空心蓮子草葉甲釋放量對空心蓮子草防控效果的研究

宋振，張瑞海，張國良，余文暢，熊佳林，王然，黃成成，付衛(wèi)東*

1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081；2. 湖北省宜昌市農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護站，湖北 宜昌 443005

空心蓮子草[Alternanthera philoxeroides (Mart.)Griseb.]，又名喜旱蓮子草、水花生，莧科、蓮子草屬的多年生草本植物，是一種廣泛入侵的全球性惡性雜草（Burgin et al.，2010；Dong et al.，2010；Gao et al.，2010；Zuo et al.，2012）。空心蓮子草具有極強的生命力和適應(yīng)力，可在水生、陸生環(huán)境下生長，繁殖擴散速度驚人。空心蓮子草的危害主要表現(xiàn)在兩方面：一是大量繁殖覆蓋水面，阻塞河流、湖泊，并造成魚類死亡，影響航運和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)；二是快速繁殖擠占生態(tài)位，抑制其他水生或陸生植物生長，形成單一群落，破壞生物多樣性，使生態(tài)系統(tǒng)退化，給農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟損失（Liu et al.，2017；孫永艷等，2011；王桂芹等，2011）。目前，對該雜草的防控手段主要有物理防治、化學(xué)防治和生物防治法等（陳燕麗等，2010；曾強國等，2011；張文艷等，2013）。其中，利用原產(chǎn)地引入的特異性天敵（如昆蟲、病原菌等）對其進行防治的生物手段，由于具有生態(tài)環(huán)保、投入低、見效快和可持續(xù)的特點，近年來受到越來越多的重視。

空心蓮子草葉甲（Agasicles hygrophila）又稱蓮草直胸跳甲，屬鞘翅目，葉甲科，是 1964年在阿根廷發(fā)現(xiàn)的一種空心蓮子草專食性天敵昆蟲，后被引種到美國釋放，取得了非常好的防治效果（Liu et al.，2011；Lu et al.，2010；Lu et al.，2012；Telesnicki et al.，2011；Wei et al.，2015；Zhao et al.，2015）。目前國內(nèi)防治空心蓮子草所用的該天敵昆蟲，是筆者所在研究團隊于 1986年從美國引種的（李宏科等，1994）。自引入后，該天敵昆蟲通過了安全性評價和食性專一性測試，經(jīng)過近30年的研究推廣，在國內(nèi)空心蓮子草發(fā)生區(qū)域被大面積應(yīng)用，目前已在南方多個省市取得了很好的防治效果（陳燕芳等，2008；胡中昀等，2014；熊佳林等，2016）。

當前對于空心蓮子草葉甲的研究領(lǐng)域和成果產(chǎn)出主要集中在生理生態(tài)學(xué)特征、種群動態(tài)變化規(guī)律、蟲體安全越冬保育技術(shù)和工廠化繁殖技術(shù)等方面（劉雨芳等，2011；劉雨芳等，2014；馬瑞燕，2001；馬瑞燕等，2004；熊佳林等，2016；周方等，2017）。為了探明該天敵昆蟲對空心蓮子草的取食特性，科研人員從多個角度進行了大量深入的研究。史夢竹等（2015）分別測定了不同CO2濃度下空心蓮子草葉甲幼蟲取食量的變化，通過比較幼蟲體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量和消化酶活性等指標研究了CO2濃度對空心蓮子草葉甲幼蟲取食特性的影響（張文艷等，2013）；柴艷萍（2016）等采用3,5-二硝基水楊酸法、福林-酚法、碘-淀粉比色法等方法研究了饑餓程度及取食不同植物對空心蓮子草葉甲體內(nèi)纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶等消化酶的影響；郭艷瓊等（2017）通過分析轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)和 PCR技術(shù)，從空心蓮子草葉甲體內(nèi)獲得了羧酸酯酶B簇基因，并檢測了其表達特性和表達水平，進一步明確了空心蓮子草葉甲寄主專一性的分子機制；陳江（2017）通過空心蓮子草葉片內(nèi)防御酶活性、脫落酸以及揮發(fā)性物質(zhì)含量的變化，研究了空心蓮子草被天敵葉甲取食后的防御機制和取食脅迫下的生理生化響應(yīng)。但是，目前關(guān)于空心蓮子草葉甲釋放量對空心蓮子草的取食和防控效果尚未見報道。本研究依托現(xiàn)有的空心蓮子草天敵工廠，采用條件控制試驗，對空心蓮子草和天敵葉甲相關(guān)生理生化指標測定數(shù)據(jù)進行分析，研究不同天敵釋放量對空心蓮子草的取食和控制效果，以期為空心蓮子草的生物防治提供詳實具體的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于湖北省宜昌市長陽土家族自治縣空心蓮子草葉甲繁育基地（天敵工廠），試驗所用空心蓮子草植株和空心蓮子草葉甲成蟲均取自該基地。

