王錦達, 王以一, 劉沛菡, 王 康, 李保平

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院昆蟲學(xué)系,農(nóng)業(yè)部作物病蟲害監(jiān)測與防控重點開放實驗室,南京 210095)

在棉田生態(tài)系統(tǒng)中,天敵昆蟲不僅對優(yōu)勢害蟲(包括靶標(biāo)害蟲)種群數(shù)量具有抑制作用,而且是若干非靶標(biāo)害蟲維持較低水平的重要因素。Bt棉的廣泛種植對其靶標(biāo)害蟲棉鈴蟲(Helicoverpa armigera Hübner)具有很好的控制作用[1],但對棉鈴蟲寄生蜂也有不同程度的影響,例如,多項研究報道Bt棉田中棉鈴蟲幼蟲的寄生率明顯降低或寄生蜂數(shù)量減少[2-3]。其原因一般推測為,當(dāng)轉(zhuǎn)基因作物對靶標(biāo)寄主幼蟲具有很強的致死作用時,則必然對其寄生蜂產(chǎn)生不利影響[4]。但如果Bt作物對寄主幼蟲(如非靶標(biāo)害蟲)具有亞致死作用,寄生蜂在寄主幼蟲死亡前完成發(fā)育,則寄生蜂的繁殖未必受到不良影響,種群數(shù)量未必明顯降低。例如,Bt棉對棉蚜繭蜂[Lysiphlebia japonica(A shmead)]的寄生率影響不大[5];崔金杰等[2]分別從雙價棉、Bt棉和常規(guī)棉田采回被寄生的棉蚜僵蚜,羽化率均很高(90%以上),羽化出蜂體重?zé)o明顯差異;但緣腹盤絨繭蜂(Cotesia p lutella)和佛州點緣跳小蜂(Copidosoma f loridanum)寄生大豆尺夜蛾(Pseudop lusia includens)幼蟲后,寄生蜂的生長發(fā)育、生殖力和壽命等適合度特性受到不良影響[6],類似的結(jié)果也出現(xiàn)在寄生棉大卷葉螟[Notarcha derogata(Fabricius)]的螟蛉盤絨繭蜂(C.ru ficrus)[7]寄生蜂中。顯然需要更多的研究來闡明,Bt棉的非靶標(biāo)害蟲對其寄生蜂、尤其是與靶標(biāo)害蟲共有的寄生蜂的影響。

斜紋夜蛾[Spodoptera litura(Fabricius)]和甜菜夜蛾[S.exigua(Hübner)]為轉(zhuǎn)Bt棉的非靶標(biāo)害蟲[8],近年來在部分地區(qū)的轉(zhuǎn)Bt基因棉田嚴重為害棉花[9-10]。斑痣懸繭蜂[Meteorus pulchricornis(Wesmael)]寄生多種大型鱗翅目幼蟲,不僅是棉鈴蟲、而且是斜紋夜蛾和甜菜夜蛾幼蟲的重要寄生性天敵[11-13]。本研究旨在用Bt棉飼喂斜紋夜蛾和甜菜夜蛾幼蟲,觀察斑痣懸繭蜂的寄主選擇性以及子代蜂的發(fā)育表現(xiàn),為評價Bt棉通過次靶標(biāo)寄主對寄生蜂的影響提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試植物及昆蟲

供試棉花品種為‘泗棉3號’(常規(guī)棉)和‘國抗2號’(Bt棉),前者是后者轉(zhuǎn)抗蟲基因的親本,其中Bt棉為轉(zhuǎn)Cry1Ac基因,Bt毒素含量為(463±24.6)ng/g(ELISA酶聯(lián)免疫技術(shù)測定)。供試斜紋夜蛾和甜菜夜蛾采自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦農(nóng)場大豆田,在室內(nèi)分別用兩種棉葉飼養(yǎng),從孵化直至老熟化蛹。斑痣懸繭蜂從2008年9月采自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦農(nóng)場大豆田中的斜紋夜蛾幼蟲育出,為產(chǎn)雌孤雌生殖品系,斑痣懸繭蜂屬單寄生性內(nèi)寄生蜂,單頭寄生蜂幼蟲在寄主幼蟲體內(nèi)完成發(fā)育到老熟后,在寄主幼蟲腹部側(cè)面咬一小洞爬出,在寄主幼蟲附近結(jié)繭化蛹。在養(yǎng)蟲室內(nèi)(24℃±1℃、60%±10%RH和L∥D=14 h∥10 h)分別以甜菜夜蛾和斜紋夜蛾為寄主繁殖。非選擇性試驗所用蜂為4～6日齡(前期觀察該日齡蜂產(chǎn)卵量最大)以及選擇性試驗中8～10日齡處女蜂(事前觀察該日齡蜂搜索能力最強)。

