生存和发展的Lycorma delicatula常见的二级主机上(半翅类:Fulgoridae)受控条件下植物不同的生命阶段

介绍

一旦小说入侵物种成为建立在一个新的区域,影响因素蔓延到周围的景观变得特别突出。为杂食性的昆虫,可用寄主植物在许多生态系统丰富,而主机偏好和使用模式在这些生态系统会出现变量和深邃。发现lanternfly (SLF),Lycorma delicatula(白色)(半翅目:Fulgoridae),是一种杂食性的phloem-feeding物种建立在美国开始在伯克郡的PA (1)确认的14个州人口现在(2)。发现lanternfly损害——包括从直接影响进食,如失去活力,干枯死,和间接损害从乌黑的蜜汁排泄引起光合能力降低模具增长(3)- - -非常关心特色作物种植者。风险最高的经济损失winegrapes (葡萄l .(至关重要:葡萄科)),用于生产葡萄酒,葡萄干和葡萄籽油(4)。报道来自中国、韩国、和宾夕法尼亚州揭示SLF损害更多的水果,蔬菜,和树坚果作物(5- - - - - -7)。从外来物种风险敏感作物可以特定区域由于当地生物和非生物条件,重要的是要理解每个入侵地区的主机使用模式。

虽然SLF可以充分发展和繁殖树的天堂,臭椿altissima(机)。击打(无患子目:苦木科)(8),SLF健身喂养在其他植物物种比较复杂。没有臭椿,SLF开发成人可以选择饮食一个主机组成的植物物种,虽然整体健身更大当多个植物物种是可用的(9- - - - - -11)包括臭椿(11,12)。分子肠道内容分析显示SLF吃各种各样的物种在他们的开发(13- - - - - -15)。这些结果表明SLF访问多个主机优化开发和收集必要的营养物质可能缺席他们的首选主机,臭椿,或者他们需要多个植物物种生存和发展获得充足的营养(9)。,SLF上观察到的许多植物物种在他们的开发(16- - - - - -18)。发现lanternfly被认为有其广泛的宿主范围在1^圣龄阶段,这个范围越来越窄,脱毛后生活阶段。发现lanternfly仙女和成人在葡萄树和在美国东部森林树种普遍(7,17,19)。

植物物种与葡萄树生长的习惯通常包含木本和草本组织的混合物。因此,所有SLF生命阶段可以利用植物的不同部位来访问韧皮部。所有SLF阶段一直在观察喂养winegrape和毒葛(漆树科radicans(l)Kuntze(无患子目:Anacardiaceae)),而其他葡萄品种观察作为饲料来源1^圣和2^nd龄只有尽管整整一年的可用性(7)。额外的葡萄品种种植特色作物,如黄瓜、圆叶葡萄葡萄,啤酒花,猕猴桃,报告SLF主机,尽管SLF利用这些物种在美国还不清楚(7,11,20.,21)。然而,SLF被认为是害虫的猕猴桃(猕猴桃对木板。(杜鹃花目:猕猴桃科),的行为。deliciosa(答:Chev。)c . f .梁& a·r·弗格森(杜鹃花目:猕猴桃科))在中国和韩国22- - - - - -25)。

SLF造成经济损失的风险我们果园作物的担忧(26),虽然他们大多数作物包括果园害虫潜力仍然可以理解(27)。发现lanternfly是苹果在中国的报道害虫(张小1992,1993),但是李et al。(28)报道SLF无法进入韧皮部阶段的苹果和桃子植物组织通过EPG,显示低这些主机上仙女和成人的生存。然而,高SLF成年人已观察到的数量和我们周围果园(29日,30.)。进一步的研究澄清他们的主机状态是有效的,特别是在混合环境中主机的饮食。

本研究的目的是探讨SLF利用潜力和发展单一和混合培养的饮食特色作物和野生寄主植物。我们量化SLF种植木本藤蔓主机上生存超过两周的时间对早期和晚期若虫龄和成人。我们也使用winegrape和黑胡桃木作为主要的主机评估生存和发展常见物种SLF当前的地理范围。这项研究的结果将增加我们的理解SLF主机上使用和每个人生阶段的营养需求。

