澤蘭實蠅寄生對四川地區紫莖澤蘭種子質量的影響

王 勤，諶利民，曾春艷，曹 陽，陳 瑤，陳 艷*

(1.綿陽師范學院生態安全與保護四川省重點實驗室、生命科學與技術學院，四川綿陽 621006；2.四川省唐家河國家級自然保護區管理處，四川廣元 628100)

0 引言

紫莖澤蘭(AgeratinaadenophoraSprengel)為菊科澤蘭屬多年生叢生型半灌木草本植物，是世界性惡性入侵植物之一[1-2].紫莖澤蘭原產于墨西哥，約在20世紀40年代由緬甸傳入我國云南省，現已廣泛分布在我國西南地區的云南、貴州、四川與廣西等省.一旦在新的環境中定植成功，紫莖澤蘭可迅速形成單優群落，給當地的農林牧業生產造成巨大損失，并對生物多樣性和生態環境帶來嚴重的影響[1, 3].紫莖澤蘭可以通過根狀莖或種子進行繁殖，種子繁殖在其擴散中起到重要作用.紫莖澤蘭的種子小又輕，且具冠毛，一株成熟的紫莖澤蘭植株每年約產生1萬～10萬粒種子[4]，可隨風媒、水媒、動物和車載傳播，其中水媒和車載是其進行遠距離傳播的主要方式[5].

澤蘭實蠅(ProcecidocharesutilisStone)是紫莖澤蘭的專食性寄生天敵，其幼蟲蛀入紫莖澤蘭幼嫩的莖枝端部，誘導紫莖澤蘭形成膨大蟲癭，在一些地區對紫莖澤蘭的生長和繁殖起到了抑制作用[6].自20世紀20年代以來，澤蘭實蠅被許多國家用于防治紫莖澤蘭，1945年從墨西哥引進到夏威夷，再依次引進到澳大利亞、新西蘭與印度等國家的各地區，但只在夏威夷得到了較好的防控效果[2, 7].我國于1984年從西藏將澤蘭實蠅引入到云南的部分地區，隨后引入到西南地區的四川、貴州等地并形成自然種群[8]，但對紫莖澤蘭并沒有產生理想的控制效果.有研究發現，澤蘭實蠅的寄生可以降低紫莖澤蘭的種子結實量、種子千粒重與種子活力等[9]，還降低了紫莖澤蘭種子的萌發率和發芽能力，起到控制紫莖澤蘭的蔓延和擴散的作用[10]；但也有研究發現澤蘭實蠅的寄生對紫莖澤蘭的生長和繁殖無明顯的抑制作用[11-12].那么在四川地區，澤蘭實蠅的寄生對紫莖澤蘭的種子質量有怎樣的影響呢？我們從被澤蘭實蠅寄生和未被寄生的紫莖澤蘭枝條上收集成熟種子，比較種子千粒重及種子的萌發特性，旨在探討澤蘭實蠅對紫莖澤蘭繁殖的影響，以期為紫莖澤蘭的防治提供參考.

1 材料與方法

1.1 種子采集

供試種子于2019年4月下旬采集于漢源縣、冕寧縣、西昌市和平地鎮(攀枝花市仁和區)4個紫莖澤蘭自然種群(表1)，每個種群沿108國道選擇15個采樣點，每個樣點間隔不少于30 m，采樣點為國道兩旁的路域生態系統.每個采樣點分別選取一枝被澤蘭實蠅寄生的和未被寄生的紫莖澤蘭枝條，采集枝條上的成熟種子用信封裝袋，帶回實驗室自然風干保存.

表1 研究種群自然概況Tab.1 The Natural Situation of the Sampled Populations

注：年均降水、年均溫度來源于www.worldclim.org，為1970—2000年的平均值.

1.2 種子千粒重

每個樣本隨機選取200粒種子，用SHIMADZU電子天平(精度0.000 1 g)稱重，然后計算其千粒重.

