摘要：种子在传播前的捕食会减少植物产生的可存活种子数量及其种群规模。Hancornia speciosa Gomes（夹竹桃科），俗称mangabeira，原产于巴西，广泛分布于草原、开阔的沙质景观和沿海restinga植被中。其可食用的果实为数千个家庭带来了收入。我们在巴西东北部的Chapada Diamantina山脉和沿海地区记录了Asphondylia hancorniae这种专性内寄生瘿蚊对H. speciosa未成熟果实的攻击情况，持续时间为24个月。我们还研究了环境变量对这一过程的影响。Asphondylia hancorniae的攻击导致果实未成熟就枯萎，从而在种子形成和传播之前就失去了功能。我们建议使用Fournier强度指数作为定量工具，以标准化和可比的方式评估种子捕食和植物疾病发生的强度。在沿海地区，捕食强度达到了47.22%，而在内陆的Chapada Diamantina山脉则为35.65%，并且与温度和光照周期呈正相关。这种方法对于理解由A. hancorniae引起的H. speciosa果实损失的影响以及不同气候因素如何调节这些植物-昆虫相互作用尤为重要。A. hancorniae对果实的损害还引发了Hypothenemus obscurus的二次攻击，这种关联此前尚未被报道过，涉及Cecidomyiidae科的蝇类和Scolytinae科的甲虫。我们的研究结果强调了沿海地区更大的栖息地破碎化似乎加剧了对H. speciosa果实生产的负面影响。
引言：植物与其他生物之间的无数相互作用，从分子层面到生态系统层面都有，这些相互作用从积极的互惠关系到对抗性遭遇不等，后者会引发生理、生态和进化反应（Giron等人，2018年）。这些相互作用的经典例子包括对植物繁殖成功至关重要的授粉和种子传播，以及导致防御机制进化的食草和寄生现象（Lev-Yadun，2021年；Giron等人，2018年）。植物与多种生物的同时和重叠相互作用可以产生连锁效应，产生永久或暂时的后果，将不同的生命形式联系在持续的进化过程中（Giron等人，2018年；Van Dam，2009年）。尽管植物已经进化出了针对食草动物的先天性和诱导性防御机制（Lev-Yadun，2021年），但传播前的捕食者仍然通过减少可存活种子的数量来影响个体的适应性和种群动态（Downey等人，2020年；Crawley，2000年）。先前的研究表明，传播前的捕食可以影响招募、种群增长、物候模式和进化特征的选择（Miyake等人，2017年；Souza和Fagundes，2016年；Kolb等人，2007a，b）。通过共同进化，许多传播前的捕食者专门针对有限的宿主物种，在群落层面上可能防止宿主过度繁殖，有助于维持热带生物多样性（Downey等人，2020年；Gripenberg等人，2019年；Connell，1971年；Janzen，1970年）。研究生物生命周期中的周期性事件及其与气候（即物候）的关系对于理解气候变化对生物相互作用的影响至关重要（Hamann等人，2021年；Pedroso等人，2021年；Sánchez等人，2012年；Greenberg等人，2008年）。除了生物驱动因素外，非生物因素如气候变量也直接影响种子捕食的强度（Bogdziewicz等人，2019年；Koundinya等人，2018年；Espelta等人，2008年）。温度、降雨量、光照周期和其他环境因素调节宿主和捕食者的特征，包括开花、授粉、结果实、果实营养成分、昆虫出现、体型、世代周期和产卵，反映了植物-昆虫相互作用的复杂性（Zambrano-González等人，2023年；Moreira等人，2020年；Zeuss等人，2016年；Poncet等人，2008年）。由于传播前的捕食直接减少了种子生产和果实可用性，其影响超出了种群动态范围，影响到具有社会经济重要性的物种。对于那些同时维持生物多样性和支持传统生计的物种来说，理解这些相互作用的驱动因素尤为重要（Prasanna等人，2022年；Ratnadass等人，2012年）。