CO2濃度升高對(duì)阿爾蚜繭蜂寄生及后代蜂適合度的影響

楊澤遠(yuǎn)，張克信，劉長(zhǎng)仲

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，蘭州 730070）

0 引言

大氣中溫室氣體的濃度在近些年來呈顯著的上升趨勢(shì)，其中CO2濃度升高對(duì)全球氣候產(chǎn)生了很大的影響[1]。CO2是植物進(jìn)行光合作用的原料之一，大氣CO2濃度的改變不僅對(duì)植物產(chǎn)生影響也會(huì)對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。大氣CO2濃度升高對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲及其天敵的發(fā)生動(dòng)態(tài)的影響與人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)息息相關(guān)，是近年來廣泛研究的熱點(diǎn)。揭示CO2升高對(duì)阿爾蚜繭蜂寄生及后代蜂適合度的影響，可以預(yù)測(cè)CO2濃度升高下阿爾蚜繭蜂作為生防天敵的防控效率[2]。研究結(jié)果對(duì)應(yīng)用阿爾蚜繭蜂防治豌豆蚜有重要意義。

生態(tài)系統(tǒng)中植物、動(dòng)物廣泛受到大氣CO2濃度變化的影響[3]。植物對(duì)CO2濃度升高非常敏感，CO2濃度對(duì)蠶豆(Viciafaba)等C3植物的光合速率、生長(zhǎng)和營養(yǎng)成分具有顯著影響[4]。CO2濃度升高不僅直接影響植物生理和生態(tài)學(xué)特性，而且間接地影響植食性昆蟲[5]。大氣CO2濃度升高還可能通過食物鏈對(duì)天敵昆蟲產(chǎn)生不同程度的影響。如隨著CO2濃度升高，寄生在麥長(zhǎng)管蚜(Sitobionavenae)上的蚜繭蜂羽化率下降，對(duì)蚜蟲寄生效果更加明顯，CO2濃度升高顯著改變了蚜繭蜂的寄生喜好[6-7]，但并未發(fā)現(xiàn)大氣CO2濃度升高顯著影響寄生蜂對(duì)舞毒蛾(Lymantriadispar)的寄生作用[8]。目前對(duì)阿爾蚜繭蜂的研究主要集中在生物學(xué)特性、寄主選擇行為、寄生環(huán)境條件以及寄主協(xié)同進(jìn)化等方面，國內(nèi)僅對(duì)該蜂繁殖與環(huán)境因子、寄生與寄主之間的關(guān)系等方面有過報(bào)道[9]，關(guān)于CO2濃度升高對(duì)阿爾蚜繭蜂的影響研究甚少。大氣CO2濃度升高對(duì)不同種類的寄生性天敵昆蟲的影響不同，尚缺乏廣泛的研究。

豌豆蚜(AcyrthosiphonpisumHarris)是重要農(nóng)牧業(yè)害蟲。豌豆蚜主要在苜蓿、豌豆、蠶豆等植物上以刺吸的方式為害，是中國豆科木本植物的主要害蟲之一。阿爾蚜繭蜂是豌豆蚜(Acyrthosiphonpisum)的重要寄生性天敵，在生物防治中應(yīng)用前景廣闊，有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義[7]。本研究以豌豆蚜為寄主，阿爾蚜繭蜂為寄生性天敵，觀察了3個(gè)CO2濃度條件下連續(xù)3代阿爾蚜繭蜂的寄生及其后代蜂的發(fā)育和壽命，以探究阿爾蚜繭蜂對(duì)不同CO2濃度下豌豆蚜的寄生及后代蜂適合度的影響，為阿爾蚜繭蜂的應(yīng)用以及豌豆蚜的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)設(shè)置了3 個(gè)CO2濃度處理：對(duì)照CO2濃度(380 μL/L)、中等濃度(550 μL/L)和高濃度(750 μL/L)。

