王綺靜, 楊月梅, 杜素潔, 梁永軒, 郭建洋, 王福蓮, 劉萬學,*
(1. 長江大學農(nóng)學院, 農(nóng)林病蟲害預警與調控湖北省工程技術研究中心, 湖北荊州 434025;2. 中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所, 植物病蟲害生物學國家重點實驗室, 北京 100193;3. 山西師范大學生命科學學院, 山西臨汾 041004)
潛葉蠅(agromyzid leafminers)隸屬雙翅目(Diptera)潛蠅科(Agromyzidae),是蔬菜、花卉等經(jīng)濟作物上的一類世界性重要小型害蟲(康樂, 1996)。在我國,造成經(jīng)濟危害的潛蠅科害蟲主要為彩潛蠅屬Chromatomyia和斑潛蠅屬Liriomyza(Kangetal., 2009; Liuetal., 2009; 王偉等, 2012; 相君成等, 2012; 劉萬學等, 2013; Gaoetal., 2017)。這些潛葉蠅類害蟲可通過幼蟲潛食葉片和成蟲取食葉片汁液等方式危害多種蔬菜和觀賞植物,甚至造成嚴重的經(jīng)濟損失(Spencer,1973; Kangetal., 2009; Ferguson and Pineda, 2010; Liuetal., 2015)。為了更有效地防控蔬菜潛葉蠅,保證農(nóng)產(chǎn)品安全,亟需探索出綠色高效的防治措施,而利用寄生蜂進行“綠色”防控是目前世界上潛葉蠅防控的首選策略(Murphy and La Salle, 1999; Liuetal., 2009; Liuetal., 2015; Ridlandetal., 2020)。
潛葉蠅上的寄生蜂種類繁多(Liuetal., 2009),控害能力強的寄生蜂應為首選對象,如優(yōu)勢種芙新姬小蜂Neochrysocharisformosa(王偉等, 2012; Zhangetal., 2014; Liuetal., 2015)。芙新姬小蜂隸屬膜翅目(Hymenoptera)姬小蜂科(Eulophidae),雌蜂可以通過產(chǎn)卵寄生(parasitism)、取食(host-feeding)和叮蟄(host-stinging)3種控害行為致死寄主幼蟲,具有良好的控害潛力(王偉等, 2012; Zhangetal., 2014; Liuetal., 2015),尤其是美洲斑潛蠅Liriomyzasativae、三葉草斑潛蠅Liriomyzatrifolii等斑潛蠅屬重要農(nóng)業(yè)害蟲的優(yōu)勢天敵(Saitoetal., 2008; Salehetal., 2010; 王偉等, 2012; Kathiaretal., 2018)。芙新姬小蜂已被發(fā)現(xiàn)具有兩性生殖(arrhenotoky)和孤雌產(chǎn)雌型生殖(thelytoky)兩種生殖模式(Tagamietal., 2006; 楊月梅等, 2017),而孤雌產(chǎn)雌型寄生蜂因不需要通過交配來產(chǎn)生雌性后代,這個特性使寄生蜂飼養(yǎng)和應用的成本減半,具有重要的潛在生防價值(Stouthamer, 2003; Ma and Schwander, 2017; Yeetal., 2018)。
在寄生蜂的規(guī)?;敝澈吞镩g實踐應用中,環(huán)境溫度對寄生蜂的生長發(fā)育和控害效果具有重要的調控作用(Bernal and Gonzalez, 1993; van Baarenetal., 2005; Yietal., 2020; Augustinetal., 2021)。研究表明,極端溫度會降低寄生蜂的壽命、繁殖力和擴散能力(Hanceetal., 2007),而適當范圍內的溫度升高雖然會縮短寄生蜂的發(fā)育歷期和成蟲壽命(Auadetal., 2014; 楊月梅等, 2020; Yietal., 2020),但有利于提高寄生蜂的繁殖力和控害能力(Denisetal., 2012)。對于具有重要應用價值的寄生蜂來說,了解其溫度適應性對評價其控害潛力以及指導寄生蜂的田間應用有重要意義。目前已有研究初步報道了溫度對芙新姬小蜂兩性品系的生物學特性的影響(Moonetal., 2004; 錢景秦等, 2005),然而該蜂孤雌產(chǎn)雌品系成蟲在不同溫度下的適應性和控害潛力尚未明確。因此,本研究以芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系為研究對象,比較不同溫度對雌蜂的壽命和3種寄主致死行為(取食致死、寄生致死和叮蟄致死)的影響,評價芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系在不同溫度處理下控害能力,旨在為加強潛葉蠅的生物防治、芙新姬小蜂的應用實踐提供理論指導。
美洲斑潛蠅于2013年7月采自中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所廊坊試驗站菜豆地(39°30′N, 116°36′E),在室內溫室中用菜豆Phaseolusvulgaris進行連代飼養(yǎng)。芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系于2015年5月采自北京市中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所的蔬菜種植基地(39°58′N, 116°20′E),在人工氣候箱(GPX/RPX-450,中國科林Colin公司)里用“菜豆葉片-美洲斑潛蠅(2齡末-3齡初幼蟲)-寄生蜂系統(tǒng)”進行連代飼養(yǎng)。寄生蜂和寄主飼養(yǎng)條件為:溫度26±1℃,相對濕度45%±5%,光周期14L∶10D,以實驗室連續(xù)多代飼養(yǎng)的穩(wěn)定種群供試。
