黃瑪草蛉幼蟲對草地貪夜蛾卵和低齡幼蟲的捕食能力

施琳琳,李子園,林丹敏,陸永躍,*,陳科偉,2,*

(1.華南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院,廣州 501642;2.廣東省生物農(nóng)藥創(chuàng)制與利用重點實驗室,廣州 501642)

草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda是一種原產(chǎn)于美洲熱帶和亞熱帶地區(qū)的雜食性害蟲(Sparks,1979;Todd and Poole,1980)。該蟲具有寄主范圍廣、繁殖力高、遷飛能力強、暴發(fā)性為害等特點(Roseetal.,1975;Johnson,1987;Goergenetal.,2016;Montezanoetal.,2018;王磊等,2019)，是聯(lián)合國糧農(nóng)組織向全球預警的跨國界遷飛性農(nóng)業(yè)重大害蟲。我國于2019年1月11日首次在云南省江城縣發(fā)現(xiàn)該蟲幼蟲為害，截止到2019年10月8日遷飛擴散至我國26個省(自治區(qū)、直轄市)1 518個縣(區(qū))，累計發(fā)生108萬ha(姜玉英等,2019)，并已在云南、廣東、海南、福建、廣西、四川和貴州中國南方7省(區(qū))周年繁殖(王磊和陸永躍,2020;姜玉英等,2021)，對我國農(nóng)作物的安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅。

生物防治在害蟲的可持續(xù)控制中起著基礎性作用。在草地貪夜蛾入侵我國后，國內(nèi)學者陸續(xù)開展了本地天敵資源的挖掘與評價工作，其中涉及的捕食性天敵有半翅目蠋蝽Armachinensis(唐藝婷等,2019a;王燕等,2019)、益蝽Picromeruslewisi(唐藝婷等,2019b;王燕等,2020)、叉角厲蝽Eocantheconafurcellata(范悅莉等,2019;唐敏等,2019)、黃帶犀獵蝽Sycanuscroceouittatus(王亞楠等,2020)、大紅犀獵蝽Sycanusfalleni(侯崢嶸等,2020)、東亞小花蝽Oriussauteri(代曉彥等,2019,2020;趙雪晴等,2019;孫貝貝等,2020)，脈翅目中華通草蛉Chrysoperlasinica(黃海藝等,2020)、大草蛉Chrysopapallens(徐慶宣等,2019;李萍等,2020;曹雯星等,2020)、麗草蛉Chrysopaformosa(李玉艷等,2021)，以及鞘翅目七星瓢蟲Coccinellaseptempunctata(孔琳等,2019)、龜紋瓢蟲Propylaeajaponica(蔣駿等,2020)、異色瓢蟲Harmoniaaxyridis(孔琳等,2019;劉本菊等,2020;趙英杰等,2020)、多異瓢蟲Hippodamiavariegata(孔琳等,2019)等。這些研究為利用本地捕食性天敵昆蟲防治草地貪夜蛾提供了重要的基礎信息。

黃瑪草蛉Malladabasalis屬脈翅目(Neuroptera)草蛉科(Chrysopidae)瑪草蛉屬Mallada，國內(nèi)主要分布于華南及臺灣地區(qū)(楊星科等,2005;李志剛等,2011;Chengetal.,2012)，是農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)常見的一種本地優(yōu)勢天敵。研究表明黃瑪草蛉對螺旋粉虱Aleurodicusdispersus(李志剛等,2011)、米蛾Corcyracephalonica(李水泉等,2012)、埃及吹綿蚧Iceryaaegyptiaca(葉靜文等,2013)、柑桔粉蚧Planococcuscitri(葉靜文等,2012)、神澤氏葉螨Tetranychuskanzawai和柑橘全爪螨Panonychuscitri(Chengetal.,2012)、玉米蚜Rhopalosiphummaidis和甘藍蚜Brevicorynebrassicae周娟等,2020)等害蟲均有較強的捕食作用。但目前尚未見國內(nèi)外有黃瑪草蛉對草地貪夜蛾捕食能力方面的報道。為充分挖掘、利用本地優(yōu)質(zhì)天敵資源，本研究采用捕食功能反應方法評價黃瑪草蛉對草地貪夜蛾卵及低齡幼蟲的捕食能力，為今后利用該天敵防控草地貪夜蛾提供相關理論依據(jù)及實踐參考。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

