艾菊化学型多样性通过萜类化合物组成调控蚜虫种群动态而地下草食作用影响微弱

本研究针对植物化学型多样性如何介导地上-地下草食昆虫互作这一生态学核心问题，通过构建艾菊(Tanacetum vulgare)6种萜类化学型与蚜虫(Macrosiphoniella tanacetaria)/线虫(Agriotes sp.)的互作体系，首次揭示化学型差异直接调控蚜虫种群规模，其中混合化学型(高萜烯均匀度)最利蚜虫增殖，而β-侧柏酮主导型抑制效果显著。研究创新性证实植物化学多样性组分中仅萜烯均匀度(terpenoid evenness)与蚜虫数量呈正相关，突破性地发现地下草食作用未通过化学型介导影响地上昆虫，为植物防御资源分配理论提供新证据。成果发表于《Journal of Chemical Ecology》。

　　

在复杂的植物-昆虫互作网络中，植物化学防御物质的种内变异（intraspecific variation）正成为生态学研究的新焦点。艾菊（Tanacetum vulgare）作为典型的多化学型（chemotype）植物，其叶片中萜类化合物（terpenoids）的组成差异可达21-29种，但这类化学多样性如何影响跨营养级的生态互作，特别是协调地上与地下草食者的相互作用，仍是未解之谜。传统理论认为地下根食昆虫可通过系统诱导改变植物生理，间接影响地上昆虫，但德国慕尼黑工业大学等机构的研究团队发现，这一过程可能被植物自身的化学"指纹"所重塑。

研究人员采用全因子实验设计，对6种萜类化学型艾菊分别施加四种处理：单独蚜虫（Macrosiphoniella tanacetaria）、单独线虫（Agriotes sp.）、双重胁迫及空白对照。通过气相色谱-质谱（GC-MS）量化化学多样性组分（丰富度、均匀度、香农指数），结合长达21天的蚜虫种群追踪、叶绿素SPAD检测及生物量测定，系统解析化学型介导的互作机制。

化学型直接调控蚜虫种群动态
数据显示，蚜虫在混合化学型（Mixed_Low）上增殖最快，最终种群量达77只/株，显著高于β-侧柏酮主导型（仅17只）。值得注意的是，这与早期行为实验结论相悖——尽管蚜虫偏好α/β-侧柏酮型（Athu_Bthu）取食，但其后代在混合化学型上反而表现更优。这种"偏好-性能悖论"暗示化学均匀度（terpenoid evenness）可能是关键驱动力：当萜类成分浓度分布更均衡时（如Mixed_High的均匀度达0.82），蚜虫种群规模与均匀度呈显著正相关（χ²=4.34, p=0.037）。

地下草食作用的意外沉默
尽管线虫处理导致74%个体化蛹或逃逸（可能与实验期热浪有关），但无论以处理分组或存活幼虫数建模，地下草食均未显著影响蚜虫数量（p>0.89）。这与Johnson等提出的鞘翅目根食者促进同翅目地上种群的meta分析结论相左，暗示艾菊可能通过组织特异性防御（如根部萜类合成途径独立于叶片）实现地上-地下互作解耦。

化学型特异性生长-防御权衡
形态学响应呈现化学型依赖性：混合化学型在蚜虫胁迫下生物量反增11%，而β-侧柏酮型则下降9%。叶绿素含量在双重胁迫下普遍降低，但Bthu_Low型始终处于最低水平（SPAD值<35）。这表明高化学多样性个体可能通过资源优化配置（减少单一大宗防御化合物投入）获得更强的补偿生长能力。

这项研究首次将化学多样性组分解构为生态功能单元，揭示均匀度（而非丰富度或浓度）是调控专性植食者的关键杠杆。实践中，混合化学型艾菊在农林系统中可能更易暴发蚜害，而β-侧柏酮型则具有生态防控潜力。理论层面，挑战了"生长-防御此消彼长"的传统认知，为植物适应性策略的连续谱模型提供了新证据。未来研究需结合代谢流分析，解析化学型特异性的资源分配通路，这将为作物抗性设计提供全新思路。