Predation behavior of Dysdercus cingulatus (Fabricius) at different instars on seeds of Bombax ceiba L.

本研究的野外实验地点位于海南省昌江黎族自治县叉河镇排岸村（19°14′30″N，108°58′38″E），属热带季风气候，年平均气温25.5℃，年降水量1 676 mm（数据来源：海南省气象局，http://www.hainanqx.cn），该区域木棉分布广泛、种群规模大。

木棉种子通常于4月上旬至4月下旬集中成熟，因此，本研究于2025−04−11—17，每天5:30—19:30对离斑棉红蝽取食动态进行全周期连续监测，在排岸村3个被村庄、农田、公路、河流等阻隔的木棉树集中分布区，研究离斑棉红蝽的种群大小及其对木棉种子的取食行为。每个种群的数据记录为1个重复。其中，单只离斑棉红蝽取食单粒木棉种子的行为被视为单独取食；2只以上个体同时取食同1粒木棉种子的行为被视为共同取食。

将5个不同龄级（2龄至成虫）共约250只离斑棉红蝽放入昆虫网箱中，再放入当日新鲜采收的自然凋落且去掉棉絮的木棉种子。观察并记录不同龄级离斑棉红蝽刺吸木棉种子部位。离斑棉红蝽的单粒种子取食时长通常为4～8 h，观察其稳定取食6 h后，用手术剪小心剪断其口器，得到带口器的木棉种子。

将带口器的种子固定于显微计算机层析成像仪（nanoVoxel-3000）样品台。通过XRM Companion软件调整X射线源、样品与探测器的间距，经SIDE CAM软件实时校准使样品居中；关闭舱门后启动扫描，全程保持环境安静无振动干扰。扫描原始数据导入GigaRecon软件完成三维重构，采用Avizo软件开展精细分析，明确口器刺吸路径、深度及对种皮、子叶、胚等种子结构的影响范围。

为明确离斑棉红蝽取食对种子内部结构的影响，制备种子硬组织切片。样品经体积分数70% 的FAA 固定液固定48 h，依次浸入体积分数60%、70%、80%、90%、95%乙醇（每个梯度处理48 h）、100% 乙醇（2 次，每次 12～24 h）完成脱水。脱水后用树脂（KULZER T7200）浸润 15～25 d，调整包埋面后，于光固化包埋机（EXAKT E520）固化12 h。采用硬组织磨片机（EXAKT E400CS），磨平组织面、制备“三明治”结构，经蓝光固化后，切取200 μm切片，经打磨抛光得到20～30 μm厚的硬组织磨片。使用苏木素−伊红高清恒染试剂盒（Servicebio G1076）完成染色，经脱水、二甲苯透明后中性树胶封片。最终用数字切片扫描仪（Pannoramic MIDI）明场扫描成像，通过CaseViewer 2.4软件实现切片1～400倍观察与目标图像截取。

使用R软件的lme4包构建了广义线性混合模型（GLMM）分析龄级对共同取食比例的影响，检验水准设定为α=0.05，P<0.05则认为差异有统计学意义。采用R软件进行数据可视化绘图并制作图表。

从图1可知，各个龄级的离斑棉红蝽之间，共同取食与单独取食偏好在不同龄级之间均无显著性差异，但随龄级增大，离斑棉红蝽单独取食比例呈上升趋势；同一龄级内，2龄、3龄和4龄若虫选择共同取食方式的比例极显著高于对应龄级选择单独取食方式的比例（P<0.01），5龄若虫和成虫的单独取食与共同取食比例接近且无显著差异（P>0.05），说明离斑棉红蝽的单独取食与共同取食行为随龄级变化表现出差异性。

Figure 1.  Predation modes of different instars of Dysdercus cingulatus

为统计不同龄级离斑棉红蝽取食木棉种子部位的差异，将木棉种子以种脊为正面、种孔为上端，将种子划分为八个区域（图2）。

Figure 2.  Predation sites of Bombax ceiba seeds by Dysdercus cingulatus at different instar stages

在各龄级取食种子占各龄级总取食数占比中，取食种子左侧的比例分别为：2龄30.00%、3龄45.45%、4龄48.84%、5龄40.32%、成虫40.54%；取食种子右侧比例分别为：2龄50.00%、3龄34.09%、4龄23.25%、5龄37.09%、成虫35.13%；取食种背下侧比例分别为：2龄14.00%、3龄9.09%、4龄18.60%、5龄14.52%、成虫14.86%，所有龄级均表现出对这3个部位的取食偏好性；距离种子胚结构最近的种背上侧，基本符合随龄级增大，取食此部位比例更小的趋势，比例分别为：2龄6.00%、3龄11.36%、4龄9.30%、5龄6.45%、成虫4.05%；种脊部位只有5龄若虫和成虫取食，分别为2.96%和4.05%。

