种源匹配对杂草生物防治的重要性：以耳荚相思树（Acacia auriculiformis）及其食草昆虫（Calomela intemerata）为例的研究

本研究通过宿主测试评估了昆士兰与北领地两种地理种源的Calomela intemerata甲虫（鞘翅目：叶甲科）对不同种源耳荚相思树（Fabaceae）的繁殖力与损害程度。结果表明，种源匹配的甲虫在产卵量与植物损害程度上显著更高，支持了种源匹配在生物防治中的潜在重要性，但也揭示了甲虫产卵行为的复杂性，提示需进一步研究其行为机制与物种界定问题。

　　

引言

经典杂草生物防治持续寻求提高成功率的方法。尽管当代安全标准要求对候选生物防治剂进行严格的释放前研究，批评者仍指出杂草生物防治计划在进入正式宿主测试时通常对潜在作用因子的遗传和行为了解有限。植物和相关草食动物在不同种群间常存在遗传差异，尤其是在植物分布范围广、种群地理隔离的情况下。普遍认为，将潜在生物防治因子的种源与入侵植物种源精确匹配对成功至关重要，因为来自相同种源的天敌可能具有本地适应性，从而对杂草造成更大损害。尽管该方法的普适性尚未得到广泛测试，其在某些案例中已显现效果。

耳荚相思树（Acacia auriculiformis A. Cunn ex Benth., Fabaceae）是一种具有广泛原生地理分布的杂草，原分布于澳洲北部，包括昆士兰（Queensland, Qld）的约克角半岛、北领地（Northern Territory, NT），以及巴布亚新几内亚（Papua New Guinea, PNG）和印度尼西亚东部部分岛屿。近几十年来，该植物在美国佛罗里达（Florida, Fl）已成为有害入侵杂草，其入侵谱系很可能源自北领地达尔文附近。

先前系统基因组学分析表明，北昆士兰与北领地的耳荚相思树种群存在遗传差异，两地种群被卡奔塔利亚屏障生物地理分隔。与之相似，该植物的多种草食动物也呈现相同模式，昆士兰与北领地种群彼此遗传 distinct。与耳荚相思树相关的最常见、损害较大的草食昆虫是Calomela intemerata Lea甲虫（鞘翅目：叶甲科）和一些卷叶蛾（鳞翅目：尖蛾科）。与昆士兰和北领地耳荚相思树相关的C. intemerata在COI序列上存在8%–10%的成对差异，且东西向采样 transect 未在卡奔塔利亚屏障区域内替代金合欢属物种上发现该甲虫。

本研究通过比较C. intemerata甲虫对自身种源与不同种源植物的损害和产卵行为，测试种源匹配的普适性。假设甲虫对自身种源植物会造成更大损害。

材料与方法

植物与昆虫

耳荚相思树植株由采自昆士兰、北领地、巴布亚新几内亚及美国佛罗里达入侵区的种子在玻室中培育而成。使用4–6个月、高0.5–0.75米的盆栽植株进行实验。

从昆士兰和北领地多个地点采集的C. intemerata在环境控制室（25°C, 80%相对湿度）中饲养，以其自身种源的新鲜叶状枝饲喂和产卵。建立两个不同群体：昆士兰群体和北领地群体。实验使用这些群体的F1或F2代甲虫。

宿主种源测试试验

宿主种源测试在温度控制的玻室（24°C–33°C, 44%–91%相对湿度）隔离条件下进行。每个处理用透明尼龙编织网笼罩盖。评估幼虫叶状枝损害、成虫繁殖力和成虫叶状枝损害。

幼虫叶状枝损害

评估昆士兰和北领地甲虫对不同种源植物的幼虫损害。设置八个处理，每个处理重复四次。将6枚1日龄C. intemerata卵置于纸巾上，附着于植株自上而下第3–5片年轻叶状枝（排除生长点）上。卵沉积2周后开始记录幼虫造成的叶状枝损害，每周两次（持续4周直至所有幼虫化蛹），记录受损叶状枝总数及三个年龄类别（生长点、年轻叶状枝和成熟叶状枝）中的受损数量，计算受损比例。同时视觉评估损害严重度：低（1%–30%叶面积被食）、中（31%–70%）、高（71%–100%）。使用广义线性混合模型（GLMM）统计分析，以种源匹配对（甲虫与植物来自同一地点）作为对照进行比较。

成虫繁殖力

将实验室饲养的昆士兰成虫雌雄对（1:1）转入含不同种源盆栽植物的笼中，评估产卵量。处理包括四种植物种源与昆士兰甲虫组合，每处理重复七次。每三天计数植株上产卵数，并移除卵粒，持续4周。同时计数非植物基质上的卵。使用广义线性模型（GLM）统计分析，以昆士兰植物上的产卵量为基线进行比较。