Hancornia speciosa Gomes（夹竹桃科），俗称mangabeira，原产于巴西、巴拉圭和秘鲁，主要生长在巴西的草原和沿海restinga地区，适应沙质、排水良好的贫瘠土壤（Silva Júnior等人，2017年；Pereira等人，2024年，2025年）。尽管已经开发了栽培技术（Muniz等人，2019年；Ferreira和Marinho，2007年；Lédo等人，2015年；Vieira Neto等人，2002年），但大多数果实仍来自由传统社区管理的自然林地。在已知影响多种植物果实生产的昆虫群体中，Cecidomyiidae科（双翅目）包括以诱导瘿瘤而闻名的植食性昆虫（Carneiro等人，2009年）。在这个科中，Asphondylia Loew属包含大约320个已描述的物种，其中许多会攻击花结构并减少果实产量（Gagné和Jaschhof，2021年）。在巴西，已有23个物种被正式描述（Maia和Oliveira，2021年），尽管可能还有许多未被描述（Flor和Maia，2017年）。虽然已经报道了多种影响H. speciosa的昆虫捕食者（Silva等人，2019年；Lédo等人，2015年；Vieira Neto等人，2002年），但Cecidomyiidae瘿蚊的攻击此前尚未被记录。非生物因素，特别是气候变量，在调节植物-食草动物相互作用中起着核心作用，它们影响植物生理、食草动物表现以及两者之间的时间同步性。在涉及传播前种子或果实捕食者的系统中——尤其是专性造瘿昆虫——气候条件调节开花和结果的时间、持续时间和程度，从而决定了适合产卵和幼虫发育的生殖组织的可用性（Fernandes等人，2025年；Gil-Tapetado等人，2020年；Blanche，2001年）。在这里，我们首次描述了由Asphondylia hancorniae瘿蚊引起的H. speciosa果实损失（Maia等人，2023年），并评估了不同地区的捕食率是否存在差异以及是否受气候因素调节。
材料与方法：
**宿主物种和研究区域**
Hancornia speciosa广泛分布于巴西的草原、沿海restinga、沿海平原和Cerrado地区的沙质、贫瘠且排水良好的土壤中（Flora e Funga do Brasil，2025年）。它是一种先锋植物和喜阳树或灌木，半落叶性，产生大量乳胶，高度可达5-15米。它结出长椭圆形的果实（“mangaba”），重量在9到30克之间，直径在2到6厘米之间，果肉占比高达91%，含有3-22颗种子。果肉富含维生素和矿物质，具有抗氧化特性，热量值低（Flora e Funga do Brasil，2025年；Silva等人，2016年；Silva Júnior等人，2018年；Pereira等人，2016年；Lederman等人，2000年）。本研究跟踪了六个H. speciosa种群（支持信息表1），这些种群生长在巴伊亚州细粒、深厚、排水良好的白色石英土壤中（Pereira等人，2024年，2025年）。其中三个种群位于大西洋森林植物地理域内的沙质沿海平原（restinga植被）（Queiroz等人，2017年）（两个位于Mata de São João市，一个位于Salvador市）。另外三个种群位于Chapada Diamantina高地的Capitinga植物群落内的Lençóis市（Funch等人，2021年）。选择这两个研究区域是为了代表H. speciosa分布范围内的不同气候条件，特别是在长期降水模式、相对湿度和海洋影响方面存在差异。
**捕食模式和瘿蚊鉴定**
从树上直接收集了处于不同发育阶段的未成熟果实，并检查其中是否存在幼虫和蛹。通过饲养部分收集到的蛹直到成虫出现来获取成虫。昆虫样本（雄性、雌性、蛹蜕皮和三龄幼虫）按照Gagné（1994年）的方法进行处理，并存放在里约热内卢国家博物馆/联邦大学（MNRJ）的昆虫收藏馆中。使用Gagné（1994年）提供的鉴定钥匙对标本进行了鉴定。还收集了在枯萎果实中发育的Hypothenemus成虫标本，进行固定和鉴定。凭证标本存放在巴西圣保罗Ilha Solteira的FEIS/UNESP昆虫博物馆（MEFEIS）中。