在对所有龄级的离斑棉红蝽取食数量进行研究时，离斑棉红蝽取食种子左侧、右侧、背部下侧分别占总取食量的40.65%、36.26%和14.28%，这3个部位的取食行为加起来，占总取食行为的91.21%。距离胚最近的背部上侧占总取食数量的6.96%。种脊部位仅占总取食量的1.83%。不同龄级离斑棉红蝽对木棉种子的取食部位具有高度一致的选择性，均集中于远离胚结构的子叶分布区，最大程度规避了对种子萌发核心结构的破坏，且高龄个体对胚区的规避性更强。

种脊是种子腹面的纵棱，为珠柄延伸形成的结构，维管束主要分布于种脊对应的种皮组织中，负责种子发育过程中养分的运输，但被栅栏层与内色素层隔绝于种子内部结构之外；种脊部分是木棉种子种皮最厚也是最坚硬的部分。胚结构位于种子顶端到种子上方约1/3处。子叶位于种子中下部分，高度折叠，并部分延伸至胚芽、胚轴所在区域，但未延伸至胚根区域（图3-A）。

Figure 3.  Anatomical structure of Bombax ceiba seeds

木棉种子胚结构两侧被高度折叠的子叶紧密包裹，子叶肉质且折叠紧密，呈多层折叠状，将胚轴、胚芽等结构包裹其中，形成物理屏障，同时子叶储存的营养物质为胚萌发提供能量，兼具保护与营养双重功能（图3-B）。

木棉种子的种皮由多层特化组织构成，核心为栅栏层，由厚壁细胞组成，细胞壁木质化，硬度极高，可有效抵御机械损伤和生物侵害；但坚硬且木质化的种皮透水性和透气性较差。非种脊部位，种皮结构中维管束不明显，仅在种脊区域可见明显的维管束痕迹（图3-C）。

离斑棉红蝽的5龄若虫与成虫口器发育比低龄级若虫更为完善，刺吸深度更深，故选择成虫与5龄若虫进行观察。分析表明，离斑棉红蝽5龄若虫与成虫单独取食6 h时，均刺吸到木棉种子种皮栅栏层，未穿透内色素层，5龄若虫取食深度略大于200 μm与成虫取食深度略小于400 μm，对木棉种子内部结构无明显影响（图4-A—B）。

Figure 4.  Micro-computed tomography of Bombax ceiba seed predated by Dysdercus cingulatus

5龄若虫和成虫共同取食1粒木棉种子6 h时，口器均完全刺穿种皮，5龄若虫刺入深度略大于600 μm与成虫刺入深度略大于800 μm，能取食到木棉种子子叶等内部结构（图4-C）。

在昆虫与植物种子的取食互作中，取食部位的选择性是决定互作性质（对抗/互惠）的核心因素。前人研究证实，多种植食性昆虫在长期进化中形成了“胚规避”取食策略：优先消耗子叶或胚乳等营养组织，尽量避免损伤胚结构。例如，象甲属（Curculio）主要取食橡种子叶^[14]；蚕豆象（Bruchus rufimanus）幼虫取食豆科（Fabaceae）种子时仅消耗胚乳而不损伤胚组织^[15]；当1粒橡子中取食的象鼻虫（Curculio glandium）幼虫不超过5只时，它们只损伤子叶，而8～10只共同取食导致食物严重短缺时，才会取食胚组织^[16]。

本研究结果与上述胚规避行为类似。离斑棉红蝽对木棉种子的取食部位表现出极强的偏好性：对离胚结构最近的种背上部区域，总取食占比仅为6.96%，且随龄级增大，该部位取食比例占该龄级总取食数的比例更小，从而使胚结构被破坏的概率更低。木棉种子的胚结构位于种子上方1/3处，且胚轴、胚芽等核心生命结构被多层折叠的肉质子叶紧密包裹，形成了天然的物理保护屏障。低龄级若虫因口器未发育完全，即便刺穿种皮也难以触及胚组织；5龄若虫与成虫取食胚所在部位的比例分别仅为6.45%和4.05%，低于2、3、4龄若虫。这可能与高龄虫体搬运种子能力更强、抢夺时体型优势更大、更易“独享”种子有关；而低龄级若虫因体型较小，搬运和抢夺能力不足，常与其他个体共同取食。离斑棉红蝽这种高度特化的取食部位选择策略，与木棉种子独特的解剖结构形成了完美的协同适应，最大程度地规避了对种子萌发关键结构的损伤。