材料和方法

两周的生存特色作物

三个农作物评估作为SLF单一饮食:“级联”跳,忽花布l .(罗萨莱斯:Cannabaceae)(大湖啤酒花);圆叶葡萄winegrape,葡萄属rotundifoliaMichx。var。卡洛斯(至关重要:葡萄科)(Catersville威利斯果园,GA);和猕猴桃,猕猴桃sp。(杜鹃花目:猕猴桃科)(在阿巴拉契亚水果研究站(误判率))。猕猴桃,的行为。deliciosa“海沃德”幼苗嫁接上的行为。对“探戈”(PP32,617)和授粉的行为。对“男人”。天堂的树被用作控制。臭椿植物从field-collected萨马拉斯,分层在冰箱的5 - 7°C两个月。种植前,翅膀被移除,萨马拉斯的其余种子浸泡在水中18 h。种子被种植在一个托盘和放置在一个环境室(25°C,十六L: D)发芽。一旦幼苗长出叶子,他们被移植到0.6 L锅和搬到温室维护。健康的树木被移植到2.7或6.5 L锅。所有的植物实验使用误判率保持在一个温室,USDA-ARS, Kearneysville,西弗吉尼亚州的高度~ 50厘米(8,11)。在每个试验中,植物被运送到一个隔离温室德特里克堡MD和放置在一个笼子里(W32.5 x D32.5 H77.0厘米,680µm孔网,BugDorm-4S3074昆虫饲养笼,MegaView科学有限公司、台湾)。每个笼子里安置一个寄主植物在6.5 L锅水碟。18 L网袋上碟,锅和安全的核电站周围的拉链,围着防止SLF落入水池。五十早龄期仙女(1^圣和2^nd末龄幼虫),25龄仙女(3^{理查德·道金斯}和图4^th龄),或十pre-reproductive或繁殖成年人SLF引入每个笼子里使用直接从温彻斯特个人收集,弗吉尼亚州(蚜虫许可p562p - 18 - 03369, p526p - 21 - 04099)。早龄期试验进行了2020年6月和7月(10 - 32°C,平均气温:20.3°C, 41 - 95% RH,平均相对湿度:59.4%),2021年5月(17 - 30°C,平均气温:21.3°C, 22 - 92% RH,平均相对湿度:55.2%);七月和八月末龄试验2020 (10 - 32°C,平均气温:18.7°C, 40 - 78% RH,平均相对湿度:57.2%),2021年7月(17 - 33°C,平均气温:22.2°C, 44 - 98% RH,平均相对湿度:67.5%);pre-reproductive成人试验进行了2020年9月(6 - 34°C,平均气温:16.3°C, RH 35 - 90%,平均相对湿度:62.0%),2021年8月(17 - 33°C,平均气温:21.8°C, RH 45 - 100%,平均相对湿度:73.1%),2021年9月(16 - 32°C,平均气温:20.4°C, 47 - 100% RH,平均相对湿度:75.2%);2021年10月中旬开始繁殖成年人试验(16 - 35°C,平均气温:19.4°C, 26 - 98% RH,平均相对湿度:61.8%)。

所有试验进行了与自然的昼长。昆虫观察14天,在此期间死亡人数SLF记录和删除每2 - 4天。后14天,幸存的SLF被确认的数量。六个笼子初龄幼虫(N = 300),六个笼子的末龄幼虫(N = 150),五个笼子pre-reproductive成年人(N = 50),和三个笼子的繁殖成熟的成年人(N = 30)为每个主机进行评估。生存的差异分布在每个人生阶段评估使用kaplan meier和log-rank (Mantel-Cox)测试成对比较(α= 0.05)使用Bonferroni调整为多个比较(31日)和Cox比例风险比率(人力资源)来评估瞬时死亡的风险。所有的测试进行了R统计软件(v2.4.2;32使用基础),生存(33),survminer(34)包。