本試驗(yàn)用綠色型豌豆蚜和阿爾蚜繭蜂均采于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地，蚜蟲飼養(yǎng)在品種為‘臨蠶2’的蠶豆植株上，建立豌豆蚜實(shí)驗(yàn)種群，將羽化后的雌、雄成蜂轉(zhuǎn)移至飼養(yǎng)有豌豆蚜種群的養(yǎng)蟲籠內(nèi)寄生繁殖，建立蚜繭蜂種群。試驗(yàn)于2018年5月—2021年5月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院昆蟲生態(tài)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 寄主準(zhǔn)備試驗(yàn)在溫度為(24±1)℃、濕度60%～75%RH、光周期16 h:8 h(L:D)的人工氣候箱（型號(hào)為SPX-250-GB-CO2）中進(jìn)行。挑取足量成蚜放在蠶豆植株上，等到其產(chǎn)仔蚜6 h后，去除成蚜，等到仔蚜生長(zhǎng)至2齡若蚜以供試驗(yàn)。

1.2.2 寄生蜂準(zhǔn)備將僵蚜裝入試管中，取出羽化24 h內(nèi)的阿爾蚜繭蜂備用。

1.2.3 寄生試驗(yàn)待人工氣候箱中種植的蠶豆長(zhǎng)到約10 cm 高時(shí)，分別將蠶豆植株與根部土壤一并移入養(yǎng)蟲籠中，每隔2 d對(duì)植株澆水一次。挑取2齡若蚜50頭接入養(yǎng)蟲盒內(nèi)蠶豆植株上，定殖2 h后接入羽化24 h內(nèi)未交配的雌、雄蚜繭蜂各1頭，并補(bǔ)充10%蜂蜜水作為營養(yǎng)，任其寄生6 h后，移除蚜繭蜂，將蚜蟲置于原條件人工氣候箱內(nèi)繼續(xù)飼養(yǎng)直到僵蚜出現(xiàn)，待其羽化后重復(fù)上述試驗(yàn)連續(xù)處理阿爾蚜繭蜂3代。每日觀察記錄僵蚜數(shù)量、蜂的羽化時(shí)間、羽化數(shù)，每個(gè)處理設(shè)重復(fù)5次。寄生率和羽化率依據(jù)式(1)和(2)計(jì)算得出。

1.2.4 后代蜂適合度試驗(yàn)同前述寄生試驗(yàn)的條件進(jìn)行試驗(yàn)，觀察記載后代蜂雌雄數(shù)量、僵蚜出現(xiàn)時(shí)間和蜂的壽命。重復(fù)5 次。計(jì)算后代蜂的雌性比例、發(fā)育歷期和壽命。后代蜂的雌性比例是指雌蜂數(shù)與出蜂總數(shù)的比值(%)，后代蜂發(fā)育歷期是指釋放蚜繭蜂到后代蜂羽化所經(jīng)歷的時(shí)間(d)，后代蜂的壽命是指蜂羽化后到死亡的時(shí)間(d)。計(jì)算見式(3)～(5)。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，利用GraphPad Prism8.0 軟件進(jìn)行two-way ANOVA 統(tǒng)計(jì)分析。圖中所出現(xiàn)的誤差處理方式均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂寄生率、羽化率、后代雌性比例的影響

隨著CO2濃度的升高，阿爾蚜繭蜂各世代的寄生率、羽化率和雌性比例均顯著降低(P＜0.05)。對(duì)照CO2濃度(380 μL/L)下F1、F2和F3代阿爾蚜繭蜂的寄生率、羽化率及雌性比例都是最高，寄生率分別為63.43%、64.00%和63.71%，羽化率分別為98.24%、97.74%和97.72%，雌性比例為55.03%、55.70%以及54.33%，高CO2濃度(750 μL/L)下阿爾蚜繭蜂的寄生率為54.00%、53.43% 和53.14%，羽化率為91.00%、90.34% 和90.35%，雌性比例為45.90%、46.16%和45.78%（表1）。此外，在同一CO2濃度的不同世代下阿爾蚜繭蜂的寄生率、羽化率及雌性比例相差不大，差異不顯著(P＞0.05)（表1）。CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂的寄生率、羽化率和雌性比例有極顯著影響(P＜0.01)，世代因子對(duì)其無顯著影響(P＞0.05)（表2）。CO2濃度和世代的交互作用對(duì)阿爾蚜繭蜂的寄生率(F4,54=0.19,P=0.9447)、羽化率(F4,54=0.13,P=0.9689)以及雌性比例(F4,54=0.41,P=0.7971)均無顯著影響（表2）。

