植株結(jié)構(gòu)對不同蟲態(tài)蠋蝽搜索和捕食斜紋夜蛾幼蟲行為的影響

李發(fā)倩，李保平，孟 玲

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院/農(nóng)作物生物災(zāi)害綜合治理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210095）

自Price等[1]的經(jīng)典論述后，植物與更高營養(yǎng)層級的捕食性天敵昆蟲的化學(xué)生態(tài)學(xué)研究得到了廣泛而深刻的關(guān)注。植物化學(xué)特征可影響捕食性和寄生性天敵的搜尋和捕食（寄生）行為，進(jìn)而影響天敵的種群數(shù)量動態(tài)和群落食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)與功能[2]。與此相比，對植物物理特性如何影響天敵昆蟲行為的認(rèn)識，尚缺乏足夠的實(shí)據(jù)。Andow[3]曾提出影響節(jié)肢動物搜尋行為的三個植株物理特征：（1）植株大小或體表面積；（2）植株結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性，如種穗、花、蜜腺和葉片具有不同的表皮（如被毛情況）；（3）植株結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，又稱“連通性”（connectedness），代表單位投影面積下枝葉數(shù)量。理論模型預(yù)測植株結(jié)構(gòu)可影響捕食性昆蟲和螨類的捕食效率[4-5]，該模型預(yù)測得到了若干實(shí)證研究的支持，葉面的被毛、蠟質(zhì)層和坑窩、枝葉的密度、方向和重疊度、植株體形結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性等植株微生境特征，可影響捕食性節(jié)肢動物的行為和生態(tài)學(xué)特征[6]。例如，對番茄Solanumlycopersicum與天敵互作的研究發(fā)現(xiàn)，番茄葉面被毛的物理結(jié)構(gòu)可影響寄生性和捕食性天敵昆蟲的生態(tài)學(xué)特征[7]；大豆Glycinemax植株結(jié)構(gòu)復(fù)雜性可影響異色瓢蟲Harmoniaaxyridis與方斑瓢蟲Propyleaquatuordecimpunctata之間的集團(tuán)內(nèi)捕食行為的發(fā)生[8]；菜豆Phaseolusvulgaris植株的連通性可影響智利小智綏滿Phytoseiuluspersimilis對二斑葉螨Tetranychusurticae的捕食效率[9]；普通草蛉Chrysoperlacarnea在葉片結(jié)構(gòu)不同的沙生冰草Agropyrondesertorum和長毛落芒草Oryzopsishymenoides上對麥雙尾蚜Diuraphisnoxia的捕食量不同[10]。迄今，對活動性較強(qiáng)的捕食性節(jié)肢動物對防衛(wèi)能力較弱的獵物的捕食關(guān)注較多，例如，食蚜天敵（瓢蟲、草蛉、小花蝽等）對小型害蟲蚜蟲、粉虱和薊馬的捕食，這類天敵的處理獵物時間很短，可在短時間內(nèi)捕食較多的獵物；而對那些活動性較弱的捕食性蝽如何搜尋和捕食防衛(wèi)能力較強(qiáng)的大型蛾類幼蟲的關(guān)注，明顯較少，例如，某些行動遲緩的蝽科Pentatomidae捕食者對大體型鱗翅目幼蟲的捕食，這類捕食者處理獵物時間很長，長時間內(nèi)只捕食1頭獵物。