生存和发展winegrape和黑胡桃木支持饮食

以下植物维持在30 - 50厘米高在2.7 L锅用于单一和混合植物物种的饮食试验:培养winegrape,葡萄l . var。雷司令(Amberg Winegrapes LLC克利夫顿,纽约);黑胡桃木,胡桃黑质l .(山毛榉目:胡桃科)(冷流农场,自由的土壤,MI);苹果,马吕斯有明显Borkhausen溢价(罗萨莱斯:蔷薇科)var。密脆(亚当斯县苗圃,胪列其它,PA);桃子,碧桃(l)等(罗萨莱斯:蔷薇科),var。信实(CA)戴夫•威尔逊托儿所·海克曼;银枫,宏碁saccharinuml .(无患子目:无患子科)(冷流农场,自由的土壤,MI)。臭椿生长如前所述(8,11)和维护在2.7 L锅在30厘米高。

发现lanternfly蛋质量领域被删除从树上收集(弗吉尼亚州温彻斯特)冬季(1月/ 2月)。鸡蛋的质量在通风存储在环境条件举行4 - 8周,带到检疫设施和在生长室举行10°C至进入孵化的温室。三十新生儿SLF 1^圣龄仙女(< 48 h老)引入到笼子里(W32.5 x D32.5 H77.0厘米,680µm孔网,BugDorm-4S3074昆虫饲养笼,MegaView科学有限公司、台湾)包含两个盆栽植物。实验饮食评估:1)winegrape / winegrape;2)winegrape /苹果;3)winegrape /桃子;4)winegrape /银枫;5)winegrape /臭椿;6)winegrape /黑胡桃木;7)黑胡桃木/黑胡桃木;8)黑胡桃木/苹果;9)黑胡桃木/桃子; 10) black walnut/silver maple; and 11) black walnut/tree of heaven. Each treatment was replicated three times. All cages were started as neonates emerged, between 1^圣和29^th2021年4月,在温室自然昼长下举行。植物取代必要的基于植物健康的主观评价,包括大量的蜜汁,黄色和树叶或可见的微生物增长下降。我们更换工厂平均每三周为1^圣- 3^{理查德·道金斯}当4龄幼虫和每2周^th龄和成人。生存和发展记录每周3次,直到所有个人在笼子里死了。发展是由视觉评估项个人生活和收集的昆虫尸体和若虫脱毛。脱毛和体型是用来确定每个昆虫,因为他们的人生阶段进展通过若虫龄阶段。

当发现死,成年女性被收集到95%乙醇和储存在-20°C。解剖、腿和翅膀从标本,标本成像和分析使用一个Amscope SM-3T立体显微镜和相机。侧和腹侧方面的所有标本的腹部被成像来捕获这些地区的黄色区域显示,从而增加SLF雌性繁殖成熟(30.)。成像标本保存在95%乙醇室温到解剖。因为干燥标本并显示一些退化从之前曝光的初始集合,然后他们被浸泡在200µl甘油的混合物1000µl 1×杜尔贝科的磷酸盐溶液在室温下解剖前24小时。卵巢发育评分等级使用修改后的基于尼克松et al。(11),这样女性被评为:(1)previtellogenic-I(0 - 1未成熟卵母细胞/卵巢管检测;卵巢未开发,明亮的白色);(2)previtellogenic-II(> 1未成熟卵母细胞/卵巢管检测;明亮的白色);(3)vitellogenic-III(卵巢更发达,多个字符串的卵母细胞;米色,黄色的颜色);(4)vitellogenic-IV(卵巢包含许多鸡蛋;鸡蛋没有完全泛黄,而不是全尺寸,没有硬/加厚表面);(5)postvitellogenic(鸡蛋充满黄色蛋黄;表面硬化。 Specimens were also examined for any evidence of having been mated (i.e., for whole or pieces of a spermatophore). Bursa copulatrix development was scored as follows: (I) undeveloped, thin exterior wall; (II) somewhat developed, exterior wall somewhat thickened; (III) features of (II) plus a honeycomb structure visible on wall; (IV) features of (III) plus crystals apparent inside. Bursa copulatrix sclerotization was scored as follows: (I) No sclerotization; (II) minor sclerotization, tan or light brown; (III) highly sclerotized, dark brown; (IV) highly sclerotized with black marks present. Survivorship was analyzed using a Kaplan–Meier analysis with pairwise comparisons (α = 0.05) using the Bonferroni adjustment for multiple comparisons. Development times of each life stage were compared using ANOVA with Tukey’s HSD (honestly significant difference) for mean separation. Analysis was conducted using the base,生存(33),survminer(34)R包(32)。

