非洲山药豆（*Sphenostylis stenocarpa*）对豆豉甲（*Callosobruchus maculatus*）抗性评价及种子形态特征与害虫生活史性状关联研究

《Journal of Stored Products Research》：Susceptibility of the neglected and underutilized African yam bean, Sphenostylis stenocarpa, to the cowpea beetle, Callosobruchus maculatus

　　

被忽视和未充分利用的非洲山药豆（*Sphenostylis stenocarpa*）对豆豉甲（*Callosobruchus maculatus*）的易感性研究
•与豇豆相比，非洲山药豆（AYB）对*C. maculatus*表现出较低的易感性
•产卵偏好并不能预测寄主适合性，因为产卵后存在限制因素
•TSs 111A和TSs 96表现出与中等抗性一致的特征
•表面积和种子数量与*C. maculatus*的关键性状相关
•AYB显示出作为可持续害虫管理弹性豆科作物的潜力

1. 引言
几十年来，均衡饮食一直被视为健康且富有成效的生活方式所必需。世界卫生组织（WHO，2007）确认，人类食用的饮食必须含有足够高质量的蛋白质，并富含易于消化吸收的必需氨基酸，以促进发育和保持健康。优质蛋白质的良好来源包括蛋、鱼、肉、奶、奶酪、酸奶、坚果、禽肉和豆类。在全球范围内，收入增长和人口增长也增加了肉类消费（Semba et al., 2021）。肉类生产已被确定为温室气体（GHG）排放的主要来源之一（Godfray et al., 2018）。来自反刍动物（牛肉和羊肉）的蛋白质来源导致最高的温室气体足迹，非反刍动物（鱼、猪肉和禽肉）的温室气体排放位居第二，而坚果和豆类的温室气体足迹最低（Poore and Nemecek, 2018）。豆类因其低碳足迹而被认为比多种肉类替代品、乳制品和禽肉更环保（Van Huis, 2016）。常见食用豆类以其营养密度高、全年供应且价格相对低廉而闻名。
全球对粮食和营养安全的需求 necessitates 主要谷物和豆类之外的 staple 作物多样化。未被充分利用的本土植物物种（包括豆类）具有巨大潜力，可增强饮食多样性、缓解气候变化影响、为小农提供经济机会（Talucder et al., 2024），并提供营养、健康且环保的优质植物蛋白来源。非洲山药豆（*Sphenostylis stenocarpa* (Hochst. ex A. Rich.) Harms）是一种未被充分利用的豆科块根作物，主要在热带非洲种植，因其营养丰富的种子和块茎而闻名（Baiyeri et al., 2018a; Afolabi et al., 2019）。其种子富含蛋白质、必需氨基酸和矿物质，有望成为对抗撒哈拉以南非洲许多国家（包括尼日利亚）营养不良的功能性食品（Ojuederie and Balogun, 2017; Baiyeri et al., 2018b; Talucder et al., 2024）。此外，AYB种子以其耐寒性和在贫瘠土壤上生长的能力而闻名（Baiyeri et al., 2018a; Adewale et al., 2021; Baiyeri et al., 2022）。尽管具有潜力，AYB仍然被严重低估和利用不足，其种植和利用受到多种因素的限制，包括农艺措施不当、缺乏改良品种以及对生物胁迫的易感性。尽管几十年前AYB曾被农民广泛种植，但由于这些限制，新一代农民逐渐失去种植该作物的兴趣（Baiyeri et al., 2026）。
豆豉甲属（*Callosobruchus*）的bruchine甲虫侵染是豆科谷物广泛采用、利用和储存的主要生物限制因素。其中，豆豉甲（*Callosobruchus maculatus* (Fabricius)）被公认为最具全球性且破坏性的储存豆类害虫之一，影响经济上重要的豆类，如豇豆（*Vigna unguiculata*）、绿豆（*Vigna radiata*）和鹰嘴豆（*Cicer arietinum*）（Gbaye et al., 2011; Oyeniyi et al., 2015）。其作为储存害虫的重要性与其利用广泛豆科寄主的能力密切相关，使其能够在不同的农业生态区域和储存系统中持续存在（Tuda et al., 2005）。除了广泛的寄主范围外，*C. maculatus* 在不同种群间表现出相当大的遗传多样性，这可能有助于寄主适应、繁殖性能和对环境条件响应的差异（Tuda et al., 2014）。*C. maculatus* 的侵染通常在田间开始，但其最严重的后果发生在储存期间，此时种群快速增长可在数月内导致大量种子受损，并使储存的谷物不适合食用或种植（Ofuya and Lale, 2001）。幼虫在种子内发育，取食子叶组织，导致重量减轻、发芽能力丧失以及市场和营养品质恶化（Hamzavi et al., 2022）。
这种害虫的管理传统上依赖合成杀虫剂；然而，其广泛使用与人类健康、环境污染和抗药性种群选择有关（Gbaye and Holloway, 2011; Gbaye et al., 2016）。鉴于人们对促进非洲山药豆（AYB）作为一种有价值的食品和多用途豆科作物的兴趣日益增加（Baiyeri et al., 2022），评估其对重要储存害虫的脆弱性是必要的。尽管豇豆和其他常见栽培豆类对*C. maculatus*的易感性已被广泛研究，但关于该害虫与*Sphenostylis stenocarpa*种子之间相互作用的信息有限。这种甲虫与AYB之间的潜在关联在生物学上是合理的，因为*Sphenostylis*和*Vigna*属于豆科（Fabaceae）中同一分类谱系：蝶形花亚科（Faboideae）：菜豆族（Phaseoleae）：菜豆亚族（Phaseolinae），表明这些豆科属之间具有密切的系统发育关系（Tuda et al., 2006; Adewale and Odoh, 2013）。
先前的研究已证明从AYB种子中提取的凝集素对*C. maculatus*和其他害虫具有杀虫活性（Okeola and Machuka, 2001; Okeola et al., 2002）；然而，这些研究是在体外条件下进行的，并不能完全代表自然侵染情况下的寄主适合性。种皮特性、营养成分和抗营养化合物的存在等性状在不同豆科物种以及同一物种内的不同种质间差异很大，包括AYB（Baiyeri et al., 2018b）。这些特征可以强烈影响bruchine物种识别、定殖并在豆科种子内成功发育的能力（Lattanzio et al., 2005）。因此，确定AYB是否可作为*C. maculatus*的合适寄主，对于制定有效的预防性和综合害虫管理（IPM）策略非常重要。如果AYB易受侵染，其种植增加可能无意中为*C. maculatus*提供额外的寄主资源。相反，较低的易感性可能表明存在有用的抗性性状，可支持培育抗bruchine豆科品种或促进在bruchine压力高的地区种植AYB。
因此，本研究旨在评估所选非洲山药豆种质对*C. maculatus*侵染的易感性。研究在受控实验室条件下评估了害虫性能的关键参数，包括产卵偏好、孵化率、成虫羽化、发育周期和成虫存活率。本研究结果将为指导未来育种工作、提供收获后储存建议以及促进这一有价值但被忽视作物的可持续集约化提供基础知识。

