利用功能反應(yīng)模型評價兩種寄生蜂混合釋放對煙粉虱的防控潛能

王 甦，趙 靜，2，張 帆*，郭曉軍

(1.北京市農(nóng)林科學(xué)院，植物保護環(huán)境保護研究所，北京 100089;2.濰坊科技學(xué)院，植物病蟲害研究所，山東壽光 262700)

煙粉虱Bemisia tabaci 是一種世界性入侵害蟲，不但可以直接為害多種蔬菜等作物，并且能夠通過取食傳播番茄黃化曲葉病毒(Tomato yellow leaf curl virus，TYLCV)等病原微生物(Oliveira et al.，2001)，造成更大的經(jīng)濟損失。煙粉虱上世紀(jì)90年代在我國開始暴發(fā)，在此后的20年間造成了極為嚴(yán)重的危害。盡管通過使用化學(xué)殺蟲劑可以暫時減少煙粉虱的蟲口密度，但是同時加速了煙粉虱在種下生物型的分化，以及高抗藥性的形成(Prabhaker et al.，1985)。自21 世紀(jì)初開始，人們嘗試應(yīng)用各種天敵昆蟲對煙粉虱進行生物防治。其中寄生性天敵中恩蚜小蜂屬的種類最多，如麗蚜小蜂Encarsia formosa(Gahan)(Hymenoptera:Aphelinidae)已成功應(yīng)用于溫室蔬菜上煙粉虱的生物防治(Hoddle et al.，1998)。此外，淺黃恩蚜小蜂Encarsia sophia(Girault Dodd)對煙粉虱的防治也是一種有很好的應(yīng)用前景的寄生蜂(李元喜等，2008)。

大量研究表明，單純利用某種寄生蜂建立生物防治種群，其防治效率會隨著世代數(shù)增加而線性降低(Barbosa，1998)。而將不同天敵昆蟲混合釋放，不僅可以間接增加群落的穩(wěn)定性，而且在提升相同食物鏈內(nèi)生物多樣性的同時，減少天敵種群的自然衰退(Heimpel ＆ Mills，2008)。Malo等(2012)進行了大量同資源種團(Intra-guild agents)的研究，但是關(guān)于寄生蜂之間以寄主為媒介的競爭關(guān)系研究及其對煙粉虱防控效果的評價卻鮮見報道。

本文選擇蚜小蜂科恩蚜小蜂屬的專性寄生蜂淺黃恩蚜小蜂作為研究對象，在室內(nèi)環(huán)境下對其單獨和其近似生態(tài)位的麗蚜小蜂混合釋放時與煙粉虱寄主密度的伴隨關(guān)系進行研究，并通過擬合Holling 功能反應(yīng)方程，評價淺黃恩蚜小蜂在不同溫度下單獨及混合應(yīng)用的寄生潛力。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

本實驗中所用淺黃恩蚜小蜂、麗蚜小蜂均為北京市農(nóng)林科學(xué)院植物保護環(huán)境保護研究所室內(nèi)定殖種群。兩種寄生蜂分別隔離飼養(yǎng)于不同的養(yǎng)蟲籠(鋁合金+80 目紗網(wǎng)制，45.0 cm×50.0 cm×50.0 cm)內(nèi)，控制蟲口密度為50-70 頭/籠。寄生蜂定殖及試驗所用寄主B 型煙粉虱采集自北京市昌平區(qū)有機蔬菜溫室內(nèi)，室內(nèi)以番茄(品種:一品紅)作為寄主植物擴繁。在寄生蜂定殖過程中，每12 h 向養(yǎng)蟲籠內(nèi)補充帶有足量煙粉虱的番茄葉片。實驗種群擴繁環(huán)境條件由室內(nèi)溫濕度控制系統(tǒng)調(diào)控，各參數(shù)設(shè)置為:溫度25℃，濕度65%，光照周期=16 L∶8 D，光照強度=800 lx。