黃瑪草蛉：由廣東省科學院動物研究所提供，在室內(nèi)用米蛾卵作為中間獵物飼養(yǎng)，選取個體大小相接近的2齡及3齡幼蟲供實驗。飼養(yǎng)條件為：溫度26℃±1℃，相對濕度60%～70%，光周期16L∶8D(寧波萊?？萍加邢薰旧a(chǎn)MGC-300H型人工氣候箱)。

草地貪夜蛾：草地貪夜蛾幼蟲于2019年4月在廣州市花都區(qū)花山鎮(zhèn)紅群村玉米地(23°48′N，113°27′E)采獲，帶回室內(nèi)采用草地貪夜蛾人工飼料飼養(yǎng)(李子園等,2019)，飼養(yǎng)環(huán)境條件同黃瑪草蛉。

1.2 黃瑪草蛉對草地貪夜蛾的捕食功能反應測定

選擇黃瑪草蛉2和3齡幼蟲與草地貪夜蛾卵及1和2齡幼蟲進行組合，共設6個實驗組合，每個組合的獵物密度設置見表1。實驗前將1頭經(jīng)24 h饑餓處理的黃瑪草蛉幼蟲與相應齡期、密度的草地貪夜蛾幼蟲放入同一培養(yǎng)皿(直徑9 cm)中，同時在培養(yǎng)皿中投放足量的新鮮人工飼料供草地貪夜蛾幼蟲取食，避免其互相殘殺，然后用保鮮膜封口，用昆蟲針在膜上扎適量透氣孔。24 h后檢查各處理草地貪夜蛾卵或幼蟲被捕食的數(shù)量。各處理重復10次。

表1 測試黃瑪草蛉幼蟲對草地貪夜蛾卵及幼蟲捕食功能反應的實驗設計Table 1 Experimental design for testing the predatory functional responses of Mallada basalis on the eggs and larvae of Spodoptera frugiperda

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1黃瑪草蛉對不同密度草地貪夜蛾卵及幼蟲捕食率差異統(tǒng)計分析：捕食量數(shù)據(jù)采用Bartlett法進行方差齊性檢驗，如方差齊性則采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，如方差不齊則采用Kruskal-Wallis法進行非參數(shù)檢驗；捕食率數(shù)據(jù)經(jīng)平方根后反正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換再進行方差齊性及各處理間的差異性檢驗，檢驗方法同捕食量數(shù)量處理；采用Tukey氏法進行均數(shù)間的差異顯著性檢驗。黃瑪草蛉同一齡期幼蟲對相同密度的草地貪夜蛾1與2齡幼蟲的捕食率差異采用獨立樣本t檢驗，在本實驗中當黃瑪草蛉為2齡幼蟲時，草地貪夜蛾1與2齡幼蟲的相同密度設置有20,40及80頭/皿；當黃瑪草蛉為3齡幼蟲時，草地貪夜蛾1與2齡幼蟲的相同密度設置有20,40及80頭/皿。數(shù)據(jù)處理軟件為SAS 9.0(SAS,2008)。

1.3.2捕食功能反應類型判斷及模型擬合：捕食功能反應類型判斷及模型擬合均在“R”軟件內(nèi)運行“frair”包進行數(shù)據(jù)處理(Pritchardetal.,2017)。目前文獻報道的功能反應類型有3種，在6個實驗組合中黃瑪草蛉2和3齡幼蟲的捕食量均隨獵物密度的升高而不斷增加，最后趨于飽和狀態(tài)，呈典型的Ⅱ型或Ⅲ型功能反應類型，因而排除Ⅰ型功能反應的可能性，側(cè)重于Ⅱ型或Ⅲ型功能反應模型的擬合。

