耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲高齡幼蟲的捕食功能分析

劉 婷，解曉菲，王玉雪，王 怡，張 燚，楚龍燕，李建平，張建民*，夏鵬亮*

1. 長江大學農(nóng)學院，湖北省荊州市荊州區(qū)荊秘路266 號 434000

2. 湖北省煙草公司恩施州公司，湖北省恩施市施州大道119 號 445000

棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）屬于鱗翅目（Lepidoptrea）夜蛾科（Noctuidae），為我國煙草生產(chǎn)上的重要害蟲之一，主要啃食煙草的嫩葉、嫩莖，影響煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量［1］。目前我國對棉鈴蟲的防治方法仍以化學防治為主，然而化學農(nóng)藥的長期濫用造成了嚴重的環(huán)境污染，并導致棉鈴蟲對多種常用殺蟲劑產(chǎn)生了耐藥性，防治效果不理想［2］。利用天敵昆蟲進行生物防治可有效減少環(huán)境污染，規(guī)避棉鈴蟲耐藥等問題。

步甲科（Carabidae）昆蟲屬于鞘翅目（Coleoptera）肉食亞目，大多數(shù)具有捕食性，目前已有多種步甲科昆蟲被證實對不同害蟲具有良好的防控能力。黃潮龍等［3］研究發(fā)現(xiàn)步甲科昆蟲雙斑青步甲（Chlaenius bioculatus）幼蟲對6 個齡期的草地貪夜蛾（Spodoptera frugiperda）均具有較好的捕食作用，且對1 齡草地貪夜蛾幼蟲的捕食量最高，日捕食量達278.29 頭。趙同貴等［4］通過觀察步甲科昆蟲毛婪步甲（Harpalus griseus）的捕食行為，發(fā)現(xiàn)毛婪步甲主要以成蟲捕食獵物為主，且一頭成蟲一天可捕食6.36頭黏蟲（Mythimna separata）。耶氣步甲（Pheropsophus jessoensis）屬步甲科，屁步甲屬（Pheropsophus），日常棲息于濕氣較大的土壤縫隙中或含有較多腐殖質(zhì)的枯葉下［5-6］，其成蟲期長、攻擊力強、捕食范圍廣，對害蟲具有較強的捕食能力。李忠誠［7］分析了耶氣步甲成蟲的捕食習性，發(fā)現(xiàn)耶氣步甲成蟲對大螟（Sesamia inferens）、菜青蟲（Pieris rapae）等害蟲均存在捕食行為，且可捕食卵、幼蟲（若蟲）、蛹和成蟲多種蟲態(tài)，是一種具有開發(fā)利用潛力的天敵昆蟲。本課題組前期通過田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在恩施煙草種植區(qū)，耶氣步甲對棉鈴蟲幼蟲存在捕食行為，但關于耶氣步甲對棉鈴蟲幼蟲捕食功能的研究尚未見報道。為此，分析了室內(nèi)條件下耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的捕食功能反應、搜尋效應以及耶氣步甲成蟲密度對捕食棉鈴蟲高齡（4～6齡）幼蟲的干擾反應，旨在為利用耶氣步甲成蟲防控煙田棉鈴蟲幼蟲提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

供試昆蟲耶氣步甲成蟲和棉鈴蟲幼蟲均采自湖北省恩施土家族苗族自治州來鳳縣煙田，并于室內(nèi)人工飼養(yǎng)。耶氣步甲成蟲用黃粉蟲飼養(yǎng)于圓柱形塑料小盒（直徑為20 cm，高為20 cm）中。棉鈴蟲幼蟲用云煙87 煙葉飼養(yǎng)于培養(yǎng)皿（直徑為15 cm，高為1.5 cm）中。室內(nèi)飼養(yǎng)條件為溫度（25±2）℃，相對濕度70%±10%，光周期L/D為16 h/8 h。