1.2 不同溫度下淺黃恩蚜小蜂對不同密度煙粉虱三齡若蟲的寄生

取帶有煙粉虱3 齡若蟲的番茄葉片，分別設(shè)密度為2，4，6，8，10，12，14，16 頭處理，將多余的煙粉虱用軟尖筆剔除。分別將各處理帶有煙粉虱若蟲的番茄葉片和一頭已交配的淺黃恩蚜小蜂雌成蟲同時放于培養(yǎng)皿(D=9.0 cm)中，任其自由寄生24 h。后將淺黃恩蚜小蜂吸除，利用分子生物學(xué)快速檢測方法(Zhang et al.，2013)對不同密度下煙粉虱的寄生量進行檢查，并分析統(tǒng)計。本試驗在光照培養(yǎng)箱(Sanyo-MH351)內(nèi)完成，溫度處理分別設(shè)置為15，20，25，30，35℃，其余各項環(huán)境參數(shù)設(shè)置同1.1。各試驗處理重復(fù)10 次。

1.3 不同溫度下淺黃恩蚜小蜂與麗蚜小蜂混合對不同密度煙粉虱三齡若蟲的寄生量

按照上述步驟準(zhǔn)備帶有不同密度(4，8，12，16，20，24，28，32 頭)煙粉虱的番茄葉片，與一頭新交配的淺黃恩蚜小蜂雌成蟲以及一頭麗蚜小蜂雌成蟲同時放置于同樣規(guī)格的培養(yǎng)皿中。其余試驗方法與環(huán)境參數(shù)同1.2。

1.4 功能反應(yīng)方程及搜尋效應(yīng)系數(shù)擬合

依據(jù)前述試驗結(jié)果，分別獲得淺黃恩蚜小蜂獨立以及與麗蚜小蜂混合存在時，在不同溫度條件下對不同密度煙粉虱三齡若蟲的寄生量，以Holling Ⅱ型功能反應(yīng)模型為對象進行擬合:

式中，Th為處置時間;T 為試驗完成的總時間(本試驗中為1 d);a'為捕食者對獵物的瞬間攻擊率;N 為獵物密度，Na為被寄生的獵物數(shù)量。并通過上式所得參數(shù)計算出理論最大寄生量Na max=1/Th。

由擬合Holling Ⅱ型功能反應(yīng)方程所得各參數(shù)按照下式計算不同處理下淺黃恩蚜小蜂對煙粉虱三齡若蟲的搜尋效應(yīng)S:

式中各參數(shù)意義同式(1)所標(biāo)注內(nèi)容。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度條件下淺黃恩蚜小蜂對煙粉虱3 齡若蟲的寄生功能反應(yīng)

如圖1 所示，已交配淺黃恩蚜小蜂在本試驗所設(shè)置的各個溫度條件下，其寄生量均受寄主煙粉虱密度的顯著影響(F15=21.371，P15＜0.01;F20=27.448，P20＜0.01;F25=19.638，P25＜0.01;F30=26.107，P30＜0.01;F35=22.535，P35＜0.01;所有d.f.=7，72)。在同一寄主密度下，淺黃恩蚜小蜂對煙粉虱的寄生量隨著溫度的上升而增加。按照式1 擬合Holling Ⅱ型功能反應(yīng)方程，結(jié)果顯示，本試驗中各溫度下淺黃恩蚜小蜂對煙粉虱的寄生均表現(xiàn)為寄主密度制約型，與Holling Ⅱ型功能反應(yīng)方程高度擬合(R＞0.9)。經(jīng)X2檢驗，表1中不同溫度下淺黃恩蚜小蜂的實際寄生量與各密度下按照所擬合方程計算的理論值差異均不顯著(P＞0.05)。表1 說明，淺黃恩蚜小蜂在寄生煙粉虱時的處置時間，會隨著環(huán)境溫度的上升而減少;對煙粉虱的瞬間攻擊率會隨著溫度上升而增加。當(dāng)寄主密度趨于無窮時，參數(shù)1/Th可以反應(yīng)出寄生物的理論最大寄生量。在本研究中，已交配的淺黃恩蚜小蜂對煙粉虱三齡若蟲的最大理論寄生量也同樣隨著環(huán)境溫度的上升而增加。

圖1 不同溫度條件下淺黃恩蚜小蜂對不同煙粉虱密度的寄生量Fig.1 The parasiting amount by mated Encarsia sophia female to different density of Bemisia tabaci under different temperatures

