《Biological Control》：Overcoming phenological asynchrony between target and non-target species in host-specificity testing: The case of Gillmeria ochrodactyla on Tanacetum vulgare
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：靶标与非靶标植物之间的物候异步性，特别是在那些在相对短命的植物结构（如花）中发育的潜在生防天敌的寄主范围测定中，可能构成挑战。潜在的生防天敌——羽蛾Gillmeria ochrodactyla（鳞翅目: 羽蛾科）在菊科多年生草本植物、原产欧亚且在北美为入侵植
：靶标与非靶标植物之间的物候异步性，特别是在那些在相对短命的植物结构（如花）中发育的潜在生防天敌的寄主范围测定中，可能构成挑战。潜在的生防天敌——羽蛾Gillmeria ochrodactyla（鳞翅目: 羽蛾科）在菊科多年生草本植物、原产欧亚且在北美为入侵植物的菊蒿（Tanacetum vulgare）的开放头状花序中产卵。为了评估在先前无选择测试中被接受产卵的四个早期开花的同属非靶标物种的风险，研究人员进行了一系列的野外开放测试。在这些测试中，它们被暴露于自然的G. ochrodactyla种群，或者人工将G. ochrodactyla的产卵期与非靶标物种的花期同步。研究人员发现，北美本地种T. huronense是唯一被接受产卵的非靶标物种，但水平低于T. vulgare，并且主要发生在开花的T. vulgare出现之前（即处于“无选择”情境）。为了进一步评估对该物种潜在的非靶标攻击风险，研究人员通过比较基于公民科学平台iNaturalist提交的照片得出的物候，评估了T. vulgare和T. huronense花期的重叠程度。基于这些数据，T. huronense的花期高峰比T. vulgare早约一个月，并且在它们分布重叠的地区，花期重叠度很低。研究人员得出结论，如果将G. ochrodactyla在北美释放，其对同属非靶标物种的风险可忽略至较低。
一、 研究背景、问题与目的
经典的杂草生物防治，即从杂草原产地有目的地引入专化性天敌，是一种成本效益高、可长期管理入侵物种的方法。在释放生物防治天敌之前的关键步骤之一，是通过测定其寄主范围来预测其对非靶标物种的风险。常规的寄主范围测试遵循从无选择测试到选择测试，再到开放式田间测试的递进程序。开放式田间测试被认为是预测潜在生防天敌的“实际寄主范围”或“生态寄主范围”的最准确方法。然而，当靶标和非靶标物种之间易感生育期存在物候异步时，尤其是在天敌在短命结构（如花）中发育的情况下，常规的田间同步选择测试可能无法准确评估非靶标物种在靶标杂草暂时不可用时所面临的风险。
本研究关注的靶标杂草是菊科多年生草本植物菊蒿（Tanacetum vulgare，普通艾菊），原产欧亚，在17世纪作为药用和食用植物引入北美，现已成为加拿大和美国北部多种生境中的问题杂草。羽蛾Gillmeria ochrodactyla是其一个有潜力的生防天敌。该蛾为一年一代，雌蛾在T. vulgare开放的黄色头状花序中产卵，幼虫在种子头中越冬，次年春季转移到新生枝条中取食，可造成严重损害。无选择产卵测试显示，包括北美本地种T. camphoratum、T. huronense以及引入种T. parthenium、T. corymbosum在内的几个同属非靶标物种能被G. ochrodactyla产卵并支持幼虫早期发育。然而，文献记载和研究人员对盆栽植物的观察表明，这些同属非靶标物种的开花期通常比T. vulgare早数周。这种物候差异可能导致雌蛾在自然条件下不会遇到真正的“选择”情境。因此，评估G. ochrodactyla对这些物候异步的非靶标物种的实际风险，特别是评估其在靶标植物开花前的“无选择”情境下的行为，对于准确预测其生态寄主范围和释放安全性至关重要。本研究旨在通过一系列创新的开放式田间测试，并结合公民科学数据，系统评估G. ochrodactyla对同属非靶标物种的实际攻击风险。
二、 关键技术方法
本研究主要采用了三种关键技术方法：
- 1.
开放式田间测试设计：研究人员在2018、2019和2021年分别开展了三次开放式田间测试。2018年的测试在G. ochrodactyla自然发生的德国田间进行，将盆栽的靶标与非靶标植物暴露于自然种群。2019和2021年的测试则在瑞士的试验地（无自然种群）进行，核心创新在于“人工同步”与“分阶段暴露”：首先，通过人工调控（温度控制）从田间采集的G. ochrodactyla幼虫的发育进度，使其成虫羽化期与非靶标物种的花期同步，并将其释放在仅有非靶标植物开花的试验地，模拟“靶标植物缺失”的无选择情境；待T. vulgare开花后，再向试验地添加靶标植物并释放第二批成虫，模拟“有选择”情境。这种设计旨在更真实地模拟物候异步导致的自然场景。
- 2.
物候数据采集与分析：为了评估T. huronense和T. vulgare在北美分布重叠区的花期重叠度，研究人员利用了公民科学平台iNaturalist的数据。他们从北美大湖地区下载了2018-2024年间两种植物的可验证观测记录，审核照片以确定每株植物的物候状态（开花/未开花），并统计每周的开花观测数量。通过计算肖纳生态位重叠指数，定量评估了两种植物花期的时间重叠程度。
- 3.