Takakura等^[17]发现，刺槐（Gleditsia japonica）硬种子被豆象鼻虫（Bruchidius dorsalis）取食，造成了物理损伤，但发芽率却更高，原因在于豆象鼻虫对刺槐种子刺吸形成的小孔，成为水分与氧气进入种子的通道。离斑棉红蝽单独取食时，5龄若虫单独取食口器刺入深度约为200 μm，成虫单独取食口器刺入深度约为400 μm，它们的口器均仅刺入木棉种子种皮栅栏层，未刺穿种皮；而木棉种子的种皮核心结构为木质化的栅栏层，该结构由厚壁细胞构成、硬度极高，可有效抵御生物侵害与机械损伤，但透水性与透气性差，是导致木棉种子产生休眠的关键因素^[18]，取食形成的种皮微损伤，恰好弥补了木棉种子非种脊部位维管束稀少、透水性差的缺陷，为种子打破物理休眠奠定了基础。同时，木棉种子的维管束主要分布于种脊部位，其他部位维管束痕迹极不明显，自然状态下水分与氧气难以通过这些部位进入种子内部。离斑棉红蝽的取食行为与豆象鼻虫类似，暗示了离斑棉红蝽取食行为可能对木棉种子萌发有积极作用。

结合刺吸部位来看，离斑棉红蝽绝大多数共同取食行为可能刺吸到木棉种子的子叶部位，有研究证实，莲玉蕊（Gustavia superba）种子不仅能耐受昆虫侵染，且在移除一半子叶储备后仍可成功萌发^[19]，五台山栎（Quercus wutaishanica）种子在切除1/4子叶后，发芽指数甚至显著高于对照，仅在切除1/2以上的子叶时才对发芽产生负面影响^[20]。这些结果都说明，子叶少量营养流失不会直接导致萌发能力丧失。对于共同取食的离斑棉红蝽而言，其口器虽可以刺穿种皮，但木棉种子的胚轴、胚芽等核心结构被折叠紧密的子叶完全包裹，形成了致密的物理阻隔层，胚与种皮最近处约为800 μm，只有成虫刺吸深度虽略大于这个距离，但结合成虫刺吸此部概率仅占成虫取食数量的4.05%，其对木棉胚结构完整性构成的威胁微乎其微。有研究显示，同为红蝽科（Pyrrhocoridae）与锦葵科的取食案例中，始红蝽（Pyrrhocoris apterus）幼虫阶段的口针穿刺能力不足，无法突破同为锦葵科的大叶椴（Tilia platyphyllos）种子^[21]，结合5龄若虫刺吸深度略大于600 μm，更低龄级若虫口器即使能刺穿种皮，也仅能到达子叶，更无法接触到胚结构。木棉种子的子叶保护结构与低龄若虫的口器发育不完全，共同构成了胚结构的双重保护屏障，这一特征使得离斑棉红蝽低龄级若虫即使在口器穿透种皮的情况下，也无法对木棉种子造成较大损伤。

这种非致命性取食的取食策略并非偶然，而是植食性昆虫与寄主种子在长期协同进化过程中形成的适应性特征。在蝽类与种子植物的互作中，取食行为通过打破种子休眠、促进种子萌发，对植物种群更新产生正向调控作用，例如褐曲跗缘蝽（Hyalymenus tarsatus）对德拉蒙田菁（Sesbania drummondii）的取食行为可以提高种子萌发率^[12]；澳洲野生棉（Gossypium sturtianum）和瑟伯氏棉（Gossypium thurberi）被尖长蝽属的Oxycarenus luctuosus、盾蝽科（Scutelleridae）的Sphyrocoris punctellus，以及棉铃象甲（Anthonomus grandis）取食后，澳洲野生棉种子萌发率是未被捕食种子的2～3倍；瑟伯氏棉被昆虫取食后种子萌发率约为未被捕食种子的2倍^[11]。对离斑棉红蝽而言，不同龄级与不同取食方式形成的取食行为与取食深度差异，在满足自身营养需求的同时最大程度保留了木棉种子的结构完整性，而这一特征印证了刺吸式种子植食昆虫与寄主植物在长期协同演化中可形成非致死性的互惠互作关系。

本研究采用野外调查、木棉种子解剖及显微计算机层析成像技术，明确了不同龄级离斑棉红蝽对木棉种子的取食行为差异。结果表明：取食行为存在显著的龄级分化——2至4龄若虫以共同取食为主，5龄若虫和成虫的单独与共同取食比例无显著差异，且整体单独取食比例随龄级上升呈递增趋势。所有龄级的取食部位高度一致，均精准规避胚区，集中取食种子左侧、右侧及背侧下部（占总取食行为的91.21%），其中高龄个体对胚结构所在区域的规避性更强。取食深度受龄级与取食方式共同影响：单独取食时，5龄若虫和成虫仅刺入种皮栅栏层；共同取食时，二者可刺穿种皮取食子叶，但对胚结构的威胁较小。综上，离斑棉红蝽不同龄级分化的取食策略，在满足自身营养需求的同时最大程度保留了木棉种子的萌发潜力，为解析二者之间的协同进化关系提供了初步依据。