物種間競爭是一種自然界普遍存在的現象。然而，近日發表于《自然—通訊》的一項論文成果證實，昆蟲也懂“合作共贏”。

中國農業科學院植物保護研究所(以下簡稱植保所)研究員李云河團隊揭示，以水稻為寄主的兩大害蟲——二化螟和褐飛虱，能夠協力應對水稻抗蟲防御機制，從而實現“互利共存”的生態策略。

不只是競爭

物種競爭，主要指不同物種利用同一相對短缺資源或空間時出現的生存斗爭現象，其結果是不同個體間相互施加不利影響。

論文通訊作者李云河告訴《中國科學報》，從達爾文時代起，競爭就一直是生態學和進化研究的焦點。

“基于物種競爭理論，一般認為，在同一寄主植物上取食的不同昆蟲種間普遍存在‘競爭排斥’關系。一種昆蟲為害植物，可誘導植物產生防御反應，例如產生抗蟲代謝物質，這種代謝物質往往對同種昆蟲及其他種昆蟲均產生負面影響。”李云河說。

隨著研究深入，傳統物種競爭理論受到挑戰。

論文第一作者、植保所已畢業博士劉清松介紹，近年來少數研究發現，共享同一食物資源的物種可能進化為“協作互利”關系，但這種關系多存在于微生物之間。

李云河認為，昆蟲作為動物界最大、環境適應能力最強的一個類群，理論上共享同一寄主植物的不同昆蟲種間同樣能進化為“互利”關系。但長期以來一直沒有相關報道。

李云河團隊長期從事水稻—害蟲相互作用研究工作。近年來，他們圍繞水稻防御和害蟲反防御兩方面，系統研究了水稻介導的兩大害蟲二化螟和褐飛虱及其天敵的多重種間關系。

前期研究中，該團隊發現，褐飛虱偏愛在二化螟為害的稻株上取食和產卵。這是因為二化螟為害的水稻組織中游離氨基酸含量顯著提高，而一些不利于褐飛虱生長發育的甾醇類物質含量顯著降低，顯著促進褐飛虱生長發育。

進一步研究發現，二化螟為害水稻后還為褐飛虱卵提供了規避寄生蜂的庇護所。二化螟誘導水稻釋放的揮發物對褐飛虱卵寄生天敵稻虱纓小蜂具有顯著的排斥作用。褐飛虱通過與二化螟共享寄主，可顯著降低其卵被稻虱纓小蜂寄生的風險(被寄生率降低50%~80%)。

“這些結果促使我們進一步探究褐飛虱是否也能協助二化螟實現對水稻的反防御，使二者形成種間‘互利’關系。”李云河說。

兩大害蟲的互利共贏

該團隊進一步研究了水稻介導的褐飛虱、二化螟及天敵稻螟赤眼蜂的多重種間關系及機制。論文共同第一作者、植保所博士生胡曉云介紹，他們首先開展了室內生物測定試驗，通過設置不同的蟲害處理組合，研究蟲害誘導的水稻對二化螟或褐飛虱各自生長發育的影響。

而對于二化螟的產卵試驗，他們也開展了田間試驗來模擬驗證溫室產卵試驗結果，結果表明二者具有一致性。

“這些試驗均從生態學的角度解釋了二化螟與褐飛虱之間的互作關系。同時，基于兩種昆蟲的取食特點，結合生態位理論，可以很好地從生態學角度闡釋兩種昆蟲互利關系的生態基礎。”胡曉云解釋說，二化螟為鉆蛀性害蟲，在水稻莖稈內取食;而褐飛虱主要刺吸水稻莖葉汁液。二者雖然在同一稻株上取食，但所利用資源不同，生態位分異。這是導致兩種昆蟲間不存在競爭，反而進化了互利關系的生態基礎。

試驗結果表明，當二化螟單獨為害水稻時，水稻迅速啟動防御反應，相關防御基因(茉莉酸和蛋白酶抑制劑等)顯著上調，重要抗蟲防御物質蛋白酶抑制劑迅速累積，對二化螟幼蟲的生長發育產生顯著負面影響。

然而，當褐飛虱與二化螟共同為害水稻時，可顯著抑制二化螟為害誘導的水稻防御反應，相關防御基因下調，蛋白酶抑制劑含量也顯著下降，完全消除對后來二化螟幼蟲適合度的負面影響。

同時，他們發現，二化螟雌成蟲進化了積極利用這一適合度利益的產卵策略，即當無褐飛虱存在情況下，二化螟雌成蟲躲避其幼蟲為害的稻株，傾向將卵產在健康稻株上;而當褐飛虱存在情況下，二化螟成蟲更偏愛在褐飛虱單獨為害或二者共同為害的稻株上產卵。

進一步研究發現，二化螟幼蟲為害及其成蟲產卵可誘導水稻釋放大量信息揮發物，吸引稻螟赤眼蜂;而褐飛虱的加入為害，可改變水稻揮發物的組分及含量，降低對稻螟赤眼蜂的吸引作用，甚至逆轉為排斥作用，使二化螟卵被寄生率分別降低45%和32%。

“這些結果表明，褐飛虱和二化螟共同為害水稻，不僅削弱了水稻的直接抗蟲防御反應，也影響了水稻的間接防御反應。”李云河說。

提供害蟲防治新思路

李云河表示，二化螟和褐飛虱均為植食性害蟲，水稻作為其共同的食物資源而介導了二者之間的相互作用。一般來說，同種昆蟲之間可以通過多種方式進行相互識別和交流，而異種昆蟲間鮮有直接相互識別的例子。

“該發現進一步豐富了我們對蟲害誘導揮發物功能的認知。該研究在理論方面有助于深入理解植物介導的昆蟲種間協同進化機制，在實踐方面對害蟲防控也有重要意義。比如，我們可以鑒定出影響褐飛虱產卵的揮發性物質，開發褐飛虱產卵引誘劑和排斥劑，用于防治褐飛虱。”李云河說。

團隊還發現稻縱卷葉螟和二化螟、稻縱卷葉螟和褐飛虱之間不存在互利關系。“究其原因，應該是不同昆蟲間生態位重疊度不同。”劉清松說。

二化螟和褐飛虱進化了協作調控水稻防御反應，提升稻株營養成分，抑制防御物質產生，互助提升生存適合度，從而實現種間“互利共存”。

“這一發現打破了人們對共享寄主昆蟲種間競爭排斥關系的普遍認知。同時，拓展了物種‘生態位分異理論’的內涵，為科學制定害蟲生態防控新策略和新技術奠定了重要理論基礎。”李云河說。(記者 李晨)

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