1.3 種子萌發

實驗前用0.3%NaClO對種子進行表面消毒5 min，并用蒸餾水沖洗3次后，浸泡24 h備用.

采用濾紙法進行種子萌發實驗.在直徑9 cm的培養皿中墊兩層濾紙，加入適量蒸餾水浸潤，每個培養皿中均勻放入30粒預處理的種子.

整個實驗在光照培養箱中進行，光照周期為12L:12D，溫度周期為25:15℃，濕度為65%.種子萌發以種子露出胚根為標準，每天記錄種子的萌發情況.連續5d無種子萌發視為實驗結束.實驗結束用數顯式游標卡尺測量萌發幼苗的根長和芽長.

1.4 數據分析

種子重量以千粒重為指標，種子萌發特性包括萌發率、發芽勢、發芽指數(衡量種子萌發速度的指標)、幼苗根長、幼苗芽長，其中：

萌發率=發芽總數/供試種子數 ×100%

發芽勢[13]=前5天發芽種子數/供試種子數 ×100%

發芽指數[14]=∑Gt/Dt，式中Gt為第t日萌發的種子數，Dt為相應的萌發日數.

使用Shapiro-Wilk檢驗檢驗數據分布的正態性，并使用Levene’s檢驗分析數據的方差齊次性.為分析澤蘭實蠅寄生對紫莖澤蘭種子重量和萌發特性的影響，首先將四個種群的數據合并，利用線性混合效應模型(Linear Mixed Model，LMM)分析澤蘭實蠅寄生與未寄生狀態下紫莖澤蘭種子千粒重及各萌發指標的差異顯著性，檢驗時將澤蘭實蠅寄生與否和種群作為混合效應，將采樣點設置為隨機效應以去除采樣點的影響.

為比較種群間的差異，當數據滿足正態分布和方差齊性時，使用單因素方差分析(One-way ANOVA)分析各指標在種群間的差異顯著性，并使用最小顯著性差異法(Least Significance Difference, LSD)進行種群間的兩兩比較；否則，使用Kruskal-Wallis檢驗分析各指標在種群間的差異顯著性，使用Wilcoxon秩和檢驗分析數據的兩組成對比較.

為探究各種群內澤蘭實蠅寄生的影響，使用配對樣本T檢驗(Paired-sample T test)分析各個種群寄生與未寄生狀態下各指標的差異顯著性.

所有數據分析在SPSS軟件中完成，作圖使用Origin軟件完成.

2 結果與分析

2.1 澤蘭實蠅寄生對紫莖澤蘭種子質量的影響

1) 混合四個種群數據，比較被澤蘭實蠅寄生與未被寄生的紫莖澤蘭枝條的種子千粒重及萌發特性，結果表明(圖1).

被寄生枝條的種子千粒重為(0.051±0.001)g，未被寄生的為(0.054±0.001)g，被寄生與未被寄生之間差異顯著(LMM，P=0.037).

被寄生枝條的種子萌發率、發芽勢、發芽指數及幼苗根長分別為87.66%、77.60%、7.73、25.20 mm，均高于未被寄生的86.08%、73.22%、7.47、24.80 mm，但寄生與未寄生狀態下以上指標無顯著差異(LMM，P>0.05)，而芽長是被寄生的(1.79 mm)略低于未被寄生的(1.80 mm)，兩者間無顯著差異(LMM，P=0.37)(圖1).

圖1 澤蘭實蠅寄生與未寄生的紫莖澤蘭枝條的種子千粒重及萌發指標的比較Fig.1 Comparison of 1000-seed Weight and Germination index between the Seeds Collected from Ageratina Adenophora Branches Galled or Un-galled by Procecidochares Utilis

注：圖中不同字母表示兩組間差異顯著(P<0.05)

2) 比較種群內澤蘭實蠅寄生對紫莖澤蘭種子質量的影響.結果顯示(表2):

澤蘭實蠅的寄生降低了紫莖澤蘭種子的千粒重，但影響僅在種群XC顯著(Paired-sample T test，P=0.034)，其他種群內寄生與非寄生狀態下的差異不顯著(Paired-sample T test，P>0.05)(表2).

