寄生3种夜蛾卵的夜蛾黑卵蜂种群增长潜能

林丹敏,李子园,蒋炎炩,陆永跃*,陈科伟,2*

(1.华南农业大学植物保护学院,广州 501642;2. 广东省生物农药创制与利用重点实验室,广州 501642)

草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda(J. E. Smith)是联合国粮农组织向全球预警的跨国界迁飞性农业重大害虫,该虫具有寄主范围广(Montezanoetal., 2018)、繁殖力高、暴发性为害等特点(Roseetal., 1975; Johnson, 1987; Goergenetal., 2016; 王磊等, 2019)。2016年1月,草地贪夜蛾入侵非洲尼日利亚,至2018年1月扩散至非洲44个国家,发生面积超过250万km2(Goergenetal., 2016; Feldmannetal., 2019),年潜在经济损失24.81～61.87亿美元(Dayetal., 2017)。在巴西,由于草地贪夜蛾的为害导致玉米减产39%以上,每年造成的经济损失约 5亿美元(Salvadorietal., 2012)。2019年1月11日在我国云南普洱江城发现草地贪夜蛾入侵,随后在国内快速扩散蔓延(姜玉英等, 2019),目前已在云南、广东、海南、福建、广西、四川、贵州等南方7省(区)周年繁殖(王磊和陆永跃, 2020; 姜玉英等, 2021),对我国农作物的安全生产构成严重威胁。

昆虫天敌是抑制害虫种群数量发展的重要生态因子,国外相关调查研究表明草地贪夜蛾的天敌资源非常丰富(Ayil-Gutiérrezetal., 2018; Shyleshaetal., 2018; Kenisetal., 2019)。在草地贪夜蛾入侵我国后,国内学者陆续开展了本地天敌资源的挖掘与评价工作,其中涉及的卵期寄生性天敌有膜翅目Hymenoptera缘腹细蜂科Scelionidae的夜蛾黑卵蜂TelenomusremusNixon,赤眼蜂科Trichogrammatidae的稻螟赤眼蜂TrichogrammajaponicumAshmead、松毛虫赤眼蜂TrichogrammadendrolimiMatsumura、螟黄赤眼蜂TrichogrammachilonisIshii、玉米螟赤眼蜂TrichogrammaostriniaePangetChen、碧岭赤眼蜂TrichogrammabilingensisHeetPang(戴鹏等, 2019; 孙加伟等, 2020; 田俊策等, 2020)。其中夜蛾黑卵蜂具极强的繁殖能力且对鳞翅目夜蛾科害虫的卵有明显的偏好,被认为是控制草地贪夜蛾最有应用潜力的一种天敌(Kenisetal., 2019)。Hernández等(1989)曾在委内瑞拉三周内连续释放夜蛾黑卵蜂3次,两个月后,距放蜂点30～1 400 m处,草地夜蛾卵的寄生率高达78%～100%,在距放蜂点2 000～2 200 m,寄生率也达到60%～83%,认为在合适的时间和地点释放该蜂能将草地贪夜蛾的数量控制在很低的水平。本实验室曾于2009年在广州地区葱地甜菜夜蛾Spodopteraexigua(Hübner)卵块采获夜蛾黑卵蜂,并以斜纹夜蛾SpodopteralituraFabricius及甜菜夜蛾卵为寄主,开展了该蜂的生物学、生态学特性研究(陈丽, 2011; 唐雅丽, 2011),并尝试用米蛾Corcyracephalonica(Stainton)卵作为中介寄主繁育该蜂,但未获成功。在草地贪夜蛾入侵我国后,国内陆续发现并报道了夜蛾黑卵蜂寄生该害虫的情况(戴鹏等, 2019; 李志刚等, 2019; Liaoetal., 2019)。为筛选出适合夜蛾黑卵蜂室内大量繁育的寄主,本研究选择目前室内繁育技术成熟且国内广泛分布的3种夜蛾科害虫(草地贪夜蛾、斜纹夜蛾及甜菜夜蛾)卵为目标寄主,通过组建实验种群生命表的方法来评价夜蛾黑卵蜂在不同寄主上的增殖潜能,为该蜂的规模化繁育提供相关理论依据和实践参考。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