將帶有2齡末至3齡初美洲斑潛蠅幼蟲(寄主密度約30~35頭/葉)的菜豆葉片剪下放入培養(yǎng)皿(直徑9.0 cm,高2.2 cm)中,皿底用1.2%瓊脂保濕,然后用封口膜密封并在膜上均勻地扎6~7排小孔,每排扎10個孔左右,以保持空氣流通。制作好的含寄主的葉片培養(yǎng)基作為寄生蜂的寄主食物來源。
實驗共設置4個溫度,分別為22, 26, 30和34℃。選取8∶00-10∶00時羽化的健康活躍的芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系單頭雌蜂,移入寄主食物培養(yǎng)皿中,并分別編號。將相應的含有單雌寄生蜂的培養(yǎng)皿分別放入溫度為22, 26, 30和34℃的4個人工氣候箱中供寄生蜂發(fā)育,設置環(huán)境相對濕度45%±5%,光照周期14L∶10D。每個溫度處理條件下設置至少25個重復。每日8∶00時前(在人工氣候箱亮燈前)替換寄主食物培養(yǎng)皿,即將前一天培養(yǎng)皿中的寄生蜂移入新的寄主食物培養(yǎng)皿,直至寄生蜂死亡。移出寄生蜂的培養(yǎng)皿置于同樣環(huán)境條件的人工氣候箱中持續(xù)培養(yǎng)。
首次接蜂的時間記為第1天,3 d(約72 h)后在解剖鏡下鏡檢記錄寄生蜂的取食致死寄主數(shù)、寄生致死寄主數(shù)、叮蟄致死寄主數(shù)和總致死寄主數(shù)等寄生蜂的控害效應參數(shù)。寄生蜂3種致死行為的判定參考已發(fā)表的方法(肖悅等, 2016; Yeetal., 2018):寄主幼蟲體內有寄生蜂幼蟲或卵記為寄生致死;寄生蜂利用口器直接取食寄主幼蟲體內血液和組織液至干癟或部分干癟記為取食致死;寄主幼蟲蟲體僵硬死亡,但蟲體飽滿,體表伴有寄生蜂產(chǎn)卵器穿刺留下的黑斑,且沒有寄生蜂的卵或幼蟲記為叮蟄致死。取食致死寄主數(shù)、寄生致死寄主數(shù)、叮蟄致死寄主數(shù)的總和記為總致死寄主數(shù)。實驗期間,每日記錄寄生蜂死亡數(shù)量及死亡時間。
試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0軟件進行統(tǒng)計分析,對不同溫度下寄生蜂的壽命、取食致死寄主數(shù)、寄生致死寄主數(shù)、叮蟄致死寄主數(shù)、總致死寄主數(shù)和日均致死寄主數(shù)等數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗和方差齊性檢驗,并根據(jù)檢驗結果(正態(tài)性檢驗結果:數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布;方差齊性檢驗結果:方差不齊),以非參數(shù)檢驗-多個獨立樣本比較的秩和檢驗(K Independent Samples Kruskal-WallisHtest)比較4個溫度下成蟲壽命和控害參數(shù)的差異。寄生蜂控害效應參數(shù)之間的關系采用線性回歸(linear regression)分析。
2.1.1壽命:不同溫度處理對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的雌成蟲壽命具有顯著影響(H=41.273,df=3,P<0.001),表現(xiàn)為隨著溫度升高,雌成蟲壽命逐漸縮短(表1)。22, 26和30℃ 3個溫度條件下,雌成蟲的壽命無顯著差異(P>0.05),但均顯著長于34℃下的壽命(P<0.05)。
2.1.2取食致死寄主的效果:不同溫度處理對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的取食致死寄主數(shù)具有顯著影響(H=40.313,df=3,P<0.001)(表1)。26和30℃下的取食致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05),分別顯著高于22和34℃下的取食致死寄主數(shù)(P<0.05);22和34℃下的取食致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05)。
表1 不同溫度下芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系雌成蟲生活史參數(shù)Table 1 Life history parameters of the thelytokous female adults of Neochrysocharis formosa at different temperatures
不同溫度處理對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的日均取食致死寄主數(shù)具有顯著影響(H=58.678,df=3,P<0.001)(表2)。26, 30和34℃下,日均取食致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05),但均顯著高于22℃下的日均取食致死寄主數(shù)(P<0.05)。
