低剂量啶虫脒和双丙环虫酯对棉蚜茧蜂寄生功能的影响

张 亮, 吕海翔, 石丹丹, 李旭超, 马康生

(华中农业大学 植物科学技术学院/昆虫资源利用与害虫可持续治理湖北省重点实验室，武汉 430070)

棉蚜Aphis gossypiiGlover 是一种世界性分布的重要农业害虫，在我国各棉区均有分布，其中以西北内陆棉区和黄河流域棉区发生最为严重[1-2]。棉蚜的寄主范围非常广泛，能够为害900 多种植物[3]，其中棉花和葫芦科瓜类是其重要的侨居寄主。棉蚜主要通过直接取食植物汁液和传播植物病毒造成危害[4-5]，严重影响棉花的产量和品质，给我国棉花产业造成巨大经济损失[6]。目前对棉蚜的防治主要依赖于化学杀虫剂，但由于长期、大量且不合理地使用化学杀虫剂，棉蚜已对有机磷类、拟除虫菊酯类及新烟碱类等多种杀虫剂产生了较高水平的抗药性[7-8]，严重影响化学防治的效果。

化学杀虫剂在杀灭害虫的同时，会不可避免地对有益生物产生影响[9]。喷施化学杀虫剂不但会直接造成天敌昆虫死亡，田间残留的低剂量杀虫剂还会对天敌昆虫产生亚致死效应[10]。已有研究表明，亚致死剂量的杀虫剂对天敌昆虫的生长发育、捕食功能和捕食行为等会产生重要影响。例如，经低剂量的二嗪农(diazinon)、杀螟硫磷(fenitrothion)和毒死蜱(chlorpyrifos)处理侧刺蝽Andrallus spinidensFabricius 后发现，侧刺蝽对二化螟Chilo suppressalisWalker 的取食量及瞬时攻击速率会显著下降[11]。类似的，古德就等[12]研究发现，亚致死剂量的抗蚜威(pirimicarb)、氯氰菊酯(cypermethrin)和乐果(dimethoate)可引起菜蚜茧蜂Diaeretiella rapaeM’Intosh 的钝态反应，使其对寄主的功能反应模型从典型的Holling-Ⅱ模型转变为S 型。需要指出的是，大部分研究表明，亚致死剂量的杀虫剂会降低 (捕食或寄生性) 天敌在生态环境中对害虫的控制能力，影响天敌与害虫之间的动态平衡[13]，对生态系统造成负面影响[14-15]，但也有部分昆虫接触低剂量药剂后会产生毒物兴奋效应。例如，异色瓢虫Harmonia axyridis(Pallas) 成虫暴露于低剂量 (LC5) 的高效氯氟氰菊酯(lambda-cyhalothrin)后，其亲代繁殖力显著提高了49.64%，同时其子代产卵期也显著延长，子代的繁殖力也显著提高了62.27%[16]。因此，明确低剂量杀虫剂对棉蚜天敌的影响，对保护和利用天敌以及棉蚜的科学防控均具有重要意义。

棉蚜茧蜂Lysiphlebia japonica(Ashmead) 作为有害生物综合治理 (IPM) 体系的重要组成部分，广泛分布于我国西北内陆及长江流域棉区，属于优势寄生蜂，一般在4 到5 月间大量繁殖，在初夏时期可有效控制棉蚜的种群数量[17]。被棉蚜茧蜂寄生的棉蚜不会立即死亡，仍会继续生长发育一段时间，直至变成僵蚜，棉蚜茧蜂从棉蚜体内获取所需要的营养，最终导致寄主死亡[18]。