1.2 試驗設(shè)計

選擇27個直徑1.2 m、高1.1 m試驗水桶，裝水至水面距桶口約30 cm處（水面面積約1 m2），每個桶內(nèi)放置 1塊正方形塑料泡沫板（邊長約 70 cm），使其漂浮于水面上，人工打孔種植空心蓮子草植株，每桶放置40個空心蓮子草莖節(jié)，生長40 d后，再接入空心蓮子草葉甲成蟲。分別按每個水桶釋放0對（空白對照）、1對、2對、3對、4對、5對、6對、7對、8對空心蓮子草葉甲成蟲（1對為雌雄蟲各1只）（陳磊等，2009；傅建煒等，2015），每個處理設(shè)置3個重復(fù)，釋放時間（即試驗開始時間）為 5月上旬（李彥寧等，2011）。所有試驗水桶，全部加蓋40目尼龍防蟲籠罩。

1.3 指標測定及數(shù)據(jù)采集

天敵釋放后，定期補充大桶中因蒸發(fā)損失的水分，保持環(huán)境溫度在25～30 ℃，定期觀察試驗水桶中空心蓮子草葉甲取食情況，培養(yǎng)60 d后，采集每個試驗水桶內(nèi)下列指標數(shù)據(jù)：

（1）空心蓮子草天敵種群數(shù)量（成蟲、卵數(shù)、1齡幼蟲數(shù)、2齡幼蟲數(shù)、3齡幼蟲數(shù)、蛹數(shù)、百莖蟲口密度）：打開水桶籠罩，外面加設(shè)防蟲網(wǎng)，對籠罩內(nèi)空心蓮子草葉甲的卵、幼蟲、成蟲進行人工計數(shù)；計數(shù)結(jié)束后，選取100個莖稈（桶內(nèi)不足100個莖稈的全部選取，計數(shù)后換算），人工計數(shù)測定百莖蟲口密度（羽化孔數(shù)）；計數(shù)結(jié)束后，用解剖刀剖開每個莖稈，對莖稈內(nèi)的蛹進行計數(shù)。

（2）空心蓮子草種群密度：對上述天敵種群數(shù)量計數(shù)完畢后，對每個水桶內(nèi)所有的空心蓮子草莖稈數(shù)進行人工計數(shù)，每個分枝記為1個莖稈。

（3）空心蓮子草植株葉片葉綠素含量的測定：在每個試驗水桶中取3株空心蓮子草植株，每個植株上選擇2片新鮮葉片，用毛筆或毛刷清除葉片表面的灰塵，用葉綠素儀測定葉片葉綠素含量。

（4）空心蓮子草植株形態(tài)的測定：在每個水桶中隨機選取6個空心蓮子草莖稈，分別測量頂芽以下各節(jié)的節(jié)間距和莖直徑。

（5）空心蓮子草植株生物量的測定：將大桶內(nèi)全部空心蓮子草植株撈起，置于陰涼處，用報紙吸干水分，裝入自封袋中，作好標記，冷藏帶回實驗室，測定鮮質(zhì)量；然后于105 ℃烘箱中殺青30 min后，在85 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，測量干質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

運用Microsoft office Excel 2013 整理數(shù)據(jù)并作圖，運用SPSS 19.0進行獨立樣本t檢驗（t-test）和相關(guān)分析（correlation analysis），研究不同天敵釋放量對空心蓮子草的控制效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下空心蓮子草葉甲種群數(shù)量分析