采用Juliano(2001)提出的Logistic回歸方法擬合捕食率的多項式模型(公式1)，運行“R”軟件“frair”包內(nèi)的函數(shù)“frair_test”進行擬合。

(1)

其中，Ne為被捕食獵物數(shù)量，N0為初始獵物數(shù)量，Ne/N0為獵物被捕食率，P0為截距，P1,P2與P3分別為N0的線性系數(shù)、二次方系數(shù)與三次方系數(shù)。用P1和P2來確定功能反應的類型，當線性系數(shù)為負時(P1<0)，捕食者表現(xiàn)出Ⅱ型功能反應，說明獵物消耗的比例隨獵物密度的增加而下降；當P1>0且P2<0時，捕食者表現(xiàn)出Ⅲ型功能反應(Juliano,2001)。

我們的預實驗結(jié)果表明，黃瑪草蛉2和3齡幼蟲對草地貪夜蛾卵及1和2齡幼蟲的捕食行為符合Ⅱ型功能反應。Juliano(2001)提出，Holling圓盤方程(Holling,1959)在實際應用中有一定的局限性，僅適用于獵物密度固定的實驗條件，而由于在本研究中被捕食的獵物不再進行補充，獵物的密度是在一個動態(tài)變化過程中，因而采用Rogers(1972)提出的隨機捕食者方程(Rogers’ random predator equation)(公式2)進行Ⅱ型功能反應模型的擬合。數(shù)據(jù)在“R”軟件“frair”包中采用函數(shù)“frair_fit”進行Rogers隨機捕食模型擬合。

Ne=N0×(1-e-a×(T-Th×Ne))

(2)

式中Ne為被捕食獵物數(shù)量，N0為初始獵物數(shù)量，Th為捕食者處理1頭獵物的時間，a為瞬時攻擊率，T為實驗觀察總時間(本研究中T為24 h)。在R包“frair”中采用函數(shù)“frair_compare”對不同齡期黃瑪草蛉幼蟲對草地貪夜蛾相同蟲態(tài)的功能反應參數(shù)(瞬時攻擊率和處理時間)進行差異顯著性檢驗(Juliano,2001;Pritchardetal.,2017)。觀察的捕食量及擬合的功能反應曲線采用R包“ggplot2”繪圖。

2 結(jié)果

2.1 黃瑪草蛉對草地貪夜蛾卵以及1齡和2齡幼蟲的捕食量

經(jīng)方差分析或Kruskal-Wallis法檢驗表明，黃瑪草蛉2齡或3齡幼蟲對不同密度草地貪夜蛾卵(2齡:F=32.02,df=5,54,P<0.01;3齡:χ2=48.07,df=5,P<0.01)以及1齡(2齡:χ2=12.75,df=5,P=0.0157;3齡:χ2=38.17,df=5,P<0.01)、2齡幼蟲(2齡:χ2=23.24,df=5,P<0.01;3齡:χ2=40.26,df=5,P<0.01)的捕食率之間存在顯著差異(表2和3)。在各組合處理中，黃瑪草蛉幼蟲的捕食率總體隨著獵物密度的升高而逐步下降。在實驗設置的獵物最高密度時，黃瑪草蛉2齡幼蟲對獵物的捕食率均低于40%，3齡幼蟲對獵物的捕食率均低于50%。

