入侵湖北的紅火蟻鑒定、發(fā)生特征及適生區(qū)分析

杭行，康立冬，方國(guó)斌，劉元明，秦仙姣，雷朝亮，張凱雄，黃求應(yīng)

1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，武漢 430070；2.湖北省植物保護(hù)總站，武漢 430070

紅火蟻（Solenopsis invictaBuren）是一種重要的檢疫性有害生物，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)、生態(tài)和公共安全等各方面都構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[1］。2018 年湖北省首次在武漢市蔡甸區(qū)發(fā)現(xiàn)紅火蟻，2021 年又在荊門市、黃岡市和宜昌市發(fā)現(xiàn)疫情，引起了各級(jí)植物檢疫部門的高度重視。現(xiàn)在紅火蟻發(fā)生和分布情況的主要調(diào)查方法是踏查法和誘集法[2］。一般情況下，野外調(diào)查人員可以通過螞蟻樣品的顏色、體長(zhǎng)、攻擊性以及螞蟻巢穴外觀等特征來判斷螞蟻樣品是否為紅火蟻[3］，但是對(duì)于其他螞蟻樣品，需要在室內(nèi)借助儀器設(shè)備和分子生物學(xué)方法等進(jìn)行鑒定[4］。為探求紅火蟻在中國(guó)的潛在擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)，目前對(duì)紅火蟻適生性分析和潛在分布區(qū)預(yù)測(cè)的研究主要采用地理信息系統(tǒng)AcrGIS[5-6］、相 似 離 度 法CLIMEX[7］和MaxEnt 模型[8］等方法。隨著全球氣候變化，湖北省的氣候環(huán)境可能更加適合紅火蟻的生存和繁殖。因此，有必要科學(xué)評(píng)估紅火蟻在湖北省的適生區(qū)，這對(duì)紅火蟻未發(fā)生區(qū)的植物檢疫工作具有重要意義[9］。

本研究通過使用形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)的方法對(duì)湖北省4個(gè)調(diào)查點(diǎn)的螞蟻樣品進(jìn)行鑒定，對(duì)確定的紅火蟻新發(fā)地的發(fā)生程度和入侵途徑進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，綜合考慮有效積溫、年降雨量、最冷月平均氣溫和海拔等氣象因子分析、生成了湖北省紅火蟻適生區(qū)分布圖，以期為弄清紅火蟻在湖北省的實(shí)際分布情況和潛在的適生區(qū)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為湖北省紅火蟻檢疫防控工作提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1）螞蟻樣品采集。本研究鑒定的螞蟻樣品采自湖北省武漢市蔡甸區(qū)綠地美湖小區(qū)、黃岡市黃州區(qū)遺愛湖公園、荊門市鐘祥市匯源農(nóng)谷體驗(yàn)園和宜昌市西陵區(qū)體育中心4 個(gè)發(fā)生地。使用誘集器對(duì)螞蟻進(jìn)行誘集或用鐵鏟挖出，裝入密封性好的容器中，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)鑒定。

2）主要實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備。監(jiān)測(cè)牌（廣州瑞豐生物科技有限公司，中國(guó)）、紅火蟻采集器（廣州瑞豐生物科技有限公司，中國(guó)）、體式顯微鏡（Stemi 508，ZEISS公司，美國(guó)）、PCR 儀（T100TMThemal Cycler，BIO-RAD，美國(guó)）、電泳儀（DYY-5D，北京六一儀器廠，中國(guó)）、凝膠成像儀（GelDoc?XR+，BIO-RAD，美國(guó)）。

3）主要試劑。PDA 培養(yǎng)基（青島日水生物技術(shù)有限公司，中國(guó)）、氨芐青霉素（Genview，美國(guó)）、瓊脂糖（武漢擎科生物技術(shù)有限公司，中國(guó)）、MJM5 HiP?er Unversal DNA Mini Kit（Mei5 Biotechnolgy，中國(guó)）、E.Z.N.A.?Gel Extraction Kit（Omega，美國(guó)）、金牌Mix、2×TSINGKE Master Mix（北京擎科生物技術(shù)有限公司，中國(guó)）等。