2. 材料与方法
2.1. 昆虫培养
用于研究的*Callosobruchus maculatus*（喀麦隆品系）获得自英国雷丁大学生物科学学院，研究在该学院进行。该昆虫培养物已在豇豆上维持超过300代。未受侵染的豇豆种子置于密封容器中，在冷冻室（?18°C）中保存超过3周，然后置于实验室架上超过3天以在室温下平衡。这些种子用于培养研究中使用的*C. maculatus*起始培养物。培养物保存在受控温湿度昆虫饲养室中（30±1°C和55±10%相对湿度（r.h.））。

2.2. AYB来源和种子形态测量
从尼日利亚联邦大学奥耶埃基蒂分校（FUOYE）作物科学与园艺系获得五个非洲山药豆（AYB）种质（表1）。种子来源于FUOYE对AYB种质的农艺评价，原始种子材料来自尼日利亚伊巴丹国际热带农业研究所（IITA）。种质的形态特征见表1，根据Naseri等人（2022）描述的方法，使用这些参数计算种子体积和表面积。清洁且未受侵染的豇豆和赤小豆（*Vigna angularis* Willd.）作为参考豆类。选择豇豆是因为它是*C. maculatus*公认的易感寄主，为评估AYB适合性提供标准比较。赤小豆作为额外的比较豆类，因为其种子外观与AYB相似，并可能为评估甲虫在不同豆科寄主上的表现提供更广泛的背景。这种比较有助于确定在AYB上观察到的反应是该作物特有的，还是反映了豆科种子间寄主适合性的更广泛差异。

表1. 非洲山药豆（AYB）种质和对照豆类的种子特征和形态测量。
种质|质地|种皮颜色|种脐颜色|长度a（mm）|厚度a（mm）|宽度a（mm）|每10克种子数b
AYB TSs 23|光滑|棕色；棕色带深色斑块或图案|浅棕色|7.09±0.80|5.31±0.67|5.79±0.48|57（57-58）
AYB TSs 57|光滑；略粗糙|棕色带深色斑块或图案；灰奶油色|奶油色和棕色；浅棕色|6.77±0.54|5.49±0.62|6.00±0.36|59（56-62）
AYB TSs 96|光滑|深棕色；浅棕色和深棕色斑块|浅棕色|7.32±0.62|5.56±0.47|5.95±0.52|57（53-61）
AYB TSs 111A|光滑|奶油色；灰奶油色；棕色；深棕色；棕色带深棕色斑块|奶油色；奶油色和棕色|6.40±0.59|5.17±0.32|5.49±0.35|70（67-72）
AYB TSs 125|光滑|棕色带深色斑块|奶油色|7.43±0.79|5.17±0.46|5.90±0.53|56（55-56）
豇豆|粗糙|奶油色|黑色|8.57±0.51|5.39±0.43|6.37±0.37|48（47-49）
赤小豆|光滑|深至非常深的棕色|白色|7.67±0.76|5.53±0.63|5.89±0.54|54（53-55）
a值为10粒种子测量的平均值（±标准差）。
b括号内为3次重复的平均种子数范围。