成虫叶状枝损害

记录成虫繁殖力试验中两只成虫甲虫在4周内造成的叶状枝损害，评估方式同幼虫。使用GLMM比较不同种源植物上的损害严重度，以昆士兰植物上的损害为基线。

结果

幼虫叶状枝损害

C. intemerata幼虫对所有四种种源耳荚相思树的生长点和年轻叶状枝均造成 substantial 损害，但未记录成熟叶状枝损害。昆士兰幼虫对北领地植物造成的损害（平均0.36叶状枝受损）显著低于昆士兰植物（平均0.66；p≤0.001）。昆士兰幼虫对昆士兰植物生长点的损害比例也高于佛罗里达（0.64）和巴布亚新几内亚植物（0.52），但差异不显著。北领地幼虫引起的损害在不同植物种源间无显著差异。

年轻叶状枝损害比例在昆士兰甲虫幼虫中范围0.50（北领地植物）至0.63（昆士兰植物），但无显著差异。北领地甲虫幼虫对佛罗里达植物年轻叶状枝的损害显著高于北领地植物（p≤0.05）。损害严重度（低、中、高）在统计上无显著差异。

成虫繁殖力

昆士兰C. intemerata成虫在非植物基质上产卵多于植株本身，在北领地（77%卵在非植物基质）、巴布亚新几内亚（68%）和昆士兰植物（57%）处理中尤为明显。佛罗里达植物处理中近一半（49%）卵产在非植物基质上。

与昆士兰植物相比，在北领地（p≤0.01）和巴布亚新几内亚植物（p≤0.001）生长点上产卵显著较少。年轻叶状枝上产卵量在不同种源间无显著差异。相反，佛罗里达（p≤0.05）和巴布亚新几内亚植物（p≤0.0001）成熟叶状枝上产卵多于昆士兰植物。北领地和巴布亚新几内亚植物相关非植物基质上产卵显著多于昆士兰植物。

成虫叶状枝损害

昆士兰植物生长点遭受昆士兰甲虫的损害显著更高（平均约四分之三生长点被取食），高于佛罗里达、北领地和巴布亚新几内亚植物。年轻叶状枝上，巴布亚新几内亚植物的比例损害显著低于昆士兰植物，其他种源与昆士兰无显著差异。生长点和年轻叶状枝的高严重度损害差异不显著。昆士兰植物更多叶状枝遭受严重损害，但不显著。佛罗里达植物低严重度损害显著较多，中严重度损害显著较少。

讨论

昆士兰C. intemerata在昆士兰耳荚相思树生长点上产卵显著多于北领地和巴布亚新几内亚植物，且昆士兰成虫对昆士兰植物生长点造成最高损害。这些发现支持生物防治中种源匹配可能重要的观点，符合昆虫草食者应对认为与之协同进化的植物种群更具破坏性的预期。

然而，需进一步考量种源测试建议，因部分结果不符合假设。例如，不同种源年轻叶状枝损害无显著差异，且昆士兰甲虫在佛罗里达植物上产卵显著多于昆士兰植物。这些不一致可能源于限制条件下昆虫行为不能自然反映实际情况，或表明仅甲虫生命周期某些方面受宿主植物种源影响，许多互作元素无 meaningful 差异。未来研究应探索宿主植物种源如何影响甲虫其他方面（如发育时间、存活率、性比和体型），并调查不同种源甲虫和植物间宿主互作差异的原因（如测试感官线索或宿主植物化学差异）。此类测试应包括北领地和佛罗里达植物，以评估甲虫对入侵佛罗里达谱系是否因入侵后适应而反应不同。

甲虫在非植物基质上产卵大量，可能因笼中盆栽植株未提供适当产卵线索，或限制导致环境应激产卵 dumping。需进一步研究其宿主寻找和产卵机制。

C. intemerata种群间深度遗传分化及宿主测试结果提示需进一步测试物种 status。若两谱系同域可自由杂交，了解混合甲虫作为生物防治剂的表现很重要，因其适应性和宿主范围可能与亲本谱系不同。若代表不同物种，每种可能作为单独潜在生物防治剂（可能适应入侵地不同气候条件）。测试物种 status 可包括北领地雄性与昆士兰雌性交叉交配测试，反之亦然，或信息素测试调查远距离配偶吸引化合物。

总之，结果表明昆士兰C. intemerata甲虫对昆士兰耳荚相思树可能比其他地区更具破坏性，提示北领地甲虫可能对佛罗里达入侵耳荚相思树（源自北领地）更有效。但两种源甲虫在昆士兰和佛罗里达植物上表现相似，与上述预期相反。发现一定程度上支持宿主种源匹配在生物防治中重要的观点，但需更多研究更好理解种源何时及如何重要。