空心莲子草叶甲释放量对空心莲子草防控效果的研究

宋振，张瑞海，张国良，余文畅，熊佳林，王然，黄成成，付卫东*

1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081；2. 湖北省宜昌市农业生态与资源保护站，湖北 宜昌 443005

空心莲子草[Alternanthera philoxeroides (Mart.)Griseb.]，又名喜旱莲子草、水花生，苋科、莲子草属的多年生草本植物，是一种广泛入侵的全球性恶性杂草（Burgin et al.，2010；Dong et al.，2010；Gao et al.，2010；Zuo et al.，2012）。空心莲子草具有极强的生命力和适应力，可在水生、陆生环境下生长，繁殖扩散速度惊人。空心莲子草的危害主要表现在两方面：一是大量繁殖覆盖水面，阻塞河流、湖泊，并造成鱼类死亡，影响航运和水产养殖业；二是快速繁殖挤占生态位，抑制其他水生或陆生植物生长，形成单一群落，破坏生物多样性，使生态系统退化，给农林业生产造成巨大经济损失（Liu et al.，2017；孙永艳等，2011；王桂芹等，2011）。目前，对该杂草的防控手段主要有物理防治、化学防治和生物防治法等（陈燕丽等，2010；曾强国等，2011；张文艳等，2013）。其中，利用原产地引入的特异性天敌（如昆虫、病原菌等）对其进行防治的生物手段，由于具有生态环保、投入低、见效快和可持续的特点，近年来受到越来越多的重视。

空心莲子草叶甲（Agasicles hygrophila）又称莲草直胸跳甲，属鞘翅目，叶甲科，是 1964年在阿根廷发现的一种空心莲子草专食性天敌昆虫，后被引种到美国释放，取得了非常好的防治效果（Liu et al.，2011；Lu et al.，2010；Lu et al.，2012；Telesnicki et al.，2011；Wei et al.，2015；Zhao et al.，2015）。目前国内防治空心莲子草所用的该天敌昆虫，是笔者所在研究团队于 1986年从美国引种的（李宏科等，1994）。自引入后，该天敌昆虫通过了安全性评价和食性专一性测试，经过近30年的研究推广，在国内空心莲子草发生区域被大面积应用，目前已在南方多个省市取得了很好的防治效果（陈燕芳等，2008；胡中昀等，2014；熊佳林等，2016）。

当前对于空心莲子草叶甲的研究领域和成果产出主要集中在生理生态学特征、种群动态变化规律、虫体安全越冬保育技术和工厂化繁殖技术等方面（刘雨芳等，2011；刘雨芳等，2014；马瑞燕，2001；马瑞燕等，2004；熊佳林等，2016；周方等，2017）。为了探明该天敌昆虫对空心莲子草的取食特性，科研人员从多个角度进行了大量深入的研究。史梦竹等（2015）分别测定了不同CO2浓度下空心莲子草叶甲幼虫取食量的变化，通过比较幼虫体内营养物质含量和消化酶活性等指标研究了CO2浓度对空心莲子草叶甲幼虫取食特性的影响（张文艳等，2013）；柴艳萍（2016）等采用3,5-二硝基水杨酸法、福林-酚法、碘-淀粉比色法等方法研究了饥饿程度及取食不同植物对空心莲子草叶甲体内纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶等消化酶的影响；郭艳琼等（2017）通过分析转录组学技术和 PCR技术，从空心莲子草叶甲体内获得了羧酸酯酶B簇基因，并检测了其表达特性和表达水平，进一步明确了空心莲子草叶甲寄主专一性的分子机制；陈江（2017）通过空心莲子草叶片内防御酶活性、脱落酸以及挥发性物质含量的变化，研究了空心莲子草被天敌叶甲取食后的防御机制和取食胁迫下的生理生化响应。但是，目前关于空心莲子草叶甲释放量对空心莲子草的取食和防控效果尚未见报道。本研究依托现有的空心莲子草天敌工厂，采用条件控制试验，对空心莲子草和天敌叶甲相关生理生化指标测定数据进行分析，研究不同天敌释放量对空心莲子草的取食和控制效果，以期为空心莲子草的生物防治提供详实具体的理论依据和技术支持。