2.3. AYB对*C. maculatus*生活史参数的影响
使用前，将AYB样品像豇豆种子一样在冷冻室中进行消毒处理，并在使用前平衡。将10克AYB称入带盖的一次性培养皿（直径55毫米，深12毫米）中，并放入一对≤24小时龄的雄性及雌性*C. maculatus*。对5个种质、豇豆和赤小豆分别进行，每个处理3次重复。培养皿随机放置在培养箱（LEEC Model PL3，带TLK38上下温度切断，LEEC Limited，英国诺丁汉）中的托盘上，温度为28°C，相对湿度为55±15%。

2.4. 繁殖力和孵化率
产卵8天后，从培养皿中移除所有存活和死亡的*C. maculatus*成虫。然后将种子再维持8天，之后计数每个培养皿中产卵总数和孵化卵数。因此，繁殖力基于初始8天产卵期内沉积的卵，而孵化率在随后的8天期后评估。
孵化率计算为：
%孵化 =（孵化卵数/产卵数）×100

2.5. 成虫羽化
实验开始21天后，每天检查每个培养皿中F1成虫的羽化情况。计数羽化成虫，移除，性别鉴定，然后保存在冷冻室中。对豇豆、赤小豆和AYB种质分别持续检查羽化20天、25天和45天，以涵盖羽化持续时间。在这些时间后终止羽化检查，以避免包含任何F2代羽化。每次重复单独记录成虫羽化数，并使用羽化成虫数进行分析，不跨重复合并数据。将冷冻的F1成虫置于干燥柜（Gen Lab Model E3D/100N/TDig，英国）中，在40°C下干燥4天。使用Cahn分析天平单独称量从每个AYB种质、豇豆和赤小豆中随机选择的成虫（15只雄性和15只雌性）的干重。个体成虫重量（不合并）用于统计分析。

2.6. 发育周期和存活率
估计了*C. maculatus*在每个AYB种质和对照豆类上的中位发育周期。中位发育周期是指从产卵期中点（本研究使用1周产卵期）到50%成虫羽化的时间（Dobie, 1974）。基于成虫羽化所需时间估计每次重复的中位发育周期，并使用重复平均值进行统计分析。
孵化后其在每种质上的存活率计算如下：
%存活率 =（羽化成虫数/孵化幼虫数）×100
AYB对*C. maculatus*的易感性。
成虫羽化数据收集结束后，将种子过筛以去除豆粉和昆虫粪便。称量种子重量，并计算重量损失：
%重量损失 =（种子重量变化/初始种子重量）×100
计数每个培养皿中的总种子数，并记录显示*C. maculatus*羽化孔的种子数。种子有多个羽化孔时仅计数一次以避免重复计数。种子损害计算为：
%种子损害 =（有孔种子数/总种子数）×100
根据Dobie（1974）估计每种质的易感性指数（S.I.）：
S.I. =（Ln F / D）×100
其中F = 羽化的F1成虫总数；D = 以天为单位的中位发育周期。根据易感性指数，AYB种质、豇豆和赤小豆按照Chakraborty等人（2015）的分类，经Tengey等人（2023）为*C. maculatus*修改的标准，分为抗性（S.I.=1–5）、中等抗性（S.I.=6–10）、易感（S.I.=11–15）或高易感（S.I.>16）。

2.7. 数据分析
对繁殖力、孵化率、羽化率、存活率、成虫重量、种子损害、种子重量损失、中位发育周期（MDP）和易感性指数（SI）数据进行方差分析（ANOVA）。在ANOVA之前，评估数据的正态性和方差齐性，以确认符合模型假设。必要时在分析前对百分比数据进行转换。使用Tukey诚实显著差异检验进行均值多重比较，置信水平为95%族。使用Pearson相关（双尾）分析评估AYB特性与*C. maculatus*生活史性状之间的关系。相关分析仅对AYB数据集进行，包括五个种质（n=5），排除豇豆和赤小豆数据。图表使用MS Excel制作。所有分析在RStudio 4.3.1版本（R Core Team, 2023）中进行，但Pearson相关分析在SPSS 22版本中进行，因其便于分析小相关数据集。

3. 结果
3.1. AYB的种子体积和表面积
本研究中评估的非洲山药豆（AYB）种质间总种子体积存在显著差异（F(6, 21)=29.387；p<0.001）。种质TSs 96的总种子体积最大（7172 mm3/10 g），而TSs 111A的体积最小（6688 mm3/10 g）（图1）。只有TSs 96和TSs 125的总种子体积显著大于TSs 111A。参考豆类种子（豇豆和赤小豆）的总种子体积显著大于所有评估的AYB种质。AYB种质中，TSs 111A的总种子表面积最高（7038 mm2/10 g）（图1）；然而，AYB种质间未检测到显著差异。赤小豆的总种子表面积显著大于（p<0.05）AYB种质和豇豆。

