中國新紀(jì)錄種紫荊豆象及其新寄主記述

熊忠平,龍拓宇,楊光勛,趙建成,遲榮虎,范晶晶,吳培福

(1. 西南林業(yè)大學(xué)生物多樣性保護(hù)學(xué)院,昆明 650224;2. 云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,昆明 650224;3. 貴州省貴陽市林業(yè)有害生物防治檢疫站,貴陽 550007)

紫荊CercisL.隸屬于豆科Leguminosae紫荊亞科Cercidoideae,目前世界現(xiàn)存有9個(gè)種,包括東亞的5個(gè)種,中華紫荊C.chinensisBunge.、湖北紫荊C.glabraPampan.、廣西紫荊C.chunianaMet C.、黃山紫荊C.chingiiChun.、垂絲紫荊C.racemosaOlivar.;北美洲的2個(gè)種,加拿大紫荊C.canadensisL.、美西紫荊C.occidentalisTorr.exA.Gray,以及南歐的南歐紫荊C.siliquastrumL.和中亞的革氏紫荊C.griffithiiBoiss.(Azanietal.,2017)。從分布范圍來看,中華紫荊、湖北紫荊、南歐紫荊、加拿大紫荊、美西紫荊為區(qū)域性的廣布種(劉婉楨,2019)。因生長條件要求低,觀賞效果較好,被廣泛用于小區(qū)、庭院、寺廟、街邊等園林綠化和景觀造景。

紫荊豆象BruchidiussiliquastriDelobel隸屬于葉甲科Chrysomelidae豆象亞科Bruchinae豆象簇Bruchini多型豆象屬Bruchidius。于2007年在法國和匈牙利的南歐紫荊中發(fā)現(xiàn),并定名為新種(Kergoatetal.,2007);同時(shí),該文通過私人通訊方式獲取紫荊豆象有中國分布的信息,但無明確寄主種類和來源地記載。截止目前,通過文獻(xiàn)檢索未見紫荊豆象在中國分布和危害的相關(guān)報(bào)道。本研究團(tuán)隊(duì)近期在對昆明和貴陽分布的紫荊和湖北紫荊調(diào)查時(shí),發(fā)現(xiàn)紫荊豆象的危害,現(xiàn)對其進(jìn)行相關(guān)報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

標(biāo)本于2019年10月—2022年4月從昆明和貴陽分布的紫荊和湖北紫荊種實(shí)中飼養(yǎng)獲得,部分采自于上述地點(diǎn)的野外植株。標(biāo)本存放于西南林業(yè)大學(xué)昆蟲實(shí)驗(yàn)室。

1.2 研究方法

室內(nèi)飼養(yǎng):于每年的11月—翌年3月采集紫荊和湖北紫荊的莢果帶回實(shí)驗(yàn)室,室溫條件下放于玻璃標(biāo)本缸中,定期觀察成蟲羽化出蟲情況,并收集標(biāo)本。野外觀察:待室內(nèi)觀察出現(xiàn)成蟲羽化后,不定期到莢果采集地,觀察和采集豆象標(biāo)本。待羽化結(jié)束后,隨機(jī)從玻璃標(biāo)本缸中取出100個(gè)莢果,統(tǒng)計(jì)被害率。標(biāo)本解剖觀察在Nikon SMZ 1500體視鏡下進(jìn)行,并利用Sony a7rⅢ進(jìn)行拍照。

分子鑒定:引物設(shè)計(jì)、序列擴(kuò)增、測序和數(shù)據(jù)分析等方法參照Kergoat等人(2015)和吳培福等(2012)的方法進(jìn)行。利用GenBank中的nBlast程序比對線粒體COX1基因的所測序列,基于比對結(jié)果分析與本研究所測序列相似性最高的數(shù)據(jù)庫序列,進(jìn)而明確研究物種的分類地位。利用Clustal W和MEGA等軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(Rzhetsky and Nei,1992;Nei and Kumar,2000;Tamuraetal.,2021)。