草地贪夜蛾幼虫于2019年4月在广州市花都区花山镇红群村玉米地(23°48′ N,113°27′ E)采获;斜纹夜蛾采自华南农业大学启林北农场;甜菜夜蛾由华南农业大学昆虫免疫与发育实验室提供。以上3种夜蛾的幼虫均采用同一人工饲料在室内繁育20代以上,提供浓度15%蜂蜜作为成虫期补充营养,人工饲料配方与饲养方法参考李子园等(2019)。夜蛾黑卵蜂采自广州市增城区农业科学研究所试验基地被寄生的草地贪夜蛾卵块,在室内采用草地贪夜蛾、斜纹夜蛾及甜菜夜蛾卵(卵龄<1 d)繁育,成蜂期提供25%蜂蜜水。试验前分别用相应种类的夜蛾卵繁育1代,备用。

室内饲养环境条件:光周期16L∶8D,温度26±1℃,相对湿度60%～70%(MGC-300H型人工气候箱,宁波莱福科技有限公司生产)。

1.2 试验方法

1.2.1夜蛾黑卵蜂在3种夜蛾卵上的实验种群生命表组建

分别以草地贪夜蛾、斜纹夜蛾及甜菜夜蛾卵为供试寄主,组建夜蛾黑卵蜂在这3种寄主上的实验种群生命表。具体操作步骤如下(以草地贪夜蛾卵为例):

将草地贪夜蛾卵块(卵龄<1 d)放入玻璃管(直径3.2 cm,长10 cm)中,按1∶50的蜂卵比接入经充分交配的夜蛾黑卵蜂雌蜂(羽化后1～2 d),通过观察夜蛾黑卵蜂的寄生行为确定被寄生卵粒数,选取1 h内被寄生100粒卵以上的卵块作为供试材料。将接卵时间作为寄生蜂发育时间X的起点,X以24 h为1个单位。每隔2 h观察一次草地贪夜蛾卵的孵化情况,如发现未被寄生卵孵化的情况,及时将初孵幼虫清除。待寄生蜂羽化时,记录各头蜂的羽化时间及雌、雄蜂数量,将雌、雄成蜂配对移入指形玻璃管(直径1 cm,长5 cm),每试验组设30个重复(具体重复数同表1～表3中雌蜂数),用毛笔蘸取25%蜂蜜水涂在管壁,同时提供足量的草地贪夜蛾卵(卵龄<1 d)供雌蜂寄生。每24 h更换一次卵卡,并将更换下的卵卡放在相同试验条件下培养。观察并记录雌、雄蜂的寿命、逐日寄生卵数(以变黑的卵数估计寄生蜂的产卵量)以及子代雌蜂数。

表1 以草地贪夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂特定年龄生殖力表

表2 以斜纹夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂的特定年龄生殖力表

表3 以甜菜夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂的特定年龄生殖力表

1.2.23种夜蛾卵体积以及夜蛾黑卵蜂个体大小的测量

随机选取新鲜饱满的草地贪夜蛾、甜菜夜蛾及斜纹夜蛾卵(卵龄<1 d)各50粒,测量卵粒的直径与高度。选取相应寄主繁育的夜蛾黑卵蜂雌、雄蜂各30头,测量后足胫节长度作为衡量个体大小的指标。同时随机选择10粒米蛾卵,测量其体积,并与3种夜蛾卵进行比较,以分析探讨夜蛾黑卵蜂的寄主适合性。通过体视镜(SZ780连续变倍体式显微镜,重庆奥特光学仪器公司)观测,测量软件为光学图像分析软件(OPTPro,重庆奥特光学仪器公司)。

1.3 数据分析

采用Proc GLM语句对3种夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂的发育历期、雌雄蜂寿命、产卵量、后足胫节长度以及寄主卵粒大小(直径、高度及体积)进行单因素方差分析(one-way ANOVA),采用Duncan’s新复极差法对上述相关指标进行均数间的多重比较,数据处理软件为SAS 9.0(SAS, 2008)。采用Excel 2010软件进行作图。

