十一星瓢蟲對(duì)棉蚜及蚜繭蜂寄生蚜的嗅覺行為反應(yīng)與選擇性研究

蘇 悅，馬 雪，丁建朋，熊仁次，姚永生

(塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】 目前新疆棉花種植面積196.3×104hm2，總產(chǎn)為408.2×104t，分別占全國(guó)的60.8%和74.4%，已成為全國(guó)最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地[1]。近年來新疆南部棉田害蟲種類組成優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)與種群消長(zhǎng)規(guī)律發(fā)生了明顯變化，棉蚜為害日趨嚴(yán)重[1-3]。借助于化學(xué)農(nóng)藥的防治措施使得棉田棉蚜抗藥性不斷增加，防治越來越困難[4-7]?；谧匀簧鷳B(tài)調(diào)控原理的生防因子十一星瓢蟲Coccinellaundecimpunctata和蚜繭蜂對(duì)棉蚜的潛在作用尤為重要[8-9]，是棉花生產(chǎn)中利用自然天敵防治棉蚜的重要措施。以新疆南部棉田主要捕食性天敵十一星瓢蟲和寄生性天敵蚜繭蜂間的關(guān)系為研究?jī)?nèi)容，探索天敵集團(tuán)內(nèi)的相互作用[10]，對(duì)合理利用天敵調(diào)控棉蚜具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】利用專性寄生天敵與廣食性捕食天敵聯(lián)合防治農(nóng)業(yè)害蟲已有廣泛研究[11-13]。原國(guó)輝等[14](2000)發(fā)現(xiàn)，瓢蟲、蜘蛛和寄生蜂作為菜田潛葉蠅的天敵，它們之間存在激烈的競(jìng)爭(zhēng)。七星瓢蟲Coccinellaseptempunctata與異色瓢蟲Harmoniaaxyridis都不能有效識(shí)別剛被寄生的蚜蟲而取食被寄生蚜[15]。十一星瓢蟲C.undecimpunctata取食剛被科曼尼蚜繭蜂Aphidiuscolemani寄生的蚜蟲，但不取食寄生時(shí)間較長(zhǎng)的僵蚜[16]。付文燕等[17](2017)研究結(jié)果表明,異色瓢蟲H.axyridis可有效避開取食短翅蚜小蜂Aphelinusasychis寄生的僵蚜。徐繼偉等[18](2018)研究發(fā)現(xiàn)，七星瓢蟲C.septempunctata和異色瓢蟲H.axyridis成蟲在健康煙蚜Myzuspersicae和低日齡寄生蚜間無明顯取食選擇，而在健康煙蚜和高日齡寄生蚜間選擇差異明顯?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】十一星瓢蟲和蚜繭蜂是新疆棉田重要的天敵昆蟲[8-9]，而十一星瓢蟲對(duì)蚜繭蜂寄生蚜是否能有效識(shí)別，兩類天敵間是否存在集團(tuán)內(nèi)捕食作用尚不明確。研究十一星瓢蟲對(duì)棉蚜及蚜繭蜂寄生蚜嗅覺行為反應(yīng)和選擇性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以新疆南部棉區(qū)主要害蟲棉蚜及其主要天敵十一星瓢蟲和蚜繭蜂為研究對(duì)象，研究捕食性天敵和寄生性天敵間相互作用的關(guān)系，為合理利用兩類天敵協(xié)同治理棉蚜提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

十一星瓢蟲和棉蚜均采自新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師阿拉爾國(guó)家農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)棉花試驗(yàn)田，在室內(nèi)溫度(25±1)℃、相對(duì)濕度(70±5)%、光周期L∶D=14∶10的人工氣候箱(RXZ-320L)中飼養(yǎng)。

從田間采集被寄生的僵蚜置于平底指形管(管徑15 mm，高度55 mm)中，待蚜繭蜂羽化為成蟲后，解剖鏡下觀察并區(qū)分雌雄蟲，喂蜂蜜水作為補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)。室內(nèi)設(shè)置蚜繭蜂雌雄性比2∶1，以健康的棉蚜2～3日齡若蚜作為寄生對(duì)象，連續(xù)飼養(yǎng)3代，抽樣解剖觀察，逐代排除重寄生，獲得均勻整齊的室內(nèi)飼養(yǎng)種群作為試驗(yàn)蟲源。