表1 CO2濃度的升高對(duì)阿爾芽繭蜂寄生率、羽化率、后代雌性比例的影響

表2 CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂子代寄生率、羽化率、雌蜂后代比例影響的雙向方差分析結(jié)果

2.2 不同CO2濃度下阿爾蚜繭蜂后代蜂的適合度

2.2.1 不同CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂雌性比例的影響隨著CO2濃度的升高各世代阿爾蚜繭蜂的雌性比例顯著降低(P＜0.05)。對(duì)照CO2濃度(380 μL/L)下F1、F2和F3代阿爾蚜繭蜂的雌性比例最高（55.03%、55.70%和54.33%），高CO2濃度(750 μL/L)下阿爾蚜繭蜂的雌性比例為45.90%、46.16%和45.78%（表1）。在同一CO2濃度的不同世代下阿爾蚜繭蜂的雌性比例差異不顯著(P＞0.05)。

CO2濃度因子對(duì)阿爾蚜繭蜂雌性比例有極顯著影響(P＜0.01)，世代因子對(duì)其無顯著影響(P＞0.05)（表2）。CO2濃度和世代的交互作用對(duì)阿爾蚜繭蜂的及雌性比例(F4,54=0.41,P=0.7971)均無顯著影響（表2）。

2.2.2 不同CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂后代發(fā)育歷期的影響由表3 可知，F(xiàn)1、F3代阿爾蚜繭蜂發(fā)育歷期在不同CO2濃度下差異顯著(P＜0.05)，CO2濃度對(duì)F2代發(fā)育歷期影響不顯著(P＞0.05)。

表3 CO2濃度的升高對(duì)阿爾蚜繭蜂子代發(fā)育歷期的影響

CO2濃度對(duì)F1、F2和F3代阿爾蚜繭蜂雌蜂發(fā)育歷期影響不顯著(P＞0.05)，對(duì)F2代雄蜂發(fā)育歷期影響不顯著(P＞0.05)，但隨著CO2濃度升高發(fā)育歷期縮短，CO2濃度對(duì)F1和F3代雄蜂的發(fā)育歷期具有顯著影響(P＜0.05)。由表3可以看出，雌蜂發(fā)育歷期均長(zhǎng)于雄蜂。

由表4可知，CO2濃度因子對(duì)阿爾蚜繭蜂的發(fā)育歷期有顯著影響(F2,1730=3.30,P=0.0381)，對(duì)雌蜂和雄蜂無顯著影響(F2,879=0.84,P=0.4335)、(F2,834=2.00,P=0.1356)，世代因子對(duì)阿爾蚜繭蜂發(fā)育歷期無顯著影響(F2,1730=1.20,P=0.2983)，對(duì)雌蜂和雄蜂發(fā)育歷期也無顯著影響(F2,879=0.93,P=0.3958)、(F2,834=0.91,P=0.4041)（表4）。CO2濃度和世代的交互作用對(duì)阿爾蚜繭蜂發(fā)育歷期有極顯著影響(F4,1730=9.30,P＜0.01)，對(duì)雌蜂發(fā)育歷期有顯著影響(F4,879=3.10,P=0.0162＜0.05)，對(duì)雄蜂發(fā)育歷期也有極顯著影響(F4,834=9.20,P＜0.01)。

表4 CO2濃度升高對(duì)阿爾蚜繭蜂子代發(fā)育歷期影響的雙向方差分析結(jié)果

2.2.3 不同CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂后代蜂壽命的影響 由表5 可知，對(duì)照CO2濃度下F1、F2和F3代阿爾蚜繭蜂壽命最高，均為1.89 d并且顯著高于中、高CO2濃度下的蜂壽命，CO2濃度對(duì)蜂壽命有顯著影響(P＜0.05)，隨著世代的增加，3個(gè)CO2濃度下的蜂壽命差別不大，差異不顯著(P＞0.05)。

