《Pest Management Science》：From fertilizer to insecticide: urban leaf litter chemistry alters the survival landscape of Aedes aegypti
编辑推荐：
本研究发现，城市落叶浸出液对埃及伊蚊（Aedes aegypti）幼虫的生存和发育具有物种特异性、浓度依赖性和时间动态性的双重作用。两种常见行道树——黄檀（Tipuana tipu）和紫绣球（Handroanthus heptaphyllus）的落叶浸出液化学组成差异显著，其中黄檀浸出液在低浓度（25%）时表现出营养促进作用，而在高浓度（≥50%）时则转为强效杀虫作用（死亡率>90%）。研究通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）和代谢组学分析揭示了单宁酸和草酸衍生物等关键化合物的动态变化，为利用城市绿化树种进行生态友好的蚊媒防控提供了新思路。
1 引言
埃及伊蚊作为登革热等重要虫媒病毒的主要传播媒介，其生态适应性与城市环境高度契合。雌蚊在积水容器边缘产卵，孵化后的幼虫主要以水体中的微生物生物膜和有机颗粒为食。幼虫期的营养状况直接影响成虫的体型、寿命和繁殖力，是决定其传病能力的关键阶段。传统化学杀虫剂的长期使用导致抗药性日益严重，而植物源次生代谢产物因其多靶点作用和环境友好特性，成为潜在的替代方案。城市落叶在积水容器中分解产生的浸出液，含有丰富的亲水性和半极性化感物质，可能对蚊虫幼虫产生从营养促进到化学胁迫的双重影响。
在研究区域巴西南部的沙佩科市，城市绿化规划显示黄檀和紫绣球是两种优势行道树种。黄檀叶片富含单宁，其提取物已知具有抗菌和抗氧化活性；而紫绣球的树皮和木材则具有抗菌、抗炎和抗肿瘤等多种生物活性。然而，这两种树种落叶浸出液对埃及伊蚊的幼虫活性尚未有系统研究。本研究通过非靶向代谢组学分析和全生命周期生物测定相结合的方法，探究了黄檀和紫绣球落叶浸出液在不同浸提时间（7天和14天）和不同浓度（25%，50%，100%）下对埃及伊蚊幼虫存活率、发育时间、成虫体型和翅膀不对称性等生命史性状的影响。
2 材料与方法
2.1 研究地点与昆虫种群
所有实验在沙佩科地区社区大学昆虫生态学实验室的受控气候条件下进行。埃及伊蚊种群于2018年建立，并每年补充野外采集的成虫以维持遗传异质性。实验用一期幼虫在浸水后24小时内收集。
2.2 植物材料与浸出液制备
黄檀和紫绣球的衰老叶片于2024年6月从沙佩科市两个地点采集。每种植物取30克落叶浸泡于1升蒸馏水中，在20°C、光暗周期16:8小时条件下静置浸提7天或14天，不进行搅拌。浸出液经滤纸过滤后于4°C冷藏备用。
2.3 实验设计
实验分为两组。A组包括5个处理，每个处理10个重复：对照组（蒸馏水+标准幼虫食物）、25%浓度的7天黄檀浸出液、25%浓度的14天黄檀浸出液、25%浓度的7天紫绣球浸出液、25%浓度的14天紫绣球浸出液。B组包括9个处理，同样每个处理10个重复：对照组以及黄檀和紫绣球在50%和100%浓度、7天和14天浸提时间下的所有组合。每个重复包含10只一期幼虫，置于30毫升处理液中。
2.4 微宇宙培养基与幼虫饲养
所有处理培养基均含有相同最终浓度的螺旋藻粉作为基础食物，以避免饥饿效应。微宇宙每天检查，记录死亡幼虫和蛹的数量，保留蛹皮以估算发育时间。羽化后的成虫经冷却麻醉后鉴定性别，并取下双翅，用目镜测微尺测量翅长。平均翅长作为成虫体型的代理指标，波动不对称性（FA）计算为左右翅长的绝对差值。