1 材料方法

1.1 试验材料

试验地点位于湖北省宜昌市长阳土家族自治县空心莲子草叶甲繁育基地（天敌工厂），试验所用空心莲子草植株和空心莲子草叶甲成虫均取自该基地。

1.2 试验设计

选择27个直径1.2 m、高1.1 m试验水桶，装水至水面距桶口约30 cm处（水面面积约1 m2），每个桶内放置 1块正方形塑料泡沫板（边长约 70 cm），使其漂浮于水面上，人工打孔种植空心莲子草植株，每桶放置40个空心莲子草茎节，生长40 d后，再接入空心莲子草叶甲成虫。分别按每个水桶释放0对（空白对照）、1对、2对、3对、4对、5对、6对、7对、8对空心莲子草叶甲成虫（1对为雌雄虫各1只）（陈磊等，2009；傅建炜等，2015），每个处理设置3个重复，释放时间（即试验开始时间）为 5月上旬（李彦宁等，2011）。所有试验水桶，全部加盖40目尼龙防虫笼罩。

1.3 指标测定及数据采集

天敌释放后，定期补充大桶中因蒸发损失的水分，保持环境温度在25～30 ℃，定期观察试验水桶中空心莲子草叶甲取食情况，培养60 d后，采集每个试验水桶内下列指标数据：

（1）空心莲子草天敌种群数量（成虫、卵数、1龄幼虫数、2龄幼虫数、3龄幼虫数、蛹数、百茎虫口密度）：打开水桶笼罩，外面加设防虫网，对笼罩内空心莲子草叶甲的卵、幼虫、成虫进行人工计数；计数结束后，选取100个茎秆（桶内不足100个茎秆的全部选取，计数后换算），人工计数测定百茎虫口密度（羽化孔数）；计数结束后，用解剖刀剖开每个茎秆，对茎秆内的蛹进行计数。

（2）空心莲子草种群密度：对上述天敌种群数量计数完毕后，对每个水桶内所有的空心莲子草茎秆数进行人工计数，每个分枝记为1个茎秆。

（3）空心莲子草植株叶片叶绿素含量的测定：在每个试验水桶中取3株空心莲子草植株，每个植株上选择2片新鲜叶片，用毛笔或毛刷清除叶片表面的灰尘，用叶绿素仪测定叶片叶绿素含量。

（4）空心莲子草植株形态的测定：在每个水桶中随机选取6个空心莲子草茎秆，分别测量顶芽以下各节的节间距和茎直径。

（5）空心莲子草植株生物量的测定：将大桶内全部空心莲子草植株捞起，置于阴凉处，用报纸吸干水分，装入自封袋中，作好标记，冷藏带回实验室，测定鲜质量；然后于105 ℃烘箱中杀青30 min后，在85 ℃烘箱中烘至恒质量，测量干质量。

1.4 数据分析

运用Microsoft office Excel 2013 整理数据并作图，运用SPSS 19.0进行独立样本t检验（t-test）和相关分析（correlation analysis），研究不同天敌释放量对空心莲子草的控制效果。

2 结果与分析

2.1 不同处理下空心莲子草叶甲种群数量分析

采用人工计数法获得了各处理组中空心莲子草叶甲的卵、各龄幼虫、蛹、成虫以及羽化孔的数量。对所得的数据进行分析，结果如图1、图2所示。

由图1可知，释放1对叶甲成虫的卵数量最多，随着天敌释放数量的增加，卵数量逐渐减少。可能的原因是初期成虫数量越少，同性成虫间打斗和避让效果越弱，越有利于交配和产卵。到释放量大于5对时，由于空心莲子草的叶片基本被吃光，几乎观察不到卵。

图1 不同处理下空心莲子草叶甲的卵、羽化孔和成虫数量Fig. 1 The amounts of eggs, emergence holes, and adults of A.hygrophila under different treatmentsn=5. The same below

图2 不同处理下空心莲子草叶甲幼虫和蛹的数量Fig. 2 The amounts of larvae and pupae of A. hygrophila under different treatments

由图2可知，1、2、3龄幼虫数量的变化规律基本一致，释放数量为3对时，幼虫数量最多，大于或等于4对后，幼虫数量迅速下降。初期释放天敌较多的处理组，天敌繁殖快，叶片取食速度也较快。由于叶片很快被吃光，后期的繁殖速度大幅度下降，因此幼虫数量也急剧下降。

由图2还可知，蛹的数量随天敌释放量的增加而增加，到6对时达到最高，而后下降。分析原因，可能是在6对释放量的条件下，试验期内天敌繁殖速度较快，数据测定时正值幼虫化蛹的高峰期，因此蛹数量最多。

