中國新紀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. 西南林業大學生物多樣性保護學院,昆明 650224;2. 云南省森林災害預警與控制重點實驗室,昆明 650224;3. 貴州省貴陽市林業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,目前世界現存有9個種,包括東亞的5個種,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、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現,并定名為新種(Kergoatetal.,2007);同時,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,通過文獻檢索未見紫荊豆象在中國分布和危害的相關報道。本研究團隊近期在對昆明和貴陽分布的紫荊和湖北紫荊調查時,發現紫荊豆象的危害,現對其進行相關報道。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

標本于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中飼養獲得,部分采自于上述地點的野外植株。標本存放于西南林業大學昆蟲實驗室。

1.2 研究方法

室內飼養: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驗室,室溫條件下放于玻璃標本缸中,定期觀察成蟲羽化出蟲情況,并收集標本。野外觀察:待室內觀察出現成蟲羽化后,不定期到莢果采集地,觀察和采集豆象標本。待羽化結束后,隨機從玻璃標本缸中取出100個莢果,統計被害率。標本解剖觀察在Nikon SMZ 1500體視鏡下進行,并利用Sony a7rⅢ進行拍照。

分子鑒定:引物設計、序列擴增、測序和數據分析等方法參照Kergoat等人(2015)和吳培福等(2012)的方法進行。利用GenBank中的nBlast程序比對線粒體COX1基因的所測序列,基于比對結果分析與本研究所測序列相似性最高的數據庫序列,進而明確研究物種的分類地位。利用Clustal W和MEGA等軟件構建系統發育樹(Rzhetsky and Nei,1992;Nei and Kumar,2000;Tamuraetal.,2021)。

分布檢索:采用Web of science和Sciencedirect數據庫及關鍵詞“Bruchidiussiliquastri”、“Bruchidius”、“distribution”和“Cercis”來搜索與紫荊豆象相關的文獻,從文獻中確定分布地。此外,利用搜索引擎“百度”和“Bing”來輔助檢索相關的研究報道,以保證上述搜索結果充分性。

2 結果與分析

2.1 形態特征

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

圖1 紫荊豆象寄主及形態圖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學差異,易于觀察和區分:腹面觀,雄成蟲第一腹節中央(即兩后足腿節之間)有一明顯黃褐色水滴狀的毛墊斑塊(圖1-f紅箭頭),而雌成蟲的相應位置沒有該特殊結構(圖1-e紅箭頭);雌成蟲臀板不可見,第5腹節后緣和第6腹節前緣平直(圖1-e藍箭頭);雄成蟲臀板可見,第6腹節向前凸入第5腹節內(圖1-f藍箭頭)。背面觀,雌成蟲臀板中部兩側有一對凹陷(圖1-g),雄成蟲臀板無該形態特征(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現了紫荊豆象,并于2007年定為新種發表。同時,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現和報道了該物種: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,本研究發現在韓國首爾市城北區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,其寄主為南歐紫荊,且在歐洲和中亞的相關報道中也以南歐紫荊為主。2008年Kollár報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發現,其還能危害另外3種紫荊:美西紫荊(標本于2007年10月4日采自于西匈牙利大學植物園)、中華紫荊(標本于2007年11月12日采自于西匈牙利大學植物園)和革氏紫荊(標本于2007年3月12日和10月9日采自于匈牙利科學院生態和植物所植物園)。

本研究進一步明確了紫荊豆象在中國的分布,并首次報道了新寄主—湖北紫荊(材料于2019-2022年采自于云南省昆明市西南林業大學校園、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大學、昆明植物園、貴州省貴陽觀山湖公園和周邊小區)。

從危害來看,前期的多數研究沒有關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行了報道。本研究也對紫荊豆象在昆明和貴陽兩地的危害程度進行了研究: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比對發現,本研究所測序列與Kergoat(2015)報道的序列高度相似(99%),而與其它相近物質的相似度均在86%以下。從NCBI數據庫下載同為豆象簇21個物種的COX1序列(1 008 bp),并構建最小進化樹,所用的模型為Jukes-Cantor,計算方法為CNI。

從進化樹(圖2)中可以看出,本研究物種與Kergoat(2015)報道的紫荊豆象位于同一小分支,具有最近的進化關系(E組)?；谛蛄邢嗨菩院瓦M化關系,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的分布。從進化樹可以看出,外群栗實象Curculiodavidi單獨分為一支,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行深入研究。

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

3 結論與討論

紫荊豆象的頭、胸、鞘翅和臀板的形態特征與其它豆象亞科物種間有明顯的區分。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基因進行了測序,并基于測序結果和形態特征對該物種作了定種。本研究中,從形態特征角度確定采集的蟲種為紫荊豆象,但為了進一步確證,也對COX1基因進行了測序分析,發現該物種的基因序列與Kergoa報道的紫荊豆象有非常高的相似性。綜合形態學和分子生物學結果,最終確定本次研究的蟲種就是紫荊豆象。

關于紫荊豆象的分布方面,目前主要在歐洲和中亞國家發現和報道。2007年Kergoa確定種類時所用的標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的相關報道,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,但無寄主等更詳細的說明(Anton,2010)。其后,多項研究對紫荊豆象的起源進行了推論,多數認為可能來自于東亞,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,并未發現有關紫荊豆象在東亞的相關研究。盡管本研究明確了紫荊豆象在中國和韓國等東亞地區的分布,但關于其起源的研究,隨著全球分布地報道的不斷增多,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,目前認為紫荊豆象屬于寡食性物種,報道的寄主均限于紫荊屬。在全球紫荊屬現存的9個種中,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,發現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?由于相關研究報道有限,紫荊豆象的寄主范圍還待進一步研究。

紫荊豆象對紫荊的危害方面,大多數研究僅限于危害的定性報道,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的寄主危害率在20%以下,但有些地區高達90%以上(Hizal and Parlak,2013);危害程度直接影響種子的產量和品質,鑒于紫荊屬植物的種子產量高,較低的危害對寄主的種苗和自然更新無明顯影響,但危害較高就會影響紫荊的種子產量和自然更新;而且紫荊屬物種多為觀賞和區域廣布種,存在對健康種子的生產需求,因此,危害程度的統計和紫荊豆象防控也是今后研究重要方向。