图1. 非洲山药豆（AYB）种质和对照豆类的种子体积和表面积
*每个条形为3次重复的平均值，每次重复含10克种子。使用Tukey检验，具有相同字母的条形差异不显著（α>0.05）。大写字母用于种子体积比较，小写字母用于种子表面积比较。

3.2. *C. maculatus*在AYB上的繁殖力和孵化率
图2显示了*Callosobruchus maculatus*在AYB和参考豆类上的繁殖力和孵化率。最高平均产卵量记录在TSs 111A上（109个卵/10克种子），而最低在TSs 96上（55个卵/10克种子）。与参考豆类相比，TSs 111A上的繁殖力高于豇豆，但低于赤小豆（124个卵/10克种子）。仅在赤小豆和TSs 96之间的产卵量检测到显著差异（p=0.013）。

图2. *C. maculatus*在非洲山药豆上的繁殖力和孵化率。
*C. maculatus*在AYB上的孵化率与参考豆类无显著差异（p>0.05）。在测试寄主中，TSs 111A上的孵化率最高（93%），而赤小豆尽管支持最高的产卵量，但孵化率最低。在实验条件下，AYB种质间未检测到孵化率的显著差异。

3.3. *C. maculatus*在AYB上的羽化
*C. maculatus*的首次F1成虫羽化发生在豇豆上为22天，赤小豆上为26天（图3）。相比之下，AYB种质的羽化发生在36至40天之间，但TSs 111A除外，其羽化在46天后开始。AYB种质中最早的成虫羽化记录在TSs 23和TSs 96上。尽管TSs 96表现出相对较早的羽化，但其总成虫羽化数最低。*C. maculatus*从AYB和赤小豆上的羽化模式相似，持续约3周，与豇豆上仅持续10天的羽化形成对比。

图3. *C. maculatus*从非洲山药豆上的成虫羽化趋势
*产卵设置后天数
?不同符号/颜色代表不同种质/物种，如图例所示。

两个参考豆类的成虫羽化数量在数值上高于AYB（表2），其中豇豆每10克种子产生的成虫数最高（86只）。在AYB种质中，TSs 125和TSs 57记录的成虫羽化数相对较高（分别为49只和48只）。然而，在实验条件下，这些AYB种质间的差异在统计学上不显著（p>0.05）。TSs 96和TSs 111A的成虫羽化数显著低于（p<0.01）豇豆。

表2. *C. maculatus*在非洲山药豆上的成虫羽化和中位发育周期（MDP）。
种质/物种|羽化数|性别比（雌:雄）|雌虫重量（mg）|雄虫重量（mg）|MDP（天）
TSs 23|45.70±6.65 ab|1.30±0.22a|2.65±0.11a|2.21±0.09a|41.00±0.00b
TSs 57|48.00±9.06 ab|1.08±0.22a|2.73±0.10a|2.14±0.10a|46.00±0.58bc
TSs 96|23.00±8.66a|1.14±0.09a|2.60±0.10a|2.17±0.10a|44.30±2.33b
TSs 111A|29.30±8.31a|0.68±0.09a|2.62±0.07a|2.10±0.08a|52.70±2.19c
TSs 125|49.00±7.91 ab|0.89±0.20a|2.69±0.10a|2.45±0.09a|44.00±2.64b
豇豆|85.70±10.74b|0.93±1.22a|3.20±0.12b|2.39±0.10a|22.30±0.33a
赤小豆|54.00±7.79 ab|1.05±0.20a|2.95±0.10 ab|2.30±0.11a|29.30±0.88adf(6,14)(6,14)(6,14)(6,14)(6,14)F值5.621.3144.9482.1341.63p值0.00370.3140.00020.0566<0.0001
*值为平均值±标准误。
?df表示分子和分母自由度。

*C. maculatus*在AYB上的发育周期显著长于（p<0.001）在豇豆和赤小豆上（表2），在AYB上的发育所需时间约为豇豆上的两倍。AYB种质间也检测到显著差异（p<0.05），最短和最长发育周期分别记录在TSs 23（41天）和TSs 111A（53天）上。
羽化的*C. maculatus*成虫性别比（雌:雄）、雌虫重量和雄虫重量在AYB种质间未显示显著差异（表2）。然而，最高平均雄虫重量记录在TSs 125上（2.45 mg），尽管与豇豆和赤小豆上发育的雄虫相比差异不显著（p>0.05）。相反，来自豇豆的雌成虫（3.20 mg）显著重于（p<0.01）来自AYB种质的雌虫，后者范围为2.60至2.73 mg。

3.4. *C. maculatus*在AYB上的存活率
从孵化卵到羽化成虫的存活率在TSs 57上为29%至TSs 111A上为61%（图4）。尽管AYB种质间观察到数值变异，但在实验条件下未检测到显著差异。AYB上的存活率与赤小豆无显著差异，而豇豆上的存活率显著高于AYB（p<0.05）。

