叶佳琴 郅军锐 黄宸

摘 要：西花蓟马是世界性入侵害虫。为明确肠道细菌对西花蓟马生长发育及繁殖的影响，利用25mg/mL氨苄青霉素去除西花蓟马肠道细菌，观察西花蓟马发育历期以及繁殖的变化。结果表明;去除肠道细菌后F1代西花蓟马1龄若虫和预蛹时发育时间明显短于对照，2龄若虫发育时间延长0.71d，未成熟期没有显著变化。去除肠道细菌后导致F0代西花蓟马产卵提前1.15d，雌成虫寿命延长，产卵量比对照降低了25.53粒。去除肠道细菌后西花蓟马内禀增长率rm和净增值率R0降低，种群加倍时间t和平均世代周期T加长。结果证实肠道细菌对不同龄期的西花蓟马虫态历期有一定影响，但对未成熟期没有明显影响，对西花蓟马繁殖有一定的促进作用。

关键词：西花蓟马;氨苄青霉素;肠道细菌;生长发育;产卵量

Abstract：Frankliniella occidentalis is a worldwide invasive pest. To determine the effect of gut bacteria on the growth， development and reproduction on F. occidentalis. Ampicillin （25mg/mL） was used to remove gut bacteria of F. occidentalis， and the effects were evaluated development and reproduction. The results showed that Ampicillin shorted the development time of first instar nymphs and pre-pupae and extended the development time of second instar nymph compared with the control group. And Ampicillin also shorted the oviposition period of F.occidentalis， extended the longevity of female adults and decreased the fecundity of F. occidentalis compared with the control group. After the removal of gut bacteria， the innate capacity of increase rm and net proliferation rate R0 were reduced， and the population doubling time t and the mean generation cycle T were prolonged. The results indicated that the gut bacteria in F. occidentalis had a certain effect on the development time of some stages and could promote the reproduction of F. occidentalis.

Keywords：Frankliniella occidentalis; Ampicillin; gut bacteria; growth and development

西花蓟马Frankliniella occidentalis （Pergande）作为一种外来入侵生物，已成为世界性重要的农业经济作物害虫之一[1-2]，2003年在我国北京首次发现[3]，随后在云南、山东、新疆等地陆续发现，严重影响蔬菜、花卉产量和品质，还可以通过传播番茄斑萎病毒（TSWV）和凤仙花坏死病毒（INSV）造成更为严重的危害[4-8]。西花蓟马体型小、繁殖快、隐蔽性强，极易产生抗药性，使得对西花蓟马愈加难以防治[7]。

肠道微生物数量庞大，在宿主体内起着重要作用，它们与昆虫相互依赖，互惠共生[9-10]。同时肠道微生物在宿主营养吸收、发育繁殖、抵御病原菌、增强免疫力、代谢解毒以及抗药性等方面起着重要作用[11]。昆虫肠道微生物是一个相对稳定的内环境，如果将其破坏，可对宿主产生不同程度影響[12-13]。近年来有很多关于肠道微生物被打乱后对宿主影响的研究。例如，在对于果蝇Drosophila melanogaster肠道微生物的研究中发现，用抗生素清除肠道细菌后会阻断交配选择[14];利用抗生素去除玉米根叶甲Diabrotica virgifera virgifera （LeConte）的肠道微生物后，会降低对大豆的取食性，造成发育时间延长[15];使用抗生素利福平清除B型烟粉虱Bemisia tabaci成虫肠道细菌后，后代的发育时间和存活率明显降低[16];使用土霉素处理黑豆蚜（Aphis craccivora）后使若蚜发育推迟，成蚜完全不能生育[17]。由此可见，抗生素清除肠道微生物是评价肠道菌功能的重要方法[13]。早期在对西花蓟马的肠道研究中通过直接显微镜观察、传统培养和API-20E肠道菌试剂鉴定条确定西花蓟马后肠内存在大量的细菌[18]。前期试验结果表明25mg/mL氨苄青霉素可有效去除西花蓟马的肠道可培养细菌。本文研究利用抗生素去除西花蓟马肠道细菌后，对西花蓟马发育历期及繁殖的变化，以明确肠道细菌对西花蓟马生长发育和繁殖的影响，为进一步探索西花蓟马肠道细菌的功能提供一定的理论依据，为西花蓟马防治提供新思路。