**捕食数据**
从2019年9月到2021年8月，每月监测了108株H. speciosa个体（每个区域54株）的果实捕食强度。这些观察是在每个研究地点标记的成虫个体上进行的（个体焦点植物相距约10米）。为了获得标准化的果实捕食强度估计，我们采用了Fournier（1974年）提出的物候强度方法，该方法在生态学研究中被广泛用于量化植物冠层中可见的过程。这种半定量方法将强度水平分类为离散的百分比类别，允许在个体和种群之间进行一致比较。除了适用于生殖物候阶段外，这种方法还可以扩展用于估计其他显著的生物相互作用，如食草作用和由真菌、细菌和病毒引起的叶部疾病（Fournier，1974年；San Martin-Gajardo和Morellato，2003年）。捕食强度估计基于一个由五个类别（0-4）组成的半定量尺度，每个类别间隔25%（Fournier，1974年），通过以下公式确定（San Martin-Gajardo和Morellato，2003年）：
$$\:\%Fournier=\:\frac{\varSigma\:\:Fournier}{4\:.\:N}\:.\:100\:$$
其中Σ是Fournier类别的总和，N是每个区域监测的个体数量。从所有种群中收集了显示出捕食迹象的果实。收集后，打开果实并收集任何昆虫幼虫和蛹。将蛹保存在筛网容器中以允许成虫出现；48小时后，将成虫转移到70%的酒精中 for 进一步的分类鉴定。
**环境变量**
两个研究区域都位于热带气候区，全年温度温暖；由于它们位于相同的纬度，因此它们的光照周期和全球辐射水平非常相似（有关研究区域坐标和环境细节，请参见补充信息表1）。然而，两个区域的降雨量和相对湿度不同，因为沿海地区受热带雨林影响，降雨分布均匀（气候分类Af），而Chapada Diamantina山脉位于半干旱的内陆地区，经常出现干旱条件（气候分类Aw），根据Alvares等人（2013年）。降雨量、相对湿度和太阳辐射数据从国家气象研究所（https://portal.inmet.gov.br/dadoshistoricos）在线获取；A401站（Salvador）用于沿海地区，A425站（Lençóis）用于Chapada Diamantina地区。光照周期数据来自Photoperiod Calculator网站（http://www.internetsv.info/PhotoPeriodC.html）。环境数据展示在图1中。
**数据分析**
使用基于相关矩阵的主成分分析（PCA）得出的轴分数总结了不同植物群落中的环境变量（Husson等人，2017年）。在分析之前，所有环境变量都进行了标准化，并检查了个体变量与PCA轴分数之间的相关性。前两个主成分分析（PCA）维度被保留下来，用于描述主要的环境梯度及其与不同植物形态特征的捕食行为之间的关联。通过Shapiro–Wilk检验和Q–Q（分位数–分位数）图的视觉检查来评估数据的正态性和捕食分布（支持信息图1）。由于数据不符合正态分布，因此使用Mann–Whitney检验来分析两种植物形态特征之间的捕食差异（Crawley 2013）。数据变异性通过小提琴图来表示。
我们使用广义线性模型（GLMs）来测试环境变量对H. speciosa果实捕食的影响，这些影响跨越了不同的植物形态特征。通过Q–Q图的视觉检查和Shapiro–Wilk检验来评估残差分布是否偏离正态性。由于响应变量表现出过度离散且不满足正态性假设，因此模型采用了负二项误差分布（Crawley 2013）。在通过皮尔逊相关性分析（r≥0.7）评估相关性后，将温度、降水量、相对湿度和光周期作为连续解释变量纳入模型（支持信息图2）。所有分析均在R版本4.0.2（R Core Team 2020）中进行，图表使用ggplot2包（Wickham 2015）生成。
在两个地区收集的生物材料证实，Maia等人（2023）描述的A. hancorniae是导致H. speciosa果实未成熟阶段被捕食的原因。干燥、皱缩的mangaba果实很容易识别，因为它们与健康成熟果实的闪亮红色外果皮明显不同（图2a, b）。产卵显然发生在果实发育的非常早期阶段（可能在授粉后不久），尽管没有直接记录到这一过程。果实开始枯萎时，果实仍处于发育早期阶段（直径约为1.5厘米）。被捕食的果实大小只有成熟健康果实的三分之一到一半。在被捕食的果实中未发现种子（无论是受损的还是完整的）。图2c展示了果实枯萎的各个阶段。