表5 CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂壽命的影響

阿爾蚜繭蜂壽命隨著CO2濃度增加而降低，差異顯著(P＞0.05)，世代的增加對(duì)雌雄蜂的壽命影響不大，差異不顯著(P＞0.05)。阿爾蚜繭蜂雄蜂壽命均高于雌蜂。

由表6可知，CO2濃度因子對(duì)阿爾蚜繭蜂壽命有極顯著影響(F2,1251=959,P＜0.01)，對(duì)雌蜂壽命和雄蜂壽命也有極顯著影響(F2,621=707,P＜0.01)、(F2,621=738,P＜0.01)，世代因子對(duì)阿爾蚜繭蜂壽命無顯著影響(F2,1251=0.59,P=0.5560＞0.05)，對(duì)雌蜂和雄蜂均無顯著影響(F2,621=0.01,P=0.9886＞0.05)、(F2,621=0.13,P=0.8771＞0.05)。CO2濃度和世代因子對(duì)阿爾蚜繭蜂壽命無顯著影響(F4,1251=0.58,P=0.6755＞0.05)，對(duì)雌蜂和雄蜂壽命也無顯著影響(F4,621=0.12,P=0.9768＞0.05)、(F4,621=0.06,P=0.9941＞0.05)。

表6 CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂壽命的影響的雙向方差分析結(jié)果

3 討論與結(jié)論

在本試驗(yàn)中CO2濃度的升高對(duì)阿爾蚜繭蜂的寄生有顯著影響，其寄生率、羽化率顯著降低。大氣CO2濃度升高對(duì)于植物的影響是直接而明確的，但對(duì)于植食性昆蟲的影響是間接而又復(fù)雜的。NEWMAN等[10]認(rèn)為，植物與昆蟲之間有特殊的關(guān)聯(lián)，大氣CO2濃度升高對(duì)于“植物與昆蟲”的影響也有特殊的關(guān)系。大氣CO2濃度升高通過取食植物的昆蟲而間接作用于天敵昆蟲。大氣CO2濃度升高改變了植物組織營養(yǎng)物質(zhì)的組成與含量，提高了棉蚜(Aphisgosypii)對(duì)氨基酸營養(yǎng)的利用與補(bǔ)償效率，蚜蟲種群增多。捕食性和寄生性天敵對(duì)害蟲的寄生和控制作用很可能會(huì)隨著氣候改變帶來的植物生物量增加和害蟲生活史特征的改變而下降,研究發(fā)現(xiàn)不同CO2濃度下黑腿絨繭蜂(Cotesia melanoscela)對(duì)舞毒蛾(L.dispar)寄生表現(xiàn)的影響沒有差異[11]。CHEN 等[12]研究表明，在750 μL/L CO2濃度下，燕麥蚜繭蜂(Aphidiuspicipes)的羽化率與環(huán)境CO2相比顯著降低，羽化率降低了10%。在本實(shí)驗(yàn)中隨著CO2濃度升高，阿爾蚜繭蜂的羽化率也顯著降低，這可能是由于CO2濃度升高影響豌豆蚜的生長(zhǎng)發(fā)育而間接的阿爾蚜繭蜂在寄主體內(nèi)營養(yǎng)的獲取。有很多植食性昆蟲可以積累其取食植物的防御物質(zhì)，并用來抵御其寄生性天敵，減緩寄生蜂生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致其存活率顯著降低[2,13]。

在本試驗(yàn)中隨著CO2濃度升高，除了對(duì)照CO2濃度外，阿爾蚜繭蜂后代蜂發(fā)育歷期變化不明顯，其他CO2濃度下蜂發(fā)育歷期縮短且差異極顯著，雌蜂發(fā)育歷期均長(zhǎng)于雄蜂。對(duì)于容性寄生蜂來說，寄生蜂寄生后寄主不會(huì)立即死亡，而是生長(zhǎng)發(fā)育延緩直至生長(zhǎng)于體內(nèi)的寄生蜂幼蟲將寄主的營養(yǎng)耗盡。隨著大氣CO2濃度的增加，寄生危害不同抗性棉花上棉蚜的棉蚜繭蜂的發(fā)育歷期顯著縮短[12]，本試驗(yàn)中隨著CO2濃度繼續(xù)升高阿爾蚜繭蜂發(fā)育歷期也明顯減少。也有研究表明，如果蚜蟲個(gè)體小，可提供的營養(yǎng)物質(zhì)少，則會(huì)導(dǎo)致后代蜂發(fā)育時(shí)間明顯延長(zhǎng)[14]，但在高濃度CO2下豌豆蚜吸食紫花苴蓿汁液后體內(nèi)蛋白質(zhì)含量顯著降低，總脂肪則無顯著變化[15]。但是由于CO2濃度升高豌豆蚜種群數(shù)量增多阿爾蚜繭蜂寄生時(shí)也會(huì)選擇了更加優(yōu)質(zhì)的寄主。