1 材料与方法

1.1 抗生素

氨苄青霉素，购买于生工生物工程（上海）股份有限公司，化学纯研究专用抗生素。

1.2 供试昆虫和植物

供试昆虫：西花蓟马，采自贵州省贵阳市花溪区周边蔬菜上，并在试验室人工气候箱，温度（25±1）℃，湿度65%～70%，光照周期14L：10D内用菜豆豆荚长期饲养。

供试植物：矮生菜豆 Phaseolus vulgaris（泰国地豆王品种）种植在人工气候箱中，温度（25±1）℃，湿度65%～70%，光照周期14L：10D，以营养钵进行培育，菜豆长至两片真叶后备用。菜豆植株生长期间未受到任何损害和病虫害的危害。

1.3 试验方法

选用25.00mg/mL氨苄青霉素去除西花蓟马肠道细菌后对其生长发育及产卵的影响，将培育菜豆叶片剪为1.5cm×1.5cm的正方形，用25mg/mL氨苄青霉素溶液浸泡10s后取出晾干后置于25mL圆柱形透明塑料盒（下底径3.1cm，上口径3.7cm，高3.3cm）中备用，以清水处理作为对照。将F0代西花蓟马2龄若虫单头挑至装有对应溶液浸泡过的菜豆叶片的塑料盒中，进行编号，隔12h观察一次，每24h更换新鲜叶片，同时记录若虫的化蛹时间。待羽化成虫立即进行配对，记录成虫存活情况;对成虫进行配对后，每日取出被产卵叶片放入新准备的塑料盒（规格同上）中，用直径为2.5cm左右的圆形湿滤纸进行保湿，将刚孵化的F1代1龄若虫单头挑至塑料盒（规格同上）中，记录1、2龄若虫、预蛹和蛹期发育时间，成虫羽化后记录性比。以取食用清水处理的菜豆叶片作为对照（CK），试验设置见表1。

1.4 生命表参数及计算公式

净增殖率R0=Σlxmx;平均世代周期T=Σxlxmx/R0;内禀增长率rm=lnR0/T;周限增长率λ=erm。式中x为按存活时间划分的年龄，lx表示在x时期开始时的存活率，mx表示在x期间内存活的平均每雌产雌数[19]。

1.5 数据统计与分析

利用Microsoft Office Excel 2016进行数据统计，用SPSS 21.0软件根据数据使用独立样本t检验进行抗生素处理与对照之间的显著性分析。

2 结果与分析

2.1 肠道细菌对西花蓟马F1代生长发育的影响

肠道细菌的存在对西花蓟马发育历期的影响明显不同（表1）。去除肠道细菌使西花蓟马F1代1龄若虫和预蛹期发育时间显著缩短0.25d和0.22d，2龄若虫发育时间较对照极显著延长0.71d;不论西花蓟马是否含有肠道细菌，对蛹期都没有明显影响。对于未成熟期而言，去除肠道细菌后西花蓟马的发育历期长于对照，但无显著差异。

2.2 肠道细菌对西花蓟马存活率的影响

未去除肠道细菌的F1和F0代西花蓟马存活率在1～12d和12～25d逐渐下降在35d时存活率为0，去除肠道细菌的F0代西花蓟马存活率在18～29d明显偏高，F1和F0代1～12d和12～25d时缓慢下降，在25～32d迅速下降，在32d时全部死亡。

2.3 肠道细菌对F0代西花蓟马雌虫寿命及繁殖的影响

西花蓟马肠道细菌去除后对其繁殖有明显影响（表 2）。不含肠道细菌的西花蓟马产卵前期较对照明显提前了1.15d;西花蓟马肠道细菌使得雌成虫寿命平均延长了2.13d。去除肠道细菌后雌成虫产卵量较对照平均下降25.53粒。