在阶段1的果实中观察到了A. hancorniae的幼虫（图2c），而在阶段2和3的果实中观察到了蛹（图3c–d）。蛹的蜕皮（图3e）经常附着在阶段3果实的外表面，表明成虫成功羽化（图3f）。此外，还记录到Hypothenemus obscurus（Fabricius）成虫（支持信息图3）在阶段6–8的果实干燥中果肉上取食。
全年都在树上观察到被捕食的果实，主要高峰出现在10月至1月之间——尤其是在2020年末的沿海地区——次高峰出现在3月至7月。沿海地区的高强度捕食期幅度更大、持续时间更长，与Chapada Diamantina相比，捕食水平持续了更长的时间（图4）。这种时间模式反映在整体捕食率上，沿海地区的果实捕食强度始终高于Chapada Diamantina（42–47% vs 31–35%）。
前两个主成分解释了77.8%的气候变量和环境中的捕食变化（图5）。第一个轴（PCA1）解释了56.6%的数据变化，与辐射（R=0.93, p<0.05）、温度（R=0.72, p<0.05）和光周期（R=0.85, p<0.05）呈正相关，与相对湿度（R=−0.76, p<0.0）呈负相关。第二个轴（PCA2）解释了21.2%的数据变化，与降水量（R=0.80, p<0.05）呈正相关。捕食与PCA1（R=0.67, p<0.05）和PCA2（R=0.53, p<0.05）维度都有高度显著的正相关，并且与最高的温度、辐射和光周期值相关。因此，捕食与这两个PCA轴之间的正相关表明，果实捕食响应了由这两种植物形态特征所代表的气候梯度。
广义线性模型表明，果实捕食的变化主要与温度、光周期和植物形态特征背景有关。当包括多个预测因子时，温度和光周期之间的相互作用仍然是解释捕食动态的最强因素（表1）。光周期（图6a；估计值=0.10, t=6.11, p<0.001）和温度（图6b；估计值=0.10, t=4.89, p<0.001）都对捕食强度有显著的正影响，它们的相互作用也具有显著性（图6c；估计值=0.081 / 0.062, t=4.409 / 2.966, p<0.001）。此外，区域背景也产生了显著影响（图7；估计值=0.25, t=3.13, p<0.01），沿海地区的捕食强度始终更高。值得注意的是，模型中识别出的主要气候预测因子——温度和光周期——在两个研究区域之间的变化很小，这表明捕食强度的差异也可能反映了局部生态或景观因素。
基于Mann-Whitney检验（P<0.05）比较了不同植物形态特征之间的捕食强度。平均值（红点）代表了不同的植物形态特征，小提琴形状表示捕食数据的变化分布。
这项研究的意义在于确定了H. speciosa果实损失的主要原因，即最近描述的瘿蚊A. hancorniae的采前捕食，并展示了这一过程如何受到环境变量的调节。这种相互作用减少了种子的可用性，可能对植物更新产生重要影响。此外，A. hancorniae造成的损害促进了以干燥植物物质为食的昆虫（如H. obscurus）的二次定殖。这一观察表明，H. speciosa的果实利用涉及多个在不同发育阶段作用的昆虫物种，揭示了一种时间结构化且可能复杂的采前捕食模式。A. hancorniae和H. obscurus的顺序攻击是本研究的一个特别值得注意的发现，因为这种Cecidomyiidae蝇类和Scolytinae甲虫之间的关联似乎之前未被报道过，突显了影响果实命运的潜在级联生物相互作用。
已知Asphondylia hancorniae物种与真菌保持共生关系，其幼虫主要以菌丝为食，而不是直接以植物组织为食（Bernardo等人2021；Zymowska等人2020；Park等人2019）。在A. hancorniae中，减小的瘿在未成熟果实内部中央形成，占据了原本会形成种子的组织（Maia等人2023）。成虫羽化后，果实通常会枯萎和干燥。这些结构变化可能为H. obscurus的后续定殖创造了条件，尽管本研究没有评估真菌活动在此过程中的作用。