采用人工計數(shù)法獲得了各處理組中空心蓮子草葉甲的卵、各齡幼蟲、蛹、成蟲以及羽化孔的數(shù)量。對所得的數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果如圖1、圖2所示。

由圖1可知，釋放1對葉甲成蟲的卵數(shù)量最多，隨著天敵釋放數(shù)量的增加，卵數(shù)量逐漸減少。可能的原因是初期成蟲數(shù)量越少，同性成蟲間打斗和避讓效果越弱，越有利于交配和產(chǎn)卵。到釋放量大于5對時，由于空心蓮子草的葉片基本被吃光，幾乎觀察不到卵。

圖1 不同處理下空心蓮子草葉甲的卵、羽化孔和成蟲數(shù)量Fig. 1 The amounts of eggs, emergence holes, and adults of A.hygrophila under different treatmentsn=5. The same below

圖2 不同處理下空心蓮子草葉甲幼蟲和蛹的數(shù)量Fig. 2 The amounts of larvae and pupae of A. hygrophila under different treatments

由圖2可知，1、2、3齡幼蟲數(shù)量的變化規(guī)律基本一致，釋放數(shù)量為3對時，幼蟲數(shù)量最多，大于或等于4對后，幼蟲數(shù)量迅速下降。初期釋放天敵較多的處理組，天敵繁殖快，葉片取食速度也較快。由于葉片很快被吃光，后期的繁殖速度大幅度下降，因此幼蟲數(shù)量也急劇下降。

由圖2還可知，蛹的數(shù)量隨天敵釋放量的增加而增加，到6對時達到最高，而后下降。分析原因，可能是在6對釋放量的條件下，試驗期內(nèi)天敵繁殖速度較快，數(shù)據(jù)測定時正值幼蟲化蛹的高峰期，因此蛹數(shù)量最多。

由圖1可知，成蟲數(shù)量隨天敵釋放量增加而增加，在4對時達到最多，而后逐漸減少。同上所述，這可能與葉甲的繁殖和取食速度有關(guān)。在4對釋放量時，葉甲的繁殖和取食速度可以較好地控制空心蓮子草的生長速度，保證了數(shù)量的穩(wěn)定增加。過少的天敵釋放量無法快速控制空心蓮子草的生長，而過多的天敵釋放量又會造成前期大量取食后期無食物可用的情況，以至于葉甲成蟲數(shù)量在后期下降明顯。

圖4 不同處理下空心蓮子草葉片的葉綠素含量Fig. 4 The chlorophyll content of A. philoxeroides leaves under different treatments

由圖1可知，羽化孔的數(shù)量與成蟲數(shù)量的變化規(guī)律基本一致，均隨葉甲釋放量增加而增加，在 4對時最多，而后減少。這也印證了上述推斷，即在當前試驗的可控條件下，4對的釋放量可以在很好地控制空心蓮子草生長速度的情況下，保證天敵數(shù)量的穩(wěn)定增加，可達到持續(xù)控制的效果。

2.2 空心蓮子草種群密度分析

對空白對照組和各處理組中空心蓮子草的莖稈數(shù)量進行分析，結(jié)果如圖3所示。隨著天敵釋放量的增加，空心蓮子草的種群密度逐漸下降，當葉甲釋放量大于或等于4對時，空心蓮子草的莖稈數(shù)量基本不再減少。與前述天敵種群數(shù)量結(jié)合分析，說明在4對釋放量的情況下，葉甲的繁殖速度能夠較好地控制空心蓮子草的生長速度，且可以保證天敵數(shù)量的持續(xù)穩(wěn)定增加。

圖3 不同處理下空心蓮子草的莖密度Fig. 3 The stem density of A. philoxeroides under different treatments

2.3 空心蓮子草植株葉片葉綠素含量分析

對空白對照和各處理組的空心蓮子草葉片葉綠素含量進行了測定，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖4所示。隨著天敵釋放數(shù)量的增加，空心蓮子草葉片中葉綠素的平均含量逐漸下降，在大于或等于3對釋放量后降低趨勢趨于穩(wěn)定，在4對釋放量時達到最低，但各組間差異不顯著。可能是由于隨著葉甲數(shù)量的增加，葉甲對葉片的取食速度加快，空心蓮子草營養(yǎng)物質(zhì)合成速度降低，新葉片生長速度減慢，造成葉綠素含量減少，不過由于葉綠素的含量更多地是空心蓮子草本身基因表達所決定的，因此各組間差異并不顯著。