分布檢索:采用Web of science和Sciencedirect數(shù)據(jù)庫及關(guān)鍵詞“Bruchidiussiliquastri”、“Bruchidius”、“distribution”和“Cercis”來搜索與紫荊豆象相關(guān)的文獻(xiàn),從文獻(xiàn)中確定分布地。此外,利用搜索引擎“百度”和“Bing”來輔助檢索相關(guān)的研究報(bào)道,以保證上述搜索結(jié)果充分性。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)特征

紫荊豆象的頭、胸和鞘翅均為黑色,臀板外露,腹部紅褐色,這些顯著的形態(tài)特征與其他已知多型豆象屬的種類形成了明顯的區(qū)別(圖1-a,b)。

圖1 紫荊豆象寄主及形態(tài)圖Fig.1 Host and morphological characteristics of Bruchidius siliquastri注:a,雌成蟲背面照;b,雄成蟲背面照;c,紫荊;d,湖北紫荊;e,雌成蟲腹面照;f,雄成蟲腹面照;g,雌成蟲臀板;h,雄成蟲臀板;i,雌成蟲生殖器;j,雄成蟲生殖器。Note: a, Female body in dorsal view; b, Male body in dorsal view; c,C. Chinensis; d, C. Glabra; e, Female body in ventral view; f, Male body in ventral view; g, Female pygidium; h, Male pygidium; i, Female genitalia; j, Male genitalia.

紫荊豆象雌雄成蟲間有較明顯的形態(tài)學(xué)差異,易于觀察和區(qū)分:腹面觀,雄成蟲第一腹節(jié)中央(即兩后足腿節(jié)之間)有一明顯黃褐色水滴狀的毛墊斑塊(圖1-f紅箭頭),而雌成蟲的相應(yīng)位置沒有該特殊結(jié)構(gòu)(圖1-e紅箭頭);雌成蟲臀板不可見,第5腹節(jié)后緣和第6腹節(jié)前緣平直(圖1-e藍(lán)箭頭);雄成蟲臀板可見,第6腹節(jié)向前凸入第5腹節(jié)內(nèi)(圖1-f藍(lán)箭頭)。背面觀,雌成蟲臀板中部兩側(cè)有一對凹陷(圖1-g),雄成蟲臀板無該形態(tài)特征(圖1-h)。雌雄外生殖器也具有多型豆象屬顯著特征(圖1-i,j)。

2.2 分布與危害

2003年Alex Delobel首次在法國南部蒙彼利埃收集的南歐紫荊中發(fā)現(xiàn)了紫荊豆象,并于2007年定為新種發(fā)表。同時(shí),文中還提及到在匈牙利(2005年)和中國(2007年)也有分布,其中中國分布信息源自私人通訊(分布位置和寄主未知)(Kergoatetal.,2007)。此后,歐洲和中亞國家不斷發(fā)現(xiàn)和報(bào)道了該物種:斯洛伐克2006年(Kollár,2008)、西班牙2008年(Yus-Ramosetal.,2009a,2009b)、保加利亞2009年(Stojanovaetal.,2011)、比利時(shí)2009年(Hanssens,2009)、捷克2010年(efrová,2010)、塞爾維亞2011年(Gavrilovic＇etal.,2013)、德國2012年(Rheinheimer and Hassle,2013;H?rrenetal.,2020)、土耳其2012年(Hizal and Parlak,2013)、荷蘭2014年(Beenenetal.,2015)、英國2014年(Barclay,2014)、意大利2015年(Yus and Bocci,2017)、羅馬尼亞2015年、俄羅斯克里米亞半島2015年(Martynov and Nikulina,2015,2016)、格魯吉亞2018年(Martynovetal.,2018)。同時(shí),本研究發(fā)現(xiàn)在韓國首爾市城北區(qū)吉林洞和京畿道光教山(,2020;,2021)和中國江蘇省常州市亦有分布(高凡,2021)。

