Bt棉對(duì)斑痣懸繭蜂寄主選擇及其子代發(fā)育的影響*

王錦達(dá), 王以一, 劉沛菡, 王 康, 李保平

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院昆蟲(chóng)學(xué)系,農(nóng)業(yè)部作物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)與防控重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,南京 210095)

在棉田生態(tài)系統(tǒng)中,天敵昆蟲(chóng)不僅對(duì)優(yōu)勢(shì)害蟲(chóng)(包括靶標(biāo)害蟲(chóng))種群數(shù)量具有抑制作用,而且是若干非靶標(biāo)害蟲(chóng)維持較低水平的重要因素。Bt棉的廣泛種植對(duì)其靶標(biāo)害蟲(chóng)棉鈴蟲(chóng)(Helicoverpa armigera Hübner)具有很好的控制作用[1],但對(duì)棉鈴蟲(chóng)寄生蜂也有不同程度的影響,例如,多項(xiàng)研究報(bào)道Bt棉田中棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)的寄生率明顯降低或寄生蜂數(shù)量減少[2-3]。其原因一般推測(cè)為,當(dāng)轉(zhuǎn)基因作物對(duì)靶標(biāo)寄主幼蟲(chóng)具有很強(qiáng)的致死作用時(shí),則必然對(duì)其寄生蜂產(chǎn)生不利影響[4]。但如果Bt作物對(duì)寄主幼蟲(chóng)(如非靶標(biāo)害蟲(chóng))具有亞致死作用,寄生蜂在寄主幼蟲(chóng)死亡前完成發(fā)育,則寄生蜂的繁殖未必受到不良影響,種群數(shù)量未必明顯降低。例如,Bt棉對(duì)棉蚜繭蜂[Lysiphlebia japonica(A shmead)]的寄生率影響不大[5];崔金杰等[2]分別從雙價(jià)棉、Bt棉和常規(guī)棉田采回被寄生的棉蚜僵蚜,羽化率均很高(90%以上),羽化出蜂體重?zé)o明顯差異;但緣腹盤(pán)絨繭蜂(Cotesia p lutella)和佛州點(diǎn)緣跳小蜂(Copidosoma f loridanum)寄生大豆尺夜蛾(Pseudop lusia includens)幼蟲(chóng)后,寄生蜂的生長(zhǎng)發(fā)育、生殖力和壽命等適合度特性受到不良影響[6],類似的結(jié)果也出現(xiàn)在寄生棉大卷葉螟[Notarcha derogata(Fabricius)]的螟蛉盤(pán)絨繭蜂(C.ru ficrus)[7]寄生蜂中。顯然需要更多的研究來(lái)闡明,Bt棉的非靶標(biāo)害蟲(chóng)對(duì)其寄生蜂、尤其是與靶標(biāo)害蟲(chóng)共有的寄生蜂的影響。

斜紋夜蛾[Spodoptera litura(Fabricius)]和甜菜夜蛾[S.exigua(Hübner)]為轉(zhuǎn)Bt棉的非靶標(biāo)害蟲(chóng)[8],近年來(lái)在部分地區(qū)的轉(zhuǎn)Bt基因棉田嚴(yán)重為害棉花[9-10]。斑痣懸繭蜂[Meteorus pulchricornis(Wesmael)]寄生多種大型鱗翅目幼蟲(chóng),不僅是棉鈴蟲(chóng)、而且是斜紋夜蛾和甜菜夜蛾幼蟲(chóng)的重要寄生性天敵[11-13]。本研究旨在用Bt棉飼喂斜紋夜蛾和甜菜夜蛾幼蟲(chóng),觀察斑痣懸繭蜂的寄主選擇性以及子代蜂的發(fā)育表現(xiàn),為評(píng)價(jià)Bt棉通過(guò)次靶標(biāo)寄主對(duì)寄生蜂的影響提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試植物及昆蟲(chóng)

供試棉花品種為‘泗棉3號(hào)’(常規(guī)棉)和‘國(guó)抗2號(hào)’(Bt棉),前者是后者轉(zhuǎn)抗蟲(chóng)基因的親本,其中Bt棉為轉(zhuǎn)Cry1Ac基因,Bt毒素含量為(463±24.6)ng/g(ELISA酶聯(lián)免疫技術(shù)測(cè)定)。供試斜紋夜蛾和甜菜夜蛾采自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦農(nóng)場(chǎng)大豆田,在室內(nèi)分別用兩種棉葉飼養(yǎng),從孵化直至老熟化蛹。斑痣懸繭蜂從2008年9月采自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦農(nóng)場(chǎng)大豆田中的斜紋夜蛾幼蟲(chóng)育出,為產(chǎn)雌孤雌生殖品系,斑痣懸繭蜂屬單寄生性內(nèi)寄生蜂,單頭寄生蜂幼蟲(chóng)在寄主幼蟲(chóng)體內(nèi)完成發(fā)育到老熟后,在寄主幼蟲(chóng)腹部側(cè)面咬一小洞爬出,在寄主幼蟲(chóng)附近結(jié)繭化蛹。在養(yǎng)蟲(chóng)室內(nèi)(24℃±1℃、60%±10%RH和L∥D=14 h∥10 h)分別以甜菜夜蛾和斜紋夜蛾為寄主繁殖。非選擇性試驗(yàn)所用蜂為4～6日齡(前期觀察該日齡蜂產(chǎn)卵量最大)以及選擇性試驗(yàn)中8～10日齡處女蜂(事前觀察該日齡蜂搜索能力最強(qiáng))。