生命表参数计算参考Birch(1948)方法。计算公式如下:

R0=∑Lxmx

rm=(lnR0)/T

T=∑XLxmx/∑Lxmx

λ=erm

上述公式中,R0为净生殖力(Net reproductive rate);rm为内禀增长率(Intrinsic rate of increase);T为世代平均历期(Mean generation time);λ为周限增长率(Finite rate of increase);Lx为存活到年龄X时雌性个体的存活率;mx为存活到年龄X时,在单位时间段内存活雌性个体平均产雌数。

3种夜蛾卵形状均为扁圆形,米蛾卵形状为圆锥形,体积计算公式如下:

式中,ν为卵体积,a为卵粒高度,b为卵粒直径。

采用Pearson相关系数对不同寄主繁育的夜蛾黑卵蜂雌、雄蜂后足胫节长度与寄主体积大小进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 夜蛾黑卵蜂在3种夜蛾卵上的生长发育与繁殖特性

以草地贪夜蛾、斜纹夜蛾和甜菜夜蛾卵为寄主时,夜蛾黑卵蜂发长发育至第11天开始羽化出蜂,且均在羽化当日达到产卵高峰,寄生卵量分别占总寄生卵量的59.65%(草地贪夜蛾卵)、50.20%(斜纹夜蛾卵)以及74.74%(甜菜夜蛾卵),羽化后3 d内的寄生卵量占总寄生卵量的80%以上(表1～表3,图1)。

图1 3种夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂雌蜂的逐日存活率(Lx,图左侧y轴)和寄生卵量(图右侧y轴)

夜蛾黑卵蜂在3种夜蛾卵上的发育历期比较一致,从卵发育到成蜂羽化(幼期)时间为11 d(表4)。以斜纹夜蛾卵所繁育的雌蜂寿命最长,为10.76 d,显著高于草地贪夜蛾卵(6.32 d)和甜菜夜蛾卵(5.30 d)。以甜菜夜蛾和斜纹夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂的繁殖力较强,寄生卵量分别为95.03粒和90.20粒,明显高于草地贪夜蛾卵所繁育的(65.16粒)。以不同寄主繁育的夜蛾黑卵蜂在子代羽化率(77.90%～85.56%)与子代雌性比率(0.53～0.59)之间均无明显差异(子代羽化率:F2, 86=2.22,P=0.115;子代性比:F2, 86=0.85,P=0.429)。

表4 3种夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂生物学参数

2.2 3种夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂的实验种群生命表参数

以草地贪夜蛾、斜纹夜蛾和甜菜夜蛾卵为寄主繁育的夜蛾黑卵蜂的生命表参数存在一定差异(表5)。平均世代历期以甜菜夜蛾繁育的夜蛾黑卵蜂最短(11.97 d),其次为草地贪夜蛾卵繁育的(12.12 d),以斜纹夜蛾卵繁育的最长(12.63 d)。从反映种群增长指标的内禀增长率(rm)、净生殖力(R0)及周限增长率(λ)来看,均以甜菜夜蛾卵繁育的最高,分别为0.3486、57.97和1.4171,其次为以斜纹夜蛾卵繁育的(rm,0.3091;R0,49.60;λ,1.3623),而以草地贪夜蛾卵繁育的种群增长潜力最低(rm,0.2842;R0,31.29;λ,1.3286)。