2.4 肠道细菌对F0代西花蓟马在两性生殖下生命表参数的影响

抗生素去除肠道细菌后对F0代西花蓟马的生命表参数有不同程度的影响（表 3）。去除肠道细菌后西花蓟马内禀增长率rm和净增值率R0降低，种群加倍时间t和平均世代周期T加长，周限增长率低于对照但无显著差异。

3 结论与讨论

肠道微生物对宿主的生长繁殖和生理活动具有重要的作用，健康的菌群可以促进宿主的生长发育和繁殖，提高宿主的存活率[14]。前人通过传统方法研究表明西花蓟马肠道内含有大量细菌[19]，前期通过Illumina Miseq技术对西花蓟马肠道进行16S rDNA V3-V4可变区域进行测序证明存在大量细菌（未发表数据），西花蓟马通过取食获得细菌，这些细菌对其产卵量增加和生长发育缩短[18]。本文选用25 mg/mL氨苄青霉素去除西花蓟马肠道细菌，发现1龄若虫和预蛹发育时间短于含有肠道细菌的西花蓟马，该结果与有些昆虫的发育情况相同。如在前人研究欧文氏菌与西花蓟马关系时发现，以“叶片+花粉”饲喂西花蓟马1龄若虫，发现不含欧文氏菌的西花蓟马发育历期更短[20]。胡祖庆等[21]研究了胞内共生菌对麦二叉蚜Schizaphis graminum （Rondani）生长发育和繁殖的影响发现，在高抗小麦品系35Q9上，含共生菌的麥二叉蚜若虫发育历期显著短于不含共生菌的麦二叉蚜。对于西花蓟马2龄若虫，去除肠道细菌后发育时间较含有肠道细菌显著延长0.71d。沈金红等[13]研究抗生素对小菜蛾Plutella xylostella生长发育影响时发现，无菌品系的小菜蛾幼虫发育时间较含菌品系而言明显延长;兜蝽科plataspid stinkbugs在不携带共生菌囊时，发育时间明显长于携带共生菌囊的兜蝽[22]。

在其他昆虫研究中，去除肠道细菌后幼/若虫发育时间一致延长。如使用利福平处理Q型烟粉虱后，烟粉虱卵期、若虫期及伪蛹期的发育历期均有所延长，整个未成熟期也较无共生菌Cardinium烟粉虱显著延长[23]。但在研究西花蓟马肠道细菌去除时却不同，子代F1的1龄若虫和预蛹发育时间显著短于对照，2龄若虫发育时间显著长于对照，而整个未成熟期与对照无显著差异。在使用10μg/mg抗生素去除麦扁盾蝽Eurygaster integriceps Puton肠道细菌后，麦扁盾蝽1龄若虫发育时间显著短于对照，2龄时显著长于对照，其他龄期与对照无差异，但整个未成熟期显著长于对照[24]。这可能与昆虫所取食食物相关，在研究西花蓟马生长发育与食物关系时发现，单纯取食黄瓜叶片或豆叶的生长发育时间往往长于取食添加花粉或是“花粉+蜂蜜”的食料[25-26];前人在研究昆虫与寄主摄食效应发现，单纯饲喂西花蓟马黄瓜叶片时，含细菌西花蓟马若虫发育时间短于无菌若虫，但以“叶片+花粉”饲喂西花蓟马时结果相反，含菌西花蓟马若虫发育时间长于无菌若虫[20]。