澤蘭實蠅寄生對紫莖澤蘭種子萌發特性的影響在不同種群中有差異.在種群MN中，被寄生枝條的種子萌發率、發芽勢、發芽指數及幼苗根長均顯著高于未寄生枝條的種子(Paired-sample T test，P值分別為0.011、0.013、0.047、0.011)，幼苗芽長是被寄生顯著比未寄生的短(Paired-sample T test，P=0.044);而在其他種群中，澤蘭實蠅的寄生或降低或增高萌發率、發芽勢等，但寄生對所有萌發指標的影響都不顯著(Paired-sample T test，P>0.05)(表2).

表2 各種群中寄生與未寄生狀態下紫莖澤蘭種子的重量和萌發特性(mean±SE)Tab.2 The Seed Weight and Germination Indexes of Ageratina Adenophora Seeds Collected from the Branches with or without Galls Induced by Procecidochares Utilis in Each Population

注：檢驗在各種群內分別進行，表中每個種群內同一列數據后的不同字母表示寄生與未寄生之間差異顯著(P<0.05)

2.2 紫莖澤蘭種子質量影響的種群差異

比較四個采樣種群的種子千粒重及萌發特性，結果顯示，種子的重量和萌發特性存在種群間差異(圖2).

2.2.1 種子千粒重 澤蘭實蠅寄生和未被寄生的紫莖澤蘭枝條的種子千粒重在四個種群間均存在顯著差異(One-way ANOVA，P值分別為0.028、0.020).多重比較結果顯示，澤蘭實蠅寄生狀態下，種群PD的紫莖澤蘭種子顯著輕于HY、MN(P<0.05)；未被寄生的狀態下，PD的種子千粒重顯著低于其他三個種群(P<0.05)；無論在寄生還是未寄生狀態下，其他三個種群的種子重量都不存在顯著差異(圖2A).

2.2.2 種子萌發率 澤蘭實蠅寄生枝條的紫莖澤蘭種子萌發率在四個種群間無顯著差異(Kruskal-Wallis，P=0.572)，而未被寄生枝條的種子存在差異顯著(Kruskal-Wallis，P=0.015)，其中MN種群的種子萌發率顯著低于HY和XC種群(P<0.05)(圖2B).

2.2.3 種子發芽勢 澤蘭實蠅寄生和未被寄生的紫莖澤蘭枝條的種子發芽勢在四個種群間均存在顯著差異(Kruskal-Wallis，P值分別為0.014、0.018)，澤蘭實蠅寄生狀態下，種群HY的種子發芽勢顯著低于MN和XC種群(P<0.05)；未被寄生的狀態下，種群XC顯著高于其他三個種群(P<0.05)(圖2C).

2.2.4 種子發芽指數 澤蘭實蠅寄生的紫莖澤蘭枝條的種子發芽指數在四個種群間不存在顯著差異(One-way ANOVA，P=0.098)，而未被寄生枝條的種子存在差異顯著(One-way ANOVA，P=0.046)，其中種群XC顯著高于HY、MN、PD三個種群(P<0.05)(圖2D).

2.2.5 幼苗根長 澤蘭實蠅寄生枝條的紫莖澤蘭幼苗根長在四個種群間差異顯著(One-way ANOVA，P=0.001)，而未被寄生的在四個種群間不存在顯著差異(One-way ANOVA，P=0.943)，在澤蘭實蠅寄生的狀態下，MN種群的幼苗根長最長，且顯著高于HY和PD種群(LSD,P<0.05)(圖2E).

2.2.6 幼苗芽長 澤蘭實蠅寄生和未寄生枝條的紫莖澤蘭幼苗芽長在四個種群間均無差異顯著(One-way ANOVA，P值分別為0.067、0.196)(圖2F).