结果

两周的生存特色作物

总的来说,若虫SLF死亡的风险降低喂养在任何单一的寄主植物与成人SLF相比,生殖成熟的成年人有死亡风险最大的(图1;早期的仙女:HR = 1,后期仙女:人力资源(CI) = 0.95 (0.86 - -1.05) p = 0.331;pre-reproductive成年人:人力资源(CI) = 1.18 (1.01 - -1.37), p = 0.036;繁殖成熟的成年人人力资源(CI) = 2.36 (1.9 - -2.91), p < 0.001)。由寄主植物,臭椿喂养主机最低的机会举行死亡SLF所有生命阶段,随后,在秩序,啤酒花,麝香葡萄葡萄,猕猴桃(图1;臭椿:HR = 1;“级联”啤酒花:人力资源(CI) = 1.48 (1.3 - -1.7), p < 0.001;麝香葡萄葡萄:1.78 (1.57 - -2.0,p < 0.001;猕猴桃:人力资源(CI) = 2.89 (2.55 - -3.3), p < 0.001)。

早期幼虫的存活率(1^圣和2^nd)龄超过两周内最高臭椿和啤酒花(> 65%),其次是麝香葡萄葡萄(< 40%)和新西兰(< 10%)(图2一个;χ²df = 3 = 343, p < 0.001)。生存对后期仙女,当以臭椿最高,生存在圆叶葡萄明显高于猕猴桃或者跳(图2 b;χ²df = 3 = 86.3, p < 0.001)。后期仙女大于75%存活在所有主机,直到第十天,后跟一个急剧下降的生存在过去的四天。Pre-reproductive成年人只存活在臭椿在14 d(> 90%),提供稳定的生存概率下降时给其他三个主机上的物种,以不到25%的存活14天(图2 c;χ²df = 3 = 66.5, p < 0.001)。繁殖成年人SLF实质的早期死亡开始4天;成年人吃麝香葡萄葡萄和酒花4天后< 40%的生存概率。虽然臭椿SLF持续生存,SLF喂养另一方面宿主植物的生存概率有显著降低(图2 d;χ²df = 3 = 59.8, p < 0.001)。

生存和发展winegrape和黑胡桃木支持饮食

所有主机组合支持通过成年除了winegrape / SLF发展桃饮食没有SLF完成开发4^th龄阶段。在其他的治疗方法中,四个饮食winegrape / winegrape winegrape /臭椿,winegrape /核桃,和胡桃木/臭椿总体存活率最高,其中包括在若虫和成虫阶段(时间图3;χ²df = 10 = 279, p < 0.001)。这些饮食治疗的比例最高SLF仙女活到成年,成年后生活大大延长(表1;F_9日,180年= 6.74,p < 0.001,方差分析)。成人SLF美联储的饮食winegrape只有和winegrape /臭椿存活超过6周(46.5±5.5 d和45.2±5.9 d,分别)。虽然总蛹的开发时间是一个重要因素,在治疗没有成对差异表1;(F_9日,180年= 2.54,p = 0.009,方差分析表1)。主机饮食治疗SLF最高的生存也有较低的平均发展时期,全球平均水平88.4 d平均与92.7 d。主机饮食总体存活率最低的百分比生存到成年,成年后和生存是黑人walnut-based饮食:胡桃木/桃子,胡桃木/苹果,胡桃木/枫木、胡桃木/核桃。按照比例风险分析方面的生存率较排名治疗组合,所以没有显示。