1.2 方 法

1.2.1 寄生蚜及寄生率

將新鮮棉葉用蒸餾水沖洗干凈晾干后放于培養(yǎng)皿(直徑12 cm)中，用脫脂棉蘸蒸餾水包住棉花葉柄，以保證棉葉新鮮。挑選大小一致、健康的1日齡棉蚜若蚜接到準(zhǔn)備好的培養(yǎng)皿中，然后將同一天羽化的未交配的蚜繭蜂雌蜂和雄蜂放入指形管中交配24 h后接入，保鮮膜封好后，用1#細(xì)昆蟲針扎若干小洞以保證有足夠的空氣透過。一組于24 h后進(jìn)行解剖，觀察蚜蟲體內(nèi)寄生蜂卵或幼蟲數(shù)量，判斷驗(yàn)證蚜蟲被寄生現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)不同蜂蚜比例處理的寄生率。另設(shè)一組48～72 h后觀察寄生情況，待有明顯寄生現(xiàn)象(解剖鏡下寄生蚜背部上方出現(xiàn)有深色小點(diǎn))或僵蚜后統(tǒng)計(jì)寄生率，判斷不同蜂蚜比例的蚜蟲寄生率。

通過設(shè)置蚜繭蜂雌雄性比2∶1，蜂蚜數(shù)量比例分別為3頭∶30頭、3頭∶60頭、3頭∶90頭、3頭∶120頭和3頭∶150頭預(yù)試驗(yàn)，蜂蚜比3∶60條件下，可保證蚜繭蜂對(duì)棉蚜1日齡若蚜的寄生率達(dá)≥95%。正式試驗(yàn)時(shí)選取該比例條件培育寄生蚜為供試材料。表1

表1 不同蜂蚜比處理下蚜蟲寄生率

Table 1 Parasitic rate of aphids under different ratio of parasitoids to aphids

蜂蚜比Parasitoids/aphids 解剖棉蚜量①Anatomical aphids(頭)寄生率Parasitic rate(%)蜂蚜比Parasitoids/aphids 處理蚜蟲數(shù)量②Number of aphids(頭)寄生率Parasitic rate(%)3∶3012098.33∶3015097.73∶6012096.73∶6018095.33∶9015090.33∶9018087.53∶12015076.73∶12024074.33∶15015067.43∶15030070.8

注：① 解剖蚜蟲觀察體內(nèi)寄生蜂卵或幼蟲數(shù)量判斷被寄生率；② 觀察蚜蟲被寄生的現(xiàn)象判斷寄生率

Note: ① Parasitic rate was determined by dissecting aphids for observing the number of parasitic wasp eggs or larvae in vivo; ② The parasitic rate was judged by observing the phenomenon of aphids being parasitized

1.2.2 嗅覺行為測(cè)定

利用南京普森儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的“Y”型三臂嗅覺儀(型號(hào)為PSM3～200，活動(dòng)室直徑200 mm，臂孔徑為20 mm)測(cè)定十一星瓢蟲雌、雄成蟲對(duì)1日齡健蚜和1日齡寄生蚜、2日齡健蚜和2日齡寄生蚜、3日齡健蚜和3日齡寄生蚜、4日齡健蚜和4日齡寄生蚜、5日齡健蚜和5日齡寄生蚜的嗅覺行為反應(yīng)。分別取健蚜和不同寄生時(shí)長(zhǎng)的寄生蚜50頭放入三臂嗅覺儀兩臂相連的物料瓶作為氣味源，另一臂中每次放入1頭瓢蟲，每頭成蟲測(cè)定1次，觀察其在兩臂間的選擇性。試驗(yàn)在避光條件下進(jìn)行(以紅光作為照明光源)，重復(fù)30次。每進(jìn)行1次試驗(yàn)后用脫脂棉浸95%乙醇擦拭管道烘干，試驗(yàn)2～3次后交換氣味源位置。選擇判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)十一星瓢蟲成蟲3 min爬至測(cè)定臂1/3及以上距離處，記為對(duì)該處理有嗅覺行為選擇；否則，則認(rèn)為無選擇。