1.2 試驗(yàn)方法

寄生選擇：斜紋夜蛾幼蟲(chóng)寄生選擇試驗(yàn)在紗網(wǎng)罩籠(木質(zhì)包有透明紗網(wǎng),長(zhǎng)×寬×高=80 cm×80 cm×100 cm)中進(jìn)行。籠中放置盆栽常規(guī)棉和Bt棉各1盆(高約40～50 cm,生長(zhǎng)狀況接近),每株分別接上取食常規(guī)棉和Bt棉葉的斜紋夜蛾3齡幼蟲(chóng)各10頭,隨機(jī)分布于各葉片,然后放入1頭8～10日齡無(wú)寄生經(jīng)驗(yàn)的寄生蜂,24 h后取出寄主,其中隨機(jī)選擇各處理幼蟲(chóng)5頭單獨(dú)稱重(LAC114,Lavrock,常熟;精確到0.01 mg)。幼蟲(chóng)單獨(dú)飼養(yǎng)每天觀察記錄寄生蜂幼蟲(chóng)爬出、結(jié)繭和羽化情況。重復(fù)15次。

甜菜夜蛾幼蟲(chóng)的寄生選擇試驗(yàn)在養(yǎng)蟲(chóng)盒(直徑8 cm,高9 cm)中進(jìn)行,分別選取用常規(guī)棉和Bt棉葉飼喂至4齡的甜菜夜蛾幼蟲(chóng)各10頭,盒底鋪有1%的瓊脂保濕,從塑料盒側(cè)壁的小洞接入1頭4～6日齡處女蜂,塑料盒內(nèi)壁涂有10%的蜂蜜水供寄生蜂吸食;經(jīng)8 h后移走寄生蜂,隨機(jī)選擇盒內(nèi)寄主幼蟲(chóng)稱重,并移入培養(yǎng)皿中用相應(yīng)棉葉飼養(yǎng),每日觀察并記錄寄生蜂的存活以及寄生蜂幼蟲(chóng)爬出寄主結(jié)繭化蛹情況等,并解剖死亡寄主幼蟲(chóng)檢查是否被寄生。試驗(yàn)重復(fù)10次。

子代蜂發(fā)育表現(xiàn)：試驗(yàn)方法與選擇試驗(yàn)中寄生選擇試驗(yàn)甜菜夜蛾部分方法相同,記錄寄主的存活以及寄生蜂幼蟲(chóng)爬出寄主結(jié)繭化蛹情況等,每日觀察2次。羽化出的寄生蜂成蟲(chóng)單獨(dú)置于試管內(nèi),不提供補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng),觀察其壽命。死亡的成蜂保存于75%的乙醇中隨后測(cè)量體型大小。成蜂體型大小用后足脛節(jié)長(zhǎng)度表示,在數(shù)碼解剖鏡(麥克奧迪SM2-143)下測(cè)量(精確到0.001 mm)。試驗(yàn)重復(fù)16次(斜紋夜蛾取食Bt棉葉)、17次(斜紋夜蛾取食常規(guī)棉葉)或10次(甜菜夜蛾)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

寄生率為結(jié)繭的子代蜂數(shù)與解剖被寄生的幼蟲(chóng)數(shù)之和占全部供試幼蟲(chóng)的百分率;結(jié)繭率為結(jié)繭數(shù)占被寄生的寄主幼蟲(chóng)數(shù)的百分率;羽化率為羽化出蜂數(shù)占蛹數(shù)的百分率。寄生蜂子代的生長(zhǎng)發(fā)育表現(xiàn)用發(fā)育歷期和體型大小表示,發(fā)育歷期為從雌蜂產(chǎn)卵到子代蜂羽化的時(shí)間,體型大小用后足脛節(jié)長(zhǎng)度代表。用獨(dú)立樣本t測(cè)驗(yàn)比較取食2種棉葉的寄主幼蟲(chóng)體重差異,用非參數(shù)W ilcoxon秩和測(cè)驗(yàn)來(lái)比較寄生蜂的寄生、結(jié)繭和羽化的實(shí)際發(fā)生數(shù)量,用獨(dú)立樣本t測(cè)驗(yàn)比較子代蜂發(fā)育時(shí)間和體型大小(后足脛節(jié)長(zhǎng)度);用非參數(shù)Kap lan-Meier方法估計(jì)寄主選擇時(shí)間變量的生存函數(shù),用log-rank測(cè)驗(yàn)比較生存函數(shù)的差異顯著性。數(shù)據(jù)分析用R統(tǒng)計(jì)軟件(R-2.7.1)[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 取食Bt棉對(duì)寄主幼蟲(chóng)體重的影響