表5 3种夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂的实验种群生命表参数

2.3 3种夜蛾卵体积以及夜蛾黑卵蜂个体大小

3种夜蛾卵在直径(F2,147=196.48,P<0.01)、高度(F2,147=47.25,P<0.01)及体积(F2,147=212.27,P<0.01)方面均存在显著差异(表6)。卵粒直径从长到短次为草地贪夜蛾(565.80 μm)、斜纹夜蛾(521.00 μm)及甜菜夜蛾(480.40 μm),卵高度从高到低依次为草地贪夜蛾(372.20 μm)、甜菜夜蛾(355.00 μm)及斜纹夜蛾(327.80 μm),卵粒体积大小与直径相一致。从夜蛾黑卵蜂后胫节长度来看,不同寄主繁育的夜蛾黑卵蜂雄蜂后足胫节长度无明显差异(F2,87=1.89,P=0.157),但雌蜂后足胫节长度存在显著差异(F2,87=2.70,P=0.073)。以甜菜夜蛾卵繁育的雌蜂的后足胫节最长(152.00 μm),草地贪夜蛾卵繁育的最短(142.67 μm),两者之间差异显著,而斜纹夜蛾卵繁育的居中(146.33 μm),与前两者之间无显著差异。雌、雄蜂后足胫节长度与寄主体积大小无明显的相关性(雌蜂:r=-0.8902,P=0.3011;雄蜂:r=-0.5617,P=0.6203)。

表6 3种夜蛾卵粒大小及所繁育的夜蛾黑卵蜂后足胫节长度

3 结论与讨论

目前已知夜蛾黑卵蜂的寄主包括夜蛾科Noctuidae(27种)、螟蛾科Pyralidae(2种)以及灯蛾科Arctiidae(1种),且偏好寄生夜蛾科灰翅夜蛾属Spodoptera害虫的卵(Cave, 2000)。本试验中,夜蛾黑卵蜂在草地贪夜蛾、斜纹夜蛾及甜菜夜蛾卵上均能顺利完成世代发育,且发育进程较整齐,子代羽化率介于77.90%～85.56%之间,雌性比率介于0.53～0.59之间,产卵高峰集中在羽化后的3 d内,占总产卵量的80%以上。从反映种群增长指标的内禀增长率、净生殖力及周限增长率来看,均以甜菜夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂最高,其次为以斜纹夜蛾卵繁育的,而以草地贪夜蛾卵繁育的种群增长潜力最低。Dass和Parshad(1984)测试了夜蛾黑卵蜂对15种鳞翅目害虫卵的寄生能力,发现其不能寄生米蛾卵,但小地老虎Agrotisipsilon(Rottemberg)、刺地老虎Agrotisspinifera(Hübner)、蓖麻夜蛾Achaeajanata(L.)、棉铃虫Heliothisarmigera(Hübner)、劳氏粘虫Mythimnaloreyi(Duponchel)、豆银纹夜蛾AutographanigrisignaWalker和甜菜夜蛾卵均能用于繁育夜蛾黑卵蜂,其中对甜菜夜蛾卵(86.9%)与刺地老虎卵(81.9%)的寄生率最高,并建议以这2种卵繁育夜蛾黑卵蜂。随后Jalali等(1987)评估了夜蛾黑卵蜂对包括斜纹夜蛾、甜菜夜蛾、棉铃虫、米蛾等16种鳞翅目害虫卵的寄生适合性,寄生率位居前6的分别为斜纹夜蛾(98.8%)、甜菜夜蛾(25.4%)、米蛾(24.4%)、棉铃虫(19.25%)、绿纹夜蛾Plusiasignata(Fabricius)(10.9%)和黄地老虎Agrotissegetum(DenisetSchiffermüller)(7.9%),其中在斜纹夜蛾卵上的寄生率特别高,可能与室内长期用该卵繁育夜蛾黑卵蜂形成寄主偏好有关。唐雅丽(2011)曾评价了夜蛾黑卵蜂在甜菜夜蛾与斜纹夜蛾卵上的种群增长潜能,在甜菜夜蛾卵上的羽化率、净生殖力、内禀增长率与周限增长率分别为78.00%、120.72、0.35与1.43,在斜纹夜蛾卵上的分别为77.00%、103.47、0.36与1.44,两者的生命表参数比较接近;但当同时提供足量的甜菜夜蛾与斜纹夜蛾卵供其寄生时,无论原先繁育的寄主是两者中的哪一个,夜蛾黑卵蜂均明显偏好选择甜菜夜蛾卵,其中当原繁育寄主为甜菜夜蛾卵时,所育蜂对甜菜夜蛾与斜纹夜蛾卵的选择率分别为81.50%和18.50%,当原繁育寄主为斜纹夜蛾卵时,所育蜂对甜菜夜蛾与斜纹夜蛾卵的选择率分别为56.67%%和43.33%。吴志美等(2021)以寄生率指标评价了夜蛾黑卵蜂对 5种夜蛾卵的寄生能力,寄生率居前3位的分别是斜纹夜蛾(95.48%)、草地贪夜蛾(92.11%)及甜菜夜蛾(86.71%),以斜纹夜蛾及甜菜夜蛾卵繁育的羽化率在90%左右,而以草地贪夜蛾卵繁育的羽化率为68.06%,认为斜纹夜蛾卵是规模化繁育夜蛾黑卵蜂适宜的中间寄主。综合国内外相关研究结果,以及考虑到草地贪夜蛾高龄幼虫具互相残杀的习性,将极大地增大饲养成本,本研究建议首选甜菜夜蛾卵作为夜蛾黑卵蜂室内大量繁育的适宜寄主,其次为斜纹夜蛾卵。