啶虫脒(acetamiprid)和双丙环虫酯(afidopyropen)是当前我国棉蚜化学防控中广泛使用的2 种杀虫剂。啶虫脒是继吡虫啉(imidacloprid)之后开发成功的第一代氯代烟碱型杀虫剂，主要作用于昆虫神经系统突触后膜的烟碱乙酰胆碱受体及其周围的神经，使昆虫持续兴奋、麻痹直至死亡，具有高效、广谱、低残留等特点[19-20]。双丙环虫酯是杀虫剂作用机制分类中第9D 类的第一个成员，通过干扰昆虫弦音器功能，使昆虫快速停止取食，最终导致昆虫饥饿而亡，具有持效期长的特点[21]。前人研究已经明确亚致死剂量啶虫脒和双丙环虫酯对棉蚜的影响[22-23]，但有关其亚致死剂量对棉蚜茧蜂的影响尚不明确。因此，本研究拟通过2 种杀虫剂低剂量处理棉蚜或棉蚜茧蜂后对棉蚜茧蜂寄生功能的影响，明确2 种药剂亚致死剂量对寄生性天敌棉蚜茧蜂的寄生安全性，以期在协调化学防治与生物防治的同时，为保护生态环境作出积极有效的探索。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试昆虫 所用棉蚜茧蜂Lysiphlebia japonica(Ashmead) 于2021 年7 月采自湖北省武穴市 (115.601 E, 30.11°1 N) 黄瓜田，在实验室内用棉蚜连续饲养多代形成稳定种群。饲养条件：24 ℃ ± 1 ℃，相对湿度75% ± 5%，光周期L : D =14 h : 10 h。棉蚜Aphis gossypiiGlover 于2016 年采自新疆沙湾棉田 (85.56°E，44.29°N)，室内连续饲养多代。供试棉蚜用养虫笼饲养在利用水培法种植的非转基因棉花新陆早74 号 (Gossypium hirsutumL. var. Xinluzao No.74) 幼苗上。养虫室控制条件：22 ℃ ± 1 ℃，相对湿度60% ± 5%，光周期L : D = 16 h : 8 h。

1.1.2 药剂 95%双丙环虫酯 (afidopyropen) 原药，购自陕西伊坤特医药科技有限公司；95%啶虫脒 (acetamiprid) 原药，购自江苏克胜作物科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 两种杀虫剂对棉蚜茧蜂的室内毒力测定 参照Snodgrass 等[24-25]的方法并加以改进。先将原药用丙酮溶解配制成5 000 mg/L 的母液，使用时再用丙酮等比稀释成所需浓度药液，备用。吸取1 mL 稀释好的药液加入到玻璃管 (内表面积35.2 cm2) 中，置于小型滚轴仪上滚干，形成均匀的药膜管，待丙酮完全挥发后用于毒力测定。药剂分别稀释成5～7 个梯度浓度，每浓度重复3 次，每个重复处理16 头棉蚜茧蜂成虫 (羽化时间＜48 h)，对照组单独用丙酮处理。处理时先用少量CO2对成虫进行30 s 麻醉，待成虫不动后，用小毛笔分别接入覆好药膜的玻璃管中，随后置于24 ℃ ± 1 ℃、相对湿度75% ± 5%、光周期L : D =14 h : 10 h 的人工智能光照培养箱内培养。24 h 后统计棉蚜茧蜂的死亡率，用毛笔轻触虫体多次，试虫僵硬不动者记为死亡个体。丙酮对照组死亡率在10%以下为有效试验。

1.2.2 两种杀虫剂对棉蚜的室内毒力测定 采用叶片药膜法进行[26]。选取生理状况一致的棉花叶片，打成直径20 mm、大小一致的叶碟，备用。将药剂母液用含体积分数0.05%Triton X-100 的蒸馏水分别稀释成6～7 个梯度浓度，每浓度设3 个重复，以含0.05%Triton X-100 的蒸馏水作为对照。将棉花叶碟浸渍于各浓度药液中15 s 后取出，置阴凉通风处晾干，置于底层铺有2 mL 2%琼脂凝胶的12 孔细胞培养板中，接入个体大小均匀一致的无翅成蚜，每孔接虫30 头，并用透气性良好的宣纸封好。将细胞培养板置于22 ℃ ± 1 ℃、相对湿度60% ± 5%、光照L : D =16 h : 8 h 的养虫室内饲养，48 h (啶虫脒) 或72 h (双丙环虫酯) 后检查试虫死亡情况，统计死亡率。

1.2.3 两种杀虫剂低剂量对棉蚜茧蜂寄生作用的影响测定 参考王小艺等[27]的试验方法，并略有改进。于120 mm 的培养皿中采用离体叶片饲养棉蚜无翅成蚜，每皿分别接入 20、40、60、80 和100 头棉蚜成虫，作为不同密度处理，每皿投入1 头棉蚜茧蜂成虫，接蜂24 h 后置于人工气候箱饲养，饲养条件同1.2.1 节。7 d 后检查各处理组被寄生棉蚜的数量，统计寄生量。每处理重复5 次。

