金龟甲偏爱选择非寄主植物蓖麻的中毒冒险与求偶补偿的权衡机理

The coevolution between phytophagous insects and plants is a focal point crossed-linked with entomology, botany, and evolutionary biology, etc. Most phytophagous insects avoid non-hosts positively, but the relation between scarab beetles and Ricinus communis is a special exception. On the one hand, both the adults and the larvae are polyphagous plant feeders, but they do not accept R. communis as their host plant and both can be intoxicated after R. communis ingestion; on the other hand, the adults show stronger approaching preference to R. communis than to their common host plants, as the field-planted R. communis can trap and kill scarab beetles. Why does this "suicide behaviour" occur? What biological significance behind this special phenomenon? How to explain it from an evolutionary point? Supported by a previous NSFC project, our team elucidated the behavioural process of this preference, i.e. some components in R. communis volatiles play a role in the mating and courtship behaviour of scarab beetles. Therefore, this project is applicated again, we intend to conduct a profound study via the evaluation of toxic risk after feeding, the bioassay of approaching ability, the behaviour of mating choice, and the observation of courtship behaviour, discover the relation between this preference and the mating behaviour of scarab beetles from the views of morphology, ethology, propagation biology, and chemical ecology, elucidate the mechanism of trade-off between toxic risk and courtship compensation in the approaching preference of scarab beetles to R. communis.

植食性昆虫与植物的协同进化是昆虫学、植物学和进化生物学等学科的交叉研究热点。绝大多数植食性昆虫会主动逃避非寄主植物，但我们发现的金龟甲与蓖麻的关系则十分独特，一方面金龟甲成虫和幼虫均为多食性害虫，但均不以蓖麻为寄主植物，取食后还会中毒死亡；另一方面成虫对蓖麻表现出比对寄主植物更强烈的选择偏爱，田间种植蓖麻可诱杀金龟甲。金龟甲为什么会有这种"自杀行为"？这种现象有何特殊的生物学意义？如何从进化的角度进行解释？本项目组在前一个基金项目资助下，明确了金龟甲偏爱选择蓖麻的行为学过程，发现了蓖麻气味物质可能与金龟甲的求偶交配行为有关。为此，特再次申请立项，拟从取食中毒风险评价、趋向蓖麻能力测定、配偶选择行为和求偶交配行为观察等方面进行深入研究，从形态学、行为学、繁殖生物学和化学生态学等角度解析金龟甲偏爱选择蓖麻与求偶交配行为的关系，探讨金龟甲偏爱选择蓖麻的中毒冒险与求偶补偿间的权衡机理。

本项目选用“植食性昆虫金龟甲与有毒非寄主植物蓖麻”这一独特的研究材料，从形态学、行为学、繁殖生物学和化学生态学等角度，按计划完成了金龟甲对蓖麻取食选择反应及中毒风险评价、趋向蓖麻行为能力与形态特征关系、聚集求偶与异性伴侣选择行为、不同气味场对求偶交配行为的影响、对蓖麻气味和花卉图案的综合反应、不同气味物质大田诱捕效果评价等研究内容。取得了8个方面的研究结果，一是明确了不同金龟甲对蓖麻的不同选择偏好，其中暗黑鳃金龟和铜绿丽金龟对蓖麻的偏好显著强于花生、榆树、苘麻和女贞等寄主植物，而华北大黑鳃金龟则偏好寄主植物。二是排除了金龟甲选择取食蓖麻叶的中毒风险，发现金龟甲在自然条件下基本不取食蓖麻叶片，即使偶然取食或在实验条件下强制取食，仅会造成短暂的麻痹作用，而不会致死。三是探明了暗黑鳃金龟和铜绿丽金龟偏爱选择趋向蓖麻的行为能力，特别是在蓖麻和榆树气味环境中飞行能力和爬行能力显著增强。四是印证了雌成虫是引诱雄成虫聚集的主要原因，而不存在聚集信息素，且蓖麻气味对性信息素具有增效作用。五是证明了蓖麻气味场有利于2种金龟甲的聚集求偶，可大幅度提高雌雄成虫的抱对率。六是探明了视觉与嗅觉信息的综合作用，发现视觉与嗅觉信息共存时，铜绿丽金龟两性成虫均主要依赖气味信息搜索蓖麻叶片，暗黑鳃金龟雄虫也主要依赖嗅觉信息，雌成虫则既能依赖视觉信息，也能依赖嗅觉信息。七是通过多年多地的大田诱捕试验，优化了可诱捕多种金龟甲两性成虫的引诱剂配方。八是改进了多种生物测定方法，特别是营造植物气味场模拟自然环境的一些装置。项目实施以来，已发表相关论文6篇，另有2～3篇待发表，提出了植食性昆虫适宜“求偶气味场”的概念，丰富了昆虫与植物相互关系的有关理论，对于发展金龟甲诱杀产品与技术，变地下害虫地上防控也具有重要的实践意义。在人才培养方面，有1名博士和2名硕士以此项目研究结果为基础，撰写了学位论文。