植物与昆虫材料的处理：非靶标Tanacetum植物（T. camphoratum、T. huronense、T. corymbosum、T. parthenium）和T. vulgare均从种子开始培育。G. ochrodactyla成虫通过从德国田间采集被疑似侵染的T. vulgare枝条，并在室外条件下饲养幼虫至化蛹获得。通过控制蛹期的温度以及将部分成虫在低温下储存，实现了对成虫羽化时间的精确调控，以满足实验同步性的要求。
三、 研究结果
3.1. 在G. ochrodactyla自然发生地点的开放式田间测试（2018年）**
在德国自然种群地点进行的测试中，四种非靶标物种在实验开始时（6月12日）已开花，花期高峰在两周后，而T. vulgare则在6月下旬才开始开花。实验期间仅在盆栽T. vulgare的花序中发现了6头幼虫，而在所有非靶标物种中均未发现幼虫。研究人员仅在实验末期（7月11日）观察到3头雄蛾，表明自然种群的成虫活动与大部分非靶标物种的花期重叠度很低，导致该测试中非靶标物种未被产卵。
3.2. 实验释放G. ochrodactyla的开放式田间测试（2019年）**
在瑞士的测试中，当第一批成虫在6月下旬释放时，所有非靶标物种正值盛花期，而T. vulgare尚未开花。当7月中旬T. vulgare开花并释放第二批成虫时，大部分非靶标植物的花已凋谢。结果发现，在T. vulgare的花序中发现了24头幼虫，但在所有四种非靶标植物的花期中均未发现任何幼虫。
3.3. 实验释放G. ochrodactyla的开放式田间测试（2021年）**
在2021年的重复实验中，T. vulgare的花序侵染率高达36.5%。关键发现是，在T. huronense的花序中发现了6头幼虫（侵染率4.9%），而其他三种非靶标物种（T. camphoratum、T. corymbosum、T. parthenium）仍未被侵染。根据植物的物候记录，T. huronense上的产卵很可能发生在T. vulgare开花并被添加到试验地之前，即在“无选择”情境下。
3.4. 来自iNaturalist的物候数据
对北美大湖地区542条T. vulgare和442条T. huronense的iNaturalist观测记录分析显示，T. huronense的花期从6月初持续到8月初，高峰在7月初；而T. vulgare的花期从7月初持续到10月底，高峰在8月初。两者的花期重叠度极低，肖纳重叠指数仅为0.14，表明在分布重叠区，两者的盛花期相差约一个月。
四、 讨论与结论
综合三次开放式田间测试的结果表明，G. ochrodactyla的实际寄主范围主要局限于T. vulgare。只有在人为创造的非靶标植物“无选择”情境下（2019年测试因T. huronense花序数量过少可能未检测到，2021年测试中确认），本地种T. huronense才会被接受产卵，但接受水平显著低于靶标植物。其他三种同属非靶标物种（T. camphoratum、T. corymbosum、T. parthenium）即使在“无选择”的开放田间条件下也未被接受产卵。尽管T. camphoratum和T. huronense亲缘关系密切，但它们在开放田间测试中表现出不同的接受度，这可能反映了昆虫对寄主的特异性识别存在种内差异。
iNaturalist的公民科学数据为北美地区两种植物的物候提供了大规模、地理参考明确的证据，证实了它们在主要分布重叠区的花期存在显著异步性，这与研究人员的盆栽观察和文献记载一致。这大大降低了T. huronense在自然条件下与开花的T. vulgare同时暴露于G. ochrodactyla雌蛾面前的可能性，从而减少了其被攻击的风险。
基于历史案例（如荆豆荚蛾Cydia succedana和金雀花籽象Bruchidius villosus）的教训，本研究强调了在生防天敌寄主特异性测试中，针对物候异步的非靶标物种，进行“靶标植物缺失”情境下的开放式测试的重要性。这种“人工同步与分阶段暴露”的测试设计，能够更准确地模拟天敌在靶标植物尚未开花时的行为，从而更可靠地评估其生态寄主范围。
尽管研究显示T. huronense的幼虫可以完成发育，但综合考虑其在开放田间被接受的程度较低、且主要发生在“无选择”情境，以及两种植物在北美自然分布区花期重叠度极低等因素，研究人员得出了以下结论：如果将G. ochrodactyla释放到北美作为T. vulgare的生物防治剂，其对同属非靶标物种（包括T. huronense）造成的风险是可忽略至较低的。 不过，研究人员也指出，气候变化的潜在影响、以及少数雌蛾可能在T. vulgare开花前就已具备生殖活性，可能导致极低水平的非靶标攻击。为了全面评估风险，包括对其他相关属的非靶标物种，后续仍需进行更多寄主特异性测试，特别是针对夏季产卵雌蛾和春季越冬幼虫的测试。本研究发表在《Biological Control》期刊，其方法学为评估具有物候异步性特点的天敌的非靶标风险提供了有价值的范式和思路。