1.2 試驗方法

寄生選擇：斜紋夜蛾幼蟲寄生選擇試驗在紗網(wǎng)罩籠(木質(zhì)包有透明紗網(wǎng),長×寬×高=80 cm×80 cm×100 cm)中進行?；\中放置盆栽常規(guī)棉和Bt棉各1盆(高約40～50 cm,生長狀況接近),每株分別接上取食常規(guī)棉和Bt棉葉的斜紋夜蛾3齡幼蟲各10頭,隨機分布于各葉片,然后放入1頭8～10日齡無寄生經(jīng)驗的寄生蜂,24 h后取出寄主,其中隨機選擇各處理幼蟲5頭單獨稱重(LAC114,Lavrock,常熟;精確到0.01 mg)。幼蟲單獨飼養(yǎng)每天觀察記錄寄生蜂幼蟲爬出、結(jié)繭和羽化情況。重復(fù)15次。

甜菜夜蛾幼蟲的寄生選擇試驗在養(yǎng)蟲盒(直徑8 cm,高9 cm)中進行,分別選取用常規(guī)棉和Bt棉葉飼喂至4齡的甜菜夜蛾幼蟲各10頭,盒底鋪有1%的瓊脂保濕,從塑料盒側(cè)壁的小洞接入1頭4～6日齡處女蜂,塑料盒內(nèi)壁涂有10%的蜂蜜水供寄生蜂吸食;經(jīng)8 h后移走寄生蜂,隨機選擇盒內(nèi)寄主幼蟲稱重,并移入培養(yǎng)皿中用相應(yīng)棉葉飼養(yǎng),每日觀察并記錄寄生蜂的存活以及寄生蜂幼蟲爬出寄主結(jié)繭化蛹情況等,并解剖死亡寄主幼蟲檢查是否被寄生。試驗重復(fù)10次。

子代蜂發(fā)育表現(xiàn)：試驗方法與選擇試驗中寄生選擇試驗甜菜夜蛾部分方法相同,記錄寄主的存活以及寄生蜂幼蟲爬出寄主結(jié)繭化蛹情況等,每日觀察2次。羽化出的寄生蜂成蟲單獨置于試管內(nèi),不提供補充營養(yǎng),觀察其壽命。死亡的成蜂保存于75%的乙醇中隨后測量體型大小。成蜂體型大小用后足脛節(jié)長度表示,在數(shù)碼解剖鏡(麥克奧迪SM2-143)下測量(精確到0.001 mm)。試驗重復(fù)16次(斜紋夜蛾取食Bt棉葉)、17次(斜紋夜蛾取食常規(guī)棉葉)或10次(甜菜夜蛾)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

寄生率為結(jié)繭的子代蜂數(shù)與解剖被寄生的幼蟲數(shù)之和占全部供試幼蟲的百分率;結(jié)繭率為結(jié)繭數(shù)占被寄生的寄主幼蟲數(shù)的百分率;羽化率為羽化出蜂數(shù)占蛹數(shù)的百分率。寄生蜂子代的生長發(fā)育表現(xiàn)用發(fā)育歷期和體型大小表示,發(fā)育歷期為從雌蜂產(chǎn)卵到子代蜂羽化的時間,體型大小用后足脛節(jié)長度代表。用獨立樣本t測驗比較取食2種棉葉的寄主幼蟲體重差異,用非參數(shù)W ilcoxon秩和測驗來比較寄生蜂的寄生、結(jié)繭和羽化的實際發(fā)生數(shù)量,用獨立樣本t測驗比較子代蜂發(fā)育時間和體型大小(后足脛節(jié)長度);用非參數(shù)Kap lan-Meier方法估計寄主選擇時間變量的生存函數(shù),用log-rank測驗比較生存函數(shù)的差異顯著性。數(shù)據(jù)分析用R統(tǒng)計軟件(R-2.7.1)[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 取食Bt棉對寄主幼蟲體重的影響