图4. *C. maculatus*在非洲山药豆上的存活率。

3.5. AYB种子对*C. maculatus*的易感性
图5显示了*C. maculatus*对AYB和参考豆类造成的种子损害和重量损失。AYB种质间观察到种子损害变异，TSs 125记录的损害最高（64%），TSs 96最低（32.4%）。然而，在实验条件下，AYB种质间的差异在统计学上不显著（p>0.05）。豇豆记录的种子损害较高（81%），仅在与TSs 96比较时显著更高（p=0.014）。

图5. *C. maculatus*侵染引起的非洲山药豆种子损害和重量损失。

*C. maculatus*侵染引起的重量损失在AYB种质间范围为6%至12%，其中TSs 96的损失最低。所有AYB种质的重量损失均显著低于（p<0.0001）豇豆（31%）。
非洲山药豆（AYB）种质的易感性指数（SI）从6到9不等（图6）。TSs 111A表现出最低的易感性，而TSs 23在评估的种质中SI最高。根据其SI值，种质按易感性升序排列如下：TSs 111A < TSs 96 < TSs 57 < TSs 125 < TSs 23，表明种质间易感性逐渐增加。豇豆的SI值最高（19.9），显著高于所有AYB种质。

图6. 非洲山药豆对*C. maculatus*的易感性指数
注：MR – 中等抗性；S – 易感；HS – 高易感。

然而，这些差异在统计学上不显著（p>0.05），表明在当前的重复水平下未检测到AYB种质间的变异。与参考豆类相比，AYB种质的SI值低于豇豆（SI=20，p<0.0001）和赤小豆（SI=13.5，p<0.01），表明在实验条件下AYB对*C. maculatus*的易感性相对于这些寄主豆类较低。

3.6. AYB形态特征与*C. maculatus*生活史和活动的关系
AYB的总种子表面积与*C. maculatus*繁殖力呈正相关（r=0.593），但与卵孵化率（r=?0.886）和存活率（r=?0.901）呈显著负相关（p<0.05）（表3）。类似地，AYB种子宽度与孵化率呈负相关（r=?0.819），与存活率呈正相关（r=0.886）。每10克重复中AYB种子数与存活率呈负相关（r=?0.818），但与发育周期呈正相关（r=0.936，p<0.05）。AYB种质的易感性指数与*C. maculatus*存活率和种子损害呈正相关（r分别为0.768和0.909），而易感性指数与发育周期呈负相关（r=?0.781）。这些关系应谨慎解释，因为Pearson相关分析仅基于五个AYB种质（n=5），因此代表初步关联，需要使用更多种质进行验证。

表3. AYB形态特征与*C. maculatus*生活史和活动之间的Pearson相关系数（r值）。
空单元格|繁殖力|孵化率|存活率|种子损害|MDP|SI|雌虫重量|雄虫重量
体积|?0.729|?0.393|0.538|0.010|?0.827|0.366|?0.084|0.489
重量损失|0.822|?0.128|0.348|0.890a|?0.067|0.668|0.738|0.231
SI|0.260|?0.487|0.768|0.909a|?0.781|1|0.647|0.558
种子长度|?0.548|?0.212|0.560|0.193|?0.800|0.465|0.008|0.743
种子厚度|?0.798|?0.764|0.340|?0.386|?0.326|?0.089|?0.018|?0.417
种子宽度|?0.656|?0.819|0.886a|0.242|?0.686|0.482|0.485|0.335
种子数|0.492|0.606|?0.818|?0.402|0.936a|?0.700|?0.313|?0.583
表面积|0.593|?0.886a|?0.901a|?0.273|0.617|?0.480|?0.576|?0.237
SI：易感性指数。
MDP：中位发育周期。
a相关性在0.05水平上显著（双尾）。