尽管H. obscurus仅在晚期、干燥的果实中被记录到，因此它似乎是一种纯粹的次级定殖者，但该物种被广泛认为是一种与多种栽培植物和储存产品相关的热带Scolytinae甲虫（Wood 1982；Greco和Wright 2012；Mitchell和Maddox 2010）。它在H. speciosa果实中的出现表明，被捕食或中止的果实可能作为甲虫种群的临时繁殖基质或庇护所。甲虫通常利用受压或分解的植物组织，并能在周围植被中的非作物宿主体内存活，这些宿主可能在异质景观中起到储存库的作用（Wood 1982；Hulcr和Stelinski 2017）。在本地植被靠近农业系统（特别是咖啡种植园和其他多年生作物）的镶嵌景观中，这样的基质可能有助于局部种群的持续存在和自然系统与管理系统之间的潜在联系。
这种捕食模式类似于Asphondylia uvarum在葡萄上的捕食模式（Gagné等人2018），表明同属物种在果实早期发育阶段具有功能相似性。此外，A. hancorniae与其他与夹竹桃科植物相关的Asphondylia分类单元在形态上有显著差异（Maia等人2023），进一步强调了其分类上的独特性和明显的宿主特异性。与大多数诱导明显且结构复杂的瘿的瘿蚊不同，A. hancorniae依赖于一个高度简化的瘿结构，仅限于一个幼虫室。这种策略可能代表了对其繁殖组织的有效利用，同时最小化了宿主器官的额外结构修改，同时保持了适合昆虫发育的条件。
尽管授粉可以塑造植物分布模式（Shahbazi等人2016），但采前捕食可能会减少种子产量，并可能影响植物更新动态（Kolb等人2007a）。A. hancorniae的强宿主特异性（Maia等人2023）表明，H. speciosa上的果实捕食可能导致繁殖产量的局部减少，类似于其他宿主-瘿系统中的记录模式（Kolesik等人2010；Yamaguchi和Hayashida 2009）。本研究记录的果实捕食水平——根据地区不同约为31–47%——表明A. hancorniae可能是H. speciosa繁殖损失的重要来源。由于产卵发生在果实发育早期，受感染的果实无法产生可育种子，实际上将一部分繁殖投资转化为非功能性结构。鉴于沿海种群中记录的高水平果实捕食，其对繁殖产量和果实可用性的潜在影响值得考虑。
这些效应与Janzen（1970）和Connell（1971）提出的基于密度和距离的框架基本一致，其中宿主特异性的天敌有助于维持多样性。Capitinga和沿海restinga主要是草本-灌木植被类型，其特征是树木种类丰富度低和树木密度低，H. speciosa是最丰富的树种（Funch等人2021；Soares & Junior 2018）。在这种条件下，可育种子生产的持续减少可能会影响植物更新模式和局部优势。然而，由于未评估幼苗存活率、宿主密度效应和采后动态，关于Janzen-Connell机制的任何推断仍然具有不确定性。
季节性环境线索似乎调节了两种植物形态特征中果实捕食的时间动态，因为温度和光周期在我们的模型中被确定为捕食强度的最强预测因子。值得注意的是，这些相同的变量之前也被确定为H. speciosa结果实表达的关键驱动因素（Pereira等人2025）。温度和光周期是昆虫物候的主要调节器，控制着发育速率、滞育和季节性活动模式。诱导瘿的昆虫，特别是Cecidomyiidae，通常是高度宿主特异性的食草动物，其生命周期与宿主植物的物候紧密同步（Yukawa和Rohfritsch 2005；Raman等人2005；Fernandes和Price 1992；Price等人1987）。这种专业化可能解释了这里观察到的A. hancorniae和H. speciosa之间的一致关联，以及产卵和果实早期发育之间的季节性同步。