1.2.3 選擇性測(cè)定

將健蚜分別與1～5 日齡時(shí)長(zhǎng)的寄生蚜各放50頭于培養(yǎng)皿中，再接入1對(duì)經(jīng)饑餓處理的十一星瓢蟲成蟲，24 h后觀察培養(yǎng)皿中剩余蚜蟲數(shù)量。將剩余的棉蚜繼續(xù)培養(yǎng)，每12 h觀察一次，并清除新生若蚜，記錄變成僵蚜的數(shù)量，直到無新僵蚜形成為止，每組處理設(shè)30次重復(fù)。另設(shè)雌、雄成蟲分開，測(cè)定取食選擇性。將記錄的數(shù)據(jù)按下列公式計(jì)算[18]：

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SPSS 19.0、Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，十一星瓢蟲對(duì) 2 種不同狀態(tài)蚜蟲間的嗅覺行為反應(yīng)和取食選擇性比較采用Student’s t測(cè)驗(yàn)法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。十一星瓢蟲取食不同寄生時(shí)長(zhǎng)寄生蚜采用Duncan’s 氏新復(fù)極差法分析差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 十一星瓢蟲成蟲對(duì)不同狀態(tài)棉蚜的嗅覺行為反應(yīng)

研究表明，十一星瓢蟲成蟲趨向健蚜的比例大于寄生蚜，但1 日齡、2日齡寄生蚜和健蚜相比，嗅覺反應(yīng)無顯著差異(1 日齡寄生蚜和健蚜：t=0.089 4，df=58，P=0.929 4；2日齡寄生蚜和健蚜：t=0.038，df=58，P=0.971 0)；3 日齡、4日齡和5日齡寄生蚜和健蚜相比，嗅覺反應(yīng)均有顯著差異(3 日齡寄生蚜和健蚜：t=2.127 4，df=58，P=0.042 1；4日齡寄生蚜和健蚜：t=2.105 4，df=58，P=0.044 2；5日齡寄生蚜和健蚜：t=2.657 6，df=58，P=0.012 7)。十一星瓢蟲成蟲對(duì)寄生初期的棉蚜和健蚜間無明顯嗅覺趨向，而寄生時(shí)間較長(zhǎng)的高日齡寄生蚜與健蚜相比，更趨向于健蚜。圖1研究表明，雌蟲和雄蟲對(duì)1日齡、2日齡寄生蚜與健蚜間無顯著差異(1日齡寄生蚜和健蚜：t=0.263 8，0.252 2，df=58，58，P=0.793 8，0.802 6；2日齡寄生蚜和健蚜：t=0.123 3，0.207 0；df=58，58；P=0.902 7，0.837 5)，對(duì)3日齡、4日齡和5日齡寄生蚜與健蚜間存在顯著差異(3日齡寄生蚜和健蚜：t=2.141 9，2.089 6；df=58，58；P=0.040 7，0.045 5；4日齡寄生蚜和健蚜：t=2.257 2，2.235 2；df=58，58；P=0.031 7，0.033 3；5日齡寄生蚜和健蚜：t=2.196 1，2.291 3；df=58，58；P=0.036 2，0.029 4)。十一星瓢蟲雌、雄成蟲均明顯趨向于健蚜和初期寄生蚜，雌、雄成蟲間無明顯差異。圖2 ，圖3

注：圖1中寄生蚜和健蚜成對(duì)比較，以此類推?！?”表示差異顯著(P<0.05)，NS表示差異不顯著(P> 0.05)。下同

Note: Only 1-day-old parasiticA.gossypii and 1-day-old healthyA.gossypii were compared in the figure, by analogy.“*”shows significant difference (P< 0.05)and NS shows no significant difference (P> 0.05).The same as below

圖1 十一星瓢蟲成蟲對(duì)不同狀態(tài)棉蚜的嗅覺行為反應(yīng)

Fig.1 Odor behavior response of adults ofC.undecimpunctatatoA.gossypiiwith different states

圖2 十一星瓢蟲雌成蟲對(duì)不同狀態(tài)蚜蟲的嗅覺行為反應(yīng)