试验分为2 组：第1 组为棉蚜茧蜂直接受药，采用玻璃管药膜法，根据对棉蚜茧蜂的毒力测定结果，分别用LD5和LD30剂量的2 种杀虫剂处理棉蚜茧蜂，24 h 后选取存活的棉蚜茧蜂进行试验，棉蚜不做任何处理；第2 组为棉蚜茧蜂间接受药，采用叶片药膜法，根据对棉蚜的毒力测定结果，分别用LC5和LC30剂量的2 种杀虫剂处理棉蚜无翅成虫，48 h 后选取存活的棉蚜进行试验，棉蚜茧蜂不做任何处理。上述2 组试验的对照组分别为棉蚜茧蜂用丙酮处理和棉蚜用0.05%TritonX-100 水处理。每处理重复5 次。

1.3 数据处理与分析

使用POLO Plus 2.0 软件计算2 种杀虫剂对棉蚜及棉蚜茧蜂的毒力回归方程斜率、卡方值 (x2)、致死中浓度 (LC50) 或致死中剂量 (LD50) 以及95%置信区间等。

根据1.2.3 节试验结果，棉蚜茧蜂寄生棉蚜的功能反应模型 (Na) 和寻找效应 (S) 符合Holling-Ⅱ模型，故采用Holling-Ⅱ方法进行计算[28]，计算公式见式 (1)。

功能反应模型用Holling-Ⅱ进行圆盘模拟。

式中：Na为被寄生的棉蚜数量，a'为瞬时攻击率，N为棉蚜密度，T为棉蚜茧蜂发现和处理棉蚜的总时间，Th为处理棉蚜的时间。

寻找效应采用式 (2) 进行估计。

式中：S为寻找效应，其余参数同式 (1)。

功能反应和寻找效应的所有试验数据均采用Excel 2018 和SPSS 25.0 进行统计与处理，并通过GraphPad Prism 9.0 软件作图。

2 结果与分析

2.1 两种杀虫剂对棉蚜茧蜂和棉蚜的室内毒力

结果见表1、表2。其中，双丙环虫酯对棉蚜茧蜂的LD50值为20.58 μg/cm2，LD30值为14.09 μg/cm2，LC5值为6.27 μg/cm2；对棉蚜的LC50值为1.67 mg/L，LC30值为0.68 mg/L，LC5值为0.10 mg/L。啶虫脒对棉蚜茧蜂的LD50值为0.007 μg/cm2，LD30值为0.004 μg/cm2，LD5值为0.001 μg/cm2；对棉蚜的LC50值为442. 6 mg/L，LC30值为130. 5 mg/L，LC5值为9.6 mg/L。以此作为后续试验的药剂浓度。

表1 两种杀虫剂对棉蚜的毒力Table 1 Toxicity of two insecticides to Aphis gossypii

表2 两种杀虫剂对棉蚜茧蜂的毒力Table 2 Toxicity of two insecticides to Lysiphlebia japonica

2.2 低剂量啶虫脒和双丙环虫酯处理对棉蚜茧蜂寄生能力的影响

结果见表3。随着供试棉蚜密度的增加，棉蚜茧蜂对棉蚜成虫的寄生量也逐渐增加，在相同的棉蚜密度条件下，低剂量的2 种杀虫剂对棉蚜茧蜂寄生功能的抑制作用均较为明显。当棉蚜密度为20、40 和100 头/皿时，各处理组中，除LC5剂量双丙环虫酯处理棉蚜组 (间接接触) 与对照相比无显著差异外 (20 头/皿，F=0.286，df=8，P=0.608；40 头/皿，F=0.9，df=8，P=0.371；100 头/皿，F=2.667，df=8，P=0.141)，其他各药剂处理组棉蚜茧蜂的寄生量均显著低于对照组 (P＜0.05)，且高浓度药剂处理组棉蚜茧蜂的寄生量更低，说明其负面影响更大。当棉蚜密度为60 和80 头/皿时，各药剂处理组寄生量均显著低于对照组 (P＜0.05)。比较同一药剂不同处理方式，结果表明：相同处理浓度下，双丙环虫酯直接处理组棉蚜茧蜂的寄生量显著低于间接处理组 (P＜0.05)；而啶虫脒处理组结果刚好相反，除棉蚜密度为100 头/皿时、LD5剂量直接处理棉蚜茧蜂组和间接处理组无显著差异外，其余棉蚜密度条件下，直接处理组棉蚜茧蜂的寄生量均显著高于间接处理组 (P＜0.05)。

