害虫也会合作研究揭开二化螟和褐飞虱互利策略

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2021-12-14 10:01:00 新京报

作物、害虫、害虫天敌，它们之间错综复杂的关系，是科学家们研究的热点。在更小的领域中，害虫和害虫之间，又是怎样的关系？尤其是共享寄主的不同害虫，它们之间，又是怎样相处的？

在过去，普遍认为共享同一寄主的不同害虫，更多是竞争排斥的关系，但一项新的研究发现，不同害虫之间，也会互相协作，合力攻破植物的防御机制。

该研究由中国农业科学院植物保护研究所抗病虫作物生态安全评价与利用创新团队完成，相关研究成果发表在《自然通讯（Nature Communications）》上。

害虫也会合作研究揭开二化螟和褐飞虱互利策略

水稻介导的二化螟和褐飞虱及其寄生蜂多重种间关系。中国农科院供图

二化螟为褐飞虱创造有利条件

团队首席科学家李云河研究员介绍，团队长期研究水稻对害虫的防御机制，以及害虫的反防御机制。在研究中，科研人员发现，二化螟这种水稻上常见的害虫，为害水稻后，水稻中的游离氨基酸含量会提高，甾醇等防御物质含量下降，这能显著促进另一种害虫褐飞虱的生长。

同时，当褐飞虱侵害水稻时，会诱导出水稻的间接防御机制，释放信息挥发物，显著引诱褐飞虱的天敌，一种卵寄生蜂稻虱缨小蜂。然而，二化螟为害诱导水稻挥发物可显著排斥稻虱缨小蜂。当褐飞虱与二化螟共同为害水稻时，二化螟诱导水稻挥发物发挥主导作用，覆盖了褐飞虱虫害诱导的水稻挥发物，导致稻虱缨小蜂无法通过水稻挥发物准确定位褐飞虱卵，显著降低褐飞虱卵被寄生的风险。这意味着，二化螟为褐飞虱创造了有利条件。事实也证明，褐飞虱进化出了可以积极利用这一现象的能力，它们更偏爱在那些被二化螟为害过的稻株上取食和产卵。

这一发现，引发了科研人员的浓厚兴趣，他们想知道，二化螟给褐飞虱创造了侵害水稻的有利条件，那么反过来，褐飞虱是否也会为二化螟提供便利？它们之间的关系，是单方面的，还是互利的？

褐飞虱降低水稻对二化螟的防御

针对水稻、二化螟、褐飞虱之间的关系，科学家们进行了更深入的研究。

研究发现，当二化螟单独为害水稻时，会迅速诱导水稻的防御反应，水稻中的相关茉莉酸和蛋白酶抑制剂等防御基因的表达会显著上调，重要抗虫防御物质蛋白酶抑制剂迅速累积，这带来的影响，会导致后来的二化螟幼虫，生长发育受到明显抑制。

但当褐飞虱到来，与二化螟共同为害水稻时，会显著抑制水稻的防御反应，相关防御基因表达下调，蛋白酶抑制剂含量显著下降，这几乎完全消除了对后来二化螟幼虫所带来的负面影响。

对这种变化，二化螟显然也是“知情”的，并且在积极利用。

研究发现，当二化螟单独为害水稻时，因为水稻对后来幼虫的抑制作用，雌性二化螟会选择将虫卵产在健康的植株上，以此避开水稻对幼虫生长发育的抑制。而褐飞虱存在时，雌性二化螟则倾向于将卵产在褐飞虱单独为害的植株，或两者共同为害的植株上，以此让幼虫获得更好的生长条件。

互利是一种选择的结果

昆虫在寄主选择中，有一种“选择—表现”假说，英文名词为“Preference-performance”。这一假说认为，成虫会选择有利于子代发育的高品质寄主，但在寄主选择中，除了寄主品质外，其他因素也可能影响选择决策。

李云河介绍，对二化螟和褐飞虱协作互利的研究，验证了这一假说。在进一步的研究中，科研人员还发现，二化螟也同样利用和褐飞虱的协作躲避天敌。研究数据显示，相对二化螟单独为害稻株，二化螟将卵产在褐飞虱为害的稻株上其卵被赤眼蜂寄生的概率，可以降低30%-45%。

李云河表示，这是一项全新的发现，打破了人们对共享寄主昆虫种间竞争排斥关系的普遍认知，并基于生态位理论，阐释了共享同一寄主植物昆虫种间，发展为“互利共存”关系的生态机理，拓展和深化了物种“生态位分异理论”的内涵，为科学制定害虫生态防控新策略和新技术奠定了理论基础。

该研究得到了国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新工程项目的资助。

新京报记者周怀宗

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