表2 不同溫度下芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系雌成蟲的日均致死寄主數(shù)Table 2 Numbers of daily host-killing events of the thelytokous female adults of Neochrysocharis formosaat different temperatures
4個溫度處理下,芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的單日取食致死寄主數(shù)隨日齡的增加整體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在22, 26, 30和34℃下,取食致死寄主數(shù)分別于第7天(13.5頭)、第2天(20.7頭)、第3天(20.9頭)、第2天(20.8頭)達到高峰,之后呈逐漸下降趨勢(圖1: A)。
圖1 不同溫度下芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系雌成蟲的取食致死寄主數(shù)(A)、寄生致死寄主數(shù)(B)、叮蟄致死寄主數(shù)(C)和總致死寄主數(shù)(D)的每日動態(tài)Fig. 1 Dynamics of daily numbers of host-feedingevents (A), parasitism events (B) and host-stingingevents (C), and total number of host-killing events (D) of the thelytokous female adults of Neochrysocharisformosa at different temperatures
2.1.3寄生致死寄主的效果:不同溫度處理對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的寄生致死寄主數(shù)具有顯著影響(H=46.982,df=3,P<0.001)(表1)。26和30℃下寄生致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05),但均顯著高于22和34℃下的寄生致死寄主數(shù)(P<0.05);22和34℃下的寄生致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05)。
不同溫度處理對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的日均寄生致死寄主數(shù)具有顯著影響(H=47.261,df=3,P<0.001)(表2)。日均寄生致死寄主數(shù)在30℃下最高,顯著高于22, 26和34℃下的日均寄生致死寄主數(shù)(P<0.05);26和34℃下的日均寄生致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05),并均顯著高于22℃下的日均寄生致死寄主數(shù)(P<0.05)。
4個溫度處理下的寄生致死寄主數(shù)每日動態(tài)(圖1: B)顯示,22℃下,單日寄生致死寄主數(shù)在0~4頭之間波動;在26, 30和34℃下呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,分別于第6天(4.9頭)、第4天(7.4頭)和第2天(4.5頭)達到單日寄生致死寄主數(shù)的高峰,之后逐漸下降,直至為0。
2.1.4叮蟄致死寄主的效果:不同溫度處理對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的叮蟄致死寄主數(shù)具有顯著影響(H=44.347,df=3,P<0.001)(表1)。30℃下的叮蟄致死寄主數(shù)顯著高于22, 26和34℃下的叮蟄致死寄主數(shù)(P<0.05);22, 26和34℃下的叮蟄致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05)。
不同溫度處理對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的日均叮蟄致死寄主數(shù)具有顯著影響(H=67.617,df=3,P<0.001)(表2)。30和34℃下的日均叮蟄致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05),并均顯著高于22和26℃下的日均叮蟄致死寄主數(shù)(P<0.05);22和26℃下的日均叮蟄致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05)。
4個溫度處理下的叮蟄致死寄主數(shù)每日動態(tài)(圖1: C)顯示,隨著寄生蜂日齡的增加,單日叮蟄致死寄主數(shù)均呈現(xiàn)穩(wěn)定的、小幅度的波動。22℃下,叮蟄致死寄主數(shù)在0~2頭之間波動;26℃下,在0~3頭之間波動;30℃下,在0~5頭之間波動;34℃下,在1~4頭之間波動。