2.3 寄主與危害

紫荊豆象定種時(shí),其寄主為南歐紫荊,且在歐洲和中亞的相關(guān)報(bào)道中也以南歐紫荊為主。2008年Kollár報(bào)道了紫荊豆象寄主為南歐紫荊和加拿大紫荊。Stojanova等2011年在對保加利亞紫荊豆象寄主研究時(shí)發(fā)現(xiàn),其還能危害另外3種紫荊:美西紫荊(標(biāo)本于2007年10月4日采自于西匈牙利大學(xué)植物園)、中華紫荊(標(biāo)本于2007年11月12日采自于西匈牙利大學(xué)植物園)和革氏紫荊(標(biāo)本于2007年3月12日和10月9日采自于匈牙利科學(xué)院生態(tài)和植物所植物園)。

本研究進(jìn)一步明確了紫荊豆象在中國的分布,并首次報(bào)道了新寄主—湖北紫荊(材料于2019-2022年采自于云南省昆明市西南林業(yè)大學(xué)校園、貴州省貴陽車水路)。觀察到對中華紫荊的危害(材料于2019-2022年采自于云南省昆明市西南林業(yè)大學(xué)、昆明植物園、貴州省貴陽觀山湖公園和周邊小區(qū))。

從危害來看,前期的多數(shù)研究沒有關(guān)注紫荊豆象的危害程度。近期在土耳其、俄羅斯、格魯吉亞的研究對其危害程度進(jìn)行了報(bào)道。本研究也對紫荊豆象在昆明和貴陽兩地的危害程度進(jìn)行了研究:云南省昆明市中華紫荊的危害率為26.92%～94%,湖北紫荊的危害率為11.11%;貴州省貴陽市中華紫荊的危害率為36%～62%。

表1 紫荊豆象在歐亞的寄主及危害

2.4 分子鑒定

通過nBLAST比對發(fā)現(xiàn),本研究所測序列與Kergoat(2015)報(bào)道的序列高度相似(99%),而與其它相近物質(zhì)的相似度均在86%以下。從NCBI數(shù)據(jù)庫下載同為豆象簇21個(gè)物種的COX1序列(1 008 bp),并構(gòu)建最小進(jìn)化樹,所用的模型為Jukes-Cantor,計(jì)算方法為CNI。

從進(jìn)化樹(圖2)中可以看出,本研究物種與Kergoat(2015)報(bào)道的紫荊豆象位于同一小分支,具有最近的進(jìn)化關(guān)系(E組)。基于序列相似性和進(jìn)化關(guān)系,本研究可以明確本次所研究的物種就是紫荊豆象,這從另一方面印證了紫荊豆象在中國西南地區(qū)的分布。從進(jìn)化樹可以看出,外群栗實(shí)象Curculiodavidi單獨(dú)分為一支,豆象簇物種位于另一大分支。其中,Mimosestes屬位于A組分支,Conicobruichus屬位于F組分支。然而,C、D和E組中多型豆象屬Bruchidius、三齒豆象屬Acanthoscelides、瘤背豆象屬Callosobruchus、Merobruchus屬物種交織在一起,對其分類地位還需進(jìn)行深入研究。

圖2 基于紫荊豆象測序的豆象簇系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.2 Phylogenetic relationships of the Bruchini based on the sequencing of the Bruchidius siliquastri注:Bru-sil為本研究擴(kuò)增序列。Note: Bru-sil amplified the sequence for this study.

3 結(jié)論與討論

紫荊豆象的頭、胸、鞘翅和臀板的形態(tài)特征與其它豆象亞科物種間有明顯的區(qū)分。雄性紫荊豆象第一腹板有黃褐色毛墊斑塊,雌性臀板兩個(gè)明顯的凹陷。然而,三齒豆象屬Acanthoscelideslobatus(Fall,1910)、A.quadridentatus(Schaeffer,1907)、多型豆象屬Bruchidiusaurivillii(Blanc,1889)、B.uberatus(Fahraeus,1839)、Megabruchidiustonkineus(Pic,1904)、Scutobruchusceratiobruchus(Philippi,1859)也存在類似特征,僅存在毛墊斑塊和凹陷的分布位置、形狀和大小的差異(Kergoa,2007)。2007年Kergoa對紫荊豆象的線粒體COX1基因進(jìn)行了測序,并基于測序結(jié)果和形態(tài)特征對該物種作了定種。本研究中,從形態(tài)特征角度確定采集的蟲種為紫荊豆象,但為了進(jìn)一步確證,也對COX1基因進(jìn)行了測序分析,發(fā)現(xiàn)該物種的基因序列與Kergoa報(bào)道的紫荊豆象有非常高的相似性。綜合形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)結(jié)果,最終確定本次研究的蟲種就是紫荊豆象。

