异皮霉属Harmoniae真菌感染三种瓢虫种类的实验研究

《Biological Control》：Artificial infection of three ladybird species by the ectoparasitic fungus Hesperomyces harmoniae

　　

摘要：入侵性杂色瓢虫Harmonia axyridis（Coleoptera: Coccinellidae）通过取代本土瓢虫种类及破坏生态系统威胁生物多样性。外寄生真菌Hesperomyces harmoniae（Ascomycota: Laboulbeniales）因与Ha. axyridis的严格关联性，其作为生物防治剂的潜在效应备受关注，然而其对非靶标效应的了解仍十分有限。本研究旨在表征He. harmoniae感染典型宿主以外瓢虫种类的潜力，选取欧洲本土的Propylea quatuordecimpunctata及澳大利亚的Cryptolaemus montrouzieri作为研究对象。通过实验室实验评估了不同瓢虫种类的寄生虫流行率（感染瓢虫的比例）、寄生虫密度（每头瓢虫成熟菌体数量）及对特定身体区域的偏好性。研究结果显示出显著的宿主特异性：Ha. axyridis表现出100%的流行率及高密度，相比之下，P. quatuordecimpunctata表现为中等流行率（74.8%）及低密度，而C. montrouzieri则表现为低流行率（10.8%）且无成熟菌体发育。空间感染模式在宿主间存在差异：Ha. axyridis上的菌体主要发现于鞘翅（elytra）与前胸背板（pronotum），P. quatuordecimpunctata上的菌体主要位于鞘翅、前胸背板及胸部（thorax）。在C. montrouzieri上，幼年菌体出现于复眼（compound eyes）但未能成熟。值得注意的是，Ha. axyridis支持真菌的完整发育及快速生长。这些发现强调了He. harmoniae对Ha. axyridis的显著趋向性，在受控实验室条件下，对被检测的非靶标瓢虫种类影响极小。由于其对Ha. axyridis具有高宿主特异性的感染成功率及生殖依赖性，该真菌显示出作为靶向生物防治剂的潜力。

论文解读：异皮霉属Harmoniae对三种瓢虫的寄生特性及生物防治潜力

研究背景与意义

捕食性瓢虫（Coccinellidae）长期以来被视为有效的生物防治剂，尤其针对农业害虫蚜虫。其中，原产于东亚的Harmonia axyridis（Pallas）（简称Ha. axyridis）被广泛引入全球各地用于害虫治理。然而，该物种已成为一种高影响力的外来入侵物种（Invasive Alien Species, IAS），通过资源竞争和种内捕食严重挤压本土瓢虫的生存空间，并对葡萄种植等农业经济造成直接损害。尽管Enemy Release Hypothesis（ERH，天敌释放假说）常被用来解释入侵物种的成功，但Ha. axyridis在本土及入侵地均表现出对多种天敌（如寄生蜂、病原真菌）的低易感性。近期描述的Laboulbeniales目外寄生真菌Hesperomyces harmoniae Haelew. & De Kesel（简称He. harmoniae）被发现能引起Ha. axyridis超过50%的死亡率，且具有高度的宿主特异性。为了评估该真菌作为针对Ha. axyridis的生物防治剂（Biocontrol Agent）的潜力及其对非靶标物种的风险，研究人员开展了此项比较研究。该研究成果发表于《Biological Control》期刊。

关键技术方法

研究人员选取了入侵种Ha. axyridis、欧洲本土种Propylea quatuordecimpunctata（简称P. quatuordecimpunctata）及澳大利亚种Cryptolaemus montrouzieri（简称C. montrouzieri）的F1代成虫作为实验对象。实验采用共栖息传播协议（co-housing transmission protocol），将带有成熟菌体（thalli）的源瓢虫与目标瓢虫在玻璃管中通过滚筒混合接触2小时。随后在受控环境（25±1°C, 16:8h L:D）下单独饲养观察6周。研究人员通过立体显微镜定期筛查感染情况，记录寄生虫流行率、寄生虫密度及菌体在宿主体表8个区域的空间分布。数据分析采用R语言进行单因素或双因素方差分析（ANOVA）、Tukey’s HSD或?ídák’s多重比较检验，并利用广义线性混合模型（GLMM）分析菌体生长动态。