取食常規(guī)棉葉的斜紋夜蛾寄主幼蟲(chóng)平均體重為(0.023 66±0.018 34)g,與取食Bt棉葉的斜紋夜蛾幼蟲(chóng)體重(0.021 65±0.013 71)g沒(méi)有顯著差異(獨(dú)立樣本t測(cè)驗(yàn),p=0.208);而取食常規(guī)棉葉的甜菜夜蛾幼蟲(chóng)比取食Bt棉葉的重0.013 4 g,存在顯著差異(獨(dú)立樣本 t測(cè)驗(yàn),p=0.013)(圖 1)。

圖1 取食不同棉葉斜紋夜蛾3齡和甜菜夜蛾4齡幼蟲(chóng)的體重

2.2 斑痣懸繭蜂的寄生選擇

在大罩籠中進(jìn)行的寄生選擇試驗(yàn)表明,斑痣懸繭蜂未表現(xiàn)出對(duì)以Bt棉葉為食的斜紋夜蛾幼蟲(chóng)的顯著偏好(W ilcoxon秩和測(cè)驗(yàn),p=0.242),寄生率為(32.51±3.53)%,僅比對(duì)取食常規(guī)棉葉幼蟲(chóng)的寄生率高4.61%(圖2)。

圖2 斑痣懸繭蜂對(duì)取食不同棉葉斜紋夜蛾幼蟲(chóng)的寄生選擇

甜菜夜蛾獨(dú)立塑料盒的非選擇試驗(yàn),斑痣懸繭蜂在相同時(shí)間內(nèi)對(duì)相同寄主數(shù)的取食不同食料的甜菜夜蛾寄生選擇數(shù)量同樣沒(méi)有表現(xiàn)出差異(p=0.889),但是同樣表現(xiàn)出寄生取食Bt棉葉的甜菜夜蛾的數(shù)量比寄生取食常規(guī)棉葉的寄主幼蟲(chóng)多了2.46%(圖3)。

圖3 斑痣懸繭蜂對(duì)取食不同棉葉甜菜夜蛾幼蟲(chóng)的寄生率

2.3 子代斑痣懸繭蜂的發(fā)育表現(xiàn)

在取食Bt棉葉的斜紋夜蛾幼蟲(chóng)體內(nèi)發(fā)育的斑痣懸繭蜂子代,在發(fā)育時(shí)間、繭重、羽化蜂體型大小(后足脛節(jié)長(zhǎng)度)等發(fā)育適合度相關(guān)特征方面,與寄生取食常規(guī)棉葉的寄主子代蜂沒(méi)有顯著差異(表1),子代蜂的存活時(shí)間也未表現(xiàn)出差異(圖 4,logrank測(cè)驗(yàn),p=0.898)。

表1 在取食Bt棉和常規(guī)棉的斜紋夜蛾幼蟲(chóng)體內(nèi)的子代蜂發(fā)育表現(xiàn)1)

圖4 在取食Bt棉和常規(guī)棉的斜紋夜蛾幼蟲(chóng)體內(nèi)發(fā)育的子代蜂的Kaplan-Meier存活曲線

雖然取食兩種不同棉葉的甜菜夜蛾體重不盡相同,但是斑痣懸繭蜂在取食兩種不同棉葉寄主中發(fā)育出的子代蜂的后足脛節(jié)長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)獨(dú)立樣本t測(cè)驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn)差異不顯著(p=0.476),其他相關(guān)的子代蜂發(fā)育適合度參數(shù)也表現(xiàn)出不明顯的差異(表2)。

結(jié)繭率和羽化率也未在寄生斜紋夜蛾和甜菜夜蛾的子代蜂表現(xiàn)出顯著差異,例如,在以Bt棉葉為食的斜紋夜蛾體內(nèi)完成幼期發(fā)育的幼蟲(chóng),結(jié)繭率為(61.88±36.56)%,羽化率為(63.10±37.37)%;而在以常規(guī)棉為食的斜紋夜蛾體內(nèi)完成幼期發(fā)育的結(jié)繭率為(74.11±21.45)%,羽化率為(69.23±36.58)%(圖 5)。