2.4 空心蓮子草植株形態(tài)分析

對空白對照和各處理組的空心蓮子草植株節(jié)間距和莖直徑進行了測定，結(jié)果如圖5和圖6所示。空心蓮子草的節(jié)間距和莖直徑均隨著葉甲釋放量的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，在釋放量為 4對時最低。分析原因，可能是 4對釋放量對空心蓮子草生長的控制效果最佳，能夠在天敵穩(wěn)定繁殖的基礎(chǔ)上最大程度地取食葉片，抑制空心蓮子草生長，以至于其節(jié)間距和莖直徑無法進一步增長。而當天敵數(shù)量大于 4對時，由于前期取食較快，葉片不足造成天敵數(shù)量下降，后期空心蓮子草生長速度又逐漸提高，因而植株的節(jié)間距和莖直徑較4對釋放量又有了一定程度的增長。

圖5 不同處理下空心蓮子草的節(jié)間距Fig. 5 The internode length of A. philoxeroides under different treatments

圖6 不同處理下空心蓮子草的莖直徑Fig. 6 The stem diameter of A. philoxeroides under different treatments

2.5 空心蓮子草植株生物量分析

圖7 不同處理下空心蓮子草的生物量Fig. 7 The biomass of A. philoxeroides under different treatments

對空白對照和各處理組的空心蓮子草植株生物量進行了測定，結(jié)果如圖7所示。隨著天敵釋放數(shù)量的增加，空心蓮子草植株生物量逐漸下降，在4對釋放量時達到最低，隨后變化趨勢趨于穩(wěn)定。這也進一步印證了在試驗所設(shè)植株密度條件下，4對釋放量既可以保證天敵數(shù)量的繁育和穩(wěn)定增加，又可以獲得對空心蓮子草最佳的取食和控制效果。

3 討論

天敵昆蟲是對有害生物進行生物防治的重要手段之一，天敵昆蟲的釋放對有害生物的防治效果一直是該領(lǐng)域的一個研究熱點。蔣月麗等（2011）研究了釋放東亞小花蝽（Orius sauteri）對大棚辣椒（Capsicum annuum）上幾種害蟲的防治效果，結(jié)果表明，按 0.5 ind·m-2和 1 ind·m-2釋放東亞小花蝽對朱砂葉螨（Tetranychus cinnabarinus）、薊馬（Thripidae）在釋放 5～7周時的 防治效果達到97%～99%；對于蚜蟲（Aphidoidea），按 0.5 ind·m-2釋放東亞小花蝽，防治效果僅為 22%，而 1ind·m-2釋放防治效果最高可達 96%。李碩等（2015）在張家口地區(qū)開展了利用松毛蟲赤眼蜂（Trichogramma dendrolimi）防治松毛蟲（Dendrolimus sp.）的研究，并進行了不同放蜂次數(shù)和不同放蜂量對松毛蟲防治效果的對比試驗，結(jié)果表明，從寄生率和防治效果上看，雖然兩次放蜂略高于一次放蜂，但顯著不差異；3 種不同放蜂量（7.50×105ind·hm-2、1.50×106ind·hm-2、2.25×106ind·hm-2）的防治效果存在極顯著差異，綜合考慮赤眼蜂數(shù)量成本和人力成本，應(yīng)以一次放蜂、放蜂 1.5×106ind·hm-2為宜。劉冬冬（2017）利用室內(nèi)籠罩試驗研究了煙蚜繭蜂（Aphidius gifuensis）釋放量對桃蚜（Myzus persicae）防效的影響，結(jié)果表明，200 ind·m-2桃蚜密度下，釋放 7對煙蚜繭蜂的寄生率顯著低于釋放 5對時煙蚜繭蜂的寄生率，而 600 ind·m-2和 1000 ind·m-2桃蚜密度下，隨著寄生蜂數(shù)量的增加，寄生率逐漸升高，但是每對蜂的寄生數(shù)量下降，寄生蜂的寄生作用率降低。因此，在實際應(yīng)用中，要綜合考慮寄生蜂之間的干擾效應(yīng)，以確定合適的釋放比例。對于空心蓮子草葉甲，國內(nèi)研究更多地集中在其種群繁衍等方面，如李彥寧等（2011）研究了空心蓮子草葉甲釋放量對其種群構(gòu)建的影響，發(fā)現(xiàn)蓮草直胸跳甲種群在6—7月和10—11月分別出現(xiàn)2個明顯的高峰期，其在旱地的擴散能力強于濕地和水田，放蟲后18 d，距釋放中心點6 m處，旱地生境的種群數(shù)目大于濕地生境和水田生境。然而，對于空心蓮子草葉甲釋放量與防控效果之間的關(guān)系，尚未見報道。

