农用抗生素摄入对微小花蝽成虫生长发育和捕食能力的影响

兰荣猛，曹坤倩，张晶晶，周霞，金林红

(1. 贵州大学农学院，贵州 贵阳 550025；2. 贵州大学绿色农药与农业生物工程教育部重点实验室，贵州 贵阳 550025)

在实施天敌开发和保护技术应用时，人们常常关注杀虫剂对昆虫的影响，但是杀菌剂亦可直接影响昆虫的生理和行为[1-2]。 一般认为杀菌剂对天敌昆虫的安全性较高，但缺乏足够的实验数据支撑。 人们在使用杀菌剂的同时，也要关注其对农田非靶标生物的影响，尤其是对天敌昆虫的影响。 早在20 世纪，前苏联书籍中载有大量关于杀菌剂对昆虫毒性作用的内容，杀菌剂不仅能影响昆虫生长、产卵、交配、繁殖等环节，甚至某些杀菌剂对昆虫的致死作用强于杀虫剂。 在阿根廷，果园施用杀菌剂薯瘟锡可以完全预防小果蠹和苹果蠹蛾(Cydia pomonella)、梨小食心虫(Grapholita molesta)等害虫的为害。 印度也有采用薯瘟锡和毒菌锡成功减轻棉铃虫[Helicoverpa armigera(Hübner)]为害的报道[3]。

目前已有大量文献研究表明，农用杀菌剂会对昆虫产生毒性，影响昆虫的羽化、生殖、寿命等生理行为[4-9]。 农用抗生素是农用杀菌剂的重要组成部分，目前已广泛应用于植物病虫害防控中，并且使用数量在逐年增加。 2000 年Haseeb 等[10]报道指出，寄生蜂接触农用抗生素春雷霉素后导致其寄生率大幅降低。 2012 年吴顺凡等[11]研究发现，农用抗生素井冈霉素能影响二化螟盘绒茧蜂[Cotesia chilonis(Matsumura)]的寿命。 2016 年王子辰等[12]研究发现，稻田使用农用抗生素井冈霉素会造成稻螟赤眼蜂(Trichogramma japonicunAshmead)羽化率降低，畸形率增加，并建议释放稻螟赤眼蜂时应禁止施用井冈霉素。 2017 年田俊策等[5]研究发现，井冈霉素会削弱稻螟赤眼蜂的搜索能力和寄生能力。 目前研究抗生素井冈霉素对飞虱影响的报道也较多:井冈霉素的长期刺激会使褐飞虱[Nilaparvata lugens(Stal)]耐热能力增强，刺激生殖但同时会影响其卵母细胞发育而导致产卵量下降，也会通过影响褐飞虱体内菌群的动态平衡干扰其生长发育[6，13]；有报道还指出，井冈霉素会影响灰飞虱的生殖力，产卵量显著下降，甚至处理的水稻也能对灰飞虱[Laodelphax striatellus(Fallén)]带来同样影响[6，14-16]。

农用抗生素申嗪霉素和春雷霉素作为一种广谱性杀菌剂，被广泛应用在多种作物病害防治中，是一种绿色高效低风险微生物药剂，应用前景广阔[17-18]。 微小花蝽(Orius minutus)是一种广泛存在于农田的捕食性昆虫，可以有效捕食蓟马、叶蝉、粉虱等小型害虫，还包括鳞翅目害虫的幼虫和卵[19-20]，特别是大龄若虫和成虫，其对小型害虫具有很高的捕食率，是一个具有很大开发潜力的天敌昆虫。 目前国内多个研究机构都在对微小花蝽及其同属昆虫开展系统研究，研究其对田间害虫的控害能力，测定评价了一些常用农药对该属天敌昆虫的安全性，但抗生素杀菌剂对微小花蝽安全性的评价鲜有报道[21-22]。 本试验选择田间常用农用抗生素杀菌剂申嗪霉素和春雷霉素为供试农药，采用年龄-阶段两性生命表理论方法研究其对微小花蝽成虫生长发育和捕食能力的影响，为评估农田使用农用抗生素对天敌昆虫微小花蝽的安全性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试药剂 供试药剂见表1。

表1 供试药剂

1.1.2 供试昆虫 微小花蝽(O. minutus)由贵州大学绿色农药与农业生物工程教育部重点实验室提供。 该种群于2021 年采集于湄潭县茶园，纯化后饲养10 代以上，在温度(25±1) ℃、相对湿度(70±5)%、光暗周期16 h ∶8 h 的人工气候箱内饲养。

茶棍蓟马(Dendrothrips minowaiPriesner)采集自湄潭县茶园，饲养于室内盆栽茶树上。 饲养条件为:温度(25±1) ℃、相对湿度(70±5)%、光暗周期16 h ∶8 h。