當獵物密度分別為20和40頭/皿時，黃瑪草蛉2齡幼蟲對草地貪夜蛾1齡與2齡幼蟲的捕食率介于63.00%～73.50%之間，兩獵物密度之間沒有顯著差異(20頭/皿:t=0.16,df=18,P=0.8780;40頭/皿:t=0.50,df=18,P=0.6202)；而當獵物密度升至80頭/皿時，黃瑪草蛉2齡幼蟲對草地貪夜蛾2齡幼蟲的捕食率為39.63%，明顯低于其對1齡幼蟲的捕食率(66.50%)(t=3.09,df=18,P=0.0110)(表2)。當獵物密度分別為20和80頭/皿時，黃瑪草蛉3齡幼蟲對草地貪夜蛾1齡與2齡幼蟲的捕食率介于79.50%～99.00%之間，相同密度不同齡期之間沒有顯著差異(20頭/皿:t=0.33,df=18,P=0.7484;80頭/皿:t=0.18,df=18,P=0.8571)；而當獵物密度為40頭/皿時，黃瑪草蛉3齡幼蟲對草地貪夜蛾2齡幼蟲的捕食率明顯低于其對1齡幼蟲的捕食率(t=2.59,df=18,P=0.0237)(表3)。

表2 黃瑪草蛉2齡幼蟲對草地貪夜蛾卵及1和2齡幼蟲的捕食量和捕食率Table 2 Predation amounts and predation rates of the 2nd instar larvae of Mallada basalis on the eggs,and the 1st and 2nd instar larvae of Spodoptera frugiperda

表3 黃瑪草蛉3齡幼蟲對草地貪夜蛾卵及1和2齡幼蟲的捕食量和捕食率Table 3 Predation amounts and predation rates of the 3rd instar larvae of Mallada basalis on the eggs, and the 1st and 2nd instar larvae of Spodoptera frugiperda

2.2 黃瑪草蛉對草地貪夜蛾卵以及1齡和2齡幼蟲的捕食功能反應

在黃瑪草蛉2和3齡幼蟲與草地貪夜蛾卵以及1和2齡幼蟲分別組合的6個實驗中，黃瑪草蛉對草地貪夜蛾的捕食量均隨著獵物密度的增加而增加然后逐漸平緩，擬合的Logistic回歸方程的線性系數(shù)P1<0，符合Ⅱ型功能反應(表4;圖1和2)。

在相同獵物齡期下，黃瑪草蛉2齡幼蟲對草地貪夜蛾卵以及1和2齡幼蟲的瞬時攻擊率a均顯著低于黃瑪草蛉3齡幼蟲(草地貪夜蛾卵:Z=-7.3032,P<0.01;草地貪夜蛾1齡幼蟲:Z=-8.7769,P<0.01;草地貪夜蛾2齡幼蟲:Z=-8.5768,P<0.01)；除對草地貪夜蛾1齡幼蟲的處理時間Th無顯著差異(Z=-0.1111,P=0.9115)外，黃瑪草蛉2齡幼蟲對獵物其他蟲態(tài)的處理時間均顯著長于黃瑪草蛉3齡幼蟲(草地貪夜蛾卵:Z=15.3689,P<0.01;草地貪夜蛾2齡幼蟲:Z=5.9535,P<0.01)(表5)。隨著草地貪夜蛾齡期的增長，黃瑪草蛉的瞬時攻擊率下降，但黃瑪草蛉幼蟲對草地貪夜蛾卵的瞬時攻擊率均高于對1和2齡幼蟲，且對卵的處理時間均低于對1和2齡幼蟲。從理論日最大捕食量T/Th值來看，黃瑪草蛉3齡幼蟲捕食草地貪夜蛾卵及1和2齡幼蟲的T/Th值依次為235.294,77.419和76.923，均高于黃瑪草蛉2齡幼蟲(T/Th值依次為85.106,77.170和46.242)，說明前者的捕食能力強于后者。

表4 黃瑪草蛉幼蟲對草地貪夜蛾捕食作用的Logistic回歸方程擬合的最大似然估計值Table 4 Maximum likelihood estimates from Logistic regression analysis of Spodoptera frugiperda consumed by Mallada basalis larvae

圖1 不同獵物密度下黃瑪草蛉2齡幼蟲對草地貪夜蛾卵(A)以及1齡(B)與2齡(C)幼蟲的捕食量Fig.1 Numbers of eggs (A),and the 1st (B) and 2nd (C) instar larvae of Spodoptera frugiperda consumed by the 2nd instar larvae of Mallada basalis at different prey densities圖中曲線是由Rogers隨機捕食者模型方程擬合所得，圓點表示觀察值；圖2同。Curves were fitted by using Rogers’ random predator equation,the dots indicating the observed values.The same for Fig.2.

