《Entomological Science》：Geographical proliferation of ongoing novel host use by the herbivorous ladybird beetle Henosepilachna vigintioctopunctata (Coleoptera: Coccinellidae)
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新寄主植物的获得可被视为植食性瓢虫物种形成连续体中的起始阶段。因此，描述新寄主关联建立的地理格局对于阐明其物种形成连续体的全貌不可或缺。植食性瓢虫Henosepilachna vigintioctopunctata（Fabricius）（瓢虫科：Epilach
新寄主植物的获得可被视为植食性瓢虫物种形成连续体中的起始阶段。因此，描述新寄主关联建立的地理格局对于阐明其物种形成连续体的全貌不可或缺。植食性瓢虫Henosepilachna vigintioctopunctata（Fabricius）（瓢虫科：Epilachnini）主要依赖茄科植物，但在东南亚也出现于引入的豆科植物Centrosema molle Mart. ex Benth.（豆科）上；然而，这种新寄主利用的地理范围尚未被完全阐明。本研究通过密集的野外调查，记录了H. vigintioctopunctata在C. molle上发生的地理范围。研究人员在多个地区新检测到该瓢虫对C. molle的利用。研究人员还在实验室中调查了来自若干地理种群的H. vigintioctopunctata幼虫在C. molle上发育的能力。研究还检测到H. vigintioctopunctata不同种群对C. molle适应程度的地理变异。结果表明，各瓢虫种群对C. molle的适应程度与野外区域水平上瓢虫在C. molle上的发生频率并不对应。研究人员将这一现象解释为，各H. vigintioctopunctata种群对C. molle的适应程度不仅取决于新寄主利用开始以来的时间，还取决于各自局部栖息地中各种寄主植物的相对丰度和可获得性等生态状况。
**一、研究背景与研究意义**
植食性昆虫的巨大多样性被认为是通过对不同寄主植物的辐射适应而形成的。对不同寄主植物的分化特化常导致同种昆虫种群间生殖隔离的演化，即物种形成，这一过程主要发生在生态物种形成的框架下——分化自然选择直接促进了多种生殖障碍的建立。在此背景下，植食性昆虫获得新寄主植物可被视为该类群多样化的起始步骤，无论后续发生的是从广食性向专食性的寄主转换，还是专食性向专食性的转换。
近年来，被引入非原生境的植物数量持续增加。因此，当新寄主植物被引入植食性昆虫依赖常规寄主而栖息的生境时，昆虫获得新寄主的现象可能经常发生。然而，本土昆虫对引入植物新利用的地理扩散格局却鲜有研究。由于新寄主利用的地理格局会促进或阻碍本土昆虫对新寄主的适应，因此对该格局的研究对于深入理解植食性昆虫的多样化过程不可或缺。
在Henosepilachna属植食性瓢虫中，已有充分记录表明，对不同寄主植物的分化特化可导致相当强的生态隔离，在近缘种或同种种群间几乎实现完全生殖隔离。因此，除了寄主转换过程本身的重要性之外，调查新寄主植物关联建立的地理格局对于记录植食性瓢虫物种形成连续体的起始阶段具有不可或缺的价值。
Henosepilachna vigintioctopunctata（Fabricius）的情况为研究植食性瓢虫获得新寄主植物的地理格局提供了良好的平台。该物种主要依赖茄科植物，尤其是茄属植物。然而，据报道该物种在东南亚若干地区（如印度尼西亚的爪哇和苏门答腊西部，以及马来西亚半岛）也出现于引入的蔓生豆科植物Centrosema molle（以下简称"centro"）上，但这一新寄主利用的地理范围尚未被完全阐明。由于野外不利用centro而依赖常规茄科寄主的H. vigintioctopunctata种群几乎缺乏利用centro进行成虫取食和幼虫发育的能力，因此该物种显然未对该新寄主充分预适应，这一新寄主利用并非通过"生态契合"过程产生，而是通过对centro的新适应而出现。至少在印度尼西亚爪哇，H. vigintioctopunctata利用centro的地理范围在近几十年明显迅速扩大，且局部种群对centro的适应程度在数年内逐渐增加，并伴随寄主植物泛化与特化之间的波动。这些事实强烈表明H. vigintioctopunctata将centro作为新寄主的获得正在进行中，瓢虫对该新寄主的适应仍在持续。此外，centro在生境中的丰度和可获得性可能随时间变化，可能影响瓢虫对该新寄主的适应程度。因此，在特定时间框架内进行集中调查对于阐明H. vigintioctopunctata新寄主利用的地理格局必不可少。