關(guān)于紫荊豆象的分布方面,目前主要在歐洲和中亞國家發(fā)現(xiàn)和報(bào)道。2007年Kergoa確定種類時(shí)所用的標(biāo)本采自法國和匈牙利,另外,作者提及到與Anton的私人通訊信息,了解到該物種在中國也有分布,但未交代其寄主和分布地;追溯Anton的相關(guān)報(bào)道,僅在其2010年參編的《Catalogue of Palaearctic Coleoptera. Vol. 6》書中紫荊豆象條目下提及中國陜西和福建,但無寄主等更詳細(xì)的說明(Anton,2010)。其后,多項(xiàng)研究對紫荊豆象的起源進(jìn)行了推論,多數(shù)認(rèn)為可能來自于東亞,但不能排除歐洲或中亞起源的可能性。因此,目前關(guān)于紫荊豆象的起源仍無明確的定論(Yus-Ramos,2009b;Stojanovaetal.,2011;Martynov and Tatyana,2015;Yus and Bocci,2017;Martynov,2018)。自2007年定種到至今,并未發(fā)現(xiàn)有關(guān)紫荊豆象在東亞的相關(guān)研究。盡管本研究明確了紫荊豆象在中國和韓國等東亞地區(qū)的分布,但關(guān)于其起源的研究,隨著全球分布地報(bào)道的不斷增多,今后可通過地理種群、線粒體基因組和核基因組測序等方法開展多地合作研究,以更加科學(xué)和客觀的角度來確定起源和原始分布地。

紫荊豆象的寄主方面,目前認(rèn)為紫荊豆象屬于寡食性物種,報(bào)道的寄主均限于紫荊屬。在全球紫荊屬現(xiàn)存的9個(gè)種中,已明確紫荊豆象對加拿大紫荊、南歐紫荊、美西紫荊、中華紫荊、革氏紫荊、湖北紫荊等6種存在危害(Kollár,2008;Stojanovaetal.,2011);紫荊豆象是否對東亞分布的廣西紫荊、黃山紫荊、垂絲紫荊存在危害有待深入研究。此外,2020年H?rren對德國勃蘭登堡州的紫荊豆象研究時(shí),發(fā)現(xiàn)紫荊豆象能寄生于菜豆Phaseolusvulgaris(Fabaceae)。因此,紫荊豆象的寄主可能更廣泛,紫荊豆象是寡食性還是廣食性蟲種?由于相關(guān)研究報(bào)道有限,紫荊豆象的寄主范圍還待進(jìn)一步研究。

紫荊豆象對紫荊的危害方面,大多數(shù)研究僅限于危害的定性報(bào)道,危害的定量研究相對較少。目前紫荊豆象的危害程度研究在部分地區(qū)的寄主危害率在20%以下,但有些地區(qū)高達(dá)90%以上(Hizal and Parlak,2013);危害程度直接影響種子的產(chǎn)量和品質(zhì),鑒于紫荊屬植物的種子產(chǎn)量高,較低的危害對寄主的種苗和自然更新無明顯影響,但危害較高就會(huì)影響紫荊的種子產(chǎn)量和自然更新;而且紫荊屬物種多為觀賞和區(qū)域廣布種,存在對健康種子的生產(chǎn)需求,因此,危害程度的統(tǒng)計(jì)和紫荊豆象防控也是今后研究重要方向。