寄主植物生物化学对 Poecilocerus pictus 和 Danaus chrysippus 在 Calotropis gigantea 上觅食与食物利用的影响——一种行为生态学方法

《Insects》：Host Plant Biochemical Influence on the Foraging and Food Utilization of Poecilocerus pictus and Danaus chrysippus on Calotropis gigantea: A Behavioral Ecology Approach

　　

Poecilocerus pictus 和 Danaus chrysippus 是两种共享同一寄主植物 Calotropis gigantea 的常见植食性昆虫，但它们在叶片龄期上表现出不同的取食偏好和食物利用模式。D. chrysippus 幼虫在幼嫩叶片上表现更佳，幼叶含水量较高且营养适宜；取食前，它们会切割叶片表面和花序基部，以阻断乳汁流并获取花部糖分。P. pictus 则在成熟叶片上生长良好，成熟叶具有更均衡的养分组成和水分含量；若虫在叶片下表面连续切割以阻断乳汁，而成虫通常从叶尖取食。两种昆虫在衰老叶片上表现均较差，衰老叶质地坚硬、营养贫乏，且糖苷谱发生改变。天冬酰胺、脯氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、缬氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸等氨基酸在幼叶中含量较高，这可能解释了 D. chrysippus 对幼叶的强烈偏好；而成熟叶片的氨基酸谱更适合 P. pictus。气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析显示，幼叶、成熟叶、衰老叶以及花序之间的植物化学成分存在显著差异。这些化学差异，尤其是水分、氮素和关键代谢物方面的差异，强烈影响了半变态蝗虫和全变态蝴蝶的取食行为与生长。

植食性昆虫的取食决策和营养利用受寄主植物组织的化学与物理特性动态调控。不同叶龄的叶片在含水量、氮素、次生代谢物及物理结构上存在显著差异，这些差异直接影响昆虫的生长发育和繁殖适合度。然而，共享同一寄主植物的不同昆虫如何根据组织龄期分化生态位，以及这些分化如何受寄主生化特征驱动，仍缺乏系统比较。本研究以半变态蝗虫 Poecilocerus pictus（直翅目：蝗科）和全变态蝴蝶 Danaus chrysippus（鳞翅目：蛱蝶科）为对象，二者共同取食野生巨大牛角瓜 Calotropis gigantea。研究人员将两种昆虫分别饲喂于幼叶、成熟叶、衰老叶和花序四种组织处理，系统测定了生物学参数、繁殖力、营养利用指数、消化酶活性及寄主组织的营养成分与次生代谢物谱。结果表明，D. chrysippus 在幼叶上表现最佳，而 P. pictus 最适取食成熟叶；两者在衰老叶上均表现最差。该研究揭示了寄主组织适宜性作为驱动半变态与全变态昆虫资源分配和繁殖权衡的关键因子，为理解植食性昆虫行为生态适应提供了重要证据。论文发表在《Insects》。

研究采用的主要技术方法可概括为：实验种群来源于印度泰米尔纳德邦哥印拜陀巴拉蒂亚尔大学校园周边野生 C. gigantea 上的野外采集个体。通过多选择取食偏好试验（每组5头4龄昆虫，10个重复）测定取食选择性；依据 Waldbauer 和 Slansky-Scriber 方法量化取食量、相对生长率（RGR）、近似消化率（AD）、食物转化率（ECI、ECD）等营养指标；分光光度法测定中肠淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶活性；使用凯氏定氮、酚-硫酸法、Folin-酚法、茚三酮显色法等分析寄主组织总氮、总糖、可溶性蛋白、游离氨基酸、粗纤维、总酚和强心苷含量；利用离子交换色谱进行游离氨基酸谱分析，并通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）鉴定不同组织的植物化学成分。

研究结果如下：

3.1 取食不同寄主部位的 P. pictus 和 D. chrysippus 的生物学与繁殖参数
饲喂试验显示，P. pictus 若虫在成熟叶上发育最快（49.00天）、产卵量最高（511.96粒/雌），而衰老叶导致发育延迟（63.98天）和产卵量最低（271.75粒/雌）。D. chrysippus 幼虫在幼叶上发育最快（10.12天）、产卵量最高（162.70粒/雌），衰老叶使发育期延长至14.38天、产卵量降至60.16粒/雌。雌虫寿命普遍长于雄虫，且组织类型与性别的交互作用不显著。

3.2 取食不同寄主部位的定量摄食与取食行为
多选择试验表明，P. pictus 取食量随龄期增加，成熟叶饲喂下总摄食量最高；D. chrysippus 在4龄时摄食达峰值，幼叶上总摄食量显著高于其他组织。行为观察显示，P. pictus 若虫在叶背中脉反复切割，成虫从叶尖取食；D. chrysippus 幼虫则单次切断主脉或切割花序基部以阻断乳汁流。

3.2.1 取食行为随时间匹配偏好
P. pictus 低龄若虫主要取食花序和幼叶，高龄若虫偏好成熟叶；其从叶缘向叶基取食，并在中脉背面切割排乳。D. chrysippus 一龄幼虫仅取食花序，二至三龄取食幼叶，四至五龄取食成熟叶；其先切断主脉再进行边缘取食，且取食花朵时仅取食花萼和花冠，避开生殖器官。

3.2.2 5龄 P. pictus 的食物利用效率
营养指数测定显示，成熟叶的近似消化率（AD）最高（55.96%），但幼叶和花序的相对生长率（RGR）及消化食物转化效率（ECD）更高，衰老叶各项指标中等或偏低。这说明成熟叶利于同化，但幼叶和花序在摄食、消化和转化间具有更有利平衡。

3.2.3 5龄 D. chrysippus 的食物利用效率
幼叶上摄食指数（CI）、RGR、ECI 和 ECD 均最高；衰老叶的 AD 虽高（54.19%），但生长率和转化效率最低，提示高 AD 可能反映肠道滞留增多而非真实同化增强。

3.3 P. pictus 和 D. chrysippus 的消化酶谱
P. pictus 5龄若虫取食成熟叶时蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性最高（102.05、99.98、4.02 ×10^-3单位），