表1 不同溫度下淺黃恩蚜小蜂雌蜂對煙粉虱三齡若蟲的寄生功能反應(yīng)方程Table 1 The parasitic functional response formulas of mated Encarsia sophia female to Bemisia tabaci 3rd instar nymph under different temperatures

利用表1 中所得功能反應(yīng)模型參數(shù)a'和Th，按照式2 擬合得到了淺黃恩蚜小蜂在不同溫度下對煙粉虱三齡若蟲的搜尋效應(yīng)系數(shù)S(表2)。在相同溫度條件下，淺黃恩蚜小蜂對于寄主煙粉虱的搜索效應(yīng)均隨著寄主密度的上升而增加。而在任意寄主密度下，淺黃恩蚜小蜂對于煙粉虱三齡若蟲的搜索效率均隨著環(huán)境溫度的增加而上升。

表2 不同溫度下淺黃恩蚜小蜂雌蜂對煙粉虱三齡若蟲的搜尋效應(yīng)Table 2 The searching efficiency of mated Encarsia sophia female to Bemisia tabaci 3rd instar nymph under different temperatures

2.2 不同溫度條件下淺黃恩蚜小蜂與麗蚜小蜂混合處理對煙粉虱3 齡若蟲的寄生功能反應(yīng)

在與麗蚜小蜂同時存在的情況下，已交配的淺黃恩蚜小蜂在各溫度下對煙粉虱的寄生率同樣隨寄主密度的上升而顯著增加(圖2.F15=39.743，P15＜0.01;F20=42.556，P20＜0.01;F25=41.534，P25＜0.01;F30=39.852，P30＜0.01;F35=29.844，P35＜0.01;所有d.f.=7，72)。在同一寄主密度下，淺黃恩蚜小蜂對煙粉虱的寄生量也會隨著溫度的上升而增加?；旌戏N群內(nèi)淺黃恩蚜小蜂對煙粉虱密度的寄生功能反應(yīng)擬合結(jié)果如表3 所示。當(dāng)兩種寄生蜂混合時，各溫度下淺黃恩蚜小蜂對煙粉虱的寄生同樣表現(xiàn)為寄主密度制約型，與Holling Ⅱ型功能反應(yīng)方程高度擬合(R＞0.9)。經(jīng)X2檢驗，表3 中不同溫度下淺黃恩蚜小蜂的實際寄生量與各密度下按照所擬合方程計算的理論值差異均不顯著(P＞0.05)。與淺黃恩蚜小蜂單獨處理情況相同，淺黃恩蚜小蜂在寄生煙粉虱時的處置時間，也隨著環(huán)境溫度的上升而減少。與此同時，其對煙粉虱的瞬間攻擊率會隨著溫度上升而增加。淺黃恩蚜小蜂對煙粉虱三齡若蟲的最大理論寄生量也同樣隨著環(huán)境溫度的上升而增加。

圖2 不同溫度條件下淺黃恩蚜小蜂與麗蚜小蜂混合處理時對不同密度煙粉虱的寄生量Fig.2 The parasiting amount by mated Encarsia sophia female companied with Encarsia formosa to different density of Bemisia tabaci under different temperatures

表3 不同溫度下淺黃恩蚜小蜂與麗蚜小蜂混合處理時對煙粉虱的寄生功能反應(yīng)方程Table 3 The parasitic functional response formulas of mated Encarsia sophia female companied with Encarsia formosa to Bemisia tabaci 3rd instar nymph under different temperatures.

按照表3 中所示各項功能反應(yīng)參數(shù)計算出不同溫度、不同寄主密度下，淺黃恩蚜小蜂在與麗蚜小蜂同時存在時的搜索效應(yīng)系數(shù)(表4)。與淺黃恩蚜小蜂單獨寄生時結(jié)果相似，各溫度下，混合寄生蜂中下淺黃恩蚜小蜂的搜索效應(yīng)隨寄主密度的增加而上升，同一寄主密度下，其寄生效率同樣隨溫度的上升而增加。