1.2 试验设计

本试验设A、B、CK 共3 个处理(表2)。 微小花蝽若虫发育过程中会取食蜂蜜水，因此将农用抗生素混合在15%蜂蜜水中再对微小花蝽进行处理。 两种抗生素浓度根据田间常用剂量换算得出，以15%蜂蜜水作为对照组。 A、B、CK 处理均以同一天得到的100 粒卵为起点，发育到五龄若虫时进行农用抗生素处理。

表2 试验处理

1.3 饲养方法及数据收集

从实验室饲养的微小花蝽种群中挑出雌雄虫一一配对，单独放入养虫盒(20 cm×25 cm×10 cm)中饲养。 养虫盒中放入一根芸豆豆荚(长12 cm，宽2 cm)及足量茶棍蓟马2 龄若虫作为食物，等待其交配产卵，每24 h 观察1 次，将同一次观察到的100 粒卵作为一个处理下的起始数量用于开展研究。 饲养环境保持温度(25±1) ℃、相对湿度(70±5) %、光暗比为16 h ∶8 h。

每24 h 观察1 次，将观察到的孵化若虫单独放入养虫盒中，1—3 龄微小花蝽若虫每日提供20头茶棍蓟马幼虫作为食物，四龄若虫至成虫阶段每日每头虫提供50 头茶棍蓟马二龄幼虫作为食物，24 h 后再补充至50 头，以芸豆豆荚提供水分，24 h 后补充茶棍蓟马至原本数量，同时更换龄期过大的茶棍蓟马(被微小花蝽取食而死的茶棍蓟马尸体干瘪，自然死亡的则不会干瘪)，记录微小花蝽每天的取食量和统计阶段的发育情况。

成虫出现时，雌雄配对放置于同一个养虫盒中饲养，每日每对微小花蝽提供100 头二龄茶棍蓟马若虫作为食物，每日更换豆荚，记录其发育历期、产卵量、捕食量。 存活的雌雄虫不能一对一配对时，另外挑选发育龄期相近的雄性成虫放入养虫盒中交配，新放入的雄性昆虫不做记录。 雌雄配对饲养时，雌雄虫捕食量根据前期的研究结果，按照5∶4 分配计算。

当微小花蝽发育到四龄若虫阶段时，准备好2 mL 离心管若干，在管壁四周均匀地钻孔，然后在离心管中塞满脱脂棉，往不同处理的离心管中分别加入蜂蜜水(CK)和申嗪霉素、春雷霉素。 之后将离心管放入养虫盒中，供刚刚发育至五龄若虫阶段的微小花蝽取食1 天并观察确保微小花蝽取食成功。

1.4 生命表与捕食率分析

1.4.1 生命表 使用计算机程序TWOSEX-MSChart 对生命表数据进行分析。 计算不同年龄-阶段特异性存活率(sxj)、年龄特异性存活率(lx)、雌虫年龄-阶段特异性生殖力(fxj)、年龄特异性生殖力(mx)、净生殖力(lxmx)、内禀增长率(r)、周限增长率(λ)、净繁殖率(R0)和平均世代时间(T)。

年龄-阶段特异性存活率(sxj)是新个体存活x 年和j 期的概率，由Chi 等[23]的方法计算得出。年龄-阶段特异性存活率的简化公式为:

式中，n01是生命表研究开始时使用的新个体数量，nxj是n01中存活x 年和j 期的个体数量。 年龄特异性存活率(lx)和年龄特异性生殖力(mx)计算公式分别为:

式中，β 为阶段数，fxj为雌虫年龄-阶段特异性生殖力。

内禀增长率(r)由Euler-Lotka 公式估算，采用交互二分法，年龄指数从0 开始[24]。 内禀增长率(r)计算公式为:

周限增长率(λ)计算公式为:

净繁殖率(R0)，即个体在其整个生命周期内能够产生的平均后代数，计算公式为:

平均世代时间(T)是指种群在稳定龄期分布下需要增加到R0稳定分布的时间，计算公式为:

年龄-阶段预期寿命(exj)是指年龄x 和阶段j 的个体预期在x 年之后存活的时间，由Chi等[25]的方法计算得出:

式中，s＇ij是指年龄为x、阶段为j 的个体存活到年龄为i、阶段为y 的概率，通过假设sxj＝1 计算得来的。

年龄-阶段生育价值(vxj)是处于年龄x 和阶段j 的个体对未来种群的生育贡献，由Tuan等[26]的方法计算得出:

1.4.2 捕食率 参考Chi 等[27]的方法分析所有微小花蝽日捕食率。 使用CONSUMER-MSchart软件计算特定年龄-阶段捕食率(cxj)、特定年龄净捕食率(qx)和净捕食率(C0)。

cxj为x 龄和j 期微小花蝽个体所消耗茶棍蓟马的平均数，计算公式为:

式中，dxj，i为第i 个个体在x 龄和j 期的捕食率记录。

净捕食率(C0)指一个捕食者在其一生中平均消耗的猎物数量，它包括所有个体。 计算公式为:

阶段总捕食率(Uj)包括所有进入j 阶段的个体，也就是那些从阶段j 存活到j+1 包括在阶段j死亡的所有个体。 计算公式为:

式中，Pi，j是个体i 在第j 阶段杀死的猎物总数；mj是发展到j 阶段的个体数量，尽管其中一些个体可能在j 阶段死亡。

1.5 数据处理与分析

试验数据采用TWOSEX-MSChart 和CONSUMER-MSchart 程序中的Bootstrap 技术计算分析各参数的平均值和标准值，使用10 万次重复的Bootstrap 技术对数据进行处理与统计，采用Origin 2018 和Microsoft Excel 2010 软件制做图表。

2 结果与分析

2.1 两种农用抗生素对微小花蝽成虫生长发育的影响

农用抗生素处理前，不同处理组微小花蝽卵期到四龄若虫各阶段发育历期没有显著差异。 五龄若虫初期饲喂两种抗生素均显著延长微小花蝽五龄若虫阶段的发育时间。 其中，对照组五龄若虫阶段历期为1.21 d，成虫寿命为17.33 d；申嗪霉素处理组五龄若虫阶段发育历期为1.64 d，成虫寿命为18.70 d，与对照组差异显著；春雷霉素处理组五龄若虫阶段发育历期为1.81 d，与对照组差异显著。 同时，春雷霉素处理使微小花蝽成虫产卵前期时间缩短，从2.07 d(CK)缩短到1.81 d(P＜0.05)，并且产卵天数从9.00 d(CK)缩短到7.52 d，差异显著(表3)。

表3 农用抗生素处理对微小花蝽成虫阶段发育历期的影响

由表4 可见，与对照组相比，两种抗生素处理本代的内禀增长率(r)、周限增长率(λ)以及春雷霉素处理平均世代周期(T)均下降，但无显著差异。 春雷霉素处理降低微小花蝽对茶棍蓟马的净捕食率(C0＝247.70)，与对照组(C0＝288.04)差异显著。 春雷霉素和申嗪霉素处理组都使得净繁殖率(R0)、总繁殖率(GRR)显著降低，生殖力(F)下降(对照组F ＝54.11，申嗪霉素处理组F ＝46.55，春雷霉素处理组F＝41.19)。

2.2 两种农用抗生素处理对微小花蝽年龄-阶段特异性存活率的影响

年龄-阶段特异性存活率(sxj)曲线(图1)可以清晰显示每日微小花蝽不同龄期的存活率。 其中，申嗪霉素和春雷霉素两种抗生素处理后，五龄若虫阶段在x 轴上跨越区间更长，表明抗生素的摄入使五龄若虫阶段发育历期更长。 两个抗生素处理组微小花蝽雌成虫的年龄-阶段特异性存活率(sxj)曲线斜率更大，说明日存活率下降更快，因此，抗生素处理组相较于对照成虫寿命缩短。

图1 两种农用抗生素处理下微小花蝽年龄-阶段特异性存活率(sxj)

2.3 两种农用抗生素处理对微小花蝽成虫年龄特异性存活率与生殖力的影响

图2 显示，申嗪霉素和春雷霉素两种农用抗生素处理微小花蝽年龄特异性存活率(lx)下降，处理组雌虫年龄-阶段特异性生殖力(fxj)和年龄特异性生殖力(mx)明显低于对照组(CK)。 按照单日来看净生殖力(lxmx)差异不大，两个药剂处理组稍低。 但由于农用抗生素处理还导致产卵天数的减少(表3)，因此两个处理组净繁殖率(R0)显著降低，即对照组R0＝14.61，申嗪霉素处理组R0＝13.50，春雷霉素处理组R0＝11.12(表4)。

图2 两种农用抗生素处理下微小花蝽年龄特异性存活率(lx)、生殖力(mx、lxmx、fxj)

2.4 两种农用抗生素处理对微小花蝽成虫年龄-阶段生育价值及年龄-阶段预期寿命的影响

由图3 可以看出，春雷霉素和申嗪霉素两种农用抗生素处理都降低微小花蝽的年龄-阶段生育价值(vxj)，也就是对种群发育的贡献值降低，前者下降更明显。 图4 显示，申嗪霉素处理提高微小花蝽的预期寿命，与对照组相比，雄成虫年龄-阶段预期寿命(exj)提升最明显；春雷霉素处理则相反，降低微小花蝽的年龄-阶段预期寿命(exj)。