本研究通过2011年6月至2014年1月为期3年的密集野外调查，记录了东南亚H. vigintioctopunctata分布范围内利用centro的发生地理范围。此外，在实验室中调查了若干地理瓢虫种群以幼虫在新型寄主上发育能力为指标的centro适应程度。基于所得结果，研究试图回答以下两个问题：（i）centro与该新寄主上的H. vigintioctopunctata在地理上如何分布？（ii）新寄主利用发生的地理格局与瓢虫对新寄主的适应程度是否相互对应？此外，考虑到检测到的H. vigintioctopunctata利用新寄主centro的地理扩散，研究还讨论了瓢虫利用该新寄主能力的生理学起源。
**二、主要技术方法**
研究人员在东南亚7个半岛/岛屿的16个区域（马来半岛、苏门答腊、爪哇、加里曼丹、苏拉威西、巴厘和龙目岛）进行了间歇性野外调查（2011年6月至2014年1月），覆盖接近H. vigintioctopunctata S型分布北限的泰国南部地区。在各区域任意选择centro和/或茄科寄主出现的样点，仔细检查并记录H. vigintioctopunctata成虫的取食发生情况；当间接证据允许确定观察到的幼虫、蛹和取食痕迹（epilachnine瓢虫典型特征）属于该物种时，此类观察也被纳入记录。共在16个区域的342个样点收集分布记录，将相距1公里以内的样点整合后共获得273个样点。采用χ2检验分别检验centro和茄科寄主发生频率的区域间差异以及瓢虫在两类寄主上发生频率的差异。
在实验室条件下（印度尼西亚西爪哇Cibinong生物学研究中心，温度26°C，自然光照约12小时光/12小时暗），调查了来自印度尼西亚5个区域（西苏门答腊、西爪哇、东爪哇、东加里曼丹和巴厘）的野外发生于centro上的H. vigintioctopunctata种群的幼虫发育能力。各群体取8-10头雌虫的后代，每头雌虫取20头初孵幼虫分为两组，分别以centro叶片和Solanum torvum叶片（对照）饲养，每日检查存活和发育阶段，记录发育历期和蛹重。采用广义线性混合模型（GLMM）分析存活率，采用混合模型ANOVA分析发育历期和蛹重。
**三、研究结果**
**1. H. vigintioctopunctata及其寄主植物的地理分布**
centro和茄科寄主在全部16个区域均有记录。二者常在同一地点同时出现（273个样点中的62.6%），而仅记录到centro和仅记录到茄科寄主的样点分别占15.4%和22.0%。在16个区域中centro和茄科寄主同时存在的171个样点中，瓢虫在两类寄主上均有侵染的有67个样点，仅在centro上有2个样点，仅在茄科寄主上有86个样点。总体而言，同一地点茄科寄主的共存并未显著促进瓢虫对centro的利用频率（χ2检验，n=213，df=1；χ2=0.732，P=0.392）。在273个样点中，centro的出现频率为78.0%，在centro出现的样点中瓢虫侵染率为41.8%，除北苏拉威西和龙目岛外所有区域均有记录。茄科寄主在84.6%的样点有记录，瓢虫侵染更为普遍（高达89.6%），在全部16个区域均有发生。S. torvum在茄科寄主记录中占83.5%，是该物种最主要的茄科寄主。centro和茄科寄主的发生频率在区域间均有显著差异（centro：χ2=28.389，P=0.019；茄科寄主：χ2=37.745，P=0.001）。瓢虫对centro的侵染频率在16个区域间差异显著（χ2=84.624，P<0.001），而对茄科寄主的侵染频率在区域间无显著差异（χ2=22.034，P=0.1069），表明瓢虫对茄科寄主具有频繁而普遍的使用。
**2. 幼虫利用centro发育能力的地理变异**
来自5个种群的大多数幼虫均能在centro和S. torvum叶片上开始取食。然而，所有调查种群的存活率在centro上均显著低于S. torvum。centro上的存活率变异性较大（西苏门答腊种群的39.0%至东爪哇种群的65.6%），而S. torvum上的存活率在84.0%至88.0%之间。GLMM未检测到种群与食物条件间交互作用的显著效应（df=4,930.0，F=0.962，P=0.4273），表明相对于S. torvum上的存活率而言，centro上不存在明显的存活率地理变异。
相反，混合模型ANOVA检测到种群与食物条件间交互作用对发育历期（df=4,594.1，F=36.686，P<0.0001）和蛹重（df=4,596.7，F=15.005，P<0.0001）均有显著效应，表明这些发育性状在centro上相对于S. torvum上存在地理变异。所有种群的发育历期在centro上均显著长于S. torvum上（P<0.0001），但东爪哇和巴厘种群的差异相对较小，西爪哇和东加里曼丹种群的差异较大。蛹重也呈现类似趋势：所有种群的蛹重在centro上均显著小于S. torvum上（P<0.0001），东爪哇和巴厘种群的差异最小，东加里曼丹种群的差异最大。