1.2 試驗方法

1.2.1 耶氣步甲成蟲的捕食功能反應

室內(nèi)條件下，在培養(yǎng)皿（直徑為15 cm，高為1.5 cm）內(nèi)放置一張無菌水浸濕的濾紙保濕，并放入充足的煙葉供棉鈴蟲幼蟲取食。在培養(yǎng)皿內(nèi)接入饑餓24 h的耶氣步甲成蟲，然后放入不同齡期（4～6齡）和密度的棉鈴蟲幼蟲。棉鈴蟲4齡幼蟲密度梯度設置為10、15、20、25、30 頭/皿，5 齡幼蟲密度梯度設置為3、6、9、12、15頭/皿，6齡幼蟲密度梯度設置為1、3、5、7、9 頭/皿，同時設置無耶氣步甲成蟲的處理作為對照，每組處理均設置5 次重復。在處理24 h 內(nèi)觀察耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲幼蟲的捕食行為，處理24 h后根據(jù)處理組中被捕食棉鈴蟲數(shù)量與對照組中棉鈴蟲死亡數(shù)量，計算耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲幼蟲的校正捕食量，計算公式如下：

使用Holling Ⅱ捕食功能反應方程［8］擬合耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6 齡幼蟲的捕食功能反應，該方程如下：

式中：Na為捕食者對獵物的校正捕食量，頭；a為捕食者對獵物的瞬時攻擊率；Tr為總試驗時間，d，本試驗中Tr為1 d；N為獵物初始密度，頭/皿；Th為處理時間（捕食者處理1頭獵物的時間），d。

計算a與Th的比值（a/Th），分析耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的控害效能。

1.2.2 耶氣步甲成蟲的搜尋效應

根據(jù)1.2.1 節(jié)中Holling II 捕食功能反應方程擬合得到瞬時攻擊率（a）和處理時間（Th），通過搜尋效應方程［9］計算耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6 齡幼蟲的搜尋效應，該方程如下：

式中：S為搜尋效應；a為捕食者對獵物的瞬時攻擊率；Th為處理時間，d；N為獵物初始密度，頭/皿。

1.2.3 耶氣步甲成蟲密度對捕食的干擾反應

在墊有濕濾紙的培養(yǎng)皿（直徑為15 cm，高為1.5 cm）中接入饑餓24 h的耶氣步甲成蟲，密度梯度設置為1、2、3、4、5頭/皿，并在培養(yǎng)皿中接入棉鈴蟲4齡、5 齡和6 齡幼蟲，密度分別設置為50、30、10 頭/皿，同時設置無耶氣步甲成蟲的處理作為對照，每組處理設置5次重復。處理24 h后根據(jù)處理組中被捕食棉鈴蟲數(shù)量與對照組中棉鈴蟲死亡數(shù)量，計算耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲幼蟲的校正捕食量，校正捕食量計算公式同1.2.1節(jié)。耶氣步甲成蟲密度對捕食棉鈴蟲4～6 齡幼蟲的干擾反應根據(jù)Hasse ll 模型［10］進行擬合，該模型如下：

式中：E為捕食作用率；P為捕食者初始密度，頭/皿；Q為搜尋常數(shù)；m為干擾常數(shù)；其中E=Na/NP；N為獵物初始密度，頭/皿；Na為捕食者對獵物的校正捕食量，頭。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2019 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計；使用DPS 7.05 軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，并采用Duncan’s法進行數(shù)據(jù)間差異的顯著性（P<0.05）檢驗；使用Graph Pad Prism Version 8.0.2 軟件進行方程擬合及繪圖。