捕食性蝽種類繁多，攻擊性強(qiáng)、捕食量大，捕食效率高，成蟲和若蟲均可捕食多種植食性昆蟲，在控制植食性昆蟲種群數(shù)量中發(fā)揮著重要作用[11-13]。近年來，蠋蝽Armachinensis在害蟲生物防治中的作用日益受到重視，對多種害蟲具有較強(qiáng)的捕食作用，包括：榆紫葉甲Ambrostomaquadriimopressum[14,15]、黃刺蛾Cnidocampaflavescens[15]、美國白蛾Hyphantriacunea[16]、草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda[17]和斜紋夜蛾S.litura[18]等多種農(nóng)林作物上的重要的本土和外來入侵害蟲[19]。蠋蝽活動性較弱[17]，蛾類幼蟲尤其高齡幼蟲，對天敵昆蟲的攻擊往往表現(xiàn)出較強(qiáng)的形態(tài)、生理或行為防衛(wèi)反應(yīng)[20-22]。迄今，對植株結(jié)構(gòu)復(fù)雜性如何影響捕食性昆蟲的知識，多來自于對活躍的捕食者與防衛(wèi)能力低的獵物的研究[4,5]，而對植物結(jié)構(gòu)如何影響不活躍的捕食性天敵與大體型獵物的互作行為，了解很少。

本研究以蠋蝽和斜紋夜蛾為捕食者-獵物模式生物，旨在明確植株結(jié)構(gòu)復(fù)雜性如何影響蠋蝽對斜紋夜蛾幼蟲的搜尋和捕食行為，以及該影響是否隨蠋蝽蟲齡（態(tài)）不同而變化。本研究旨在揭示不活潑的捕食者對防衛(wèi)性較強(qiáng)的獵物的捕食行為是否受植物結(jié)構(gòu)的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

蠋蝽由中國農(nóng)科院植物保護(hù)研究所生物防治研究室提供，以斜紋夜蛾幼蟲為獵物在養(yǎng)蟲室（26 ℃±1 ℃，RH 60%±10%，光周期16L∶8D）建立飼養(yǎng)種群。蠋蝽若蟲飼養(yǎng)于圓形PP材質(zhì)塑料盒（上口徑15 cm、底徑11 cm、高7 cm，盒蓋有用紗網(wǎng)封上透氣用的開口）中，提供用濕棉球纏繞葉柄的新鮮榔榆Ulmusparvifolia樹葉作為輔助食物供蠋蝽吸食（1齡若蟲主要吸食榆樹汁液，2齡若蟲開始取食斜紋夜蛾幼蟲）。選取蠋蝽蛻皮后24 h內(nèi)的3齡、5齡若蟲以及羽化24 h內(nèi)的雌、雄成蟲作為試蟲。

斜紋夜蛾幼蟲用人工飼料[23]飼養(yǎng)于養(yǎng)蟲室中，在圓形食品塑料盒（直徑20 cm，高10 cm）中群體飼喂；化蛹后收集蛹；羽化的成蟲置于方形紗籠（40 cm×40 cm×40 cm）中產(chǎn)卵。選取蛻皮后24 h內(nèi)的4齡幼蟲供試。

供試大豆品種為“南農(nóng)1138-2”，由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國家大豆改良研究中心提供。用營養(yǎng)土（鎮(zhèn)江興農(nóng)有機(jī)肥有限公司生產(chǎn)）裝盆（上口徑12 cm、底徑8 cm、高10 cm）栽種大豆，在室外生長約65 d （株高約50 cm）待用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

參考大田蠶豆種植中的株距范圍，設(shè)置大豆植株結(jié)構(gòu)復(fù)雜性低、高兩個水平，分別簡稱為“簡單植株”和“復(fù)雜植株”。簡單植株在1個花盆（直徑12 cm）中栽種1株大豆，高約50 cm，生有8個枝條（每枝生3片葉）；復(fù)雜植株在1個花盆（直徑12 cm）中栽種2株大豆，每株50 cm高并生有8個枝條，2株緊靠使枝葉部分重疊。設(shè)置蠋蝽蟲齡（態(tài)）4個水平：3齡若蟲、5齡若蟲、雌成蟲和雄成蟲，均選蛻皮24 h內(nèi)的若蟲和羽化24 h內(nèi)的成蟲，釋放前饑餓48 h（只提供保鮮榆樹葉）。分別在大豆植株頂部4個枝條（按順序編號為1、2、3、4）的葉片上分別接1頭斜紋夜蛾幼蟲（放在3片葉中間），待幼蟲穩(wěn)定（約10 min）后釋放1頭供試蠋蝽，放在距離最下部有蟲枝條分叉處約5 cm主莖干上。蠋蝽沿主莖向上搜索，連續(xù)觀察記錄其2 h內(nèi)的行為（表1），因?yàn)橄庲碓? h內(nèi)往往可完成一次攻擊獵物（麻痹獵物）行動[24]。每盆植物、每頭蠋蝽只用1次；重復(fù)30次。