**四、讨论与结论**
**讨论部分总结：**
关于H. vigintioctopunctata在centro上发生的地理格局，本研究首次正式记录了泰国南部和印度尼西亚多个地区（北苏门答腊、爪哇万丹、加里曼丹、苏拉威西和巴厘）该瓢虫在centro上的发生，而龙目岛未检测到瓢虫对centro的侵染，这与先前研究一致。尽管样点选择并非系统性的，但检测到若干趋势：虽然茄科寄主的发生频率在区域间存在差异，但瓢虫对该类寄主的利用在各区域的大部分样点中普遍存在；centro的分布在所调查区域已普遍存在，但瓢虫对centro的利用频率在各区域的样点间似乎尚未饱和，这与利用centro的扩散仍在进行的假设一致。H. vigintioctopunctata在除龙目岛外的所有半岛/岛屿上均发生于centro上，表明分布范围内的大多数海峡并非阻止瓢虫迁移及随之而来的centro利用扩展的有效屏障；或者，瓢虫对centro的利用可能从多个地理起源开始。瓢虫对centro利用的持续扩散表明该新寄主的利用在演化上具有适应性或至少是中性的。尽管幼虫在centro上的发育能力明显低于在S. torvum上，但centro作为攀援杂草的丰度和持续性可能补偿其作为寄主植物的低质量，也可能为瓢虫提供天敌逃避空间，这些生态因素的影响有待未来研究评估。
关于H. vigintioctopunctata对centro适应程度的地理变异，实验室实验揭示了以幼虫发育能力（发育历期和体型）为指标的centro适应程度存在地理变异：东爪哇种群的适应程度最高，东加里曼丹种群最低。适应程度与同域茄科寄主利用无简单关联。可能的影响因素包括新寄主利用开始以来的时间（如东加里曼丹种群的较低适应能力与该区域较低的centro利用频率一致）以及各局部栖息地中常规茄科寄主与新型寄主centro的相对可获得性和丰度。先前研究表明，栖息地中常规茄科寄主的相对稀缺可促进瓢虫对centro的适应。因此，各H. vigintioctopunctata种群对新型寄主centro的适应程度具有一定程度的不确定性，因为该程度不仅取决于新寄主利用开始以来的时间，还取决于各局部栖息地中各种寄主植物相对发生频率等生态状况。值得注意的是，所有野外发生于centro上的调查种群对茄科寄主S. torvum的发育能力均未出现明显下降，这表明寄主植物泛化而非分化特化是H. vigintioctopunctata目前的总体趋势。
关于H. vigintioctopunctata利用centro能力的生理学起源，目前完全不清楚该能力最初是如何发展的。仅依赖常规茄科寄主的种群虽几乎缺乏利用centro的能力，但其成虫和幼虫具有微弱的取食centro能力，而幼虫在该植物上的发育仅限于早期幼虫阶段，无法存活至化蛹。这种微弱的取食能力也见于近缘种H. diffinis以及N型H. vigintioctopunctata、H. sumatrensis、H. enneasticta和H. sp.10的成虫中，所有这些物种均依赖茄科寄主并与本研究目标物种属于同一系统发育支。因此，负责微弱利用centro能力的现存遗传变异似乎在该支中共享，其起源明显早于新寄主centro被引入栖息地的时间。H. vigintioctopunctata成虫可能在特定生态情境下（如栖息地中常规茄科寄主短缺）开始附带取食centro，鉴于植食性瓢虫的成虫和幼虫取食相同寄主植物，成虫对centro的这种附带利用可能通过多效性为幼虫提供在centro上发育的潜在能力。此外，当非寄主植物与寄主植物生长在相近位置时，植食性瓢虫偶尔会在非寄主植物上产卵，因此当这种攀援植物在野外缠绕茄科寄主时，即使雌成虫没有明显的centro寄主选择行为，幼虫在centro上的出现也很有可能发生。如果H. vigintioctopunctata对centro的利用确实始于多个地理起源，则不同瓢虫种群负责适应新型寄主centro的遗传背景可能不同。目前已知幼虫在centro上发育的能力至少受数量遗传控制。未来对各种群遗传基础的研究将有助于支持这一新寄主利用多起源的可能性。
**研究结论：**
总体而言，本研究结果有力地支持了H. vigintioctopunctata对新型寄主centro利用的扩展仍在进行的假设，而瓢虫种群对centro的适应程度与野外该新型寄主的利用频率并不总是一致，且可能受到局部生态条件（如常规寄主和新型寄主植物的相对丰度）的影响。为了更详细地理解植食性瓢虫物种形成连续体的起始阶段和全貌，除了本研究揭示的瓢虫分布范围内新寄主利用发生的地理格局外，还需要进一步的研究将H. vigintioctopunctata在栖息地水平上关于新寄主利用的生态和生理状况与区域层面的新寄主利用趋势联系起来。最后，研究人员强调，本研究记录的伴随新寄主获得而在广泛地理范围内逐渐发生的寄主植物泛化，将是Henosepilachna属植食性瓢虫物种形成连续体中的关键起始阶段，为后续对不同寄主植物的分化适应和强生态隔离的建立提供了舞台。