表4 不同溫度下與麗蚜小蜂混合處理的淺黃恩蚜小蜂對煙粉虱三齡若蟲的搜尋效應(yīng)Table 4 The searching efficiency of mated Encarsia sophia female companied with Encarsia formosa to Bemisia tabaci 3rd instar nymph under different temperatures

3 結(jié)論與討論

通過擬合功能反應(yīng)模型，比較功能反應(yīng)參數(shù)可以直觀的了解高營養(yǎng)級的天敵昆蟲對靶標(biāo)害蟲的控制潛能。其中，瞬間攻擊率a'以及單位靶標(biāo)處置時間Th可以清晰的反應(yīng)出天敵昆蟲在整個控害過程中的行為策略及控害效率(Holling，1966)。在本文中，淺黃恩蚜小蜂單獨寄生煙粉虱和與麗蚜小蜂同時寄生煙粉虱兩個處理，其寄生量均為密度制約型，即寄生量隨寄主密度的上升而上升，符合Holling Ⅱ型功能反應(yīng)模型。

在本試驗中，淺黃恩蚜小蜂的寄生能力受環(huán)境溫度變化影響顯著。其寄生效率隨溫度的上升而增加。在高溫下其瞬間攻擊率最高，且寄生處置時間最短，而此時理論最大寄生量最高。大量類似研究表明，寄生蜂的寄生效能隨溫度變化而波動顯著。施祖華和劉樹生(1999)研究發(fā)現(xiàn)菜蛾絨繭蜂Cotesia plutellae 在高溫下對小菜蛾P(guān)lutella xylostella 的寄生效率要顯著高于低溫環(huán)境，其產(chǎn)卵寄生的雌蜂比例隨溫度的升高而增加。同樣，當(dāng)斜紋夜蛾側(cè)溝繭蜂Microplitis sp.寄生斜紋夜蛾Spodoptera litura 幼蟲時，其瞬間攻擊率隨溫度上升而增加，而寄主的處置時間相應(yīng)減少(蔣杰賢等，2002)。這些研究表明，溫度是制約寄生蜂寄生行為的重要因子。較高的瞬間攻擊率及較短的寄生處置時間說明寄生蜂的寄生行為隨溫度上升而顯著增加。施祖華等(1999)認(rèn)為寄生蜂寄生時，保持靜止?fàn)顟B(tài)的比例會顯著影響功能反應(yīng)參數(shù)的變化。在本試驗中，淺黃恩蚜小蜂在低溫狀態(tài)下有很大的比例是處于靜止?fàn)顟B(tài)的，這樣的時間區(qū)段不能作為搜索和處置時間來歸類，因此這對于溫度和寄生蜂寄生效率關(guān)系的影響在后續(xù)研究中同樣值得考慮。此外，寄生蜂在高溫下的優(yōu)越表現(xiàn)與煙粉虱所處的溫室生態(tài)系統(tǒng)中高溫環(huán)境相符合，因此也從一定程度上表現(xiàn)出其在溫室生態(tài)系統(tǒng)中防控?zé)煼凼臐撃堋?/p>

一直以來，人們嘗試通過混合釋放天敵昆蟲來增強生物防治功效(Letourneau et al.，2009)。但是室內(nèi)研究表明不同天敵昆蟲之間由于存在生態(tài)重疊以及生態(tài)位競爭，共同釋放時所產(chǎn)生的增效作用十分有限。Hagler 等(2004)發(fā)現(xiàn)多種捕食性天敵混合釋放時，天敵之間會自動調(diào)節(jié)，繼而分食不同發(fā)育階段的煙粉虱，從而達到一種相對平衡的狀態(tài)。Collier ＆ Hunter(2001)研究發(fā)現(xiàn)淺黃恩蚜小蜂與另一種蚜小蜂Eretmocerus eremicus混合釋放時，兩者不但相互影響對方種群的交配繁殖效率，并且還進一步影響各自對溫室粉虱Trialeurodes vaporariorum 的寄生效率以及取食情況。而在本研究中當(dāng)淺黃恩蚜小蜂與麗蚜小蜂混合釋放時，淺黃恩蚜小蜂的寄生效率并沒有降低，其對寄主的瞬間攻擊率較單獨存在時呈現(xiàn)上升的趨勢，且其對單頭寄主的處置時間明顯減少?？梢娕c相近生態(tài)位寄生蜂混合釋放后，淺黃恩蚜小蜂對于煙粉虱的潛在防控能力并沒有得到抑制，相反其為了減少競爭者的影響，主動提高了對寄主的寄生能力。而這一變化，會直接提高其對煙粉虱的防治效果。在本試驗中，我們僅僅在室內(nèi)考慮了淺黃恩蚜小蜂與麗蚜小蜂等量組合的效果。而在田間實際應(yīng)用中，不同的配比組合是否會進一步增強淺黃恩蚜小蜂的生物防治功效，還需要進一步深入研究。