表3 两种杀虫剂低剂量处理对棉蚜茧蜂寄生能力的影响Table 3 Effects of low doses of two insecticides on the parasitic capacity of Lysiphlebia japonica

2.3 低剂量啶虫脒和双丙环虫酯处理对棉蚜茧蜂寄生功能反应模型参数的影响

经过2 种杀虫剂低剂量处理后，棉蚜茧蜂对棉蚜寄生功能反应模型的基本结构并未发生改变，仍然属于Holling-Ⅱ模型。采用Holling-Ⅱ圆盘方程模型对不同棉蚜密度下棉蚜茧蜂的寄生量进行拟合，拟合方程及参数见表4。结果表明：尽管功能反应模型的基本结构没有改变，但模型参数均发生了变化，不同处理组的拟合公式相关系数r均大于0.91，说明该数学模型能准确地描述2 种杀虫剂低剂量下对棉蚜茧蜂寄生功能的影响。其中，除LC5剂量的双丙环虫酯直接接触处理组瞬时攻击率高于对照组外，其余各处理组棉蚜茧蜂的瞬时攻击率均低于对照。除LC30剂量双丙环虫酯间接接触处理组棉蚜茧蜂处理单头棉蚜的时间与对照组无显著差异外，其他各药剂处理组棉蚜茧蜂处理单头棉蚜所用的时间均显著延长 (P＜0.05)，其中LC5、LC30剂量的啶虫脒间接接触处理，LD5、LD30剂量的啶虫脒和双丙环虫酯直接接触处理组的猎物处理时间分别为对照组的1.75、4.13、2.0、1.5、1.38 和1.75 倍。此外，各药剂处理组的最大理论寄生量均显著低于对照组 (P＜0.05)。研究表明，经低剂量的啶虫脒和双丙环虫酯处理后，棉蚜茧蜂对棉蚜的寄生作用受到了不同程度的影响。

表4 各处理功能反应模型拟合结果Table 4 Simulating results of functional response models of all treatments

2.4 两种杀虫剂低剂量处理对棉蚜茧蜂寻找效应的影响

从图1 中可以看出，棉蚜密度越小，棉蚜茧蜂的寻找效应越高，随着棉蚜密度增大，其寻找效应逐渐降低，即在较高猎物密度下，棉蚜茧蜂寻找猎物花费的时间较少。整体而言，对照组棉蚜茧蜂寻找效应与棉蚜密度的负相关性最高，而药剂处理组寻找效应与棉蚜密度的负相关性较低，其中LC30剂量双丙环虫酯间接接触处理组的寻找效应下降趋势最不明显。此外，除LD5剂量啶虫脒直接接触处理组外，其余各药剂处理组的寻找效应均显著低于对照组，说明低剂量啶虫脒和双丙环虫酯处理对棉蚜茧蜂的寻找效应具有明显的抑制作用。

图1 两种杀虫剂对棉蚜茧蜂寻找效应的影响Fig.1 Effects of two insecticides on the searching efficiency of Lysiphlebia japonica

3 讨论与结论

大量研究表明，不合理使用化学农药会对土壤、水、空气及各种生物等产生一系列不同程度的影响[29-30]。田间施用化学杀虫剂在杀死靶标害虫、达到防治虫害目的的同时，也可能会造成农药残留，进而引起靶标害虫或天敌的亚致死效应[31-32]。例如在棉蚜防治过程中，喷施化学杀虫剂经常会不可避免地对七星瓢虫Coccinella septempunctataLinnaeus、中华草岭Chrysoperla Sinica(Tjeder)、棉蚜茧蜂等天敌昆虫产生负面影响[33-34]，影响天敌对棉蚜种群的自然调控能力。因此，科学合理地使用杀虫剂，并有效协同生物防治，对防控棉蚜以及保护天敌的自然控害功能具有重要意义[35-36]。