图3 两种农用抗生素处理下微小花蝽的年龄-阶段生育价值(vxj)

图4 两种农用抗生素处理下微小花蝽的年龄-阶段预期寿命(exj)

2.5 两种农用抗生素处理对微小花蝽捕食能力的影响

由图5 可以看出，申嗪霉素和春雷霉素处理使微小花蝽对茶棍蓟马的捕食能力显著下降。 其中，微小花蝽五龄若虫年龄-阶段捕食率(cxj)受影响最大，取食抗生素当天捕食能力就受到影响；雄成虫捕食能力在成虫中期会出现短暂恢复。

图5 两种农用抗生素处理下微小花蝽特定年龄-阶段捕食率(cxj)

抗生素处理时期为五龄若虫阶段初期，之前的阶段捕食率没有显著差异，因此表5 中未列出一至四龄阶段的捕食率数据。 可以看出，春雷霉素处理组微小花蝽雌成虫的阶段捕食率为306.08，申嗪霉素处理组微小花蝽雌成虫的阶段总捕食率(Uj)为343.86，与对照组相比均(447.00)显著降低，两种抗生素对雄成虫阶段捕食率的影响差异不显著。 五龄若虫阶段处理组的阶段捕食率也显著降低。

表5 两种农用抗生素处理下微小花蝽的阶段总捕食率(Uj)

3 讨论与结论

本试验于五龄若虫阶段对微小花蝽饲喂农用抗生素春雷霉素和申嗪霉素，采用年龄-阶段两性生命表探究其对微小花蝽成虫生长发育的影响。 年龄-阶段两性生命表理论方法是由中国台湾地区昆虫学家Chi 教授提出的专门用于生命表分析的工具，其弥补了传统生命表(雌性生命表)忽视雄性个体作用、忽略昆虫龄期分化的不足，可以更加科学系统地评价昆虫的生长发育，目前已经得到许多生态学家、昆虫学家的认可并广泛应用于昆虫生长发育、生态学等领域研究[28-30]。 本试验于五龄若虫阶段做处理时，3 个种群得到的五龄若虫数量有细微差别，但方差分析结果显示其影响不显著，符合年龄-阶段两性生命表理论方法要求。

本试验中，两种抗生素处理下天敌微小花蝽五龄若虫阶段的存活时间延长，但是五龄若虫和成虫两个阶段的捕食率下降十分明显，并且产卵天数和产卵量均有下降。 所以两个抗生素处理不仅造成微小花蝽净捕食率(C0)下降，还会减少下一代种群数量。 微小花蝽到了成虫阶段后不再有龄期存在，因此不能看出抗生素处理对阶段存活率的影响，可以根据雌成虫和雄成虫存活曲线斜率来判断日存活率的差异。 微小花蝽只在五龄若虫初期摄入抗生素一天，没有持续处理，因此，与对照组相比微小花蝽种群参数内禀增长率(r)、周限增长率(λ)以及平均世代周期(T)降低、缩短，但差异并不显著。 如果延长处理时间或在低龄若虫阶段处理，两种农用抗生素对微小花蝽生长发育和繁殖可能会产生更大的影响。

农用抗生素是农用杀菌剂的一种，在农业病虫防治中发挥着重要作用，我们常常关注农用抗生素对植物病害的作用，忽略了其对非靶标生物的影响，特别是天敌昆虫。 Li 等[31]用抗生素左氧氟沙星和庆大霉素处理美洲大蠊(Periplaneta americanaL.)并连续监测后发现，两者的摄入导致美洲大蠊内共生菌群紊乱，影响取食、活动、交配并且缩短寿命。 本研究所用申嗪霉素和春雷霉素，两者也是抗生素，因此我们推断其作用途径应该与Li 等[31]的研究相似，因为昆虫的肠道上皮有着复杂的微生物群落[32]。 这些微生物群落丰富多样、数量众多，在昆虫肠道中形成一个微生物生态系统，与寄主互利共生，从不同方面影响宿主的生理[33-34]。 因此，抗生素摄入必然会打破昆虫内共生菌平衡而影响昆虫生长发育。

本研究表明，农用抗生素申嗪霉素和春雷霉素会降低微小花蝽的繁殖能力和捕食率，田间保护利用微小花蝽天敌昆虫时应慎用两者。 本研究只测定了微小花蝽的生命表和捕食率数据，下一步将开展后续研究，探究两种农用抗生素影响微小花蝽生长发育的机理。