圖2 不同獵物密度下黃瑪草蛉3齡幼蟲對草地貪夜蛾卵(A)以及1齡(B)與2齡(C) 幼蟲的捕食量Fig.2 Numbers of eggs (A),and the 1st (B) and 2nd (C) instar larvae of Spodoptera frugiperda consumed by the 3rd instar larvae of Mallada basalis at different prey densities

表5 黃瑪草蛉幼蟲對草地貪夜蛾的捕食功能反應Table 5 Predatory functional responses of Mallada basalis on Spodoptera frugiperda

3 結(jié)論與討論

功能反應是評價天敵捕食能力的經(jīng)典方法，通常無脊椎動物(例如昆蟲)對獵物的捕食率隨獵物密度的升高而逐步下降，呈負加速現(xiàn)象，表現(xiàn)為Ⅱ型功能反應；而脊椎動物的捕食率通常呈先上升后下降的趨勢，表現(xiàn)為Ⅲ型功能反應(Holling,1959;徐汝梅,1987)。本研究結(jié)果表明，黃瑪草蛉2和3齡幼蟲對草地貪夜蛾的卵及1和2齡幼蟲的捕食行為均表現(xiàn)為Ⅱ型功能反應。類似的結(jié)果在黃瑪草蛉對其他害蟲捕食能力的研究中也有報道，如黃瑪草蛉1,2和3齡幼蟲均對米蛾卵表現(xiàn)為Ⅱ型功能反應(李水泉等,2012)，其2和3齡幼蟲對埃及吹綿蚧若蟲(葉靜文等,2013)、玉米蚜和甘藍蚜(周娟等,2020)、木瓜粉蚧若蟲和雌成蟲(李子園等,2021)以及扶桑綿粉蚧Phenacoccussolenopsis(Zhouetal.,2021)亦表現(xiàn)為Ⅱ型功能反應。而其他草蛉則表現(xiàn)出不同的捕食功能反應類型，例如普通草蛉Chrysoperlacarnea1齡幼蟲對木瓜粉蚧Paracoccusmarginatus表現(xiàn)為Ⅱ型功能反應，而2和3齡幼蟲則表現(xiàn)為Ⅲ型功能反應(Sajjadetal.,2018)；適通草蛉Chrysoperlacongrua3齡幼蟲對棉鈴蟲Helicoverpaarmigera卵表現(xiàn)為Ⅲ型功能反應，而亞非瑪草蛉Malladadesjardinsi對同樣的獵物則表現(xiàn)為Ⅱ型功能反應(Kabissaetal.,1996)。Hassell等(1977)認為除Ⅱ型功能反應外，Ⅲ型功能反應也普遍存在于昆蟲各類群中，以上研究結(jié)果表明捕食者的功能反應類型與物種種類及其齡期有關。

