龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲的捕食作用及捕食偏好

喬折艷，楊曉平，董秀娟，楊雪琳，劉小俠*，胡紅菊,3*

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所，武漢 430064；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，北京 100193；3.湖北洪山實驗室，武漢 430070）

梨癭蚊Dasineura pyri(Bouche)，又名梨卷葉癭蚊，屬雙翅目Diptera，癭蚊科Cecidomyiida，俗稱梨芽蛆、梨葉蛆、梨紅沙蟲[1]。梨癭蚊的寄主僅有梨[2]，其主要以幼蟲刺吸梨樹嫩梢上新生的嫩葉汁液進(jìn)行為害，幼葉被害后逐漸卷曲、皺縮成卷筒狀，背面則凸起許多小疙瘩，伴隨失綠、黃色斑點的出現(xiàn)，為害嚴(yán)重的葉片逐漸枯死脫落，間接影響了梨樹光合作用，從而對梨樹的發(fā)育造成影響[3,4]。梨癭蚊最早在歐洲被發(fā)現(xiàn)，之后傳到了北美和新西蘭[5]。該蟲最早在我國發(fā)現(xiàn)于安徽省[6]，自20世紀(jì)80年代以來，由于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，梨樹栽培面積逐漸擴(kuò)大，該蟲的發(fā)生范圍也逐漸擴(kuò)大，我國多個省份均有對該蟲的報導(dǎo)[7-11]。

梨癭蚊是我國南方地區(qū)梨樹上的一種重要害蟲，其成蟲產(chǎn)卵量較大，幼蟲在田間呈聚集分布，主要依靠潛藏在幼嫩卷葉內(nèi)刺吸汁液為害，殺蟲劑難以觸及蟲體導(dǎo)致防治難度較大[12]。龜紋瓢蟲是廣食性的捕食天敵，本文旨在通過擬合HollingⅡ型捕食功能反應(yīng)，明確不同蟲態(tài)的龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲的捕食效能，從而為利用龜紋瓢蟲控制梨癭蚊提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試?yán)姘`蚊4齡老熟幼蟲采自“國家果樹種質(zhì)武昌砂梨圃”（湖北省武漢市江夏區(qū)金水閘，地處30°29′ N，114°15′ E；海拔約36 m）；龜紋瓢蟲采購自北京闊野田園生物技術(shù)有限公司（購買蟲態(tài)為卵卡）；所用培養(yǎng)皿規(guī)格為90 mm×20 mm（直徑×高度）。

1.2 試驗方法

將采購到的龜紋瓢蟲卵卡置于實驗室內(nèi)光照培養(yǎng)箱（EYELAFLI-2000H），在溫度（25±1）℃，光周期16L:8D，相對濕度（60±5）%的條件下進(jìn)行培養(yǎng)，待其孵化后用人工飼養(yǎng)的豌豆蚜Acyrthosiphon pisum飼喂進(jìn)行擴(kuò)繁，待建立一定種群后，選擇齡期一致的1～4齡龜紋瓢蟲幼蟲以及24 h內(nèi)羽化的成蟲作為供試蟲源進(jìn)行試驗；供試?yán)娑嫜罶chizaphis piricola采集自梨樹上帶有其若蟲的卷葉置于泡沫箱內(nèi)，同時采集適量新鮮葉片放入，然后用保鮮膜密封箱口，并用昆蟲針扎若干小孔以保證透氣性，定時更換新鮮葉片并收集合適大小的若蟲用于試驗；所用豌豆蚜于大棚溫室內(nèi)盆栽種植的豌豆苗進(jìn)行飼養(yǎng)擴(kuò)繁，作為飼料供龜紋瓢蟲食用。

1.2.1 龜紋瓢蟲對梨癭蚊的捕食功能反應(yīng) 將挑選出的1～4齡龜紋瓢蟲幼蟲及成蟲分別以1頭/皿的密度單獨置于培養(yǎng)皿中，1～4齡龜紋瓢蟲幼蟲饑餓處理12 h，龜紋瓢蟲成蟲饑餓處理24 h，而后將采集到的梨癭蚊4齡老熟幼蟲根據(jù)試驗設(shè)計用軟細(xì)毛筆分別放入上述培養(yǎng)皿內(nèi)，然后用保鮮膜密封，并在其表面用小號昆蟲針扎若干小孔以保證皿內(nèi)的透氣性。

