地上-地下生物的相互作用決定群落的組成和生物多樣性。雖然大多數(shù)昆蟲一生均生活在地上，但一些昆蟲同時具備地上地下兩個生活史階段（如地上成蟲和地下幼蟲），那么，群落內(nèi)同種或異種地上地下昆蟲之間的相互作用是怎樣的？它們是如何通過種內(nèi)或種間互作維持群落組成和多樣性的？寄主植物是如何影響這些同種或異種地上地下昆蟲之間的相互作用的？這些問題是目前種群生態(tài)學(xué)和群落生態(tài)學(xué)關(guān)注的熱點(diǎn)。
近年來，中國科學(xué)院武漢植物園丁建清研究組以大戟科植物烏桕（Triadica sebifera）和同時具有地上（成蟲）和地下（幼蟲）兩個生活史階段的紅胸律點(diǎn)跳甲（Bikasha collaris）為對象，揭示了同種地上地下昆蟲的種內(nèi)互作關(guān)系（Huang et al., 2012, Ecology）和調(diào)節(jié)昆蟲互作的化學(xué)機(jī)制（Huang et al., 2013, Proc R Soc B）。最近，課題組在此基礎(chǔ)上，通過田間監(jiān)測、室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)和化學(xué)物質(zhì)分析，進(jìn)一步研究群落內(nèi)多種類型地上地下昆蟲的互作關(guān)系及其內(nèi)在的化學(xué)調(diào)節(jié)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)種內(nèi)促進(jìn)和種間抑制是決定群落地上地下組成和多樣性的關(guān)鍵。同種昆蟲地上和地下之間相互促進(jìn)，表現(xiàn)為地上成蟲的取食提高了地下幼蟲的存活率，地下幼蟲提高了地上成蟲的取食率。然而，異種地上地下昆蟲相互作用較為復(fù)雜，但總體上表現(xiàn)為相互抑制。地上咀嚼式口器昆蟲（包括專食性昆蟲和廣食性昆蟲）均顯著抑制異種地下昆蟲的存活率，而刺吸式口器昆蟲對地下昆蟲無顯著影響；地下昆蟲對異種地上昆蟲的生長發(fā)育均顯著抑制�；瘜W(xué)分析進(jìn)一步表明植物地上和地下組織中的單寧含量與昆蟲發(fā)育存在顯著的負(fù)相關(guān)，可能參與調(diào)節(jié)了不同類型地上地下昆蟲的互作關(guān)系。
這項(xiàng)研究表明，在具有多種類型地上地下昆蟲的群落中，同種昆蟲地上和地下之間的相互促進(jìn)作用對于維持昆蟲種群具有重要意義，而異種昆蟲地上和地下之間的相互抑制則又限制了這些昆蟲（同時具有地上和地下生活史）種群的擴(kuò)張。因此，這種種內(nèi)促進(jìn)和種間抑制關(guān)系維持了地上地下群落的穩(wěn)定和物種的多樣性。該研究結(jié)果對農(nóng)業(yè)地下有害昆蟲的治理以及入侵植物的生物防治也具有重要的指導(dǎo)意義。
相關(guān)研究成果在線發(fā)表于Nature Communications，黃偉博士為文章的第一作者。研究分別得到了國家“973”計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院外籍研究員計劃和美國國家自然科學(xué)基金等的資助。
多種類型地上地下昆蟲相互作用關(guān)系圖
