昆虫体内共生菌在其适应寄主植物过程中的作用

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1、昆虫体内共生菌在其适应寄主植物过程中的作用作者简介：徐红星（1977.3～），男，副研究员，主要从事昆虫共生菌、害虫综合治理等的研究。*通讯作者，email:luzxmh2004@yahoo.com.cn国家基金项目（30671367）和浙江省自然科学基金（Y307047）资助。徐红星郑许松吕仲贤*（浙江省农业科学院植物保护与微生物研究所杭州310021）摘要：植食性昆虫的进化过程中，昆虫种群为适应寄主及环境变化的需要，常常分化为不同的寄主专化型（生物型）。在昆虫适应寄主植物的过程中，其体内共生菌不仅能合成宿主所

2、需要的氨基酸、胆固醇和其它营养物质以弥补其食物中缺乏的某些重要营养成分，还可以对宿主所吸取的植物次生物质进行解毒作用，从而提高其对寄主植物的利用能力，甚至扩大寄主植物范围。关键词：昆虫共生菌；寄主植物；适应性植食性昆虫通常能利用有限范围的寄主植物。多数植食性昆虫对寄主的选择具有一定的范围，它们不但对植物的种类进行选择，而且有时选择寄主植物的某一特定部位。因此，在植食性昆虫的进化过程中，昆虫种群为适应寄主及环境变化的需要，常常分化为不同的寄主专化型（生物型）[1,2]。对寄主植物的专化性选择是昆虫在与寄主植物长期协

3、同进化过程中的生态特性，它不仅决定昆虫的食物和生境，而且还会影响昆虫与同一寄主植物上其它生物之间的内在关系。在长期协同进化过程中，昆虫与其体内共生菌（endosymbiont）形成了密切的共生关系[3]。昆虫为共生菌提供了稳定的小生境和营养，而昆虫依靠共生菌合成食物中缺乏的某些重要营养成分，以弥补其不足，杂食性昆虫的共生菌主要是调节营养平衡[4-6]；此外，共生菌不仅在昆虫对植物的适合度、寄主昆虫的竞争能力和对寄主植物的利用能力等方面具有重要作用[7-10]。本文主要综述了共生菌在昆虫对寄主植物适应性的影响。1昆

4、虫对寄主植物的适应性在大约4000种蚜虫中，大部分蚜虫只能利用有限的几种寄主，表现为单食性或寡食性，即使多食性蚜虫对其全部寄主植物也存在不同的选择性，形成了特定寄主植物的寄主专化型[11]。但是在人工选择条件下，昆虫寄主专化型的形成要比自然条件下容易得多。在选择实验中，昆虫对产卵场所或寄主植物的利用很快就会表现出明显的选择性[12]。一些农业害虫能迅速适应栽培品系及栽培方法的变化，产生新的生物型（biotype）而继续为害。褐飞虱是我国及东南亚许多水稻生产国的主要害虫之一。在20世纪70年代初,由于虫源地国家（越

5、南等）大面积连续种植抗性水稻品种IR26,导致褐飞虱对抗性品种的致害性发生变化，产生了新的“生物型”。我国主要稻区褐飞虱种群的致害性也于20世纪80年代末自南而北相继发生了改变[13,14]，使得生产上推广的抗性品种抗性丧失，使用寿命缩短。B型烟粉虱是世界性入侵害虫[15]，1995年其寄主植物已查明的就达500种以上，到了1998年扩大到600多种。随着研究的不断深入，新的寄主植物种类还在不断增加，为害区域也在不断扩大。2共生菌在昆虫适应寄主植物过程中的作用同翅目昆虫如蚜虫、飞虱、木虱和粉虱等，主要以吸食植物韧

6、皮部汁液为主。植物韧皮部汁液中碳水化合物含量丰富而必需氨基酸组分欠缺或含量较低。这些昆虫本身没有合成胆固醇、必需氨基酸和维生素的能力。这些昆虫体内普遍存在共生菌，为寄主昆虫提供生长发育所需的脂类化合物（胆固醇）、维生素和必需氨基酸,它们与寄主长期共存、互惠互利、协同进化。在豌豆蚜对新寄主植物的适应过程中,共生菌遗传基因的易变性使其遗传背景容易发生变化或突变,导致蚜虫很快形成新的生物型[16]。有细菌共生的甜菜蚜在16种植物上的相对生长率明显高于无共生菌寄生的蚜虫[17]。Simon等（2003）在研究取食不同寄主

7、植物的豌豆蚜的遗传分化时，认为次生共生细菌与豌豆蚜的寄主适应与分化有某种关联[18]。Leonardo和Muiru（2003）发现，与不感染或感染其他共生细菌的豌豆蚜比较，感染U型共生菌的豌豆蚜无法在紫花苜蓿上存活，但在白花苜蓿上的繁殖力增倍[19]。利用抗生素除去自然蚜虫种群中的U型共生菌，发现除去U型共生菌后对蚜虫适应性并没有造成影响，从而认为U型共生菌与专食性并无联系[20]。但Tsuchida等（2004）报道豆长管蚜被人工去除共生菌Regiella后，在白花苜蓿上的生殖力几乎比有共生菌的蚜虫降低50%。

8、而通过注射感染共生菌的蚜虫血淋巴使其重新恢复感染Regiella后，其在白花苜蓿的生殖力几乎完全恢复[21]。这一结果表明，感染共生菌Regiella能提高蚜虫在白花苜蓿上的适应性。当全部去除蚜虫初生共生菌Buchnera后，另外一种次生共生菌（peaaphidsecondarysmbiont，PASS）会进入菌胞体内的细胞质中Buchnera所“腾出”的空间，形成一个新