References)

Barbosa P.Conservation Biological Control［M］.UK:Academy Press，London，1998.

Collier TR，Hunter MS.Lethal interference competition in the whitefly parasitoidsEretmocerus eremicus and Encarsia sophia［J］.Oecologia，2001，129:147-154.

Hagler JR，Jackson CG，Rufus I，et al.2004.Foraging behavior and prey interactions by a guild of predators on various lifestages of Bemisia tabaci［J］.Journal of Insect Science，4(1):1-13.

Heimpel GE，Mills N.Biological Control:Ecology and Applications［M］.UK:Cambridge University Press，Cambridge，2008.

Hoddle MS，van Driesche RG，Sanderson JP，1998.Biology and use of the whitefly parasitoid Encarsia formosa［J］.Annual Review of Entomology，43:645-669.

Holling CS，1966.The functional response of invertebrate predators to prey density［J］.Memories of the Entomological Society of Canada.98:5-86.

Jiang JX，Tang CL，Wang KW，et al..The influence of temperature on functional response of Microplitis sp.to Spodoptera litura larvae［J］.Journal of Shanghai Jiaotong University(Agricultural Science)，2002，20(1):69-72.［蔣杰賢，唐昌林，王魁武，等.溫度對斜紋夜蛾側(cè)溝繭蜂功能反應(yīng)的影響［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)科學(xué)版)，2002，20(1):69-72］

Letourneau DK，Jedlicka JA，Bothwell SG，et al.Effects of natural enemy biodiversity on the suppression of arthropod herbivores in terrestrial ecosystem［J］.Annual Review of Ecology，Evolution，and Systematics，2009，40:573-592.

Li YX，Luo C，Zhou CQ，et al.Bionomics and host competition of two parasitoids on Bemisia tabaci［J］.Acta Entomologica Sinica，2008，51(7):738-744.［李元喜，羅晨，周長青，等.煙粉虱兩種寄生蜂生物學(xué)特性及寄主競爭關(guān)系研究［J］.昆蟲學(xué)報，2008，51(7):738-744］

Malo S，Arnó J，Gabarra R.Intraguild interactions between the predator Macrolophus pygmaeus and the parasitoid Eretmocerus mundus，natural enemies of Bemisia tabaci［J］.Biocontrol Science and Technology，2012，22(9):1059-1073.

Oliveira MRV，Henneberry TJ，et al.History，current status，and collabaorative research projects for Bemisia tabaci［J］.Crop Protection，2001，20(9):709-723.

Prabhaker N，Coudriet DL，et al.Insecticide resistance in the sweetpotato whitefly，Bemisia tabaci(Homoptera:Aleyrodidae)［J］.Journal of Economic Entomology，1985，78(4):748-752.

Shi ZH，Liu SS.Influence of temperature on functional response of Cotesia plutellae［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，1999，10(3):332-334.［施祖華，劉樹生.溫度對菜蛾絨繭蜂功能反應(yīng)的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1999，10(3):332-334］

Zhang XM，Xu HX，Wang S，et al.Molecular and iso-enzymatic identification of the nymphal parasitoid，Encarsia sophia(Hymenoptera:Aphelinidae)of Whitefly，Bemisia tabaci Genn.(Hompptera:Aleyrodidae)［J］.Journal of Environmental Entomology，2013，35(2):190-197.［張曉曼，徐紅星，王甦，等.分子生物學(xué)和同工酶電泳法鑒定煙粉虱幼期寄生蜂淺黃恩蚜小蜂［J］.環(huán)境昆蟲學(xué)報，2013，35(2):190-197］