取食常規(guī)棉葉的斜紋夜蛾寄主幼蟲平均體重為(0.023 66±0.018 34)g,與取食Bt棉葉的斜紋夜蛾幼蟲體重(0.021 65±0.013 71)g沒有顯著差異(獨立樣本t測驗,p=0.208);而取食常規(guī)棉葉的甜菜夜蛾幼蟲比取食Bt棉葉的重0.013 4 g,存在顯著差異(獨立樣本 t測驗,p=0.013)(圖 1)。

圖1 取食不同棉葉斜紋夜蛾3齡和甜菜夜蛾4齡幼蟲的體重

2.2 斑痣懸繭蜂的寄生選擇

在大罩籠中進行的寄生選擇試驗表明,斑痣懸繭蜂未表現(xiàn)出對以Bt棉葉為食的斜紋夜蛾幼蟲的顯著偏好(W ilcoxon秩和測驗,p=0.242),寄生率為(32.51±3.53)%,僅比對取食常規(guī)棉葉幼蟲的寄生率高4.61%(圖2)。

圖2 斑痣懸繭蜂對取食不同棉葉斜紋夜蛾幼蟲的寄生選擇

甜菜夜蛾獨立塑料盒的非選擇試驗,斑痣懸繭蜂在相同時間內(nèi)對相同寄主數(shù)的取食不同食料的甜菜夜蛾寄生選擇數(shù)量同樣沒有表現(xiàn)出差異(p=0.889),但是同樣表現(xiàn)出寄生取食Bt棉葉的甜菜夜蛾的數(shù)量比寄生取食常規(guī)棉葉的寄主幼蟲多了2.46%(圖3)。

圖3 斑痣懸繭蜂對取食不同棉葉甜菜夜蛾幼蟲的寄生率

2.3 子代斑痣懸繭蜂的發(fā)育表現(xiàn)

在取食Bt棉葉的斜紋夜蛾幼蟲體內(nèi)發(fā)育的斑痣懸繭蜂子代,在發(fā)育時間、繭重、羽化蜂體型大小(后足脛節(jié)長度)等發(fā)育適合度相關(guān)特征方面,與寄生取食常規(guī)棉葉的寄主子代蜂沒有顯著差異(表1),子代蜂的存活時間也未表現(xiàn)出差異(圖 4,logrank測驗,p=0.898)。

表1 在取食Bt棉和常規(guī)棉的斜紋夜蛾幼蟲體內(nèi)的子代蜂發(fā)育表現(xiàn)1)

圖4 在取食Bt棉和常規(guī)棉的斜紋夜蛾幼蟲體內(nèi)發(fā)育的子代蜂的Kaplan-Meier存活曲線

雖然取食兩種不同棉葉的甜菜夜蛾體重不盡相同,但是斑痣懸繭蜂在取食兩種不同棉葉寄主中發(fā)育出的子代蜂的后足脛節(jié)長度經(jīng)過獨立樣本t測驗比較發(fā)現(xiàn)差異不顯著(p=0.476),其他相關(guān)的子代蜂發(fā)育適合度參數(shù)也表現(xiàn)出不明顯的差異(表2)。

結(jié)繭率和羽化率也未在寄生斜紋夜蛾和甜菜夜蛾的子代蜂表現(xiàn)出顯著差異,例如,在以Bt棉葉為食的斜紋夜蛾體內(nèi)完成幼期發(fā)育的幼蟲,結(jié)繭率為(61.88±36.56)%,羽化率為(63.10±37.37)%;而在以常規(guī)棉為食的斜紋夜蛾體內(nèi)完成幼期發(fā)育的結(jié)繭率為(74.11±21.45)%,羽化率為(69.23±36.58)%(圖 5)。