Fig.2 Odor behavior response of female adults ofC.undecimpunctatatoA.gossypiiwithdifferent states

圖3 十一星瓢蟲雄成蟲對(duì)不同狀態(tài)蚜蟲的嗅覺行為反應(yīng)

Fig.3 Odor behavior response of male adults ofC.undecimpunctatatoA.gossypiiwithdifferent states

2.2 十一星瓢蟲成蟲對(duì)寄生蚜和棉蚜的取食選擇性

研究表明，十一星瓢蟲成蟲取食1日齡和2日齡寄生若蚜比率高于健蚜，但是無顯著差異(1日齡寄生蚜和健蚜：t=0.224 6，df=58，P=0.823；2日齡寄生蚜和健蚜：t=0.218 6，df=58，P=0.827 7)；十一星瓢蟲成蟲取食健蚜的比率均顯著高于3日齡、4日齡和5日齡寄生蚜(3日齡寄生蚜和健蚜：t=2.074 2，df=58，P=0.042 5；4日齡寄生蚜和健蚜：t=3.822 8，df=58，P=0.000 3；5日齡寄生蚜和健蚜：t=6.541 6，df=58，P<0.05)。與健蚜相比，十一星瓢蟲成蟲對(duì)蚜繭蜂寄生初期蚜蟲無明顯選擇性，對(duì)高日齡寄生蚜選擇性明顯降低。圖4

圖4 十一星瓢蟲成蟲對(duì)被寄生蚜和健蚜的取食率

Fig.4 Feeding rate of adults ofC.undecimpunctataon parasiticA.gossypiiand healthyA.gossypii

注：相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05)

Note: The same lowercase letters showed no significant difference (P> 0.05)

圖5 十一星瓢蟲成蟲取食后剩余蚜蟲僵蚜形成率

Fig.5 Formation rate of remaining mummifiedA.gossypiiafter the prey byC.undecimpunctataadults

研究表明，十一星瓢蟲成蟲取食后，剩余蚜蟲繼續(xù)培育最后形成僵蚜比例最高的是5日齡寄生蚜處理，其次是3日齡和4日齡寄生蚜，最低是1日齡和2日齡寄生蚜。1 日齡和2 日齡寄生蚜蟲形成僵蚜的比例差異不顯著，3日齡和4日齡寄生蚜形成僵蚜的比例差異也不顯著。高日齡(3～5日齡)寄生蚜處理形成僵蚜的比例均顯著高于低日齡寄生蚜處理。十一星瓢蟲成蟲可取食健蚜和被寄生初期若蚜，而對(duì)高日齡寄生蚜的取食率較低。圖5

圖6 十一星瓢蟲雌、雄成蟲對(duì)健蚜的取食率

Fig.6 Feeding rate of adults ofC.undecimpunctataof male and female adults on healthyA.gossypii

圖7 十一星瓢蟲雌雄成蟲對(duì)寄生蚜的取食率

Fig.7 Feeding rate of adults ofC.undecimpunctataof male and female adults on parasiticA.gossypii

研究表明，十一星瓢蟲雌成蟲對(duì)健蚜和寄生蚜的取食率均大于雄成蟲，但對(duì)健蚜和寄生蚜間的選擇性無顯著差異(雌蟲對(duì)1～5日齡寄生蚜和健蚜：t=0.07，df=30，P=0.944 5；t=0.081 2，df=30，P=0.935 8；t=0.086 3，df=30，P=0.931 8；t=0.108，df=30，P=0.914 7；t=0.130 7，df=30，P=0.896 9；雄蟲對(duì)1～5日齡寄生蚜和健蚜：t=0.109 7，df=30，P=0.913 4；t=0.128 1，df=30，P=0.898 9；t=0.144 4，df=30，P=0.886 2；t=0.185 9，df=30，P=0.853 8；t=0.135 2，df=30，P=0.893 4)。圖6，圖7