本研究毒力测定结果表明，双丙环虫酯对棉蚜的活性较高 (LC50值为1.67 mg/L)，但对棉蚜茧蜂毒性较低 (LD50值为20.58 μg/cm2)，这与Koch等[37]的报道一致，说明双丙环虫酯是一种高选择性的环境友好型杀虫剂。棉蚜对啶虫脒敏感性较低，LC50值为442.6 mg/L，其可能与棉蚜已对啶虫脒产生高水平抗性有关[38-39]，但啶虫脒对棉蚜茧蜂的LD50值仅0.007 μg/cm2，毒性较高，因此在使用啶虫脒防治棉蚜的过程中应合理安排施药时期，尽量减少施用次数，同时注意与其他药剂的轮换使用，以达到更好的防治效果。

功能反应模型分析结果表明，2 种杀虫剂低剂量处理对棉蚜茧蜂的寄生功能反应模型均有一定影响，虽然模型的基本结构未发生改变，仍是典型的Holling-Ⅱ型，但其各项参数都发生了改变(表4)。类似的，王佳佳等[40]的研究也发现，亚致死剂量的吡虫啉处理异色瓢虫并不会改变功能反应模型的基本结构，但会影响其各项参数。寄生能力分析结果表明，无论是杀虫剂直接处理棉蚜茧蜂 (直接接触组) 还是处理棉蚜 (间接接触组)，棉蚜茧蜂对棉蚜的寄生量都会受到不同程度的影响，说明低剂量的啶虫脒和双丙环虫酯对棉蚜茧蜂均有负面影响。比较同一药剂不同处理方式发现，相同处理浓度下，双丙环虫酯直接处理组棉蚜茧蜂的寄生量显著低于间接处理组，但啶虫脒直接处理组的寄生量显著高于间接处理组 (表3)，说明低剂量杀虫剂对棉蚜茧蜂寄生能力的影响除与杀虫剂种类有关外，还与处理方式有关。值得注意的是，在间接处理组中，5 个猎物密度下，啶虫脒处理组棉蚜茧蜂的寄生量均显著低于双丙环虫酯处理组，说明啶虫脒对棉蚜茧蜂的寄生率影响更大。推测其原因一方面可能是由于啶虫脒对棉蚜茧蜂的毒力较高，导致其受药后寄生能力减弱；另一方面也可能与双丙环虫酯独特的作用机制有关——双丙环虫酯处理会导致靶标昆虫对重力、平衡、声音、位置和运动等失去感应，丧失协调性和方向感[41]，因此棉蚜受药后其行动能力受到很大影响，对天敌寄生活动的逃避能力减弱，从而更容易被寄生，但具体原因还需通过进一步试验证实。整体而言，棉蚜茧蜂对棉蚜的寄生量随杀虫剂浓度的增加而降低，说明2 种杀虫剂对棉蚜茧蜂寄生作用的影响具有浓度依赖性。进一步的功能反应拟合结果也表明，除个别药剂处理组外，其余药剂处理组中棉蚜茧蜂的瞬时攻击率都低于对照组，而处理猎物的时间却普遍延长 (表4)，说明2 种杀虫剂低剂量处理对棉蚜茧蜂寄生功能反应具有明显的抑制作用。上述结果提示，如果长期且单一地使用化学杀虫剂，可能会减少天敌对猎物的捕食或者寄生，并且会抑制天敌种群的增长，从而影响天敌的自然控害能力，甚至引起害虫的再猖獗[42]。

综上所述，在利用化学杀虫剂防治害虫时，不能只关注药剂对靶标害虫的毒杀能力，还需考虑其对传粉昆虫、天敌等有益生物的影响。近年来，已有越来越多的研究表明，亚致死剂量的杀虫剂对天敌等有益生物的行为、生长发育及种群增长等具有重要影响[43]，因此其环境风险不容忽视。本研究虽然是在室内环境条件下考查了啶虫脒和双丙环虫酯2 种杀虫剂低剂量处理对棉蚜茧蜂寄生功能的影响，与外界自然环境条件相比少了许多复杂的不可控因素，但试验结果仍对更好地协调化学防治与生物防治的关系，保护和利用天敌昆虫的自然控害能力具有重要意义。