城市花园中蚜虫丰度与帝王蝶产卵关系研究：对帝王蝶保护的意义

《Journal of Insect Conservation》：Aphid abundance and monarch butterfly oviposition in urban gardens

　　本刊推荐：为探究城市花园中蚜虫与帝王蝶(Danaus plexippus)的相互作用，研究人员开展了为期两年的野外监测研究。通过广义线性混合效应模型(GLMM)分析发现，帝王蝶卵和幼虫数量与蚜虫丰度无负相关关系，甚至呈现弱正相关。这表明蚜虫可能不会降低城市原生乳草(Asclepias syriaca)对帝王蝶产卵的价值，为城市花园作为帝王蝶保护栖息地提供了新依据。

　　

在北美大陆，一场壮丽的年度迁徙正在面临危机。帝王蝶(Danaus plexippus)这种橙黑相间的美丽昆虫，每年需要完成长达4000公里的迁徙旅程，从美国和加拿大的繁殖地飞往墨西哥中部的小片越冬区。然而自20世纪90年代中期以来，越冬地的帝王蝶聚集面积急剧减少，这一现象敲响了生态保护的警钟。

帝王蝶种群衰退的原因复杂多样，科学家们提出了多种解释：越冬地森林减少、迁徙路径上花卉资源减少、气候变化等。其中，"乳草限制假说"受到了广泛关注。乳草(Asclepias spp.)是帝王蝶幼虫的专性寄主植物，雌性帝王蝶只在乳草上产卵。然而，随着抗草甘膦大豆和玉米的推广，中西部农田中广泛使用草甘膦除草剂，导致过去三十年间乳草数量急剧减少。

这一现状促使人们将目光转向非农业栖息地，包括城市花园。研究表明，城市地区有潜力提供数百万株乳草来支持帝王蝶保护。随着"帝王蝶驿站"和传粉者花园的兴起，研究人员开始探索小型花园在帝王蝶保护中的作用。尽管有证据表明雌性帝王蝶能够在城市花园中找到乳草并产卵，但花园中帝王蝶卵和幼虫的生存情况却鲜为人知。

城市花园作为人工生态系统，可能支持着独特的节肢动物群落，包括帝王蝶卵和幼虫的竞争者和捕食者。特别是专门以乳草为食的三种蚜虫：Aphis asclepiadis、Myzocallis asclepiadis和引入种Aphis nerii，它们在城市景观中的乳草上往往达到很高密度。这些蚜虫可能通过多种方式影响帝王蝶：吸引帝王蝶天敌、降低乳草氮含量、减少乳草质量，或者通过植物激素途径产生间接影响。

先前的研究结果存在矛盾。实验室研究发现，在热带乳草(Asclepias curassavica)上，Aphis nerii的侵染会导致帝王蝶产卵减少，幼虫体重显著降低。然而，热带乳草与本地乳草存在重要差异，如其卡烯内酯含量更高，且可能干扰帝王蝶迁徙。另一方面，有研究表明蚜虫存在可能通过植物防御途径的相互作用而有利于帝王蝶幼虫生长。

为了解决这一科学问题，伊利诺伊大学芝加哥分校的Edwin Quiroz、Mary V. Ashley和David N. Zaya研究团队在《Journal of Insect Conservation》上发表了他们的研究成果，探讨了城市花园中蚜虫丰度与帝王蝶产卵之间的关系。

研究方法主要包括野外监测和统计分析两个部分。研究人员在伊利诺伊大学芝加哥分校校园内的三个花园床中监测了常见乳草(Asclepias syriaca)茎干上的帝王蝶卵、幼虫和蚜虫数量。监测工作于2023年和2024年夏季进行，每周对每个乳草茎进行全株检查，记录帝王蝶卵和幼虫数量以及幼虫生长阶段，同时估算蚜虫数量。数据分析采用广义线性混合效应模型(GLMM)，以单个乳草茎上帝王蝶卵和低龄幼虫数量为响应变量，log(x+1)转换后的蚜虫数量为固定效应，花园和调查周为随机效应。

研究结果

帝王蝶和蚜虫的数量在2023年和2024年夏季之间存在显著差异。2023年，每株乳草上的帝王蝶卵和幼虫峰值达到3.3个，而2024年的峰值仅为0.36个。同样，蚜虫数量在2023年也远高于2024年，2023年每株乳草上的蚜虫峰值达到2700只，而2024年不超过350只。

统计分析显示，2023年数据中，帝王蝶幼体数量与蚜虫估计值呈正相关关系。当仅使用帝王蝶数量最多的两周数据时，这种正相关关系更加明显。2024年数据中，考虑整个季节的数据时，未发现帝王蝶幼体数量与蚜虫数量之间存在关联。但当仅分析帝王蝶数量最多的三周数据时，发现了微弱的正相关关系。在所有分析中，均未发现负相关关系。

讨论与结论

本研究首次报告了城市环境中帝王蝶产卵与蚜虫侵染之间不存在负相关关系，甚至在某种程度上存在正相关。这一发现与先前一些研究结果形成对比，特别是与实验室条件下使用热带乳草的研究结果不同。

研究人员指出，这种正相关关系可能有多种解释：雌性帝王蝶和蚜虫可能被相同的植物特征所吸引；蚜虫存在可能通过植物防御途径的相互作用而有利于帝王蝶；或者某些乳草茎的特征可能同时吸引帝王蝶和蚜虫。

值得注意的是，本研究存在一些局限性。由于是观察性研究，无法确定因果关系；未区分不同蚜虫种类的影响；未测量帝王蝶幼体存活率等其他重要生命史参数。尽管如此，研究结果对帝王蝶保护实践具有重要指导意义。

研究结果表明，在城市花园环境中，蚜虫侵染不会减少帝王蝶在乳草上的产卵量。即使蚜虫密度极高，帝王蝶仍会在这些乳草上产卵。这一发现鼓励城市园艺爱好者和保护主义者继续种植和维护乳草栖息地，支持帝王蝶和其他面临种群衰退的本地昆虫保护。

该研究为城市生态保护和生物多样性管理提供了重要科学依据，表明尽管城市花园中存在蚜虫等潜在竞争者，但它们仍然可以作为帝王蝶保护的有效栖息地。未来的研究可以进一步探讨不同蚜虫种类的特异性影响、帝王蝶幼体存活率以及花园设计因素对帝王蝶-蚜虫相互作用的影响。