3 討 論

利用捕食性天敵和寄生性天敵協(xié)同防控農(nóng)林生產(chǎn)中的害蟲是生物防治研究的熱點(diǎn)問題之一[15-17]。十一星瓢蟲和蚜繭蜂是新疆棉田中優(yōu)勢(shì)種天敵，在棉花蚜蟲種群的自然調(diào)節(jié)中有重要作用[8-9,19]，而兩類天敵間擁有共同的寄主，明確在共存環(huán)境中二者間的相互作用對(duì)棉蚜的生物防治有重要意義。研究結(jié)果表明，十一星瓢蟲取食健蚜與1日齡和2日齡寄生蚜相比無明顯差異，對(duì)3日齡、4日齡和5日齡寄生蚜而言，明顯傾向于取食健蚜。這與十一星瓢蟲不取食科曼尼蚜繭蜂寄生的僵蚜的研究結(jié)果基本一致[12]，表明瓢蟲對(duì)寄生蜂的存活有一定影響，對(duì)寄生初期的蚜蟲的選擇性不明顯，但隨寄生時(shí)間延長(zhǎng)，更偏好取食未被寄生的健蚜。為充分利用捕食性瓢蟲和寄生性天敵對(duì)棉蚜的協(xié)同防控作用[22]，田間應(yīng)避開十一星瓢蟲與蚜繭蜂尤其是寄生初期的相遇機(jī)率，以發(fā)揮天敵間的協(xié)同防控效果。

寄生性天敵或捕食性天敵可利用植食性昆蟲釋放一些化學(xué)信息物質(zhì)等來實(shí)現(xiàn)更有效的覓食功能[20-21]。研究中發(fā)現(xiàn)十一星瓢蟲成蟲對(duì)3日齡以上寄生蚜有明顯的負(fù)趨向行為反應(yīng)，而對(duì)1日齡和2日齡寄生蚜趨向行為反應(yīng)與健蚜相比差異不明顯，取食1日齡和2日齡寄生蚜與健蚜相比選擇性也無明顯差異，十一星瓢蟲成蟲對(duì)不同寄生時(shí)長(zhǎng)寄生蚜的嗅覺反應(yīng)差異與取食選擇性相一致。十一星瓢蟲成蟲對(duì)不同寄生時(shí)長(zhǎng)寄生蚜的嗅覺反應(yīng)差異是否與健蚜和寄生期長(zhǎng)短不同的寄生蚜間可能存在的信號(hào)物質(zhì)差異有關(guān)有待進(jìn)一步研究。另外，在捕食者與寄生蜂的集團(tuán)內(nèi)捕食作用中存在不對(duì)稱性，如寄生蜂由于寄生后在寄主體內(nèi)而不能靈活移動(dòng)，與捕食性瓢蟲相比處于被動(dòng)地位。有研究顯示捕食者取食了僵蚜后，會(huì)影響其生長(zhǎng)發(fā)育，表現(xiàn)出發(fā)育歷期延長(zhǎng)、體重增加變緩，分析認(rèn)為可能與寄生形成的營(yíng)養(yǎng)差有關(guān)[12-13]。進(jìn)一步研究被寄生蜂寄生前后寄主的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)差異，可為研究?jī)烧唛g相互作用提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié) 論

與健蚜相比，十一星瓢蟲成蟲對(duì)3日齡、4日齡、5日齡寄生蚜的選擇率分別比健蚜降低10.09%、14.76%、18.36%，有明顯的負(fù)趨向行為反應(yīng)，對(duì)1日齡和2日齡寄生蚜趨向行為反應(yīng)差異不明顯，雌、雄成蟲間具有相似的嗅覺行為反應(yīng)。十一星瓢蟲成蟲對(duì)健蚜和寄生初期蚜蟲間取食選擇率分別為39.96%、42.65%，差異不明顯；但對(duì)3日齡、4日齡和5日齡寄生蚜的取食選擇率分別為32.93%、19.57%、5.21%，與對(duì)健蚜的取食選擇率相比分別降低12.78%、23.29%、31.47%，每組處理差異均顯著，十一星瓢蟲更喜歡取食未被寄生的健康蚜蟲和寄生初期的蚜蟲，這一點(diǎn)與成蟲嗅覺選擇趨勢(shì)結(jié)果一致。因此，十一星瓢蟲和蚜繭蜂間存在降低集團(tuán)內(nèi)捕食作用的某些機(jī)制。