在本試驗(yàn)中阿爾蚜繭蜂在高濃度CO2下的雌性比例顯著低于對(duì)照濃度CO2條件，寄生蜂的雌性比例受諸多因素的影響，寄生蜂通常營兩性生殖和孤雌生殖，兩性生殖既可產(chǎn)生雌性后代，又可產(chǎn)生雄性后代，而孤雌生殖則只能產(chǎn)生雄性后代[16]，寄主的大小等都影響著寄生蜂的性別[17]。雌蜂和雄蜂個(gè)體發(fā)育過程中，不同的營養(yǎng)需要也是影響雌性比的另一個(gè)原因，通常雄性個(gè)體發(fā)育較快，營養(yǎng)需要較少，而雌蜂發(fā)育相對(duì)較慢，營養(yǎng)需要相對(duì)較多，被寄生的低齡寄主由于不能滿足雌蜂個(gè)體發(fā)育營養(yǎng)要求，而提前死亡或出現(xiàn)體內(nèi)寄生蜂個(gè)體性別轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致由低齡寄主中羽化出的寄生蜂雄蜂數(shù)量較多。此外，寄生蜂的體內(nèi)共生菌Wolbachia 也會(huì)影響性比[18]，CO2濃度升高對(duì)共生菌Wolbachia 的影響是否也導(dǎo)致了寄生蜂雌性比例還有待研究。

在本試驗(yàn)中，隨著CO2濃度升高，阿爾蚜繭蜂壽命沒有明顯變化。有研究表明高濃度CO2下中紅側(cè)溝蚜繭蜂的壽命沒有發(fā)生顯著變化[19]。ODE 等[20]研究表明，CO2濃度升高條件下的寄主植物會(huì)影響四紋豆象(Callosobruchusmaculatus)的體重、發(fā)育歷期和死亡率，從而影響它的寄生蜂的發(fā)育繁殖。另外，寄主植物還會(huì)影響取食它的昆蟲的防御行為和免疫反應(yīng)影響寄生蜂的寄生適合度。這也可能是阿爾蚜繭蜂對(duì)高濃度CO2下適合度較低的原因。已有研究表明了寄主植物的生長(zhǎng)狀態(tài)和寄主的質(zhì)量對(duì)寄生蜂的適合度具有重要影響[21]，當(dāng)寄主質(zhì)量降低時(shí)，寄生蜂的適合度會(huì)下降。不同種類的天敵對(duì)于CO2濃度的響應(yīng)不同，這說明大氣CO2濃度升高對(duì)天敵昆蟲的影響存在種的特異性。

綜上所述，隨著CO2濃度的升高植物生長(zhǎng)發(fā)育加快，生物量增加，蚜蟲的種群增大、體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)改變等，降低了阿爾蚜繭蜂的寄生效果及后代蜂適合度，推測(cè)未來大氣CO2濃度升高將導(dǎo)致阿爾蚜繭蜂對(duì)豌豆蚜的控害作用下降。在自然環(huán)境里大氣CO2濃度的升高通過食物鏈影響著植物與昆蟲、昆蟲與天敵寄生蜂，短暫的濃度升高通過“自下而上”對(duì)第三營養(yǎng)級(jí)寄生蜂的影響并非簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)過長(zhǎng)期的高濃度CO2處理后的寄生蜂是否產(chǎn)生一定的適應(yīng)性以及CO2濃度升高對(duì)阿爾蚜繭蜂影響的規(guī)律性特征，仍需要持續(xù)多代的長(zhǎng)期試驗(yàn)。