表1 觀測的蠋蝽搜尋及捕食行為特征描述Table 1 A description of recorded searching and predation behaviors of A.chinensis

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用多項(xiàng)logit模型（multinomial logit model）擬合蠋蝽對4個有蟲枝條的首次選擇，運(yùn)行ordinal功能包分析[25]；用廣義線性模型（誤差為Gamma分布，連接函數(shù)為倒數(shù)）擬合行為的時間特征變量（分析靜伏時間時設(shè)置誤差分布為Poisson分布型，連接函數(shù)為自然對數(shù)）。用Cox比例風(fēng)險回歸模型擬合蠋蝽潛伏期可估計捕食者對獵物的捕食風(fēng)險（瞬時概率），該模型公式如下[26]：

h(t) 為時間t時的概率，此處代表獵物被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險大小；h0(t)為基準(zhǔn)概率，類似多重回歸模型中的截距（不同之處在于它在該模型隨時間而變，而在多重回歸模型中為常量），此處代表在對照下對獵物的捕食風(fēng)險大?。粫r間t為從某一時刻開始直到事件發(fā)生的間隔期，此處代表蠋蝽的潛伏期；β為系數(shù)，z為協(xié)變量（影響因素），此處代表所檢驗(yàn)的影響因素——植株復(fù)雜性和蠋蝽蟲齡（態(tài)）對獵物被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險大小的影響。檢驗(yàn)協(xié)變量影響系數(shù)的指數(shù)函數(shù)為風(fēng)險比率（odds ratio），風(fēng)險比率＞1說明與對照相比風(fēng)險增大；風(fēng)險比率＜1，說明風(fēng)險降低；運(yùn)行survival功能包[27]擬合Cox模型。在所有模型中，用對數(shù)似然比測驗(yàn)確定植株結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和蠋蝽蟲齡（態(tài)）的影響，運(yùn)行car功能包分析[28]；在比較蠋蝽蟲齡（態(tài)）處理間差異時用Tukey法矯正差異顯著性概率（α＝0.05），運(yùn)行emmeans功能包分析[29]。數(shù)據(jù)分析用R（3.5.0版）統(tǒng)計軟件[30]。

2 結(jié)果與分析

2.1 蠋蝽對有獵物枝條的選擇性

蠋蝽蟲態(tài)（齡）（χ2＝5.60，P＝0.78）、植株復(fù)雜性（χ2＝1.06，P＝0.79）以及兩因素互作（χ2＝14.19，P＝0.12）均不影響蠋蝽對有蟲枝條的首次選擇偏好；蠋蝽對有獵物枝條的選擇比例在蟲齡（態(tài)）之間、植物結(jié)構(gòu)之間存在很大差異（5%～30%），且沒有一致的格局（圖1）。

圖1 不同蟲齡（態(tài)）蠋蝽在植株結(jié)構(gòu)簡單和復(fù)雜的大豆植株上對4個有獵物枝條的首選比例Fig.1 Proportion of choices for the four different branches with prey on simple and complex soybean plants by A.chinensis at different life stages