龜紋瓢蟲1～4齡幼蟲及成蟲供試?yán)姘`蚊密度梯度：1齡和2齡為10、20、30、40、50、60頭/皿；3齡和4齡為30、60、90、120、150、180頭/皿；成蟲為40、80、120、160、200、240頭/皿。24 h后統(tǒng)計每個培養(yǎng)皿中剩下完整蟲體的梨癭蚊幼蟲數(shù)量，計算各齡期龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲的捕食量。每試驗處理共設(shè)置5個重復(fù)。

1.2.2 龜紋瓢蟲自身密度的干擾反應(yīng) 選取羽化24 h內(nèi)的龜紋瓢蟲成蟲，用豌豆蚜充分飼喂后饑餓24 h，分別設(shè)置1、2、3、4、5頭/皿5個處理，再將 150頭梨癭蚊4齡幼蟲投入各個培養(yǎng)皿。每個處理重復(fù)5次。24 h后統(tǒng)計每個培養(yǎng)皿中剩余完整梨癭蚊幼蟲的數(shù)量，擬合干擾反應(yīng)模型[13,14]。

1.2.3 龜紋瓢蟲對獵物的捕食偏好 將60頭獵物和1頭經(jīng)過饑餓處理24 h的龜紋瓢蟲成蟲置于培養(yǎng)皿中，獵物設(shè)置3個密度處理，每處理梨癭蚊數(shù)∶梨二叉蚜數(shù)分別為40∶20、30∶30、20∶40。每個處理設(shè)置3個重復(fù)。24 h后觀察并統(tǒng)計梨癭蚊幼蟲和梨二叉蚜在每個培養(yǎng)皿中的剩余量，計算梨癭蚊幼蟲和梨二叉蚜的被捕食量。根據(jù)公式計算食物選擇性指數(shù)D，D＝Np1N2/(Np2N1)[15]，式中Np1和Np2分別代表梨癭蚊幼蟲和梨二叉蚜的被捕食量，N1和N2分別為梨癭蚊幼蟲和梨二叉蚜的初始密度。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

1.3.1 Holling 型圓盤方程 各齡期龜紋瓢蟲對不同密度梨癭蚊的捕食量關(guān)系采用Holling型圓盤方程N(yùn)a＝aTtN/(1＋aThN)進(jìn)行模擬[16]，分析獵物密度（N）、相應(yīng)密度下捕食者捕食獵物的數(shù)量（Na）、瞬時攻擊率（a）、試驗持續(xù)時間（Tt）以及捕食者每捕食1頭獵物所消耗的時間Th[17]，用a/Th來評價龜紋瓢蟲對梨癭蚊的控制作用[18]。采用倒數(shù)法處理模型方程：1/Na＝1/aTtN＋Th/Tt，未知參數(shù)值用最小二乘法求出[19]。

1.3.2 自身密度干擾反應(yīng)模型 Watt模型：A＝aP-b，其中，A為競爭條件下的平均捕食量，a為常數(shù)，P為天敵昆蟲密度，b為競爭參數(shù)。將反應(yīng)模型線性化處理：lgA＝lga―blgP，求出參數(shù)a、b[20,21]。

1.3.3 龜紋瓢蟲各蟲態(tài)對梨癭蚊尋找效應(yīng)模型 采用尋找效應(yīng)模型：S＝a/(1＋aThN)，分析尋找效應(yīng)（S）、瞬時攻擊率（a）、取食時間（Th）以及獵物密度（N）之間的關(guān)系[22]。

1.3.4 Cain指數(shù)模型 D＝Np1N2/(Np2N1)，式中D為食物選擇性指數(shù)，Np1、Np2分別代表2種獵物（獵物1、獵物2）的被捕食量，N1、N2為兩種供試獵物的初始密度[23]。

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 用Excel 2016、Spss 23.0、Prism 8.0等軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 龜紋瓢蟲各蟲態(tài)在不同獵物密度下的捕食量