圖2 澤蘭實蠅寄生與未寄生對紫莖澤蘭種子質量影響的種群間差異Fig.2 The Population Differences of Seed Quality of Ageratina Adenophora Affected by Parasitism and Non-parasitism of Procecidochares Utilis

注：圖中不同小寫字母表示澤蘭實蠅寄生狀態下的種群間差異在P=0.05水平顯著；不同大寫字母表示未寄生狀態下的種群間差異在P=0.05水平顯著.

3 討論

種子是植物生活史的重要階段，大多數入侵植物需要依靠種子的傳播來建立和擴散種群[15].而紫莖澤蘭種子是其快速傳播、蔓延的主要途徑[16].因此，紫莖澤蘭種子的重量和萌發特性對其擴散起著非常重要的作用.

四川地區四個自然種群中，澤蘭實蠅的寄生顯著降低了被寄生枝條的種子千粒重(圖1)，其抑制作用在所有種群中均有表現(表2).營養供應會影響種子重量的增加[17].澤蘭實蠅的幼蟲一般侵入紫莖澤蘭幼嫩的莖端、誘導紫莖澤蘭形成膨大的蟲癭[18].同位素研究揭示，澤蘭實蠅誘導的蟲癭是強烈的營養吸收庫，刺激了營養物質的輸入[19]，從而與花朵和發育種子競爭營養，抑制了種子重量的增加.

種子重量一般會影響種子的萌發，但我們對紫莖澤蘭種子萌發特性的比較顯示，澤蘭實蠅的寄生對被寄生枝條種子的萌發特性并無顯著影響(圖1)，在一些種群內澤蘭實蠅的寄生甚至可提高種子的萌發率(表2).這說明，雖然在研究區域內澤蘭實蠅的寄生降低了紫莖澤蘭種子的千粒重，但對其種子的萌發并未產生影響，在Arunava Datta等的研究結果中也發現紫莖澤蘭的千粒重不影響其種子的萌發[20].這可能是因為紫莖澤蘭能對澤蘭實蠅的寄生產生一定的防御和適應對策.澤蘭實蠅的寄生會使得紫莖澤蘭自身對其產生較強的生理生化響應[11].姜麗娜等人研究發現澤蘭實蠅寄生可能會促使紫莖澤蘭改變自身的生長與防御能量分配，減少了營養和生長的投入，將更多的資源投向繁殖和防御[8].而在寄生狀態下對繁殖投入的增加，可能在一定程度上彌補了蟲癭對營養的競爭，減少了對種子發育的影響.

在四川的四個種群中，澤蘭實蠅寄生對紫莖澤蘭的種子質量的影響是存在差異的(圖2)，尤其體現在MN種群，該種群紫莖澤蘭的萌發特性在寄生與未寄生之間均存在顯著差異.這一方面可能是因為不同入侵種群的土壤性質、水熱環境條件不一樣，如趙相健對不同地理種群紫莖澤蘭種子萌發率的比較研究發現野外種子質量受到植株所處小生境的影響較大[21]；另一方面可能是因為不同生境中澤蘭實蠅的寄生強度不同.李愛芳等研究發現濕潤生境下澤蘭實蠅枝條寄生率(20.27%)顯著高于干旱生境下的枝條寄生率(9.33%)[22].

澤蘭實蠅作為防治紫莖澤蘭的天敵，但利用其作為生防昆蟲防治紫莖澤蘭的效果受到很多因素的影響，導致不同地區、不同生境的防治效果不同，如有研究顯示澤蘭實蠅對紫莖澤蘭的株高、生物量、結實量及種子發芽能力等生長和繁殖能力具有一定的抑制作用[9, 23]，也有研究顯示澤蘭實蠅的寄生對紫莖澤蘭的生長和繁殖并沒有顯著影響[11-12].從我們的結果看，澤蘭實蠅的寄生在四川地區并未顯著抑制紫莖澤蘭種子的活力，盡管種子的重量受到了抑制，但萌發未受到抑制，這可能也是其入侵成功的原因之一.