4. 讨论
非洲山药豆（AYB）种质和参考豆类间种子形态特征的变异表明，种子物理特性可能有助于但并非单独决定*Callosobruchus maculatus*的寄主反应。尽管豆类间的种子体积和表面积差异明显，但AYB种质间种子大小与后续侵染参数之间缺乏一致关系，表明外部种子形态本身不足以解释寄主适合性。种子大小和表面性质可通过影响触觉线索和可用产卵面积来影响bruchine产卵行为（Ofuya and Lale, 2001; Soares et al., 2007）。因此，本研究结果支持以下观点：其他种子属性，特别是内部成分和种皮特性，可能对*C. maculatus*的抗性有更大影响，正如先前对储存豆类的报道（Murdock et al., 2012; Beck and Blumer, 2014）。
繁殖力和孵化率表明，产卵偏好不是寄主适合性的可靠指标。与其它AYB种质和豇豆相比，在TSs 111A上产卵量相对较高，这代表产卵上的数值差异，而非AYB种质间统计学确认的差异，尽管它表明*C. maculatus*容易接受某些AYB种子进行产卵。Bruchines在寄主选择过程中主要依赖表面线索，这可能导致在次优寄主上产卵（Ajayi et al., 2015）。这支持了先前的报道，即*C. maculatus*可在几代内适应新寄主（Price et al., 2017; Messina et al., 2020）。TSs 111A上相对较高的产卵量可能与其相对较大的表面积有关，但由于繁殖力在AYB种质间无显著差异，这种关系应视为描述性的。Bruchines通常偏好较大的种子进行产卵和发育（Arong and Usua, 2006; Sani et al., 2013）。然而，种质间孵化率无显著差异，表明早期胚胎发育不受寄主类型强烈影响。赤小豆种子上的孵化率较低，尽管繁殖力高，这指向影响卵存活的因子，如卵附着、种子表面特征或微环境条件（Chilukuri and Swanson, 1991; Fujii, 2009）。这些结果强调在评估寄主抗性时需将产卵行为与幼虫表现分开。
成虫羽化模式提供了寄主介导效应对昆虫发育影响的更清晰证据。豇豆上的羽化开始早并迅速达到平台，反映了有利的发育条件。这支持了先前建立豇豆种子作为*C. maculatus*生长发育合适寄主的研究（Temisan et al., 2025; George et al., 2026）。相比之下，AYB种质上的羽化延迟，开始时间晚几天且进展更缓慢。发育周期延长通常与寄主质量次优相关，可能由营养可用性降低或存在干扰消化和代谢的抑制性化合物引起（Gbaye et al., 2011; Murdock et al., 2012; War et al., 2012; Oyeniyi et al., 2015）。在AYB种质中，TSs 111A的羽化开始最晚，而TSs 23和TSs 125的成虫羽化数值相对较高；然而，AYB种质间的成虫羽化差异在统计学上不显著。AYB中观察到的羽化延迟在储存系统中具有实际重要性，因为它可能降低种群增长率，并可能随时间限制侵染强度。
存活率趋势与羽化数据一致，进一步说明寄主适合性差异。豇豆支持显著更高的存活率，确认其对*C. maculatus*的易感性（Gbaye and Holloway, 2011; George et al., 2026）。相比之下，AYB种质上的存活率数值较低，TSs 111A在AYB种质中记录到最高的数值存活率；然而，AYB种质间的存活率差异在统计学上不显著。*C. maculatus*在AYB种子中存活率降低可能与种子物理和生化特性有关。尽管本研究未评估，但蛋白酶抑制剂、酚类、次生代谢物和其他抗营养因子等化合物已被报道影响bruchines的幼虫取食、营养利用和发育（Baiyeri et al., 2022; Baiyeri and Ogaugwu, 2025; Palanga et al., 2025）。在抗性豆类中也提出了类似机制，其中消化过程和中肠功能破坏可降低幼虫性能（Napole?o et al., 2019; Sowmya et al., 2025）。因此，在某些AYB种质中观察到的较低数值存活率和延迟发育可能涉及这些或其他抗性相关性状，但其具体作用需要进一步的生物化学和分子验证。在AYB中观察到的存活水平，以及相对于豇豆显著较低的存活率，表明在实验条件下寄主适合性降低，但AYB种质间缺乏显著差异排除了仅基于存活率对其进行排序。
种子损害和重量损失模式进一步支持这些发现。豇豆记录到最高水平的种子损害和重量损失，反映了快速的幼虫发育和有效的资源利用。相比之下，AYB种质显示出较低的损害和重量损失，尽管AYB种质间的种子损害差异在统计学上不显著；然而，所有AYB种质记录的较低重量损失相对于豇豆在统计学上得到支持。TSs 96在这两个参数上记录的数值最低。这与Baiyeri和Ogaugwu（2025）一致，他们也报告了其评估的十个种质中TSs 9的侵染最小。在某些种质中观察到的损害水平与重量损失之间的差异表明受损种子内取食效率和幼虫存活率的变异。这种区别很重要，因为可见损害不一定直接转化为经济损失。相对于豇豆，AYB中观察到的显著较低重量损失表明在实验条件下资源消耗减少，这可能与种子内幼虫生长受限或死亡率增加有关。这些结果与先前研究一致，表明抗性豆类可维持一定水平的侵染，同时仍限制生物量损失（War et al., 2012）。
易感性指数（SI）和相关发育参数在本研究实验条件下提供了寄主适合性的综合测量。豇豆记录的SI最高，而所有AYB种质的SI值范围为6至9，属于中等抗性类别。在此类别中，SI最低的TSs 111A是易感性最低的AYB种质，其次是TSs 96、TSs 57、TSs 125和TSs 23，后者SI最高，因此是AYB种质中抗性最低的。因此，TSs 111A和TSs 23分别具有最低和最高的易感性，尽管这些差异在统计学上不显著。相比之下，AYB种质相对于豇豆和赤小豆记录的较低SI值在统计学上得到支持，表明与参考豆类相比，其对*C. maculatus*的适合性相对降低。在AYB上观察到的较长中位发育周期进一步支持这一模式，因为甲虫发育延迟通常与寄主质量降低和生理约束增加有关（Dobie, 1974; Murdock et al., 2012）。
相关分析指出种子大小和几何形状是AYB种质中与*C. maculatus*抗性最密切相关的性状。种子数与发育周期的关系最强，而种子表面积和种子宽度与存活率密切相关。这些关系表明种子形态差异可能有助于寄主适合性，与近期证据一致，即物理种子性状可影响*C. maculatus*产卵和发育（George et al., 2026）。重量损失也与种子损害密切相关，但与繁殖力的相关性不显著，因此提供了较弱的抗性相关关系证据。总体而言，种子表面积、宽度和种子数在本研究中显示出与甲虫性能最强的初步关联。然而，由于相关性仅基于五个AYB种质（n=5），这些性状应被视为有希望的指标，而非抗性的确定性预测因子。类似地，SI与种子损害之间的正相关支持SI作为寄主反应指标的有用性，但需要使用更多种质进行额外评估以确认这些关系。
总体而言，本研究的发现表明AYB具有与降低*C. maculatus*性能相关的性状，表现为发育延长、存活率降低和种子重量损失减少。然而，AYB种质间观察到的一些差异在统计学上不显著。这些发现突出了AYB作为具有一定水平*C. maculatus*害虫侵染抗性的作物进行进一步研究的潜力。然而，本研究中对AYB反应的解释同时考虑了*C. maculatus*种群的寄主历史和实验重复水平。甲虫种群已在豇豆上维持超过300代，这可能有利于选择与其长期寄主上发育和繁殖相关的性状。因此，在AYB上观察到的羽化减少、发育周期延长和种子损害降低可能部分反映了豇豆适应种群与AYB的相容性降低，而非仅抗性性状。此外，每个种质和寄主物种使用三次重复可能限制了检测AYB种质间较小差异的能力。因此，某些种质间的非显著差异可能并非相同易感性的证据，而是在实验条件下缺乏可检测的变异。因此，观察到的AYB种质间抗性排名应视为初步结果，并谨慎解释。因此，未来应涉及田间来源的*C. maculatus*种群、在多种豆科寄主上维持的种群、增加重复次数以及更广泛的AYB种质，以提供进一步证据区分寄主适应效应与AYB易感性遗传变异。