表2 寄生取食不同棉葉甜菜夜蛾幼蟲(chóng)的斑痣懸繭蜂子代生長(zhǎng)發(fā)育表現(xiàn)1)

圖5 取食Bt棉和常規(guī)棉的斜紋夜蛾和甜菜夜蛾幼蟲(chóng)體內(nèi)發(fā)育的子代蜂結(jié)繭和羽化表現(xiàn)

3 討論

寄生蜂在搜索寄主時(shí)常依賴于受害植物所發(fā)出的揮發(fā)性次生化合物[15-16],而害蟲(chóng)對(duì)植物的取食程度對(duì)這種功能的發(fā)揮有著至關(guān)重要的作用[17]。本試驗(yàn)中斑痣懸繭蜂在選擇寄主時(shí),對(duì)以Bt棉葉和常規(guī)棉葉為食的斜紋夜蛾幼蟲(chóng)的寄生未表現(xiàn)出顯著的偏好,由于試驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)兩種棉葉被取食程度存在差異,寄主幼蟲(chóng)體重也相近,因此推測(cè)可能是轉(zhuǎn)Bt棉釋放的揮發(fā)性物質(zhì)與常規(guī)棉沒(méi)有差異。閻鳳鳴[18]對(duì)轉(zhuǎn)Bt基因的棉花品種‘GK 12’與常規(guī)棉‘泗棉3號(hào)’的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)組成和含量的研究,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯差異。類似的結(jié)果也出現(xiàn)在其他研究中。例如,Orr等人的[19]研究表明,在Bt玉米田中套種小塊常規(guī)玉米(由于歐洲玉米螟幼蟲(chóng)不能在轉(zhuǎn)Bt玉米上存活),并人工接種歐洲玉米螟[Ostrinia nubila lis(Hübner)]卵,對(duì)玉米螟幼蟲(chóng)的總體寄生水平?jīng)]有顯著影響。在室內(nèi)大罩籠中混種轉(zhuǎn)Bt基因油菜和常規(guī)油菜,接種蚜蟲(chóng)后釋放菜少脈蚜繭蜂(D iaeretiella rapae),寄生率在轉(zhuǎn)基因與常規(guī)油菜間無(wú)顯著差異[20]。

研究結(jié)果表明,斑痣懸繭蜂子代發(fā)育表現(xiàn)(歷期、體型大小和存活率等)并未受寄主幼蟲(chóng)取食Bt棉葉的影響,也不受寄主幼蟲(chóng)體重差異的影響。由于斑痣懸繭蜂是容性寄生蜂,如果寄主幼蟲(chóng)被寄生后體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)足以支持其完成世代發(fā)育,則寄生蜂能夠正常生長(zhǎng)。因此我們推測(cè)取食Bt棉的非靶標(biāo)寄主幼蟲(chóng)體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)足夠支持寄生蜂生存所需要求,而可能存在的少量Bt毒素對(duì)斑痣懸繭蜂發(fā)育沒(méi)有不良影響。在對(duì)其他寄生蜂的測(cè)定中也得出了類似的結(jié)論,例如,從Bt棉田和常規(guī)棉田采回的棉蚜繭蜂之間在羽化率、歷期及體重等方面沒(méi)有顯著差異[2];寄生取食轉(zhuǎn)GNA基因馬鈴薯的番茄夜蛾(Lacanobia oleracea)幼蟲(chóng)的毛角姬小蜂(Eulophus pennicornis)在后代體型大小、抱卵量和壽命等方面均表現(xiàn)正常[21],Bt棉花粉對(duì)寄生歐洲玉米螟的擬澳洲赤眼蜂(Trichogramma con fusuMViggiani)沒(méi)有影響[22]。

轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)作物對(duì)非靶標(biāo)生物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是其安全性評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容,其中對(duì)天敵昆蟲(chóng)的潛在影響評(píng)價(jià)對(duì)于實(shí)施害蟲(chóng)綜合治理具有重要意義[4]。本試驗(yàn)研究在室內(nèi)進(jìn)行,未發(fā)現(xiàn)取食Bt棉的非靶標(biāo)害蟲(chóng)(斜紋夜蛾和甜菜夜蛾幼蟲(chóng))對(duì)其寄生蜂(斑痣懸繭蜂)的寄生選擇以及子代發(fā)育有不良影響。但轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)作物對(duì)非靶標(biāo)生物的潛在影響受到多種環(huán)境因素的影響,有必要進(jìn)行大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)期的野外試驗(yàn),才能最終獲得充分的依據(jù)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估[23]。

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