2.5 浸出液的化学表征
采用固相萃取结合气相色谱-质谱联用技术分析浸出液中的挥发性和半挥发性成分。化合物通过谱库匹配进行初步鉴定。总酚含量和缩合单宁分别通过福林酚法和香草醛-盐酸法进行比色测定。
2.6 统计分析
使用R软件进行统计分析。针对A组数据，采用双因素广义线性混合模型，固定效应为树种和黄檀浸出液浸提时间。B组数据采用三因素广义线性混合模型，额外加入浸出液浓度作为固定因子。响应变量包括幼虫死亡率、发育至成虫的时间、平均翅长和波动不对称性。通过似然比检验评估固定效应的显著性，事后比较采用Tukey HSD法进行校正。
3 结果
3.1 落叶浸出液的化学指纹
GC-MS分析鉴定出26种相对含量超过2%的化合物。紫绣球浸出液在D7时以支链烯烃为主，到D14时这些挥发性物质大多被更高分子量的化合物所取代。相反，黄檀浸出液的化学轨迹显著不同，D7时环己烷甲醇和3,5-己二烯-2-醇占主导，D14时草酸环己基己酯急剧增加至10.98%，同时环己烷甲醇持续存在。比色分析结果与色谱分析一致：紫绣球的总多酚浓度从D7的565 mg L-1显著下降至D14的291 mg L-1，而黄檀则从542 mg L-1略微上升至604 mg L-1。在缩合单宁含量上，黄檀在两个时间点的浓度均是紫绣球的三倍左右。
3.2 蚊虫生命史性状
幼虫存活率表现出物种特异性反应。在A组（25%浓度）中，死亡率仅受树种影响。对照组死亡率平均为20%，与紫绣球浸出液处理无显著差异。相比之下，25%浓度的黄檀浸出液在D7时将死亡率降至7%，D14时接近零，表明在低浓度下具有净营养效应。
在B组（不同浓度）中，幼虫死亡率受树种身份、浸提时间、浸出液浓度及其交互作用的共同影响。100%浓度的黄檀浸出液具有高毒性，在D7和D14均诱导超过90%的死亡率。即使浓度为50%，黄檀浸出液仍保持致死性。相比之下，紫绣球浸出液在所有浓度-时间组合下死亡率均不超过16%，与对照组无显著差异。
发育时间与存活结果密切相关。在A组中，仅树种×浸提时间的交互作用对成虫羽化时间有显著影响。D14紫绣球浸出液使羽化时间加速至6.27天，比对照组快近2天。在B组中，羽化时间受树种、浓度和浸提时间的三维交互作用影响。发育最慢的组出现在50%和100%浓度的D14紫绣球浸出液中，而最快的发育发生在50%黄檀浸出液中。
成虫体型（以翅长为指标）对各处理因素呈现非线性反应。在A组中，对照组蚊虫体型最小，紫绣球处理组稍大，黄檀处理组产生的个体最大。在B组中，成虫体型受浸出液浓度、浸提时间及其所有交互项的影响。最大的成虫出现在100%浓度的D14黄檀浸出液中，而最小的成虫则出现在100%浓度的D7黄檀浸出液以及高浓度紫绣球处理中。
翅膀波动不对称性总体较低，但仍受处理交互作用调控。在A组中，仅树种×浸提时间的交互作用显著，FA在D14浸出液，尤其是紫绣球中有所增加。在B组中，FA随浸出液浓度增加而升高，并在100%紫绣球和50% D7黄檀浸出液中达到峰值。对照组始终表现出最低的不对称性。
4 讨论
4.1 关键生态结果
研究结果表明，两种优势城市树种的落叶浸出液可作为埃及伊蚊的生态过滤器，以物种、浓度和时间依赖的方式影响幼虫存活和成虫表型。高死亡率仅出现在≥50%浓度的黄檀浸出液处理中。重要的是，25%浓度的黄檀浸出液不仅不诱导死亡，反而相对于对照组提高了存活率。相反，紫绣球浸出液在所有处理中均无致死性。这些差异化的生物反应与物种特异性的化学轨迹相吻合。
4.2 物种特异性化学特征决定生态结果