2 結果與分析

2.1 耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的捕食行為

觀察耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲幼蟲的捕食行為，發(fā)現(xiàn)將饑餓24 h的耶氣步甲成蟲置于放有棉鈴蟲幼蟲的培養(yǎng)皿后，耶氣步甲成蟲會馬上進入搜尋狀態(tài)。在快接近棉鈴蟲幼蟲時，耶氣步甲成蟲的觸角、下顎須和下唇須會左右晃動，確定棉鈴蟲幼蟲的位置后立刻進入捕食狀態(tài)，并在進入捕食狀態(tài)后30 s內(nèi)迅速鉗住體型相對較小的4齡棉鈴蟲幼蟲進行取食。若有同類競爭時，耶氣步甲成蟲則會先將棉鈴蟲幼蟲拖拽至煙葉下方再取食除頭殼外的全部蟲體。對體型相對較大的5齡和6齡棉鈴蟲幼蟲，耶氣步甲成蟲會多次試探并尋找最佳進攻時機迅速咬住蟲體的中段部位，如棉鈴蟲幼蟲劇烈掙扎，耶氣步甲成蟲會暫時放棄捕食，待棉鈴蟲幼蟲趨于平靜后再次尋找時機咬住其受傷部位，至其不再掙扎后撕破體壁進行取食（圖1）。

圖1 耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲5齡和6齡幼蟲的捕食Fig.1 Predation by adult P. jessoensis on 5th and 6th instar larvae of H. armigera

2.2 耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的日捕食量

耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6 齡幼蟲的日捕食量隨著棉鈴蟲幼蟲密度的增加而呈上升趨勢（圖2）。當棉鈴蟲4 齡、5 齡和6 齡幼蟲密度分別為30、15、9頭/皿時，耶氣步甲成蟲的最大日捕食量分別為15.6、6.2、2.2頭。

圖2 耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的日捕食量Fig.2 Daily predation amounts of adult P. jessoensis on 4th-6th instar larvae of H. armigera

2.3 耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的捕食功能反應

通過Holling Ⅱ捕食功能反應方程擬合得到耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的捕食功能反應方程（表1），分別為Na=1.065N/（1+0.034N）、Na=0.808N/(1+0.061N)和Na=0.816N/(1+0.264N)，各齡期捕食功能反應方程中的決定系數(shù)（R2）均大于0.9，表明耶氣步甲成蟲的日捕食量與棉鈴蟲幼蟲的密度密切相關。耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的瞬時攻擊率（a）從大到小依次為4齡（1.065）>6齡（0.816）>5齡（0.808），控害效能（a/Th）分析顯示，耶氣步甲成蟲對4～6 齡棉鈴蟲幼蟲的控害效能從大到小依次為4 齡（33.281）>5齡（10.632）>6齡（2.519）。耶氣步甲成蟲對4齡棉鈴蟲幼蟲的捕食能力高于5齡和6齡棉鈴蟲幼蟲。

表1 耶氣步甲成蟲捕食棉鈴蟲4～6齡幼蟲捕食功能反應方程及相關參數(shù)Tab.1 Predatory functional response equation and related parameters describing the behavior of adult P. jessoensis on 4th-6th instar larvae of H. armigera

2.4 耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的搜尋效應

如圖3 所示，當4 齡棉鈴蟲幼蟲密度為10、15、20、25、30頭/皿時，耶氣步甲成蟲的搜尋效應分別為0.796 5、0.707 3、0.636 1、0.577 9、0.529 4。當5齡棉鈴蟲幼蟲密度為3、6、9、12、15 頭/皿時，耶氣步甲成蟲的搜尋效應分別為0.681 9、0.590 0、0.519 9、0.464 7、0.420 1。當6 齡棉鈴蟲幼蟲密度為1、3、5、7、9 頭/皿時，耶氣步甲成蟲的搜尋效應分別為0.645 5、0.455 1、0.351 5、0.286 3、0.241 5。其中，當棉鈴蟲4齡幼蟲密度為10頭/皿時，耶氣步甲成蟲的搜尋效應最高。結果表明，耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的搜尋效應隨著棉鈴蟲幼蟲密度的增加而降低。

圖3 耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的搜尋效應Fig.3 Search efficiency of adult P. jessoensis on 4th-6th instar larvae of H. armigera

