植物挥发性物质介导的地上地下昆虫互作关系研究

The interaction of aboveground (AG) and belowground (BG) herbivores forms the basis and shapes the community structure for AG and BG subsystems. These plant-herbivore interactions may affect herbivore structure, determine biological diversity and further maintain the ecosystem stability. Upon herbivore attack, plants employ defense responses by releasing herbivore-induced plant volatiles. However, it’s undefined that the interaction mechanism of AG and BG herbivores mediated by volatiles. In this study, we will illuminate the effect of belowground insects on behavior and oviposition of aboveground insects by insect behavior and field control experiment, analyse the chemical communication between above- and belowground insects by GC-MS and electrophysiology, reveal the later ecology effect of AG and BG chemical communication by physiological and biochemical analysis of plant and BG herbivores. These findings will contribute to a better understanding of the potential mechanisms of AG-BG interactions and the adaptations of coexistence and community to induced plant responses.

地上昆虫与地下昆虫的相互作用在地上地下生态系统的互作关系中发挥极其重要的作用，其中植物挥发物是影响这种互作关系的关键因子。目前，关于植物挥发物介导的地上地下昆虫相互作用的研究往往集中于异种昆虫之间，我们的研究表明，地下昆虫对同种和异种的地上昆虫产生不同的行为反应，而植物挥发物介导的种内和种间的地上地下昆虫的互作机制尚不明确。为此，我们拟以乌桕-红胸律点跳甲-乌桕卷象为体系，通过昆虫行为学和田间控制实验研究地下昆虫对同种和异种的地上昆虫行为影响的基础上，利用挥发物的分析、电生理学测定及挥发物的调控实验深入分析同种与异种的地上地下昆虫的化学通讯，并结合植物和地下昆虫的生理生化分析，探讨地上地下昆虫化学通讯的生态效应。研究结果有助于系统阐明植物挥发物介导的地上地下昆虫的互作关系，揭示植物化学物质在调节地上地下昆虫种群动态方面所起的作用，对农业害虫的综合治理尤其是地下害虫的防治具有重要的指导意义。

植食性昆虫诱导的植物挥发物影响地上地下昆虫的互作关系。地下昆虫通过改变地上挥发物，能拓展与同种和异种的地上昆虫的互作能力。我们以乌桕-红胸律点跳甲（简称跳甲）为对象开展研究。跳甲是取食乌桕的专食性昆虫，幼虫危害乌桕的根，成虫危害乌桕的叶。首先通过行为选择实验研究跳甲地下幼虫取食对跳甲地上成虫的行为影响，其次研究地上成虫的吸引作用对地下幼虫的影响，最后通过GC-MS和电生理实验鉴定对成虫具有引诱作用的活性物质，并通过田间实验进行验证。室内和同质园实验结果表明，跳甲幼虫诱导的叶部挥发物吸引同种的跳甲成虫，趋避异种的专食性昆虫乌桕卷象，而地下线虫侵染植物没有这种效应。跳甲成虫取食叶片会增加根部营养物质，降低根部次生防御物质，从而促进跳甲幼虫的生长发育。因此，同种的幼虫和成虫通过操控寄主植物，可以增加地上成虫的聚集和地下幼虫的取食。总结：同种的地上地下昆虫的互作，通过增加同种昆虫数量，降低异种昆虫的数量，从而影响根际和叶际昆虫的种群结构。同时，地下昆虫通过改变地上挥发物及与地上昆虫的互作关系，从而从中受益。