在不同獵物密度設(shè)置下，不同齡期龜紋瓢蟲對獵物的捕食量隨獵物密度的增加而升高（圖 1）。對不同齡期的龜紋瓢蟲幼蟲來講，齡期越大的相應(yīng)捕食量也越大，龜紋瓢蟲成蟲的捕食量最大，其日捕食量最大值可達(dá)42.4頭，其次分別是4齡、3齡和2齡幼蟲，日捕食量分別是31.2、20.2和11.2頭，1齡幼蟲捕食量最小，其日捕食量最大值為3.6頭（表1）。

圖1 不同蟲態(tài)龜紋瓢蟲對梨癭蚊4齡幼蟲的捕食功能反應(yīng)曲線Fig.1 Predation functional response curves of P.japonica at different stages to the 4th instar nymphs of D.pyri

表1 不同蟲態(tài)龜紋瓢蟲在不同獵物密度下的日捕食量及方差分析Table 1 Analysis of variance and number of predation amount consumed by P.japonica at different stages under different prey densities

經(jīng)圓盤方程模型擬合得到不同蟲態(tài)的龜紋瓢蟲對梨癭蚊4齡幼蟲的捕食功能方程。不同齡期的龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲的控害能力和日最大捕食量均隨齡期的增加而增大，處理時間隨龜紋瓢蟲齡期的增大而逐漸減少。1～4齡幼蟲及成蟲24 h內(nèi)的控害能力分別為1.84、7.28、10.88、23.85和39.63頭，日最大捕食量分別為9.58、17.42、44.96、51.71和100.56頭，瞬時攻擊率分別為0.196、0.418、0.242、0.461和0.394，處理一頭獵物所用的時間分別為0.114、0.057、0.022、0.019和0.010 h。龜紋瓢蟲成蟲對梨癭蚊4齡幼蟲的瞬時攻擊率、處理時間、控害能力和日最大捕食量分別為0.394、0.010、39.63和100.56，其中瞬時攻擊率、控害效能和日最大捕食量3個功能反應(yīng)參數(shù)均大于1～4齡幼蟲，且處理時間最小，這代表成蟲態(tài)龜紋瓢蟲進(jìn)食梨癭蚊所用的時間最少，說明龜紋瓢蟲成蟲能夠?qū)姘`蚊幼蟲發(fā)揮較好的控害作用（表2）。

表2 不同蟲態(tài)龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲的捕食功能反應(yīng)方程Table 2 Predation functional response model of P.japonica at different stages to the nymphs of D.pyri

2.2 龜紋瓢蟲各蟲態(tài)對梨癭蚊的搜尋效應(yīng)

不同蟲態(tài)龜紋瓢蟲對梨癭蚊4齡幼蟲的搜尋效應(yīng)均隨梨癭蚊幼蟲密度的增加而呈下降趨勢，這表明隨著獵物密度的增加，龜紋瓢蟲搜尋獵物所花費的時間在逐漸減少（圖2）。

圖2 不同蟲態(tài)龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲的搜尋效應(yīng)Fig.2 Searching efficiency of P.japonica at different stages to the nymphs of D.pyri

2.3 自身密度干擾對捕食量的影響

在相同梨癭蚊4齡幼蟲密度下，龜紋瓢蟲成蟲自身密度對捕食量具有一定的影響，隨天敵數(shù)量的增加，總捕食量呈現(xiàn)增加趨勢，但其增加速率在逐漸減緩，用Watt模型進(jìn)行擬合，得到方程A＝44.5P-0.075，表明捕食量A與天敵數(shù)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。該擬合公式的相關(guān)系數(shù)R＝0.882，說明該數(shù)學(xué)模型能較好地描述龜紋瓢蟲成蟲自身密度對捕食功能反應(yīng)的影響。隨著龜紋瓢蟲自身密度的增加，對梨癭蚊幼蟲總的捕食量在增加，但單頭龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲的平均捕食數(shù)量在逐漸下降，表明龜紋瓢蟲自身密度對捕食梨癭蚊幼蟲有一定干擾作用（表3）。

表3 不同龜紋瓢蟲成蟲密度下其對自身的干擾反應(yīng)參數(shù)Table 3 Intraspecific interference parameters of P.japonica adult at different densities of P.japonica

