作物、害蟲、害蟲天敵,它們之間錯綜復雜的關系,是科學家們研究的熱點。在更小的領域中,害蟲和害蟲之間,又是怎樣的關系?尤其是共享寄主的不同害蟲,它們之間,又是怎樣相處的?

 

在過去,普遍認為共享同一寄主的不同害蟲,更多是競爭排斥的關系,但一項新的研究發現,不同害蟲之間,也會互相協作,合力攻破植物的防御機制。

 

該研究由中國農業科學院植物保護研究所抗病蟲作物生態安全評價與利用創新團隊完成,相關研究成果發表在《自然通訊(Nature Communications)》上。

 

水稻介導的二化螟和褐飛虱及其寄生蜂多重種間關系。中國農科院供圖

 

二化螟為褐飛虱創造有利條件

 

團隊首席科學家李云河研究員介紹,團隊長期研究水稻對害蟲的防御機制,以及害蟲的反防御機制。在研究中,科研人員發現,二化螟這種水稻上常見的害蟲,為害水稻后,水稻中的游離氨基酸含量會提高,甾醇等防御物質含量下降,這能顯著促進另一種害蟲褐飛虱的生長。

 

同時,當褐飛虱侵害水稻時,會誘導出水稻的間接防御機制,釋放信息揮發物,顯著引誘褐飛虱的天敵,一種卵寄生蜂稻虱纓小蜂。然而,二化螟為害誘導水稻揮發物可顯著排斥稻虱纓小蜂。當褐飛虱與二化螟共同為害水稻時,二化螟誘導水稻揮發物發揮主導作用,覆蓋了褐飛虱蟲害誘導的水稻揮發物,導致稻虱纓小蜂無法通過水稻揮發物準確定位褐飛虱卵,顯著降低褐飛虱卵被寄生的風險。這意味著,二化螟為褐飛虱創造了有利條件。事實也證明,褐飛虱進化出了可以積極利用這一現象的能力,它們更偏愛在那些被二化螟為害過的稻株上取食和產卵。

 

這一發現,引發了科研人員的濃厚興趣,他們想知道,二化螟給褐飛虱創造了侵害水稻的有利條件,那么反過來,褐飛虱是否也會為二化螟提供便利?它們之間的關系,是單方面的,還是互利的?

 

褐飛虱降低水稻對二化螟的防御

 

針對水稻、二化螟、褐飛虱之間的關系,科學家們進行了更深入的研究。

 

研究發現,當二化螟單獨為害水稻時,會迅速誘導水稻的防御反應,水稻中的相關茉莉酸和蛋白酶抑制劑等防御基因的表達會顯著上調,重要抗蟲防御物質蛋白酶抑制劑迅速累積,這帶來的影響,會導致后來的二化螟幼蟲,生長發育受到明顯抑制。

 

但當褐飛虱到來,與二化螟共同為害水稻時,會顯著抑制水稻的防御反應,相關防御基因表達下調,蛋白酶抑制劑含量顯著下降,這幾乎完全消除了對后來二化螟幼蟲所帶來的負面影響。

 

對這種變化,二化螟顯然也是“知情”的,并且在積極利用。

 

研究發現,當二化螟單獨為害水稻時,因為水稻對后來幼蟲的抑制作用,雌性二化螟會選擇將蟲卵產在健康的植株上,以此避開水稻對幼蟲生長發育的抑制。而褐飛虱存在時,雌性二化螟則傾向于將卵產在褐飛虱單獨為害的植株,或兩者共同為害的植株上,以此讓幼蟲獲得更好的生長條件。

 

互利是一種選擇的結果

 

昆蟲在寄主選擇中,有一種“選擇—表現”假說,英文名詞為“Preference-performance”。這一假說認為,成蟲會選擇有利于子代發育的高品質寄主,但在寄主選擇中,除了寄主品質外,其他因素也可能影響選擇決策。

 

李云河介紹,對二化螟和褐飛虱協作互利的研究,驗證了這一假說。在進一步的研究中,科研人員還發現,二化螟也同樣利用和褐飛虱的協作躲避天敵。研究數據顯示,相對二化螟單獨為害稻株,二化螟將卵產在褐飛虱為害的稻株上其卵被赤眼蜂寄生的概率,可以降低30%-45%。

 

李云河表示,這是一項全新的發現,打破了人們對共享寄主昆蟲種間競爭排斥關系的普遍認知,并基于生態位理論,闡釋了共享同一寄主植物昆蟲種間,發展為“互利共存”關系的生態機理,拓展和深化了物種“生態位分異理論”的內涵,為科學制定害蟲生態防控新策略和新技術奠定了理論基礎。

 

該研究得到了國家自然科學基金和中國農業科學院科技創新工程項目的資助。

 

新京報記者 周懷宗

編輯 唐崢 校對 李銘