气候变暖与寄主植物交互作用对帝王蝶（Danaus plexippus）适应性及OE寄生虫感染结局的影响机制研究

本综述系统探讨了气候变暖（experimental warming）通过改变寄主植物（host plants）的化学防御物质（如cardenolides）和营养品质（C:N ratio），进而影响帝王蝶（Danaus plexippus）对专性寄生虫（Ophryocystis elektroscirrha, OE）的耐受性（tolerance）和抗性（resistance）。研究发现升温条件下，高强心苷热带马利筋（Asclepias curassavica）的防护作用减弱，OE感染概率上升且宿主适应性成本显著增加，为气候变化背景下昆虫-寄生虫互作研究提供了关键实验证据。

　　

引言

气候变暖对宿主-寄生虫互作产生深远影响，其作用途径既包括温度对宿主和寄生虫性状的直接效应，也涉及通过资源物种（如寄主植物）的间接调控。植物作为昆虫草食者的营养来源，其化学防御物质和营养品质受温度调控，可能显著改变草食者适应性和免疫防御能力。帝王蝶（Danaus plexippus）与其专性原生动物寄生虫（Ophryocystis elektroscirrha, OE）的互作系统是研究温度-植物-寄生虫三方作用的理想模型。马利筋属（Asclepias）植物产生的强心苷（cardenolides）可增强帝王蝶对OE的耐受性和抗性，但不同物种间化学防御水平存在显著差异（如高强心苷的热带马利筋A. curassavica与低强心苷的沼泽马利筋A. incarnata）。目前尚不清楚气候变暖是否会改变马利筋属植物的防护作用，以及如何影响帝王蝶-OE互作的结局。

材料与方法

研究在佐治亚州雅典市的Horseshoe Bend生态研究站开展，通过搭建微型温室（open-top chambers）创建环境温度（ambient）与升温（elevated）处理样地（日均温差0.95°C，昼温差1.55°C）。选用两种马利筋（热带马利筋与沼泽马利筋）培育帝王蝶幼虫，并人工接种两种OE克隆株系（E6和WV1）。监测指标包括：帝王蝶发育历期、存活率、蛹重、成虫前翅长度及成虫饥饿抵抗能力（starvation resistance）；OE感染概率与孢子负荷（spore load）；植物碳氮比（C:N ratio）及强心苷浓度与极性（polarity index）。采用广义线性模型（GLM）和事后比较（emmeans）分析温度、马利筋物种与感染处理的交互效应。

结果

温度与湿度条件

升温样地昼均温达28.8°C（峰值40.6°C），显著高于环境样地（27.2°C，峰值39.1°C），但夜间温度与湿度无显著差异。

帝王蝶适应性性状

马利筋物种与温度存在交互作用：在升温条件下，热带马利筋上的幼虫存活率（85%）显著低于沼泽马利筋（98%）。沼泽马利筋上的幼虫发育时间比热带马利筋缩短0.9天，环境温度下的幼虫比升温条件下早0.6天化蛹。感染OE的个体前翅长度略长，但蛹重无显著变化。

感染结局

OE接种个体的总感染概率为81%，且升温使热带马利筋上的感染概率从68%升至89%。孢子负荷未受温度或植物物种影响，但OE株系E6的感染能力显著更强。

成虫饥饿抵抗与耐受性

感染OE显著缩短成虫寿命（饥饿抵抗能力），且升温加剧了感染个体的寿命缩减（ virulence 增加）。耐受性分析显示，升温条件下帝王蝶对OE的耐受性降低22%，表现为孢子负荷与寿命的负相关性斜率更陡。

植物性状

升温样地中两种马利筋的碳氮比均下降（营养品质提升），其中沼泽马利筋的响应更明显。热带马利筋的强心苷浓度与极性在温度处理间无显著差异。

讨论

本研究揭示了气候变暖通过改变寄主植物品质，重新配置帝王蝶-OE互作格局的机制。尽管升温提升了植物氮素营养，但帝王蝶适应性反而下降，且高强心苷热带马利筋的防护作用在升温条件下丧失，表明温度可能抵消植物次生代谢物的抗寄生虫效益。这一发现对理解气候变化背景下昆虫-寄生虫协同进化具有深远意义：非迁徙性帝王蝶种群（如美国东南部全年繁殖群体）的寄生虫传播动态可能因升温而改变，而迁徙种群的感染成本可能增加。未来需关注夜间升温、植物群落互作（如蚜虫、菌根真菌）及寄生虫遗传分化的交互效应。

结论

适度升温可削弱寄主植物化学防御对昆虫寄生虫的防护作用，增加感染成本并降低宿主耐受性。这一现象在帝王蝶-OE系统中表现为热带马利筋抗性失效和寄生虫毒力增强，强调了气候变暖背景下资源媒介间接效应对昆虫-寄生虫互作的关键调控作用。研究结果为预测气候变化对昆虫种群动态、生物防治效能及生态保护提供了实验依据。