沿海restinga地区的H. speciosa捕食压力始终高于内陆capitinga地区。然而，温度和光周期在两个地区之间的变化很小，表明这些因素本身无法解释沿海种群中观察到的更高捕食水平。这些环境变量可能更像是昆虫活动的广泛季节性调节器。在这种情况下，温度和光周期可能同步了昆虫生命周期和捕食互动的时间，而局部生态条件（如栖息地结构、资源可用性或群落组成）也可能影响不同地点的捕食程度。这种解释与模型选择结果一致，模型将温度和光周期确定为两种植物形态特征中捕食强度时间变化的最强预测因子。更广泛地说，这些发现表明，气候因素塑造了植物-昆虫相互作用的季节性动态，而局部生态背景可能会调节不同生境中的这种相互作用的强度。除了温度和光照周期外，其他生态因素也可能与季节性信号相互作用，从而影响种子传播前的捕食动态。寄主植物的密度、植被结构、海拔高度以及替代寄主的可获得性都会影响植物-昆虫系统中的资源集中度和捕食者的表现（Kula等人，2014年；Von Euler等人，2014年；Kolb等人，2007b年）。种子产量的年际变化和极端气候事件可能通过改变开花时间和果实可用性进一步调节这些动态（Vanhellemont等人，2014年；Sánchez等人，2012年；Espelta等人，2008年）。尽管Capitinga和沿海Restinga在形态结构上大致相似，但它们在植物组成、海拔高度、海洋影响以及长期降水量变化方面存在差异。这些环境差异可能会影响物种的持续存在和种间相互作用的强度，从而可能导致H. speciosa种群之间观察到的捕食强度存在差异。综合来看，这些结果强调了种子传播前的捕食行为受到跨越空间和时间尺度的复杂气候和生态因素的影响。
景观背景也可能导致观察到的捕食强度差异。Restinga种群位于人类活动频繁和大都市区附近，而Capitinga种群则位于Chapada Diamantina国家公园的缓冲区内。栖息地的破碎化与植物-天敌相互作用的改变和食草率增加有关（Queiroz等人，2022年；Mendes等人，2015年；Garcia & Chacoff，2007年）。因此，周围土地利用的差异可能会影响当地的昆虫动态，并可能导致沿海地区的捕食强度更高。然而，要将景观效应与气候因素区分开来，需要进行专门的景观尺度分析。
植物繁殖力的降低会对物种的适应性和长期生存产生重要影响（Sercu等人，2020年；Gripenberg，2018年；Crawley，2000年），尤其是在像H. speciosa这样的受到采集活动的物种中。人类对Mangaba果实的采集构成了另一个外部影响因素，其对种子传播效率和种群动态的影响仍不确定。该物种还具有重要的经济价值：年产量超过2000吨，估计市场价值超过100万美元（IBGE，2023年）。尽管当地生产链已经发展起来，但由于栖息地丧失，尤其是私人土地上的农业扩张和房地产开发，自然种群正面临越来越大的威胁（Fajardo等人，2018年；Silva Júnior等人，2017年；Costa等人，2015年）。在这种情况下，种子传播前捕食导致的果实产量减少可能会影响植物的更新和资源利用的可持续性。
总体而言，这项研究表明，H. speciosa的种子传播前捕食行为对气候敏感，依赖于具体环境，并嵌入在更广泛的生态和人为因素梯度中。通过将寄主特异性捕食、环境驱动因素和景观背景联系起来，我们的发现有助于理解昆虫-植物相互作用如何影响果实的命运，并可能影响异质热带系统中的植物更新动态。
结论
我们的发现突显了由专性瘿蚊A. hancorniae介导的H. speciosa种子传播前果实捕食的生态重要性。在巴西巴伊亚州，这种捕食行为会损害高达47%的未成熟果实，从而阻止种子发育，可能限制植物的繁殖输出和种子传播。捕食强度主要受温度和光照周期的影响，表明气候因素具有很强的控制作用；同时，环境背景也起着重要作用，沿海地区的捕食水平普遍高于Chapada Diamantina地区。我们还展示了标准化和可扩展的方法（如Fournier强度指数）可以为量化自然种群中的生物相互作用提供实用框架。将这种方法应用于H. speciosa的果实捕食研究，可以支持长期生态监测，促进跨研究比较，并有助于早期发现对植物繁殖成功的新兴威胁。
因此，了解热带果树种子传播前果实捕食的驱动因素和程度对于预测植物-昆虫相互作用如何应对环境变化以及指导本地果实资源的保护和管理至关重要。
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