由图1可知，成虫数量随天敌释放量增加而增加，在4对时达到最多，而后逐渐减少。同上所述，这可能与叶甲的繁殖和取食速度有关。在4对释放量时，叶甲的繁殖和取食速度可以较好地控制空心莲子草的生长速度，保证了数量的稳定增加。过少的天敌释放量无法快速控制空心莲子草的生长，而过多的天敌释放量又会造成前期大量取食后期无食物可用的情况，以至于叶甲成虫数量在后期下降明显。

图4 不同处理下空心莲子草叶片的叶绿素含量Fig. 4 The chlorophyll content of A. philoxeroides leaves under different treatments

由图1可知，羽化孔的数量与成虫数量的变化规律基本一致，均随叶甲释放量增加而增加，在 4对时最多，而后减少。这也印证了上述推断，即在当前试验的可控条件下，4对的释放量可以在很好地控制空心莲子草生长速度的情况下，保证天敌数量的稳定增加，可达到持续控制的效果。

2.2 空心莲子草种群密度分析

对空白对照组和各处理组中空心莲子草的茎秆数量进行分析，结果如图3所示。随着天敌释放量的增加，空心莲子草的种群密度逐渐下降，当叶甲释放量大于或等于4对时，空心莲子草的茎秆数量基本不再减少。与前述天敌种群数量结合分析，说明在4对释放量的情况下，叶甲的繁殖速度能够较好地控制空心莲子草的生长速度，且可以保证天敌数量的持续稳定增加。

图3 不同处理下空心莲子草的茎密度Fig. 3 The stem density of A. philoxeroides under different treatments

2.3 空心莲子草植株叶片叶绿素含量分析

对空白对照和各处理组的空心莲子草叶片叶绿素含量进行了测定，数据分析结果如图4所示。随着天敌释放数量的增加，空心莲子草叶片中叶绿素的平均含量逐渐下降，在大于或等于3对释放量后降低趋势趋于稳定，在4对释放量时达到最低，但各组间差异不显著。可能是由于随着叶甲数量的增加，叶甲对叶片的取食速度加快，空心莲子草营养物质合成速度降低，新叶片生长速度减慢，造成叶绿素含量减少，不过由于叶绿素的含量更多地是空心莲子草本身基因表达所决定的，因此各组间差异并不显著。

2.4 空心莲子草植株形态分析

对空白对照和各处理组的空心莲子草植株节间距和茎直径进行了测定，结果如图5和图6所示。空心莲子草的节间距和茎直径均随着叶甲释放量的增加呈现先降低后升高的趋势，在释放量为 4对时最低。分析原因，可能是 4对释放量对空心莲子草生长的控制效果最佳，能够在天敌稳定繁殖的基础上最大程度地取食叶片，抑制空心莲子草生长，以至于其节间距和茎直径无法进一步增长。而当天敌数量大于 4对时，由于前期取食较快，叶片不足造成天敌数量下降，后期空心莲子草生长速度又逐渐提高，因而植株的节间距和茎直径较4对释放量又有了一定程度的增长。

图5 不同处理下空心莲子草的节间距Fig. 5 The internode length of A. philoxeroides under different treatments

图6 不同处理下空心莲子草的茎直径Fig. 6 The stem diameter of A. philoxeroides under different treatments

2.5 空心莲子草植株生物量分析

图7 不同处理下空心莲子草的生物量Fig. 7 The biomass of A. philoxeroides under different treatments

对空白对照和各处理组的空心莲子草植株生物量进行了测定，结果如图7所示。随着天敌释放数量的增加，空心莲子草植株生物量逐渐下降，在4对释放量时达到最低，随后变化趋势趋于稳定。这也进一步印证了在试验所设植株密度条件下，4对释放量既可以保证天敌数量的繁育和稳定增加，又可以获得对空心莲子草最佳的取食和控制效果。