2.2 獵物被捕食風(fēng)險

用Cox比例風(fēng)險模型擬合潛伏期估計獵物被捕食風(fēng)險（瞬時概率）的結(jié)果表明，植株復(fù)雜性（χ2＝30.61，P＜0.001）和蠋蝽蟲態(tài)（齡）（χ2＝8.69，P＝0.03）顯著影響斜紋夜蛾幼蟲被蠋蝽捕食的風(fēng)險，但兩因素之間無互作影響（χ2＝1.41，P＝0.70）。在簡單植株上的被捕食風(fēng)險是在復(fù)雜植株上的2.4倍（Z＝5.51，P＜0.001）（圖2A）；被雌躅蝽與雄躅蝽成蟲捕食的風(fēng)險沒有差異（Z＝0.60，P＝0.55）；與雌成蟲相比，被3齡若蟲（Z＝2.51，P＝0.012）和5齡若蟲（Z＝2.84，P＝0.004）捕食的風(fēng)險分別增大1.7和1.9倍；與雄成蟲相比，被3齡（Z＝1.83，P＝0.26）或5齡（Z＝2.24，P＝0.11）若蟲捕食的風(fēng)險相似；被3齡與5齡若蟲捕食的風(fēng)險相似（Z＝0.18，P＝0.93）（圖2B）。

圖2 斜紋夜蛾幼蟲在結(jié)構(gòu)復(fù)雜性不同的植株上（A）被不同蟲齡（態(tài)）蠋蝽（B）捕食的累積風(fēng)險Fig.2 Cumulative predation risk to S.littura larvae as a function of soybean plant complexity (A) and stinkbug life stage (B) by A.chinensis

2.3 蠋蝽搜索用時

植株復(fù)雜性（χ2＝51.06，P＜0.001）和蠋蝽蟲齡（態(tài)）（χ2＝10.00，P＝0.02）分別顯著影響搜索用時，但兩因素互作無顯著影響（χ2＝2.17，P＝0.54）（圖3）。在復(fù)雜植株上的搜索用時是在簡單植株上的1.5倍（Z＝6.93，P＜0.001）；3齡若蟲的搜索用時是5齡若蟲的1.3倍（Z＝3.12，P＝0.01），而兩者與雌、雄成蟲的搜索用時均無差異。

圖3 不同蟲齡（態(tài)）蠋蝽在簡單和復(fù)雜大豆植株上的搜索用時（均值±標(biāo)準(zhǔn)誤）Fig.3 Searching time on structurally simple and complex soybean plants by A.chinensis at different stages (mean±SE)

2.4 蠋蝽的靜伏用時

蠋蝽蟲齡（態(tài)）（χ2＝52.31，P＜0.001）顯著影響靜伏用時，植株復(fù)雜性（χ2＝0.31，P＝0.58）沒有顯著影響，兩因素互作（χ2＝3.25，P＝0.36）也無顯著影響（圖4）。雌成蟲的靜伏用時是3齡若蟲的1.8倍（Z＝6.42，P＜0.001），是5齡若蟲的1.6倍（Z＝5.31，P＜0.001）, 是雄成蟲的1.3倍（Z＝2.66，P＝0.04）；雄成蟲的靜伏用時是3齡若蟲的1.7倍（Z＝3.88，P＝0.001），是5齡若蟲的1.3倍（Z＝2.72，P＝0.03）；3齡若蟲與5齡若蟲的靜伏用時無顯著差異（Z＝1.19，P＝0.63）。

圖4 不同蟲齡（態(tài)）蠋蝽在簡單和復(fù)雜大豆植株上的靜伏用時（均值±標(biāo)準(zhǔn)誤）Fig.4 Resting time on structurally simple and complex soybean plants by A.chinensis at different stages (mean±SE)

2.5 蠋蝽的麻痹獵物用時

蠋蝽蟲齡（態(tài)）（χ2＝266.26，P＜0.001）顯著影響麻痹獵物用時，但植株復(fù)雜性（χ2＝0.02，P＝0.90）以及兩因素互作（χ2＝3.48，P＝0.32）沒有顯著影響（圖5）。3齡若蟲麻痹獵物用時是雌成蟲的2.2倍（Z＝12.45，P＜0.001），是雄成蟲的2.1倍（Z＝11.93，P＜0.001），是5齡若蟲的1.7倍（Z＝9.26，P＜0.001）；5齡若蟲麻痹獵物用時是雌成蟲的1.3倍（Z＝4.04，P＜0.001），是雄成蟲的1.2倍（Z＝3.11，P＝0.005）；雌、雄成蟲之間的麻痹獵物用時無顯著差異（Z＝0.72，P＝0.89）。