2.1.5對寄主的綜合致死效果:不同溫度處理對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的總致死寄主數(shù)具有顯著影響(H=43.995,df=3,P<0.001)(表1)。26和30℃下的總致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05),均顯著高于22和34℃下的總致死寄主數(shù)(P<0.05);22和34℃下的總致死寄主數(shù)無顯著差異(P>0.05)。
不同溫度處理對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的日均總致死寄主數(shù)具有顯著影響(H=65.858,df=3,P<0.001)(表2)。30℃下的日均總致死寄主數(shù)顯著高于22和26℃下的,但與34℃下的無顯著差異(P>0.05);34℃下的日均總致死寄主數(shù)顯著高于22℃下的,但與26℃下的無顯著差異(P>0.05);26℃下的日均總致死寄主數(shù)顯著高于22℃下的(P<0.05)。
4個溫度處理下,芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的單日總致死寄主數(shù)隨日齡的增加整體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(圖1: D)。在22, 26, 30和34℃下,總致死寄主數(shù)分別于第7天(17.7頭)、第3天(25.6頭)、第3天(32.3頭)和第2天(29.3頭)達到高峰。
4個不同溫度(22, 26, 30和34℃)下,芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的取食致死寄主數(shù)與壽命、寄生致死寄主數(shù)和叮蟄致死寄主數(shù)均呈顯著正相關(表3),即隨著取食寄主數(shù)的增加,寄生蜂的壽命、寄生致死寄主數(shù)和叮蟄致死寄主數(shù)也相應地增加,說明芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系可以通過取食寄主以維持生命和增強自身的控害能力。
表3 不同溫度下芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系雌成蟲取食致死寄主數(shù)與壽命、寄生致死寄主數(shù)、叮蟄致死寄主數(shù)的相關性Table 3 Relationships between the number of host-feeding events and the longevity, the number of parasitism events and the number of host-stinging events of the thelytokous female adults of Neochrysocharisformosa at different temperatures
環(huán)境溫度是影響寄生蜂壽命、繁殖力、控害能力的重要生態(tài)因子(Kendrick and Benstead, 2013; Lemoineetal., 2013; Augustinetal., 2021),對于具有重要應用價值的寄生蜂來說,了解其溫度適應性對評價其控害潛力以及指導寄生蜂的田間應用有重要意義。本研究結果顯示,芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的控害潛力受溫度影響,其在30℃高溫環(huán)境下具有較強的控害潛力。22, 26和30℃下芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的取食致死寄主數(shù)、寄生致死寄主數(shù)、叮蟄致死寄主數(shù)、總致死寄主數(shù)和日均致死寄主數(shù)隨著溫度增加而提高,控害潛力增強。該現(xiàn)象可從兩個方面進行解釋:一方面,隨著溫度升高,寄生蜂的新陳代謝速率加快(Gilloolyetal., 2001; Robertson and Money, 2012),活動能力增強進而提高了其爬行能力和處理寄主的速率和頻率(Abrametal., 2017; Augustinetal., 2021);另一方面,一些針對溫度對昆蟲行為影響的研究提出,昆蟲具有感知環(huán)境溫度的能力(Abrametal., 2017),可在不同溫度條件下調整自身的取食行為和寄生行為(Amatetal., 2006),如在較高溫度下,由于預期壽命降低(Moirouxetal., 2015),寄生蜂會加強自身的寄主接受行為以提高繁殖力和適應能力(Amatetal., 2006)。然而,隨著環(huán)境溫度的升高,芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系成蟲的壽命逐漸縮短,與大多數(shù)寄生蜂,如芙新姬小蜂兩性品系(錢景秦等, 2005; 劉培培等, 2018)、Diglyphusintermedius(Patel and Schuster, 1991)、Campoletischlorideae(Pandey and Tripathi, 2008)、斯氏側溝繭蜂Microplitissimilis(Yietal., 2020)等的溫度適應性表現(xiàn)較為一致。因此,盡管芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系在34℃下的日均總致死寄主數(shù)與26和30℃下無顯著差異(表2),但是其在34℃下壽命顯著縮短了(表1),從而導致整體控害效果顯著降低。
在芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系雌蜂的3種致死寄主行為中,取食致死寄主數(shù)明顯多于叮蟄致死寄主數(shù)和寄生致死寄主數(shù)(表1和2),說明寄生蜂的取食致死寄主行為是其重要的控害方式。自然界中,寄生蜂需要獲取外源營養(yǎng),特別是寄主營養(yǎng),以補充成蟲存活、繁殖所需的糖類物質和脂類物質,尤其是對一些卵育型(synovigeny)寄生蜂而言(Jervisetal., 2008; Ridlandetal., 2020)。芙新姬小蜂是強卵育型寄生蜂,卵子發(fā)生指數(shù)為0.12(Zhangetal., 2014),羽化時只有少量的成熟卵(楊月梅等, 2020),需要取食寄主食物(寄主幼蟲)或非寄主食物(如花蜜、甘露、蜜露等)以滿足生存和繁殖的能量需求(王偉等, 2012; Liuetal., 2015; Tenaetal., 2015)。本研究發(fā)現(xiàn),在一定溫度范圍內,寄生蜂的取食致死寄主數(shù)隨溫度升高而增加(表1),因為高溫下生物機體能量的消耗速率加快(Gilloolyetal., 2001),寄生蜂對營養(yǎng)物質補充的需求也隨之增加,所以需要進一步增強取食行為以滿足維持自身生存和發(fā)育的能量需求,這一現(xiàn)象在劉培培等(2018)對芙新姬小蜂兩性品系的研究中也有發(fā)現(xiàn)。
溫度對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系叮蟄行為和寄生行為的影響程度不同。隨著溫度升高,寄生蜂的寄生致死寄主數(shù)與叮蟄致死寄主數(shù)的比例逐漸降低,并且在34℃時寄生致死寄主數(shù)小于叮蟄致死寄主數(shù),由此推測高溫對叮蟄行為的貢獻高于對寄生行為的貢獻。Patel等(2003)提出,寄生蜂的叮蟄行為是為了通過降低植物葉片上害蟲的存活率,避免葉片因被過度取食而出現(xiàn)干燥或脫落,有利于寄生蜂幼蟲的存活。而Bernardo等(2006)認為,叮蟄行為另一個可能的原因是為了殺死更多的寄主幼蟲來儲備食物。在高溫環(huán)境下,芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的叮蟄行為顯著增加(表1),可能是因為寄主幼蟲在高溫下的發(fā)育速率加快,很快不適合寄生,增加叮蟄行為有利于寄生蜂搶占食物資源用于未來的取食或繁殖活動。
芙新姬小蜂已報道分布于全球的30多個國家和地區(qū),我國至少已在15個省/直轄市有發(fā)現(xiàn)(王偉等, 2012)。據(jù)報道,芙新姬小蜂的孤雌產(chǎn)雌品系和兩性品系常在田間同域發(fā)生(Adachi-Hagimori and Miura, 2008; Adachi-Hagimorietal., 2011);我們也發(fā)現(xiàn)芙新姬小蜂的兩個品系在我國分布廣泛,且在北京、新疆、云南、海南等多個省份共存(未發(fā)表數(shù)據(jù))。目前關于芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系與兩性品系的控害潛力差異尚無系統(tǒng)研究;我們前期的研究結果發(fā)現(xiàn),35℃高溫不降低芙新姬小蜂兩性品系的控害潛力(劉培培等, 2018),而本研究中芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系在34℃高溫下的控害效果顯著降低(表1),提示了該寄生蜂兩種品系的耐熱性以及其在高溫下的控害效果可能存在差異。而芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系在30℃高溫、兩性品系在35℃高溫下均對斑潛蠅類害蟲具有較強的寄主致死能力(劉培培等, 2018),可見兩種品系具有耐高溫以及高溫環(huán)境下控害潛力強的特性,這也解釋了其對入侵斑潛蠅中耐高溫的美洲斑潛蠅和三葉草斑潛蠅具有很好防治效果的現(xiàn)象(Hondoetal., 2006; Saitoetal., 2008; Salehetal., 2010; 王偉等, 2012; Kathiaretal., 2018)。美洲斑潛蠅和三葉斑潛蠅嗜好溫度較高的環(huán)境,主要分布于熱帶、亞熱帶等高溫地區(qū),例如我國的海南省、廣東省、廣西省等地,在我國北方的高溫季節(jié)或溫室保護地亦有分布,其適生范圍廣且具有擴散危害的特性(相君成等, 2012),這可能是芙新姬小蜂在我國廣泛分布的重要原因。
本研究初步比較了溫度對芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系控害潛力的影響,而該寄生蜂作為強卵育型寄生蜂和寄主取食型寄生蜂,可能會受到寄主、環(huán)境溫度、濕度、光照、非寄主食物等生物因子和非生物因子的多重影響(Jervisetal., 2008; Gaudonetal., 2018; Ridlandetal., 2020)。因此,從生物防治應用的角度出發(fā),后續(xù)的研究可比較補充不同營養(yǎng)、不同寄主密度、不同寄主齡期等條件下芙新姬小蜂孤雌產(chǎn)雌品系的生活史特性、生態(tài)與環(huán)境適應性、控害行為和控害潛力,有利于為該寄生蜂在潛葉蠅防治工作中的實際應用提供參考。