2.5 耶氣步甲成蟲密度對捕食棉鈴蟲4～6齡幼蟲的干擾反應

當棉鈴蟲幼蟲密度不變時，隨著耶氣步甲成蟲密度的增加，耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6 齡幼蟲的捕食作用率下降（圖4）。如表2所示，根據(jù)干擾反應Hasse ll 模型擬合得到的耶氣步甲成蟲密度對捕食4～6 齡棉鈴蟲幼蟲的干擾方程分別為E=0.353P-1.221、E=0.320 3P-1.238和E=0.201 3P-1.241，且決定系數(shù)（R2）均大于0.8，說明該模型能較好地反映耶氣步甲成蟲密度對捕食棉鈴蟲4～6 齡幼蟲的影響。此外，當耶氣步甲成蟲密度為1～5 頭/皿時，耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4 齡（50 頭/皿）幼蟲的日捕食量從17.6 頭減少至11.4 頭；對棉鈴蟲5 齡（30 頭/皿）幼蟲的日捕食量從9.6 頭減少至6.4 頭；對棉鈴蟲6 齡（10 頭/皿）幼蟲的日捕食量從2 頭減少至1 頭。耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的日捕食量和捕食作用率受自身密度的影響，且耶氣步甲成蟲在捕食棉鈴蟲4～6 齡幼蟲時存在種內(nèi)干擾反應。

圖4 不同密度的耶氣步甲成蟲對捕食棉鈴蟲4～6齡幼蟲的捕食作用率Fig.4 Predation rates of adult P. jessoensis at different densities on 4th-6th instar larvae of H. armigera

3 討論

本研究中發(fā)現(xiàn)耶氣步甲成蟲在捕食4 齡棉鈴蟲幼蟲時，會取食除頭殼外的全部蟲體，而在捕食5～6齡棉鈴蟲幼蟲時，會咬住蟲體的中段后撕開體壁取食內(nèi)臟，這與李忠誠［7］的研究結果一致。耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的日捕食量隨著棉鈴蟲幼蟲密度的增加呈上升趨勢，這與溪岸蠼螋（Labidura riparia）、蠋蝽（Arma custos）、龜紋瓢蟲（Propylaea japonica）等天敵昆蟲對棉鈴蟲幼蟲的日捕食量隨棉鈴蟲幼蟲密度變化的趨勢相似［11-13］；耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的搜尋效應隨著棉鈴蟲幼蟲密度的增加而降低，這與側(cè)刺蝽（Andrallus spinidens）、環(huán)斑猛獵蝽（Sphedanolestes impressicollis）、六斑月瓢蟲（Menochilus sexmaculata）、草棲鈍綏螨（Amblyseius herbicolus）等天敵昆蟲在捕食獵物時搜尋效應隨獵物密度變化的規(guī)律相似［14-17］。本研究中發(fā)現(xiàn)耶氣步甲成蟲捕食棉鈴蟲4～6 齡幼蟲時存在種內(nèi)干擾反應，故在大田釋放耶氣步甲成蟲防治棉鈴蟲幼蟲時，應考慮耶氣步甲成蟲的密度以達到更好的防控效果。此外，本研究中分析了室內(nèi)條件下耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6 齡幼蟲的捕食功能反應、搜尋效應以及耶氣步甲成蟲密度對捕食棉鈴蟲4～6齡幼蟲的干擾反應，后期可進行大田試驗進一步驗證耶氣步甲成蟲的捕食能力。

4 結論

在室內(nèi)條件下，耶氣步甲成蟲對不同密度的棉鈴蟲4～6齡幼蟲的最大日捕食量分別可達15.6、6.2、2.2頭。耶氣步甲成蟲對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的捕食功能反應符合Holling Ⅱ模型，對棉鈴蟲4～6齡幼蟲的搜尋效應隨著棉鈴蟲幼蟲密度的增加而降低。此外，耶氣步甲成蟲捕食棉鈴蟲4～6 齡幼蟲時的日捕食量和捕食作用率受自身密度的影響，存在種內(nèi)干擾反應。