研究结果

3.1. 三种瓢虫种类的感染结果

通过对180头新生成虫的监测，研究发现He. harmoniae在Ha. axyridis和P. quatuordecimpunctata上均能发育至成熟，但在C. montrouzieri上仅观察到子囊孢子（ascospores）和少数细胞的幼年菌体，未见成熟菌体。Ha. axyridis上的菌体发育健壮且同步，而P. quatuordecimpunctata上的发育较慢且数量较少。

3.2. 流行率、密度及性别效应

寄生虫流行率在宿主间差异显著。Ha. axyridis的流行率从第1周的72.7%迅速升至第2周的100%；P. quatuordecimpunctata则从36.5%逐渐升至74.8%；C. montrouzieri始终维持在极低水平（约10.8%）。至第4周，Ha. axyridis的平均成熟菌体密度为22.106个/个体，显著高于P. quatuordecimpunctata的0.721个/个体，而C. montrouzieri为零。统计分析显示宿主性别对寄生虫流行率无显著影响。

3.3. 宿主体区的空间分布

He. harmoniae在三种宿主上的空间分布呈现特异性模式。在Ha. axyridis上，成熟菌体主要分布于鞘翅（60%）和前胸背板（15%）；在P. quatuordecimpunctata上，主要分布于鞘翅（54%）、前胸背板和胸部（各16%）；而在C. montrouzieri上，感染主要局限于前胸背板（33%）和复眼（31%），鞘翅、胸部及附肢上均未观察到菌体。这种分布并非与体表可用面积成正比，例如在C. montrouzieri中，仅占体表<1%的复眼却支持了31%的菌体。

3.4. 发育动态与生长速率

相对生长速率（Relative Growth Rate, RGR）分析表明，Ha. axyridis在第1至2周期间支持了最高的成熟菌体生长速率（RGR=1.38），并在整个观测期内维持较高水平。P. quatuordecimpunctata虽然在某些时间段表现出较高的幼年菌体RGR，但其成熟菌体的绝对数量远低于Ha. axyridis。C. montrouzieri在任何阶段均未表现出成熟的生长曲线。

讨论与结论

讨论部分总结

研究证实He. harmoniae对Ha. axyridis具有极高的偏好性。尽管P. quatuordecimpunctata属于同一族（Coccinellini），但其仅支持有限的菌体发育，而分类学距离较远的C. montrouzieri（Azyini族）则完全不支持成熟发育。这一模式符合“一宿主一寄生虫”（One-Host-One-Parasite, 1H1P）模型，表明He. harmoniae在生理或行为层面已高度适应Ha. axyridis。菌体分布的空间异质性可能受寄主表皮微观结构、化学组成或黑色素模式的影响，而非单纯的角质层厚度。此外，尽管在野外雄性瓢虫因同性性行为可能携带更高密度的菌体，但在本实验的人工诱导及独居饲养条件下，宿主性别未对感染率产生显著影响。从生物防治角度看，该真菌的高宿主特异性降低了其对非靶标物种的风险，结合其在实验室条件下对宿主的高致死率，显示出巨大的应用潜力。未来的半田间试验应关注越冬聚集期，利用人工感染的源瓢虫在自然种群中传播真菌。

结论翻译

本研究首次基于实验室生物测定分析了He. harmoniae对不同瓢虫种类的寄生现象，包括其宿主种Ha. axyridis及两种非靶标种P. quatuordecimpunctata和C. montrouzieri。实验设计的一个优势在于所有瓢虫个体羽化后年龄一致，消除了与年龄相关的寄生易感性变异。研究结果证实，He. harmoniae能在Ha. axyridis中实现稳健感染及完全发育，在P. quatuordecimpunctata中感染有限，在C. montrouzieri中感染极少且无真菌成熟。这种强烈的宿主特异性，加上先前已证实的对存活率和繁殖力的影响，强调了He. harmoniae作为针对入侵性Ha. axyridis的潜在生物防治剂的潜力。研究人员建议开展涉及更多瓢虫种类的实验室生物测定，并结合结构及化学分析，以充分了解He. harmoniae的宿主范围及非靶标效应，以及寄主角质层特征对He. harmoniae寄生的影响。