從黃瑪草蛉2和3齡幼蟲對草地貪夜蛾各蟲態(tài)的捕食量來看，黃瑪草蛉3齡幼蟲對草地貪夜蛾卵及1和2齡幼蟲的實際最大捕食量分別為246.80粒、70.30頭以及67.50頭，而黃瑪草蛉2齡幼蟲的捕食量分別為81.80粒、53.20頭以及32.30頭。從反映捕食能力指標理論日最大捕食量來看，黃瑪草蛉3齡幼蟲也明顯高于2齡幼蟲，說明前者的捕食能力強于后者。這與黃瑪草蛉捕食木瓜粉蚧(李子園等,2019)與扶桑綿粉蚧(Zhouetal.,2021)時的情況相似，類似的結(jié)果也見于大草蛉捕食豆大薊馬Megalurothripsusitatus以及豆蚜Aphiscraccivora(唐良德等,2017)、中華通草蛉Chrysoperlasinica捕食黑刺粉虱Aleurocanspinfetus(唐天成等,2018)等。從同一齡期黃瑪草蛉幼蟲對相同密度草地貪夜蛾1和2齡幼蟲的捕食率來看，在較低獵物密度時(如20或40頭/皿)，對草地貪夜蛾不同齡期幼蟲的捕食率沒有明顯差異，但隨著獵物密度的升高，對草地貪夜蛾1齡幼蟲的捕食率明顯高于2齡幼蟲，說明其對低齡的獵物具有更強的捕食能力，這與大草蛉(李萍等,2020)及中華通草蛉(黃海藝等,2020)的情況類似。與其他種類草蛉捕食草地貪夜蛾卵及低齡幼蟲(其中實驗密度有所差異)的情況相比，在高密度獵物條件下，除黃瑪草蛉2和3齡幼蟲對草地貪夜蛾1齡幼蟲的捕食量略低于大草蛉外，其他相同齡期條件下黃瑪草蛉對同一齡期草地貪夜蛾的捕食量均高于大草蛉、麗草蛉以及中華通草蛉(表6)?？偟膩碚f，黃瑪草蛉幼蟲對草地貪夜蛾卵及低齡幼蟲展示出良好的捕食能力。

表6 4種草蛉對草地貪夜蛾卵及低齡幼蟲的捕食量Table 6 Numbers of the eggs and early instar larvae of Spodoptera frugiperda consumed by four lacewing species

本研究是在室內(nèi)采用培養(yǎng)皿及設定的獵物密度進行的，這種在局部空間內(nèi)集中提供獵物的實驗方式可能會放大捕食者的捕食能力。而在自然條件下，因獵物常常分散在寄主(植株)的多個部位，捕食者搜尋獵物的范圍、時間會增加，這就導致了捕食者的捕食能力或單位時間內(nèi)捕食量的下降，常與室內(nèi)進行捕食功能反應的研究結(jié)果有較大區(qū)別(Mahzoumetal.,2020)。除此之外，天敵在田間的捕食能力還受到多種環(huán)境因素的影響，例如當田間目標害蟲的密度很高時，捕食者種群擴散的概率會降低，增加了其種群內(nèi)部及多種捕食者集團內(nèi)的捕食競爭，從而降低了捕食者個體的捕食效能(Lester and Harmsen,2002)。另外，田間應用的復雜性還在于獵物種類的多樣性，眾多種類獵物的存在可能會降低天敵對目標害蟲的控制作用(Benhadi-Marínetal.,2019)，但卻可能有利于天敵的持續(xù)生存(Messelinketal.,2016)。由于單一的捕食者、高密度的獵物以及穩(wěn)定的環(huán)境條件，在室內(nèi)開展捕食功能反應實驗存在一定的局限性，有研究人員曾對實驗條件進行優(yōu)化，從而更科學合理地評價天敵的捕食能力，例如通過增加供試天敵(王甦等,2012;Messelinketal.,2016)及獵物的種類(Messelinketal.,2016;Benhadi-Marínetal.,2019)、添加獵物的寄主植物(Desurmont and Weston,2008;張燕南等,2018)、設置不同的溫度或濕度(Zhuetal.,2019)等以模擬田間環(huán)境。進一步的研究將評價獵物種類的多樣性、天敵的種間與種內(nèi)競爭、溫度與濕度及光周期、作物類型及生育期等多個生物與非生物因素對黃瑪草蛉實際控害效果的影響，以期為黃瑪草蛉的田間應用提供更為全面的理論依據(jù)。