表2 寄生取食不同棉葉甜菜夜蛾幼蟲的斑痣懸繭蜂子代生長發(fā)育表現(xiàn)1)

圖5 取食Bt棉和常規(guī)棉的斜紋夜蛾和甜菜夜蛾幼蟲體內(nèi)發(fā)育的子代蜂結(jié)繭和羽化表現(xiàn)

3 討論

寄生蜂在搜索寄主時常依賴于受害植物所發(fā)出的揮發(fā)性次生化合物[15-16],而害蟲對植物的取食程度對這種功能的發(fā)揮有著至關(guān)重要的作用[17]。本試驗中斑痣懸繭蜂在選擇寄主時,對以Bt棉葉和常規(guī)棉葉為食的斜紋夜蛾幼蟲的寄生未表現(xiàn)出顯著的偏好,由于試驗中未發(fā)現(xiàn)兩種棉葉被取食程度存在差異,寄主幼蟲體重也相近,因此推測可能是轉(zhuǎn)Bt棉釋放的揮發(fā)性物質(zhì)與常規(guī)棉沒有差異。閻鳳鳴[18]對轉(zhuǎn)Bt基因的棉花品種‘GK 12’與常規(guī)棉‘泗棉3號’的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)組成和含量的研究,沒有發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯差異。類似的結(jié)果也出現(xiàn)在其他研究中。例如,Orr等人的[19]研究表明,在Bt玉米田中套種小塊常規(guī)玉米(由于歐洲玉米螟幼蟲不能在轉(zhuǎn)Bt玉米上存活),并人工接種歐洲玉米螟[Ostrinia nubila lis(Hübner)]卵,對玉米螟幼蟲的總體寄生水平?jīng)]有顯著影響。在室內(nèi)大罩籠中混種轉(zhuǎn)Bt基因油菜和常規(guī)油菜,接種蚜蟲后釋放菜少脈蚜繭蜂(D iaeretiella rapae),寄生率在轉(zhuǎn)基因與常規(guī)油菜間無顯著差異[20]。

研究結(jié)果表明,斑痣懸繭蜂子代發(fā)育表現(xiàn)(歷期、體型大小和存活率等)并未受寄主幼蟲取食Bt棉葉的影響,也不受寄主幼蟲體重差異的影響。由于斑痣懸繭蜂是容性寄生蜂,如果寄主幼蟲被寄生后體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)足以支持其完成世代發(fā)育,則寄生蜂能夠正常生長。因此我們推測取食Bt棉的非靶標(biāo)寄主幼蟲體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)足夠支持寄生蜂生存所需要求,而可能存在的少量Bt毒素對斑痣懸繭蜂發(fā)育沒有不良影響。在對其他寄生蜂的測定中也得出了類似的結(jié)論,例如,從Bt棉田和常規(guī)棉田采回的棉蚜繭蜂之間在羽化率、歷期及體重等方面沒有顯著差異[2];寄生取食轉(zhuǎn)GNA基因馬鈴薯的番茄夜蛾(Lacanobia oleracea)幼蟲的毛角姬小蜂(Eulophus pennicornis)在后代體型大小、抱卵量和壽命等方面均表現(xiàn)正常[21],Bt棉花粉對寄生歐洲玉米螟的擬澳洲赤眼蜂(Trichogramma con fusuMViggiani)沒有影響[22]。

轉(zhuǎn)基因抗蟲作物對非靶標(biāo)生物的風(fēng)險評估是其安全性評價的重要內(nèi)容,其中對天敵昆蟲的潛在影響評價對于實施害蟲綜合治理具有重要意義[4]。本試驗研究在室內(nèi)進行,未發(fā)現(xiàn)取食Bt棉的非靶標(biāo)害蟲(斜紋夜蛾和甜菜夜蛾幼蟲)對其寄生蜂(斑痣懸繭蜂)的寄生選擇以及子代發(fā)育有不良影響。但轉(zhuǎn)基因抗蟲作物對非靶標(biāo)生物的潛在影響受到多種環(huán)境因素的影響,有必要進行大規(guī)模、長時期的野外試驗,才能最終獲得充分的依據(jù)進行科學(xué)評估[23]。

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