色谱分析显示，黄檀和紫绣球的浸出液随时间推移遵循显著不同的化学轨迹。紫绣球的总酚和缩合单宁在D7到D14期间下降约50，成分向氧化酯类转变。相比之下，黄檀保持了相对稳定的化学谱，以含氧脂肪族化合物为主，缩合单宁增加了三倍，并且积累了草酸相关酯。这些物种特异的化学指纹与生物测定中观察到的差异化幼虫结果一致。
4.3 蚊虫生命史性状的剂量反应逻辑
幼虫存活率与缩合单宁、草酸环己基己酯和溶解性有机碳的综合梯度密切相关。25%黄檀浸出液观察到的幼虫存活率增加，可能反映了基础螺旋藻饲料与浸出液衍生DOC之间的协同作用，共同刺激了微生物生物量，从而提高了微生物介导的食物资源可用性。当浸出液浓度≥50%或老化至14天时，死亡率超过90%。这些高死亡率与潜在的单宁-蛋白质相互作用或草酸盐相关化合物引起的沉淀现象等假设一致。相比之下，紫绣球浸出液在所有处理中产生的死亡率与对照组相似，这与其较低的单宁浓度和浸出液老化过程中酚类化合物的快速下降相符。
两种浸出液均加速了相对于对照组的发育，但最快的羽化出现在D14紫绣球浸出液中。在昆虫中，亚致死化学暴露下加速变态已被记录为一种潜在的补偿策略。相反，最慢的发育出现在全强度紫绣球浸出液中，这种模式可能反映了能量可用性受限和轻度化学应激共同延迟了变态。
成虫体型对黄檀浓度和老化表现出明显的非线性反应。最大的成虫出现在A组25%黄檀处理中。然而，在浓度较高≥50%或老化时间延长时，较高的单宁和草酸盐相关化合物可能抵消了这些益处， coinciding with pronounced reductions in adult body size。紫绣球则呈现相反的模式，其较低的单宁含量可能降低了毒性应激但也限制了能量输入，导致各处理下产生中等体型的成虫。
双边翅膀不对称性在对照组中低于0.05 mm，但在化学应激最强的处理中增加至0.10–0.12 mm。最高的FA水平出现在100%紫绣球和50% D7黄檀浸出液中，这些条件下化学应激可能足以扰乱形态发生而不引起急性致死。
4.4 对城市病媒管理的启示
研究结果表明，城市落叶的生态作用受植物物种身份和水文条件共同影响。作为沙佩科市街道冠层优势种的黄檀，似乎扮演着化学“双刃剑”的角色：低浓度径流可能支持埃及伊蚊的表现，而更浓缩的浸出液则与幼虫死亡率显著升高相关。相比之下，紫绣球落叶产生相对中性的效应，引起轻微的生理应激但没有一致的致死反应。这些功能差异表明，树种组成原则上可以影响城市环境中蚊虫的发育环境。
5 结论
研究结果表明，城市落叶并非惰性基质，而是一个化学动态矩阵，其作用取决于植物来源、浸出液浓度和分解阶段，能够对埃及伊蚊起到营养、胁迫或抑制性能的作用。在低稀释度下，黄檀浸出液提高存活率、加速发育并产生更大成虫；但在高浓度下，则一致导致高死亡率和显著较小的成虫。相比之下，紫绣球在相同条件下保持化学良性，产生低死亡率和中等体型成虫。这些模式强化了黄檀仅在浓度超过25%时才从“类肥料”效应转变为“类杀虫剂”效应。
研究承认了一些局限性。微宇宙设计简化了水文变异并排除了生态相互作用。此外，潜在的非靶标效应是推断而非直接测量。未来的研究应结合实地落叶监测、降雨动力学和更广泛的水生群落评估，以检验这些模式在现实城市条件下是否成立。候选代谢物的靶向分离和剂量反应 assay 对于阐明因果机制也至关重要。尽管如此，本研究通过表明落叶可能作为一种化学活性过滤器而非惰性碎屑，其生态作用可从营养补贴到幼虫抑制，完善了现有的容器蚊虫生态模型。将这一维度纳入城市林业规划中，例如在易积累落叶的区域种植黄檀，而在需要最小化生态风险的区域优先选择紫绣球，可能为快速城市化的亚热带地区减少虫媒病毒传播提供一种综合的、自我更新的方法。