5. 结论
总之，结果提供了非洲山药豆种质对*Callosobruchus maculatus*易感性变异的证据，尽管这些差异通常在统计学上不显著。总体而言，AYB相对于豇豆表现出降低的易感性，一些种质显示出与增强抗性一致的趋势。这种变异反映在昆虫发育延迟、存活率降低、种子损害减少以及相对于豇豆等常规寄主易感性指数降低。重要的是，产卵偏好不能可靠预测寄主适合性，表明产卵后限制因素，可能由种子生化和结构因子驱动，在限制bruchine性能中起核心作用。TSs 111A和TSs 96等种质一致显示出与增强抗性一致的性状，突出了其在旨在提高储存稳定性的育种计划中选择的潜力。生活史性状和易感性指数的综合证据表明，AYB可能在储存条件下抑制bruchine种群增长。这强化了这一未被充分利用的豆科作物作为撒哈拉以南非洲可持续害虫管理和粮食安全策略组成部分的价值。

CRediT作者贡献声明
Olajire O. Gbaye：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，方法学，调查，形式分析，概念化。Samuel O. Baiyeri：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，资源，方法学，调查，概念化。Emmanuel A. Oyeniyi：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，方法学。Graham J. Holloway：写作 – 审阅与编辑，方法学，形式分析，资源，调查。

资助
开展本研究未获得任何资助。

非洲山药豆（*Sphenostylis stenocarpa*）对豆豉甲（*Callosobruchus maculatus*）易感性的综合评估：种子形态、生活史参数与抗性潜力

**研究背景与问题**
全球粮食与营养安全要求主食作物多样化，而未被充分利用的本土豆科植物如非洲山药豆（AYB，*Sphenostylis stenocarpa*）因其高蛋白、必需氨基酸和矿物质含量，以及低温室气体足迹，被视为可持续植物蛋白的潜在来源。然而，AYB 的推广和储存受到生物胁迫的严重制约，其中豆豉甲（*Callosobruchus maculatus*）是储存豆类最具破坏性的害虫之一，可导致种子重量减轻、发芽力丧失和品质恶化。传统上依赖合成杀虫剂进行防治，但由此引发的健康、环境和抗药性问题促使研究者寻求抗性寄主资源。尽管豇豆等常见豆类的易感性已被广泛研究，但 AYB 与 *C. maculatus* 之间的互作信息十分有限。由于 *Sphenostylis* 与 *Vigna* 同属豆科菜豆族，二者系统发育关系密切，因此明确 AYB 是否适合 *C. maculatus* 的取食与发育，对于制定预防性综合害虫管理（IPM）策略、避免因扩大 AYB 种植而意外增加害虫寄主资源，以及挖掘抗性种质具有重要意义。