去除西花蓟马肠道细菌后其产卵时间平均提前1.15 d，产卵量较对照而言平均降低了25.53粒，但雌成虫寿命延长。这与DE VRIES等[20]研究类似，取食黄瓜叶后无菌西花蓟马产卵量低于含有欧文氏菌的西花蓟马;在对美棘蓟马Echinothrips americanus Morgan研究中发现，去除Wolbachia后蓟马雌成虫寿命延长[28];在柑橘大实蝇Bactrocera minax研究中，庆大霉素gentamicin和链霉素streptomycin去除其肠道共生菌后，雌成虫的寿命增加，繁殖力降低[29]。但也有不同的报道，如抗生素处理FZss品系小菜蛾导致了小菜蛾产卵量和成虫寿命降低[13]。成虫寿命变化和产卵量下降与肠道细菌作用有关，昆虫肠道细菌在昆虫生长发育和繁殖中起着重要的作用，它们可以参与宿主食物消化、提供营养、合成维生素和甾醇类物质等，甚至可以改变植食性昆虫对寄主植物的利用[30-32]，从而影响昆虫的发育、生长和繁殖[33-36]。

本文研究表明，抗生素去除肠道细菌后可影响西花蓟马生长发育和繁殖，这为进一步揭示西花蓟马的肠道细菌的具体功能奠定了基础。

参 考 文 献：

[1] 雷仲仁，问锦曾，王音.危险性外来入侵害虫——西花蓟马的鉴别、危害及防治[J].植物保护，2004，30（3）：63-66.

[2] 吴青君，张友军，徐宝云，等.入侵害虫西花蓟马的生物学、危害及防治技术[J].昆虫知识， 2005（1）：11-14.

[3] 张友军，吴青君，徐宝云，等.危险性外来入侵生物——西花蓟马在北京发生危害[J].植物保护，2003（4）：58-59.

[4] PAPPU H R，JONES R A C，JAIN R K.Global status of tospovirus epidemics in diverse cropping systems： successes achieved and challenges ahead[J].Virus research，2009，141（2）：219-236.

[5] GAO Y L， LEI Z R， REITZ S R. Western flower thrips resistance to insecticides： detection， mechanisms and managementstrategies[J].Pest management science， 2012，68（8）：1111-1121.

[6] 谢永辉，张宏瑞，刘佳，等.传毒蓟马种类研究进展（缨翅目，蓟马科）[J].应用昆虫学报，2013，50（6）：1726-1736.

[7] REITZ S R，GAO Y，KIRK W D J，et al.Invasion biology，ecology，and management of eestern glower thrips[J].Annual review of entomology，2019， 65（1）：17-37.

[8] 刘利，郅军锐，岳文波，等.西花蓟基因FoCAT对寄主转换的响应[J].山地农业生物学报，2019，38（3）：33-26.

[9] 梅承，范硕，杨红.昆虫肠道微生物分离培养策略及研究进展[J].微生物学报， 2018，58（6）：985-994.

[10] EGERT M，WAGNER B，LEMKE T，et al.Microbial community structure in midgut and hindgut of the humus-feeding larva of Pachnoda ephippiata （Coleoptera： Scarabaeidae）[J].Applied & environmental microbiology，2003，69（11）：6659-6668.

[11] PHILIPP E，MORAN N A.The gut microbiota of insects-diversity in structure and function[J].Fems microbiology reviews，2013，37（5）：699-735.

[12] 林曉丽.小菜蛾肠道细菌多样性分析及两株细菌的杀虫活性研究[D].西安：西北农林科技大学， 2014.

[13] 沈金红，王倩，夏晓峰，等.抗生素和肠道细菌对小菜蛾适合度的影响[J].微生物学报，2018，58（6）：1025-1035.

[14] SHIN S C，KIM S H，YOU H，et al.Drosophila microbiome modulates host developmental and metabolic homeostasis via insulin signaling[J].Science，2011，334（6056）：670-674.

[15] CHU C C，SPENCERr J L，CURZI M J，et al.Gut bacteria facilitate adaptation to crop rotation in the western corn rootworm[J].Proceedings of the national academy of sciences，2013，110（29）：11917-11922.

[16] 苏奇，潘慧鹏，王少丽，等.三种抗生素对B型和Q型烟粉虱内共生菌的去除效果比较研究[J].应用昆虫学报，2012，49（1）：190-196.