1.2 形態(tài)學(xué)鑒定

挑取螞蟻樣品在體式顯微鏡下觀察螞蟻樣品的腹柄結(jié)、觸角、上顎以及唇基形態(tài)，使用Stemi 508 體式顯微鏡觀察拍照，與紅火蟻的形態(tài)特征進(jìn)行對(duì)比鑒定。

1.3 分子鑒定

從上述4個(gè)地點(diǎn)采集疑似紅火蟻蟻巢帶回，每個(gè)采集地隨機(jī)選擇1巢，每巢隨機(jī)選擇5只螞蟻，參考杭行 等[4］的 方法，使 用MJM5 HiPer Unversal DNA Mini Kit 提取基因組DNA。通過特異性引物L(fēng)CO1490 （5'-GGTCAACAAACATAAA?GATATTGG-3'） 和 HCO2198 （5'-TA?AACTTCAGGGTGACCAAAAAATCA-3'）擴(kuò)增螞蟻樣品細(xì)胞色素氧化酶I（COI）基因片段。擴(kuò)增后將PCR 產(chǎn)物送至擎科生物公司進(jìn)行測(cè)序，得到COI基因片段序列，并在NCBI數(shù)據(jù)庫中與紅火蟻COI基因進(jìn)行序列比對(duì)。

1.4 發(fā)生程度調(diào)查

2021 年5?9 月，多次對(duì)湖北省紅火蟻發(fā)生地進(jìn)行實(shí)地調(diào)查訪問，采用目測(cè)法調(diào)查記錄紅火蟻發(fā)生地蟻巢數(shù)量，調(diào)查范圍為紅火蟻發(fā)生區(qū)向外擴(kuò)展5~10 m。發(fā)現(xiàn)疑似紅火蟻蟻丘時(shí)，用15 cm 長(zhǎng)的樹枝插入紅火蟻巢穴，若30 s 內(nèi)有3 只以上工蟻出巢，此巢穴為活動(dòng)蟻巢，調(diào)查結(jié)果僅統(tǒng)計(jì)活動(dòng)蟻巢。

參考GB/T 2326?2009《紅火蟻疫情監(jiān)測(cè)規(guī)程》對(duì)紅火蟻發(fā)生地進(jìn)行發(fā)生程度分級(jí)。實(shí)地調(diào)查發(fā)生地從外地調(diào)運(yùn)帶土苗木情況，并詢問當(dāng)?shù)鼐用窦碍h(huán)衛(wèi)工作人員“是否有被螞蟻咬傷的經(jīng)歷”“最早什么時(shí)候被螞蟻咬傷”，并對(duì)調(diào)查地進(jìn)行拍照記錄。

1.5 適生性分析

根據(jù)國(guó)家氣象中心提供的2011?2021 年湖北省27 個(gè)基準(zhǔn)氣象臺(tái)的經(jīng)度、緯度、逐日氣溫和降水量等數(shù)據(jù)，計(jì)算2011?2021 年湖北省年平均降水量和年平均有效積溫，建立湖北省氣溫和降水量數(shù)據(jù)庫。

在紅火蟻的生長(zhǎng)發(fā)育過程中，影響紅火蟻種群生長(zhǎng)發(fā)育最重要的氣候因子是氣溫。參考國(guó)內(nèi)外研究，采用17 ℃作為紅火蟻發(fā)育起點(diǎn)溫度和閾值[10］。不同溫度對(duì)紅火蟻個(gè)體的成長(zhǎng)發(fā)育和種群繁殖的影響主要通過有效積溫來反映，在國(guó)內(nèi)外紅火蟻適生范圍預(yù)測(cè)中，將產(chǎn)生有翅蟻世代的積溫510 DD（日度，degree-days）作為有效積溫閾值[11］，紅火蟻在有效積溫低于510 DD 的地區(qū)不能完成繁衍活動(dòng)。我國(guó)紅火蟻工蟻的過冷卻點(diǎn)為?12 ℃左右[12］，以最冷月平均氣溫?2 ℃作為預(yù)測(cè)紅火蟻北擴(kuò)的限制溫度。除溫度以外，降水量也限制紅火蟻的分布，紅火蟻在干旱和半干旱的地區(qū)難以進(jìn)一步擴(kuò)散。采用國(guó)內(nèi)大部分預(yù)測(cè)研究的紅火蟻潛在劃分標(biāo)準(zhǔn)，以年降水量510 mm 作為預(yù)測(cè)臨界值[13］。海拔高度也在一定程度限制紅火蟻的分布，參考陳曉燕等[14］的研究方法，以1 000 m 為劃分界限，超過1 000 m 劃分為紅火蟻非適生區(qū)。

