源用于生长和繁殖。
　　乌桕原产我国，属多年生木本植物，广泛分布于长江流域和华南各省。于18世纪传入美国，在近30年已成为美国重要的入侵植物，给当地的生物多样性构成了严重威胁。已有研究表明在入侵地乌桕逃逸了专食性昆虫，降低对化学防御的投入。而且乌桕的入侵历史和传播途径比较清晰，很容易获得原产地和入侵地具有演化关系的植物材料，研究结果具有可比性。
　　本实验选择具有不同进化历史的乌桕原产地种群（中国）和入侵地种群（美国）共25个，采用顶空动态采气法采集植物的挥发性物质，并通过GC-MS对所采集物质进行分析。通过产卵偏好实验来研究不同食性的昆虫对不同进化历史植物的选择偏好。同时用嗅觉仪进行成虫实验，比较昆虫对乌桕入侵地种群和原产地种群的选择偏好。
　　实验表明，乌桕入侵地种群和原产地种群的挥发性物质在含量上存在差异，其中入侵地乌桕3-己醇挥发量显著多于原产地，二硫代氨基甲酸铵、一氧化二氮、氯乙烷等挥发量多于原产地;N-甲基-3-哌啶甲酰胺挥发量少于原产地;专食性昆虫偏好选择入侵地种群乌桕，并且更喜欢在入侵地种群上产卵，其中60％的笼罩中癞皮夜蛾在入侵地乌桕种群的产卵量高于原产地种群产卵量，47％雌性癞皮夜蛾和41％雄性癞皮夜蛾在行为测定中选择入侵地种群;同时广食性昆虫偏好在原产地种群上产卵，50％雌性甜菜夜蛾和45％雄性甜菜夜蛾在行为测定中选择原产地种群，且90％的产卵实验中斜纹夜蛾倾向于选择原产地乌桕，说明入侵地乌桕对广食性昆虫有显著的驱避作用。
　　本研究揭示了不同选择压力下的植物地理种群化学防御策略适应性进化的方向和趋势，从挥发性物质角度揭示了入侵机制和植物与昆虫互作的关系。