在每个人生阶段,没有龄周期之间的关系,总开发时间(表2)。一般来说,SLF花了短时间的龄期阶段花了更长的时间在第二个龄期阶段。也是如此的SLF较长的发展时期龄较短二龄时期。开发第三龄阶段的长度并不是不同的饮食治疗,虽然最后pre-imago阶段是最变量,从22.9 - -34.9 d,平均26.33±0.35。

共有76名成年女性SLF解剖生殖发育评估,其中18太退化为一些分数,但并不是所有的参数。其中,只有一女(从winegrape /臭椿饮食治疗)是交配。繁殖最发达的女性发生在幼虫的饮食最优惠的发展:winegrape /臭椿(Previtellogenic-I: 5女性;Previtellogenic-II: 9;n = 18),胡桃木/臭椿(Previtellogenic-I: 8雌性;Previtellogenic-II: 3, Vitellogenic-III: 4;n = 21), winegrape /核桃(Previtellogenic-I: 8雌性;Previtellogenic-II: 11;Vitellogenic-III: 1;n = 20) (表3)。没有完全成熟雌性卵巢或卵母细胞。十二个女性(18.5%)获得了分数囊copulatrix (III)的发展,虽然七得分(II),其余部分得分(我)(表3)。五只雄性从核桃治疗,但没有可供解剖女性。

讨论

这些结果证实,扩大文学SLF健康之间的关系,以共同特色作物和美国东部的野生树种。评估SLF生存在三个葡萄特色作物在两周了猕猴桃的寄主作物龄期和季节,pre-reproductive成人生存,而啤酒花植物一样好臭椿对早龄期生存的仙女。在开发研究中,SLF生存和发展最快的利率最高的饮食winegrape / winegrape winegrape /核桃,或者搭配臭椿的物种。发现lanternfly喂养的桃子,枫和apple-paired治疗低利率的生存到成年,即使配上首选的寄主植物,winegrape。黑胡桃木的饮食通常不支持的重要发展SLF单独或结合第二个植物物种,除非搭配winegrape或臭椿,突显出错综复杂的SLF营养需求。女性生殖与发展和生存发展呈正相关参数。SLF增长的特殊营养需求,开发,和生殖成熟仍然是难以捉摸的。

若虫发展总长度数值短了更高质量的配对但没有统一的模式在每个龄期阶段。在其他半翅类昆虫害虫物种,主机质量发挥了重要作用,幼虫的孵若虫期和生存的长度,在高质量的减少龄周期长度(例如,35- - - - - -37),包括入侵Halyomorpha halys(“斯太尔)(半翅目:Pentatomidae)类似的单一和混合饮食研究显示主机提供高生存和短如桃发育时间(38)。而不成熟的总开发时间SLF饮食治疗没有明显不同,存活到成年的个体数量及其后续寿命强调主持人的角色SLF健身质量。这里,SLF寿命和耐寒性受损时没有得到臭椿或winegrape。搜索主机提供足够的营养可能是一个主要原因SLF中观察到的分散和整个景观(29日,39,40)。

虽然营养是可能的一个关键因素,结果发现在这里也可以归因于特定昆虫和植物的生理特性。本研究中使用的奇异植物(的行为。deliciosa“海沃德”嫁接上的行为。对“探戈”)vine-like增长与青春期的茎和被绒毛的叶子。第一和第二SLF龄可能不具备长鼻的长度足以通过植物的物理防御(41)。其实后来的龄期,仙女猕猴桃和成人更好地存活下来,可能部分由于较大的口器。的叶和茎特征常见的猕猴桃,的行为。对无毛,这么早龄可以利用葡萄更广泛种植猕猴桃的物种(42)。