參與插值的協(xié)變量包括：>510 DD 年有效積溫、?2 ℃低溫限制因子、>500 mm 年平均降水量、<1 000 m 海拔高度。將第1 個(gè)指標(biāo)作為決定性氣候因子，后3 個(gè)指標(biāo)作為限制性因子（表1）。對(duì)這4個(gè)圖層進(jìn)行空間疊加分析[15］，去除不滿足限制性條件因子的區(qū)域，將得到的結(jié)果圖重新插值，用密度間隔的方法分為4個(gè)等級(jí)，即高度適生區(qū)、適生區(qū)、輕度適生區(qū)和非適生區(qū)，并計(jì)算各等級(jí)所占面積比例。本研究使用的湖北省地圖來自湖北省地理信息公共服 務(wù) 平 臺(tái)（https：//hubei.tianditu.gov.cn/standard?Map）。

表1 紅火蟻適生區(qū)等級(jí)劃分Table 1 Classification for the suitable areas of the red fire ants

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)鑒定結(jié)果

形態(tài)鑒定結(jié)果顯示，采自武漢市蔡甸區(qū)、黃岡市黃州區(qū)、荊門市鐘祥市和宜昌市西陵區(qū)4個(gè)發(fā)生地的螞蟻樣品均具2 個(gè)腹柄結(jié)，第1 節(jié)腹柄結(jié)呈扁錐狀，第2 節(jié)腹柄結(jié)呈圓錐狀；螞蟻樣品上顎內(nèi)緣具3 個(gè)大齒，唇基中齒發(fā)達(dá)，剛毛明顯；觸角10 節(jié)，端部2 節(jié)成錘棒狀；上述特征均與紅火蟻特征一致，因此，判定4個(gè)發(fā)生地的螞蟻樣品均為紅火蟻。

2.2 分子鑒定結(jié)果

以螞蟻樣品DNA 為模板，使用通用引物L(fēng)CO1490、HCO2198 進(jìn)行PCR 擴(kuò)增，經(jīng)凝膠電泳檢測(cè)，在300 nm 紫光燈照射下，目標(biāo)片段條帶清晰，長(zhǎng)度為500~750 bp（圖1）。

圖1 4個(gè)螞蟻樣品的COI 基因PCR 擴(kuò)增電泳圖Fig.1 PCR product gels of the four sampling ants

湖北省4 個(gè)采樣點(diǎn)螞蟻樣品的COI 基因片段長(zhǎng)度與紅火蟻COI 基因相似度以及在NCBI 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果見表2。武漢市蔡甸區(qū)、黃岡市黃州區(qū)、荊門市鐘祥市和宜昌市西陵區(qū)螞蟻樣品的COI 基因與紅火蟻相似度分別為99.90%、99.60%、99.40%和98.0%，4個(gè)地點(diǎn)螞蟻樣品COI基因相似度達(dá)98%以上的序列ID 為HQ215538.1，可見以上4 個(gè)采樣點(diǎn)的螞蟻樣品均可鑒定為紅火蟻。

表2 湖北省4個(gè)采樣點(diǎn)螞蟻樣品的PCR產(chǎn)物序列比對(duì)結(jié)果Table 2 The results of sequence alignments of PCR products in sampling ants from the four locations in Hubei Province

