全球变化背景下CO₂浓度升高对褐飞虱适合度的影响

【作者】 石保坤； 侯茂林；

【机构】 中国农业科学院植物保护研究所；

【摘要】 据报道,到21世纪末大气CO₂浓度将达到目前的两倍。CO₂浓度升高将引起植物化学组分和营养品质的改变,从而影响植食性昆虫的适合度。本研究采用密闭式动态CO₂气室,设置750μl/L（eCO₂）和370μl/L（aCO₂）两种处理,观察不同CO₂浓度下的水稻植株对褐飞的寄主选择性、繁殖力、取食等生物学特性的影响,以阐明CO₂浓度升高对褐飞虱适合度的影响及其机理。结果表明:（1）褐飞虱长翅型雌虫对不同CO₂浓度处理下的稻苗没有表现出明显的取食或产卵嗜好性,但相对于aCO₂浓度[（7.19±0.90）mg/头/24h],eCO₂浓度下的取食量[（6.49±0.67）mg/头/24h]减少了9.7%。（2）CO₂浓度对褐飞虱体重的影响与翅型和性别有关。CO₂浓度对短翅型成虫体重的影响不显著,在eCO₂、aCO₂浓度下短翅型雌虫的体重分别为（2.60±0.08）mg/头、（2.55±0.10）mg/头,短翅型雄虫的体重分别为（1.31±0.04）mg/头、（1.34±0.03）mg/头。长翅型雄成虫的体重在不同CO₂浓度下差异显著,分别为（1.38±0.04）mg/头（aCO₂）和（1.52±0.06）mg/头（eCO₂）,eCO₂浓度下体重增加了10.9%。这表明高CO₂浓度在一定程度上促进了长翅型雄成虫个体的增长,而对其他翅型和性别组合的褐飞虱没有显著影响;（3）CO₂浓度对褐飞虱性别分化不存在显著影响,雌雄比为（1.65±0.70）（eCO₂）和（1.63±0.34）（aCO₂）;（4）CO₂浓度升高显著促进短翅型褐飞虱的分化,M/B比值由aCO₂浓度下的（0.45±0.35）下降到eCO₂浓度下的（0.12±0.11）。eCO₂浓度下褐飞虱短翅型雌雄虫分别比aCO₂浓度下增加了7%和11%。（5）eCO₂浓度下的单雌总产卵量和单雌日产卵量比aCO₂浓度下分别显著减少了21%和40.7%,eCO₂浓度下分别为（279.9±46.65）粒和（27.7±2.83）粒,aCO₂浓度下分别为（489.5±42.48）粒和（46.7±3.78）粒。（6）CO₂浓度对褐飞虱的卵历期影响不显著,eCO₂浓度、aCO₂浓度下的卵历期分别为（7.7±0.12）天和（7.6±0.10）天。（7）CO₂浓度升高条件下褐飞虱蜜露中有13种氨基酸含量差异显著,氨基酸总量显著增加;而水稻叶鞘中只有5种含量不同,氨基酸总量没有变化。蜜露中含量最多的5种氨基酸为天冬氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、谷氨酸,叶鞘中含量最多的5种氨基酸是天冬氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、丙氨酸,蜜露和叶鞘中含量最多的前4种相同。可见,气候变化背景下CO₂浓度升高导致水稻叶鞘中某些氨基酸含量发生变化,进而使得褐飞虱体内氨基酸含量发生改变,最终导致褐飞虱的体重、翅型分化、繁殖力等生物学特性发生改变。更多还原