**研究内容与结论**
研究人员在受控实验室条件下，以 5 个 AYB 种质（TSs 23、TSs 57、TSs 96、TSs 111A、TSs 125）为对象，以豇豆和赤小豆为对照，评估了 *C. maculatus* 的产卵偏好、卵孵化率、F1 成虫羽化、中位发育周期（MDP）、存活率、种子损害、重量损失及易感性指数（SI）等参数，并分析了种子形态特征（体积、表面积、尺寸、每 10 g 种子数）与害虫生活史性状的相关性。结果表明：AYB 对 *C. maculatus* 的易感性显著低于豇豆，所有 AYB 种质的 SI 值介于 6–9，均属于中等抗性等级，而豇豆 SI 高达 19.9（高易感）。AYB 上害虫发育周期约为豇豆的两倍（41–53 天 vs 22 天），存活率显著低于豇豆，种子重量损失（6–12%）也显著低于豇豆（31%）。种质间比较显示，TSs 111A 和 TSs 96 表现出较强的抗性倾向，其 SI 值较低、成虫羽化数较少，而 TSs 23 的抗性相对最弱。相关性分析发现，种子表面积与卵孵化率及存活率显著负相关，种子数与发育周期显著正相关，表明种子物理形态可能部分介导抗性。研究还发现，产卵偏好不能预测寄主适合性——TSs 111A 上的产卵量虽高，但后续幼虫发育和存活受到明显抑制，提示产卵后的生物化学或结构性因素（如抗营养化合物、种皮特性）在抗性中发挥关键作用。该研究首次系统证实了 AYB 对 *C. maculatus* 具有中等抗性水平，为将 AYB 纳入可持续害虫管理和粮食安全战略提供了实验依据。

**主要技术方法**
研究采用受控温湿度昆虫饲养室（30 ± 1°C，55 ± 10% r.h.）维持 *C. maculatus*（喀麦隆品系）培养物（已在豇豆上维持超过 300 代）。AYB 种子获取自尼日利亚联邦大学奥耶埃基蒂分校（FUOYE），原始材料来自国际热带农业研究所（IITA）。实验设置 10 g 种子/培养皿，接入一对 ≤24 h 龄雌雄成虫，3 次重复。测定了繁殖力、孵化率、每日 F1 羽化数、个体干重、MDP、存活率、种子损害、重量损失及 SI（按 Dobie 1974 公式计算）。统计分析采用 ANOVA、Tukey HSD 多重比较及 Pearson 相关分析（仅基于 5 个 AYB 种质，n=5）。

**研究结果**
3.1 种子体积与表面积：AYB 种质间总种子体积差异显著，TSs 96 最大（7172 mm3/10 g），TSs 111A 最小（6688 mm3/10 g）；表面积无显著差异，赤小豆显著大于 AYB 和豇豆。
3.2 繁殖力与孵化率：TSs 111A 产卵量最高（109 卵/10 g），TSs 96 最低（55 卵）；赤小豆产卵量显著高于 TSs 96，但孵化率最低（93% 最高在 TSs 111A），种质间孵化率无显著差异。
3.3 成虫羽化：AYB 上首次羽化时间为 36–46 天，豇豆为 22 天；豇豆总羽化数最高（86 只），TSs 96 与 TSs 111A 显著低于豇豆；AYB 种质间羽化数无显著差异，但发育周期显著长于对照，TSs 111A 最长（53 天）。
3.4 存活率：从卵至成虫的存活率在 AYB 上为 29%–61%，豇豆显著更高；AYB 种质间无显著差异。
3.5 种子易感性：种子损害率在 AYB 上为 32.4%–64%，豇豆最高（81%）；重量损失 AYB 为 6%–12%，豇豆为 31%（显著更高）。SI 值显示所有 AYB 种质为中等抗性，TSs 111A 最低（6–7），TSs 23 最高（9）；豇豆 SI 为 19.9，显著高于所有 AYB。
3.6 形态特征关联：种子表面积与孵化率（r = ?0.886）和存活率（r = ?0.901）显著负相关；种子数与发育周期显著正相关（r = 0.936）；SI 与种子损害呈正相关（r = 0.909）。

**讨论与结论总结**
讨论部分指出，AYB 种子外部形态特征不能单独解释寄主抗性，内部成分如蛋白酶抑制剂、酚类等抗营养因子可能起主导作用。产卵偏好与寄主适合性的不一致提示应以幼虫发育表现作为抗性评价的主要标准。AYB 上延长的发育周期和降低的存活率表明寄主质量次优，这可能抑制储存期间害虫种群增长。然而，研究也需谨慎对待结果：所用甲虫种群长期适应豇豆，可能低估其在 AYB 上的实际表现；重复数有限（3 次）可能掩盖种质间真实差异。因此，抗性排名为初步结论，未来需采用田间种群、多寄主驯化种群并扩大种质数量和重复次数。结论部分强调，AYB 对 *C. maculatus* 表现出降低的易感性，TSs 111A 和 TSs 96 具有中等抗性潜力，可作为储存稳定性育种的选择材料，同时 AYB 可能通过延长发育周期、降低存活率和减少种子损耗来抑制 bruchine 种群增长，从而作为可持续害虫管理和粮食安全战略的组成部分。