2.3 湖北省紅火蟻新發(fā)地及其傳播途徑調(diào)查結(jié)果

根據(jù)上述紅火蟻鑒定結(jié)果可知，荊門市鐘祥市匯源農(nóng)谷體驗(yàn)園、黃岡市黃州區(qū)遺愛湖公園、武漢市蔡甸區(qū)綠地美湖別墅區(qū)和宜昌市西陵區(qū)體育中心均為湖北省紅火蟻新發(fā)地，發(fā)生面積分別為2.67、2.00、6.67、0.33 hm2（表3）。上述4個(gè)地點(diǎn)紅火蟻危害等級(jí)均在中等偏重以上，巢體中均發(fā)現(xiàn)了有翅繁殖蟻，說明是成熟蟻巢，入侵定殖時(shí)間估計(jì)都在3 a 以上。實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，武漢市蔡甸區(qū)綠地美湖小區(qū)建設(shè)過程中并未從外地調(diào)運(yùn)苗木，但該小區(qū)與后官湖綠道相連，后官湖又與2018 年發(fā)生紅火蟻的世茂龍灣小區(qū)相連，并且2 個(gè)小區(qū)直線距離僅1 km，在紅火蟻婚飛擴(kuò)散距離范圍內(nèi)，推測(cè)可能是有翅蟻婚飛擴(kuò)散而來。黃岡市黃州區(qū)遺愛湖公園建造時(shí)從南方紅火蟻發(fā)生區(qū)引進(jìn)了帶土的綠化樹木，由此攜帶紅火蟻傳入該公園的可能性大，由于當(dāng)?shù)厝狈t火蟻防治技術(shù)專業(yè)人員，公園管理部門在發(fā)現(xiàn)紅火蟻后，請(qǐng)非專業(yè)人員進(jìn)行防治導(dǎo)致紅火蟻擴(kuò)散蔓延。鐘祥市匯源農(nóng)谷體驗(yàn)園的紅火蟻可能是在溫室建造時(shí)從南方紅火蟻發(fā)生區(qū)引進(jìn)帶土的三角梅和椰子樹攜帶而來，由于一直飼養(yǎng)在溫室中溫度適宜，紅火蟻在該地成功越冬，工作人員在溫室內(nèi)外的活動(dòng)使得紅火蟻擴(kuò)散到溫室周圍的水田和草坪，并通過有翅蟻婚飛擴(kuò)散建立新巢。對(duì)宜昌市西陵區(qū)體育中心進(jìn)行訪問調(diào)查，發(fā)現(xiàn)紅火蟻蟻巢集中在體育中心籃球場(chǎng)旁的草坪、雜草叢中，數(shù)量多；在該體育中心綠化地建設(shè)初期，從南方紅火蟻發(fā)生地區(qū)引入草皮和綠化樹木，可能由此攜帶紅火蟻傳入。

表3 湖北省紅火蟻發(fā)生區(qū)等級(jí)及可能的傳播途徑Table 3 Classification of the occurrence areas and possible routes of transmission of the fire ants in Hubei Province

2.4 湖北省紅火蟻適生區(qū)的劃分

由圖2 可知，湖北紅火蟻的輕度適生區(qū)、適生區(qū)與高度適生區(qū)分布廣，其中輕度適生區(qū)占湖北省面積的13.52%，適生區(qū)占湖北省面積的12.97%，高度適生區(qū)占湖北省面積的39.42%，占湖北省總面積的65.91%，涵蓋了已發(fā)現(xiàn)紅火蟻定殖的武漢市蔡甸區(qū)、荊門市鐘祥市、黃岡市黃州區(qū)和宜昌市西陵區(qū)。湖北省紅火蟻非適生區(qū)主要分布在十堰市、神農(nóng)架林區(qū)、襄陽市中北部和中東部地區(qū)、宜昌市中北部和西南部地區(qū)和恩施土家族苗族自治州的大部分地區(qū)，占湖北省面積的34.09%。此外，在湖北省其他城市的少部分地較高朝北的地區(qū)也是紅火蟻的非適生區(qū)。

圖2 湖北省紅火蟻適生區(qū)分布圖Fig.2 Distribution of the suitable areas of the fire ants in Hubei Province

3 討 論

自2018 年在湖北省武漢市首次發(fā)現(xiàn)紅火蟻以來，又陸續(xù)在湖北省的荊門市、黃岡市和宜昌市等地發(fā)現(xiàn)紅火蟻疫情，其發(fā)生呈現(xiàn)不斷蔓延趨勢(shì)。為了探明紅火蟻入侵湖北省的傳播途徑，有效監(jiān)測(cè)和控制紅火蟻在湖北省的發(fā)生和危害，本研究開展了湖北省紅火蟻發(fā)生程度調(diào)查、種類鑒定和適生性分析。采用形態(tài)鑒定和分子鑒定相結(jié)合的方法，可準(zhǔn)確鑒定出螞蟻樣品的具體種類[4］。