2.4 龜紋瓢蟲成蟲對梨癭蚊幼蟲和梨二叉蚜若蟲的捕食偏好

當(dāng)獵物密度分別為40頭梨癭蚊4齡幼蟲和20頭梨二叉蚜無翅若蟲、30頭梨癭蚊4齡幼蟲和30頭梨二叉蚜無翅若蟲、20頭梨癭蚊4齡幼蟲和40頭梨二叉蚜無翅若蟲時，后2種獵物密度設(shè)置中龜紋瓢蟲成蟲對梨二叉蚜的捕食量均大于梨癭蚊4齡幼蟲，且隨著梨二叉蚜比例的增加，Cain指數(shù)也隨之增加，分別為0.54、0.68、1.06，表明龜紋瓢蟲成蟲對梨二叉蚜有一定捕食性偏好（表4）。

表4 龜紋瓢蟲成蟲對梨癭蚊4齡幼蟲和梨二叉蚜若蟲的捕食偏好性Table 4 Predation preferences of P.japonica adults to the 4th instar nymphs of D.pyri and S.piricola nymph

3 討論

捕食功能反應(yīng)研究是用來量化捕食性天敵對害蟲控制作用的一種重要方法，利用天敵昆蟲防控害蟲的相關(guān)研究非常多[24]，通過捕食功能反應(yīng)可以確定捕食者對獵物種群的調(diào)控作用，并預(yù)測利用捕食者進(jìn)行生物防治的有效性[25]。隨著人們對綠色防控概念認(rèn)識的加深，挖掘利用天敵昆蟲來對害蟲進(jìn)行防控逐漸在生產(chǎn)實踐中得到越來越多的應(yīng)用。本試驗通過龜紋瓢蟲對梨癭蚊捕食功能反應(yīng)的研究，旨在為果園合理應(yīng)用天敵龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲的防控技術(shù)提供理論依據(jù)。

本研究結(jié)果表明，龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲具有一定的捕食作用，且其對梨二叉蚜具有一定捕食偏好性。據(jù)Holling II型功能反應(yīng)擬合結(jié)果而言，龜紋瓢蟲3齡、4齡幼蟲和成蟲較1齡、2齡幼蟲的擬合程度更高，前者擬合功能反應(yīng)的R2均在70%以上，3齡幼蟲為73.4%，4齡幼蟲和成蟲分別為86.0%和80.6%，而1齡和2齡幼蟲R2分別為55.7%、59.0%，其結(jié)果的差異可能是由多種因素造成的，如捕食者和獵物的體形大小、捕食者和獵物的適宜性、環(huán)境條件和地理條件等[26-29]。該試驗為室內(nèi)條件下進(jìn)行，捕食者與獵物均處在一個密閉且狹小的空間，它們的生長發(fā)育條件以及兩者之間的捕食關(guān)系均較自然界有很大差別[30]。室內(nèi)飼養(yǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，連續(xù)用豌豆蚜較用梨癭蚊幼蟲飼喂的龜紋瓢蟲生長發(fā)育要好，如發(fā)育較快、體形較大等，這可能與龜紋瓢蟲有一定程度的食物專化性原因有關(guān)，已有研究表明不同的蚜蟲對龜紋瓢蟲的生長發(fā)育有顯著影響[31,32]，這也許是在龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲的捕食功能反應(yīng)擬合Holling II型模型時，其3齡、4齡幼蟲和成蟲較1齡、2齡幼蟲擬合程度更高的原因所在。2021年田間調(diào)查結(jié)果顯示，梨癭蚊幼蟲發(fā)生高峰在5月上旬左右，梨二叉蚜發(fā)生高峰則在3月下旬至4月中下旬之間，兩者的發(fā)生高峰期有一定錯開，導(dǎo)致龜紋瓢蟲食物源減少，因而轉(zhuǎn)食梨癭蚊幼蟲，這可能是導(dǎo)致梨癭蚊幼蟲與梨二叉蚜若蟲兩種害蟲共存時，龜紋瓢蟲偏食梨二叉蚜的原因所在。我們的研究結(jié)果顯示，龜紋瓢蟲對梨癭蚊幼蟲與梨二叉蚜均具一定的捕食作用，因此在梨癭蚊與梨二叉蚜發(fā)生高峰期間，通過合理增加天敵龜紋瓢蟲的數(shù)量，能夠?qū)麍@害蟲的增殖起到一定的抑制作用。