昆虫的后足胫节因骨化程度高,不易扭曲变形,常被用来衡量个体大小(Baietal., 1992)。本试验中以草地贪夜蛾、斜纹夜蛾及甜菜夜蛾卵寄主繁育的夜蛾黑卵蜂的雄蜂后足胫节长度介于163.3～172.3 μm之间,相互间无显著差异,但雌蜂后足胫节长度存在差异。以甜菜夜蛾卵繁育的雌蜂的后足胫节最长(152.00 μm),斜纹夜蛾卵繁育的次之(146.33 μm),而以草地贪夜蛾卵繁育的最短(142.67 μm)。霍梁宵等(2020)研究结果也表明以斜纹夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂雌蜂的后足胫节长度(165.6 μm)长于以草地贪夜蛾卵繁育的(163.9 μm)。研究表明,昆虫的抱卵量、繁殖力、寿命、爬行及飞翔能力往往与个体大小密切相关,个体大小也成为监测室内规模化繁育的天敌品质的一个重要指标(Leather, 1988; Baietal., 1992; Laneetal., 1999)。本试验中以甜菜夜蛾及斜纹夜蛾卵繁育的夜蛾黑卵蜂的个体较大,其繁殖力也高于以草地贪夜蛾卵繁育的,研究结果与上述观点相一致。

Queiroz等(2017)用米蛾卵连续繁育夜蛾黑卵蜂45代以上,且在飞行能力、发育历期、性比、成蜂寿命、寄生卵量等方面未出现明显衰退。戴鹏等(2019)报道夜蛾黑夜蜂不能寄生米蛾卵,在本研究的预试验中曾尝试用米蛾卵繁育夜蛾黑卵蜂,但未获成功。米蛾卵被广泛用于赤眼蜂的室内大量繁殖,但卵粒大小通常小于夜蛾类的卵,本实验室饲养的米蛾卵(直径380.60 μm,高509.00 μm)的体积为0.0398 mm3,明显小于供试的草地贪夜蛾(0.0625 mm3)、斜纹夜蛾(0.0466 mm3)及甜菜夜蛾卵(0.0430 mm3)(F3,156=153.20,P<0.01)。而Queiroz等(2017)试验中草地贪夜蛾卵的体积为0.036 mm3,米蛾卵的体积也约为0.036 mm3,两者的体积大小基本一致,但均小于本试验中的测量值。另外从寄生蜂个体大小来看,Queiroz等(2017)所繁育的夜蛾黑卵蜂雌、雄蜂后足胫节长度约为130 μm,小于霍梁宵等(2020)以及本试验所测量的结果,造成这差异的原因,不排除夜蛾黑卵蜂与当地寄主在长期适应过程中形成了独特的地理品系,即寄生蜂的个体大小与寄主卵粒大小形成良好的匹配关系。在今后的研究中可以考虑采用体积较小的寄主来不断驯化夜蛾黑卵蜂,以达到适应寄生米蛾卵的目的,解决制约夜蛾黑卵蜂室内规模化繁育的瓶颈问题。