紅火蟻的傳播一方面是通過自然擴(kuò)散，一般傳播距離較短；另一方面，紅火蟻通過人類活動(dòng)傳播，如園林、苗木、機(jī)具設(shè)備和物資調(diào)運(yùn)等，可以遠(yuǎn)距離傳播[16-17］。不同土地利用類型對(duì)紅火蟻時(shí)空擴(kuò)散影響較大，例如Lin 等[18］調(diào)查了中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)2 個(gè)危害程度不同的紅火蟻發(fā)生區(qū)，發(fā)現(xiàn)水田、主干道和倉庫是主要的3種擴(kuò)散源，是防控紅火蟻擴(kuò)散傳播的重點(diǎn)區(qū)域。本研究通過對(duì)湖北省紅火蟻新發(fā)生地的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，紅火蟻主要通過苗木調(diào)運(yùn)傳入湖北，調(diào)運(yùn)的苗木來自南方紅火蟻發(fā)生區(qū)，紅火蟻定殖成功后可能通過婚飛進(jìn)一步擴(kuò)散到周邊地區(qū)。已確定的湖北省紅火蟻發(fā)生區(qū)的危害等級(jí)均在中等偏上，而且在巢體中均發(fā)現(xiàn)有翅繁殖蟻，說明其為成熟的紅火蟻蟻巢，入侵定殖時(shí)間估計(jì)在3 a 以上。在一些紅火蟻發(fā)生區(qū)，由于缺乏防治經(jīng)驗(yàn)，采用噴灑液體農(nóng)藥的防治方法導(dǎo)致紅火蟻防治效果甚微，甚至出現(xiàn)紅火蟻巢體擴(kuò)散的情況，因此采用正確的監(jiān)測(cè)防控方法對(duì)控制紅火蟻的蔓延十分關(guān)鍵。二階段處理法是將毒餌誘殺法與單巢藥劑處理法結(jié)合。不僅防治效果好，見效快，而且降低了化學(xué)藥劑使用量，結(jié)合了2種方法的優(yōu)點(diǎn)。此方法在美國(guó)和澳大利亞已經(jīng)成熟[19]，也是目前使用最普遍的方法。

適生性分析能夠?qū)ν鈦砦锓N起到早期預(yù)警作用[20-21］。薛大勇等[22]利用2 種生物氣候模型（CLI?MEX 和GARP），以美國(guó)現(xiàn)有資料為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，預(yù)測(cè)山東、天津、河北南部和山西南部是紅火蟻的自然擴(kuò)散最北界限。Song等[23］利用MaxEnt模型預(yù)測(cè)了中國(guó)未來氣候條件下紅火蟻的適生區(qū)面積，主要位于中國(guó)南部和東南部，未來紅火蟻的適生面積將向高緯度地區(qū)擴(kuò)展。本研究預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，除湖北省十堰市、神農(nóng)架林區(qū)以及襄陽市、宜昌市和恩施土家族苗族自治州的部分地區(qū)因?yàn)橛行Хe溫低和（或）年降雨量少，無法滿足紅火蟻的定殖條件外，其他地區(qū)分別屬于紅火蟻的輕度適生區(qū)、適生區(qū)與高度適生區(qū)，占到湖北省總面積的65.91%，這對(duì)湖北省紅火蟻檢疫防控工作提出了很大挑戰(zhàn)。

鑒于紅火蟻傳播速度快、對(duì)生物多樣性和生態(tài)環(huán)境危害大和在湖北省適生區(qū)廣的特點(diǎn)，湖北省植物檢疫部門對(duì)紅火蟻新發(fā)地應(yīng)加強(qiáng)植物檢疫，防止調(diào)運(yùn)帶有紅火蟻的苗木，對(duì)紅火蟻發(fā)生省份調(diào)運(yùn)進(jìn)入湖北省的苗木、物資等應(yīng)加強(qiáng)檢疫審查，以免再次帶入紅火蟻。同時(shí)，應(yīng)該通過廣播、電視和網(wǎng)絡(luò)媒體等向民眾宣傳科普紅火蟻的識(shí)別特征和危害，讓廣大群眾積極主動(dòng)報(bào)告疑似紅火蟻的情況，及早向相關(guān)技術(shù)鑒定部門報(bào)送螞蟻樣品，若確定后盡快采取行之有效的紅火蟻根除措施，阻斷紅火蟻在湖北省進(jìn)一步蔓延。