圖5 蠋蝽不同蟲齡（態(tài)）在簡單和復(fù)雜大豆植株上的麻痹獵物用時（均值±標(biāo)準(zhǔn)誤）Fig.5 Prey-paralyzing time on structurally simple and complex soybean plants by A.chinensis at different stages (mean±SE)

3 討論

本研究結(jié)果說明，植株結(jié)構(gòu)復(fù)雜可降低斜紋夜蛾高齡幼蟲被蠋蝽不同蟲齡（態(tài)）的捕食風(fēng)險，因?yàn)橄庲碓谳^復(fù)雜的植株上花費(fèi)的搜尋獵物用時更長；而處理獵物用時不受植株結(jié)構(gòu)的影響，只隨蟲齡（態(tài)）而變化。

對許多活躍的捕食性昆蟲與防衛(wèi)能力較弱的獵物的研究說明，植物密度可以影響植物小生境的氣候（如溫、濕度等），從而影響昆蟲的生境選擇[31]。同時，植物密度、多樣性可干擾昆蟲的視覺反應(yīng)[32]，寄主植物葉片和葉毛不僅能為植食性害蟲提供藏身之所，還能刺激或抑制植食性昆蟲的取食，同時亦能阻礙昆蟲天敵的搜尋行為，降低昆蟲天敵的尋找效率[33,34]。植物結(jié)構(gòu)影響捕食性昆蟲的搜尋和捕食，已在其他捕食性昆蟲類群中觀察到[6]，本研究提供了新的捕食性蝽證據(jù)，說明植物結(jié)構(gòu)復(fù)雜性也可影響不活躍的捕食性昆蟲對防衛(wèi)能力較強(qiáng)的大型蛾類幼蟲的搜尋行為。

但植株結(jié)構(gòu)對蠋蝽搜尋和捕食行為的影響也有其特征：蠋蝽在復(fù)雜植株上的搜索用時延長，而靜伏用時和麻痹獵物用時不受植株結(jié)構(gòu)的影響，僅隨蠋蝽蟲齡（態(tài)）不同而變化。這說明植株結(jié)構(gòu)復(fù)雜可降低蠋蝽的搜尋效率，其原因可能是獵物在復(fù)雜植株上更易于躲避蠋蝽搜索。但蠋蝽攻擊獵物行為的時間特征參數(shù)不受植株復(fù)雜性的影響，而比較活躍的瓢蟲[8]、捕食螨[9]、草蛉[10]以及寄生蜂[30]等的捕食（寄生）行為往往受植株復(fù)雜性的影響。這一差異的原因可能在于，活躍的天敵昆蟲對植株的連通性比不活躍的昆蟲更敏感，因?yàn)榍罢邇H需很短的時間就完成一次捕食，然后立刻轉(zhuǎn)入對下一獵物的搜索；而后者需要相對較長的時間方完成一次捕食，攻擊不同獵物的時間間隔也很長[18]。如果植株結(jié)構(gòu)的連通性影響捕食者高頻次反復(fù)搜索獵物，則植株結(jié)構(gòu)復(fù)雜性對活躍性較強(qiáng)的捕食者的影響必然大于對惰性較強(qiáng)的捕食者的影響。

斜紋夜蛾幼蟲被蠋蝽若蟲捕食的風(fēng)險大于被蠋蝽成蟲，說明蠋蝽若蟲搜尋獵物的積極性高于成蟲。此前的功能反應(yīng)研究也發(fā)現(xiàn)，5齡蠋蝽若蟲對草地貪夜蛾幼蟲的攻擊率大于成蟲[17,35]。據(jù)此推測，若蟲捕食控害作用可能大于成蟲。

致謝：感謝中國農(nóng)科院植保所生物防治研究室陳紅印先生提供蠋蝽蟲源。