Journal of Ecology | 入侵植物对土著昆虫的“生态陷阱”效应及

Journal of Ecology | 入侵植物对土著昆虫的“生态陷阱”效应及

植物入侵可通过改变栖息地环境、食物资源和物种间相互关系,影响土著昆虫的行为和生活史性状。当入侵植物相对于土著植物更能吸引土著昆虫,但昆虫取食入侵植物后种群适合度反而下降时,入侵植物就给土著昆虫扮演了“生态陷阱(ecological trap)”的角色。这种看似“悖论”的现象,事实上其背后受到一系列环境和资源特征变化所调控,目前仍然缺乏实证的支持和机制的探讨。本研究以入侵植物互花米草(Spartina alterniflora)、土著昆虫素毒蛾(Laelia coenosa)及其原始的本地寄主植物芦苇(Phragmites australis)为研究对象,来探讨这一有趣的科学问题。研究人员调查了两种植物上素毒蛾的卵密度,室内评估了成虫在两种植物上的产卵偏好以及后代的发育情况,同时分析了两种植物资源可利用性、叶片气味对成虫的吸引能力、叶片营养以及防御性状的差异。结果表明,尽管素毒蛾偏爱在互花米草上产卵,但是当成虫选择外来植物作为“产卵靶标”后,其后代的适合度降低,即外来植物互花米草的入侵导致了土著昆虫素毒蛾陷入了“生态陷阱”,这可能与入侵植物具有较差的营养以及较强的物理和化学防御特征有关。




▉  原文信息

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▉  研究背景


本植物入侵可通过改变栖息地环境、食物资源和物种间相互关系,影响土著昆虫的行为和生活史性状。然而,随着被入侵生态系统中外来植物资源不断增多,而本地宿主植物资源迅速减少,一些土著昆虫可通过生境转移与外来植物形成新的互作关系。如果入侵植物相对于土著植物能更好地吸引食草性昆虫,但昆虫取食入侵植物后其种群适合度反而下降,入侵植物就可能给土著昆虫扮演了“生态陷阱(ecological trap)”角色。这种看似“悖论”的现象,事实上其背后受到一系列环境和资源特征变化所调控,但当前对这一预测的系统性验证仍很缺乏,同时对形成该现象的机制研究少之又少。



▉  研究方法


本文以入侵植物互花米草、土著昆虫素毒蛾及其原始的土著寄主植物芦苇为研究对象。首先在长江河口湿地,对素毒蛾在两种植物上的卵密度进行了野外调查,室内测定了素毒蛾成虫的产卵偏好;同时分别在室内和同质园两种条件下,比较了该虫在两种植物上的适合度;利用Y型嗅觉仪测定了成虫对互花米草及芦苇的气味趋性,并结合遥感影像解析等手段,分析了两种植物在野外的分布面积和生物量差异;最后,研究人员还探究了芦苇和互花米草叶片的营养和防御性状差异。




▉  结论和讨论

研究发现,6月和8月,单群落下,互花米草上的素毒蛾卵密度均显著高于其他群落(图1);同时室内实验表明,采自两种生境(互花米草/芦苇)的素毒蛾成虫均表现为强烈偏好于在互花米草上产卵(图2)。这说明素毒蛾成虫在互花米草上投入的繁殖资源比在芦苇上更多。而成虫的这种繁殖偏好性,可能与入侵植物互花米草具有更高的资源可利用性(图4、图5),以及其释放的挥发性化合物对成虫形成了更强的“味觉诱导”(图6)有关。

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图1. 芦苇和互花米草不同群落以及不同调查时间下素毒蛾的卵密度
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图2. 不同宿主来源的毒素蛾产卵偏好系数
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图3. 室内和同质园条件下毒素蛾后代在芦苇和互花米草上的适合度

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图4. 野外不同植物类型叶片生物量(a)和凋落物生物量(b)

室内和同质园实验条件下,取食互花米草的幼虫与芦苇相比,其发育时间更长,蛹重更轻;且同质园实验中,幼虫在互花米草上的存活率显著低于芦苇(图3),表明其后代的适合度降低,这可能是由于互花米草叶片的营养水平(氮含量)弱于芦苇,而防御水平(硬度、蜡质、生物碱、总酚含量)较高(图7)。因此,相对于原始土著宿主芦苇,素毒蛾成虫在互花米草上投入了更多的生殖资源,但其后代适合度反而下降,表明入侵植物互花米草使土著昆虫素毒蛾陷入了“生态陷阱”。而随着时间的推移,互花米草可能继续入侵并最终取代芦苇等土著植物,长期的协同进化可能使得素毒蛾能够快速适应互花米草。届时素毒蛾能否逃离“生态陷阱”效应?该问题值得继续研究。

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图5. 2015-2017年野外调查地点内互花米草和芦苇面积遥感图

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图6. 不同生境类型来源的素毒蛾雌虫对离体叶片(a)和挥发性有机化合物(b)的选择偏好
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图7. 互花米草和芦苇叶片营养与防御指标性状


▉  结论

该研究发现相比于土著植物芦苇,土著昆虫素毒蛾更偏爱在入侵植物互花米草上产卵,但是后代的适合度较低,这表明互花米草对素毒蛾具有“生态陷阱”效应,这和昆虫所获得的同偏好相关的环境线索(资源可用性和叶片气味)与同适合度相关的资源质量(营养和防御)之间的不匹配性密切相关。本研究增强了我们关于植物入侵对土著食草性昆虫生态影响的深度认识,并强调资源可利用性及植物性状对食草昆虫行为和适合度的调节作用。