本研究依托空心蓮子草天敵工廠，采用條件控制試驗，通過對空心蓮子草種群密度、植株形態(tài)、葉綠素含量、生物量、天敵的種群數(shù)量等生物學(xué)和生理生化指標的測定與分析，研究了不同天敵釋放量對空心蓮子草的防治效果，為科學(xué)合理地制定天敵釋放方案，節(jié)約防治成本、提高防治效率提供了理論依據(jù)。從本研究的結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，天敵釋放數(shù)量與空心蓮子草生物量之間存在顯著相關(guān)性。天敵釋放數(shù)量較少時，對空心蓮子草的取食速度不及其生長速度，控制效果較差；天敵釋放數(shù)量過多，又會造成前期取食速度過快，后期由于缺乏食物造成天敵數(shù)量大幅度下降，反而不利于對空心蓮子草的控制，且同性空心蓮子草葉甲之間還存在避讓和打斗等行為，數(shù)量太多也會影響交配和繁殖（傅建煒等，2015）。只有合適的天敵釋放量才能保證天敵種群在穩(wěn)定繁育的情況下取得最好的空心蓮子草防治效果。

空心蓮子草葉甲的繁育需要合適的環(huán)境條件，由于本研究是在完全封閉（防蟲網(wǎng)、籠罩內(nèi)）的、環(huán)境可控的條件下進行，試驗結(jié)果符合種群的S型增長曲線。比如，空心蓮子草葉甲的最適生長繁殖溫度在 25～28 ℃，成蟲 6 ℃以下生命活動減緩，超過 32 ℃不產(chǎn)卵，超過 35 ℃生長發(fā)育受限（熊佳林等，2016）。本研究中，天敵控草試驗的時間選在了5—6月，室外平均溫度25～30 ℃，當局部環(huán)境溫度過高時利用天敵工廠的遮陽網(wǎng)和水幕墻等裝置進行降溫，保證了整個試驗過程中溫度始終位于合理區(qū)間內(nèi)，有利于空心蓮子草葉甲的生長繁育，避免了環(huán)境因素對試驗結(jié)果造成的影響。然而，在實際應(yīng)用中，天敵昆蟲是在開放的自然狀態(tài)下繁殖并對空心蓮子草進行取食的，因此應(yīng)綜合考慮空心蓮子草發(fā)生的具體生境、氣候條件等環(huán)境因素，在參考本研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，適當調(diào)整天敵釋放數(shù)量，并選擇適宜的天敵釋放方法，才能以最低的成本收獲最佳的防治效果。

4 結(jié)論

本研究依托空心蓮子草葉甲繁育基地，采用環(huán)境條件可控試驗，對空心蓮子草的種群密度、植株形態(tài)、葉綠素含量、生物量等指標進行測定，結(jié)合空心蓮子草葉甲種群數(shù)量分析，研究了不同天敵釋放量對空心蓮子草的防治效果。結(jié)果表明，在初始種群密度為40 stems·m-2的條件下，釋放4對空心蓮子草葉甲可達到最佳防治效果。在此釋放量下，空心蓮子草葉甲羽化孔數(shù)量和成蟲數(shù)量最高，空心蓮子草種群密度最低，節(jié)間距和莖直徑最短，生物量最少。該釋放量在保證空心蓮子草葉甲穩(wěn)定繁育的同時可獲得對空心蓮子草的最佳控制效果。