工厂规模也可能影响SLF成人的生存。发现lanternfly花费了大量的成人阶段喂食和往往是发现树干的树,不像仙女从较小的直径树枝和访问韧皮部草本植物材料(39)。这些观察结果表明,较大,木本植物可能产生resource-to-energy费用比率大于草本植物,优势SLF晚期阶段可以利用。因此,30厘米高,年轻的植物材料在这个温室研究可能没有包含足够的韧皮部体积惊人的摄食行为的成年人和生存的影响,尽管我们试图弥补这种可能性工厂更换频繁。尽管先前的温室研究表明SLF可以复制这些较小的树(8),在这里,只有一个女性交配,没有发育完全的卵巢虽然有些成年人生活超过6周。这可能是由于部分的条件这些SLF举行。研究旨在开发一个抚养协议入侵物种,雌性繁殖更可靠地提供一个产卵基质如臭椿日志和在生长室举行12 l: 12 d和(24°C: 13°C)相比,那些在温室自然光线和温度在21 - 25日之间°C(类似于我们的实验条件)或在生长室16 l: 8 d和~ 24°C (8)。我们的实验设计没有确保成年男女比例相等,因此进一步的研究来评估这些饮食SLF生殖发育的影响是需要澄清的问题交配和繁殖的成熟度。

然而,我们可以向他人说明这项研究的结果。和其他人一样,我们继续看到低发展的成功和生存SLF苹果和桃子植物,建议大SLF观察到果园的可能少比最初认为的一个问题。尽管如此,中国的研究人员报道损害桃树SLF (21,43),和其他最近发现,喂食SLF在年轻,non-bearing桃树冻害导致增加下面的弹簧(LJN,个人观察)。然而,随着SLF不生存在桃基于本研究的结果和在其他的研究中,这些影响可能是罕见的(11,28)。

Winegrape仍然是一个关键主机SLF的所有生命阶段。本研究使用普通winegrape,诉酿酒用葡萄“雷司令”。类似的研究评估的效果混合饮食SLF发展使用不同种类的葡萄,葡萄,诉rotundifolia(11)。这个物种的果实,也叫做麝香葡萄,吃新鲜的或制成的一种酒。发现lanternfly发展上诉rotundifolia死前只完成开发第三龄(11),类似于winegrape /桃子饮食在当前的研究中。SLF抚养诉酿酒用葡萄然而可以充分发展到成年,一些成年人生活超过6周。在综合研究SLF喂养在不同的性能葡萄属种虫害没有发生,这将是保证由于记录损伤和偏好观察各种葡萄品种。

从这个研究结果添加到构建文学SLF可以生存和发展没有什么通常被认为是他们的主要或首选主机,树的天堂。有趣的是,虽然诉酿酒用葡萄仍然是一个好的主机本身,结合某些物种,特别是桃子,不成熟的死亡率增加在第三龄阶段和停止发展。葡萄树物种测试可以维持SLF大约一个星期死亡率较低,但生存可能性在随后的几天迅速下降。虽然臭椿的主要预测合适的栖息地,SLF可能可以发现坚持没有臭椿的地区,但随着winegrape和一个较小的程度上黑胡桃木。一些葡萄园开始把臭椿从树木繁茂的地区,接近他们的葡萄树减少SLF栖息地,这一策略可能不是有效的如果SLF能持续高度的葡萄主机或如果他们能开发成功地在其他未知野生主机,提供源人口散布到脆弱的winegrape等农作物。

数据可用性声明

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。

作者的贡献

所有作者构思,设计,并进行了研究。我,SJ、LN和居进行了实验。我分析数据,进行统计分析,撰写了最初的手稿。TL、担保资金。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

这项工作得到了国家食品与农业研究所(U.S. Department of Agriculture,特色农作物研究倡议,“奖号码2019-51181-30014和USDA-ARS项目# 8080 - 21000 - 032 - 00 - d。

确认

我们想感谢Alyssa Kloos优秀的数据收集,戴安娜谢尔曼帮助隔离温室,凯特琳巴恩斯,Alyssa Kloos和杰西卡·巴雷特种植和维护这个项目免费植物害虫。任何提及贸易名称或商业产品在这个刊物的目的仅仅是为了提供科学信息和不构成推荐或认可美国农业部。美国农业部是一个平等机会提供者和雇主。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

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缩写

方差分析,方差分析;CI,置信区间;EPG,电渗透图;人力资源风险比;RH,相对湿度;SLF发现lanternfly (Lycorma delicatula)。

引用