[17] 苗雪霞.黑豆蚜（Aphis craccivora）胞内共生菌的研究[D].上海：中国科学院研究生院（上海生命科学研究院），2004.

[18] DE VRIES E J，BREEUWER J A J，JACOBS G，et al.The association of western flower thrips， frankliniella occidentalis， with a near Erwinia species gut bacteria： transient or permanent[J].Journal of invertebrate pathology，2001，77（2）：120-128.

[19] 張孝羲.昆虫生态及预测预报[M].3版.北京：中国农业出版社，2003：77-84.

[20] DE VRIES E J，JACOBS G，SABELIS M W，et al.Diet-dependent effects of gut bacteria on their insect host： the symbiosis of Erwinia sp. and western flower thrips[J].Proceedings biological sciences，2004，271（1553）：2171-2178.

[21] 胡祖庆，亢菊侠，胡想顺，等.胞内共生菌对麦二叉蚜生长发育和繁殖的影响[J].云南农业大学学报，2012，27（1）：23-28.

[22] HOSOKAWA T，KIKUCHI Y，NIKOH N，et al.Strict host-symbiont cospeciation and reductive genome evolution in insect gut bacteria[J].PLoS biology，2006，4（10）：e337.

[23] 任素丽，尹祥杰，郭秋，等.利福平与高温对Cardinium的灭活效果及其对烟粉虱寄主发育与繁殖的影响[J].环境昆虫学报，2015，37（3）：467-474.

[24] MARYAM K，REZA B A，MARTIN K，et al.Role of symbiotic bacteria in the growth and development of the Sunn pest， Eurygaster integriceps[J].Journal of insect science，2013，13（1）：99.

[25] HULSHOF J，KETOJA E，VANNINEN I.Life history characteristics of Frankliniella occidentalis on cucumber leaves with and without supplemental food[J]. Entomologia experimentalis et applicata， 2003，108（1）：19-32.

[26] 沈登荣，张宏瑞，李正跃，等.不同食物对西花蓟马生长发育的影响[J].植物保护，2012，38（1）：55-59.

[27] ZHANG Z J，WU Q J，LI X F，et al.Life history of western flower thrips， Frankliniella occidentalis （Thysan.， Thripae），on five different vegetable leaves[J].Journal of applied entomology，2007，131（5）：347-354.

[28] 张晓晨.共生菌Wolbachia对美棘蓟马Echinothrips americanus Morgan发育与生殖的影响[D].杨凌：西北农林科技大学，2018.

[29] RASHID MA，ANDONGMA A A，DONG Y，et al.Effect of gut bacteria on fitness of the Chinese citrus fly，Bactrocera minax （Diptera： Tephritidae）[J]. Symbiosis，2018，76（1）：63-69.

[30] GENTA F A，DILLON R J，TERRA W R，et al.Potential role for gut microbiota in cell wall digestion and glucoside detoxification in Tenebrio molitor larvae[J].Journal of insect physiology，2006，52（6）：593-601.

[31] DILLON R J，DILLON V M.The Gut Bacteria of Insects：Nonpathogenic interactions[J].Annual teview of entomology，2004，49（1）：71-92.

[32] FELDHAAR H.Bacterial symbionts as mediators of ecologically important traits of insect hosts[J].Ecological entomology， 2011，36（5）：533-543.

[33] BAECKHED F，LEY R E，Sonnenburg J L，et al.Host-bacterial mutualism in the human intestine[J].Science，2005，307（5717）：1915-1920.

[34] HURST G D D，WERREN J H.The role of selfish genetic elements in eukaryotic evolution[J].Nature reviews genetics，2001，2（8）：597-606.

[35] KOROPATNICK，T A， ENGLE J T， APICELLA MA，et al.Microbial factor-mediated development in a host-bacterial mutualism[J].Science， 2004，306（5699）：1186-1188.

[36] MAC DONALD T T.Immunity，inflammation and allergy in the gut[J].Science，2005，307（5717），1920-1925.