3 讨论

天敌昆虫是对有害生物进行生物防治的重要手段之一，天敌昆虫的释放对有害生物的防治效果一直是该领域的一个研究热点。蒋月丽等（2011）研究了释放东亚小花蝽（Orius sauteri）对大棚辣椒（Capsicum annuum）上几种害虫的防治效果，结果表明，按 0.5 ind·m-2和 1 ind·m-2释放东亚小花蝽对朱砂叶螨（Tetranychus cinnabarinus）、蓟马（Thripidae）在释放 5～7周时的 防治效果达到97%～99%；对于蚜虫（Aphidoidea），按 0.5 ind·m-2释放东亚小花蝽，防治效果仅为 22%，而 1ind·m-2释放防治效果最高可达 96%。李硕等（2015）在张家口地区开展了利用松毛虫赤眼蜂（Trichogramma dendrolimi）防治松毛虫（Dendrolimus sp.）的研究，并进行了不同放蜂次数和不同放蜂量对松毛虫防治效果的对比试验，结果表明，从寄生率和防治效果上看，虽然两次放蜂略高于一次放蜂，但显著不差异；3 种不同放蜂量（7.50×105ind·hm-2、1.50×106ind·hm-2、2.25×106ind·hm-2）的防治效果存在极显著差异，综合考虑赤眼蜂数量成本和人力成本，应以一次放蜂、放蜂 1.5×106ind·hm-2为宜。刘冬冬（2017）利用室内笼罩试验研究了烟蚜茧蜂（Aphidius gifuensis）释放量对桃蚜（Myzus persicae）防效的影响，结果表明，200 ind·m-2桃蚜密度下，释放 7对烟蚜茧蜂的寄生率显著低于释放 5对时烟蚜茧蜂的寄生率，而 600 ind·m-2和 1000 ind·m-2桃蚜密度下，随着寄生蜂数量的增加，寄生率逐渐升高，但是每对蜂的寄生数量下降，寄生蜂的寄生作用率降低。因此，在实际应用中，要综合考虑寄生蜂之间的干扰效应，以确定合适的释放比例。对于空心莲子草叶甲，国内研究更多地集中在其种群繁衍等方面，如李彦宁等（2011）研究了空心莲子草叶甲释放量对其种群构建的影响，发现莲草直胸跳甲种群在6—7月和10—11月分别出现2个明显的高峰期，其在旱地的扩散能力强于湿地和水田，放虫后18 d，距释放中心点6 m处，旱地生境的种群数目大于湿地生境和水田生境。然而，对于空心莲子草叶甲释放量与防控效果之间的关系，尚未见报道。

本研究依托空心莲子草天敌工厂，采用条件控制试验，通过对空心莲子草种群密度、植株形态、叶绿素含量、生物量、天敌的种群数量等生物学和生理生化指标的测定与分析，研究了不同天敌释放量对空心莲子草的防治效果，为科学合理地制定天敌释放方案，节约防治成本、提高防治效率提供了理论依据。从本研究的结果中可以发现，天敌释放数量与空心莲子草生物量之间存在显著相关性。天敌释放数量较少时，对空心莲子草的取食速度不及其生长速度，控制效果较差；天敌释放数量过多，又会造成前期取食速度过快，后期由于缺乏食物造成天敌数量大幅度下降，反而不利于对空心莲子草的控制，且同性空心莲子草叶甲之间还存在避让和打斗等行为，数量太多也会影响交配和繁殖（傅建炜等，2015）。只有合适的天敌释放量才能保证天敌种群在稳定繁育的情况下取得最好的空心莲子草防治效果。

空心莲子草叶甲的繁育需要合适的环境条件，由于本研究是在完全封闭（防虫网、笼罩内）的、环境可控的条件下进行，试验结果符合种群的S型增长曲线。比如，空心莲子草叶甲的最适生长繁殖温度在 25～28 ℃，成虫 6 ℃以下生命活动减缓，超过 32 ℃不产卵，超过 35 ℃生长发育受限（熊佳林等，2016）。本研究中，天敌控草试验的时间选在了5—6月，室外平均温度25～30 ℃，当局部环境温度过高时利用天敌工厂的遮阳网和水幕墙等装置进行降温，保证了整个试验过程中温度始终位于合理区间内，有利于空心莲子草叶甲的生长繁育，避免了环境因素对试验结果造成的影响。然而，在实际应用中，天敌昆虫是在开放的自然状态下繁殖并对空心莲子草进行取食的，因此应综合考虑空心莲子草发生的具体生境、气候条件等环境因素，在参考本研究结果的基础上，适当调整天敌释放数量，并选择适宜的天敌释放方法，才能以最低的成本收获最佳的防治效果。

4 结论

本研究依托空心莲子草叶甲繁育基地，采用环境条件可控试验，对空心莲子草的种群密度、植株形态、叶绿素含量、生物量等指标进行测定，结合空心莲子草叶甲种群数量分析，研究了不同天敌释放量对空心莲子草的防治效果。结果表明，在初始种群密度为40 stems·m-2的条件下，释放4对空心莲子草叶甲可达到最佳防治效果。在此释放量下，空心莲子草叶甲羽化孔数量和成虫数量最高，空心莲子草种群密度最低，节间距和茎直径最短，生物量最少。该释放量在保证空心莲子草叶甲稳定繁育的同时可获得对空心莲子草的最佳控制效果。