韓海亮,包 斐,陳 斌,徐紅星,王桂躍,呂仲賢,趙福成,*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 玉米與特色旱糧研究所,浙江 東陽 322100; 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)與微生物研究所,浙江 杭州 310021)

草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda(Lepidoptera： Noctuidae)是2018年入侵我國的毀滅性農(nóng)業(yè)害蟲,可取食玉米、水稻、小麥和高粱等300多種寄主植物[1],在我國主要為害玉米,已擴(kuò)散至華北、西北等玉米主產(chǎn)區(qū)[2]。化學(xué)防治是草地貪夜蛾應(yīng)急防控的主要措施,在抑制害蟲種群和保障糧食安全等方面發(fā)揮了重要作用。浙江省以鮮食玉米種植為主,是草地貪夜蛾北遷南回的過渡區(qū)。草地貪夜蛾在浙江田間的世代重疊現(xiàn)象十分嚴(yán)重,單季玉米需用藥3～4次[3]。長時(shí)間高頻次的化學(xué)防治勢必導(dǎo)致草地貪夜蛾對常用殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性[4],也會對鮮食玉米的品質(zhì)造成嚴(yán)重影響。

性信息素誘殺作為一種重要的理化措施在害蟲種群監(jiān)測和精準(zhǔn)防治中具有重要的應(yīng)用價(jià)值[5],其原理是,通過大量誘殺雄蛾來調(diào)節(jié)田間雌雄性比,減少雌雄交配或延遲正常交配[6],從而抑制雌蛾的繁殖能力。研究表明,在田間大面積使用性誘劑誘殺,草地貪夜蛾的卵塊量可降低38%～70%,相對蟲口減退率為42%～86%[7],但對幼蟲為害的長期防效僅40%[8]。草地貪夜蛾具有多次交配能力[9],單雌產(chǎn)卵量超過1 000粒[10],蟲口基數(shù)巨大,且幼蟲在田間存在強(qiáng)烈的轉(zhuǎn)株為害習(xí)性,單頭幼蟲可為害多株玉米[11]。受上述諸多因素的影響,目前在田間單一使用性誘尚無法有效控制草地貪夜蛾為害。

使用性信息素誘殺雄蛾的直接影響是降低田間雄蛾的種群數(shù)量,并由此影響性比。對草地螟(Loxostegesticticalis)[12]、亞洲玉米螟(Ostriniafurnacalis)[13]、二化螟(Chilosuppressalis)[14]和二點(diǎn)委夜蛾(Athetislepigone)[15]等的研究表明,性比會影響雌雄成蟲的交配率和多次交配比例,并最終影響雌蛾的繁殖能力。然而,目前關(guān)于草地貪夜蛾性誘的研究主要集中在誘芯成分[16]、載體[17]、誘芯和誘捕器配套[11,18-19]、監(jiān)測防治[10,20]等方面,對性誘作用機(jī)理的研究較少。田間試驗(yàn)的難點(diǎn)在于無法確定一定區(qū)域內(nèi)所有成蟲的數(shù)量和性比。為此,本研究采取室內(nèi)試驗(yàn)來驗(yàn)證不同性比對成蟲交配和繁殖的影響,確定最有利于草地貪夜蛾繁殖的性比,明確性比失衡對草地貪夜蛾繁殖能力的影響,以期為性誘劑的合理高效應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試蟲

試蟲系購自河南省濟(jì)源白云實(shí)業(yè)有限公司的標(biāo)準(zhǔn)化試蟲,蟲源采自云南德宏,由人工飼料飼養(yǎng)。將蛹在溫度為(28±1)℃、光暗周期為16 h/8 h、相對濕度為(80±10)%的光照培養(yǎng)箱中分管單頭羽化,羽化當(dāng)天的成蟲用于配對試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)雌雄性比處理,分別為4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4。上述7個(gè)處理每個(gè)重復(fù)的成蟲總數(shù)分別為5、4、3、2、3、4、5頭。取當(dāng)天羽化的成蟲進(jìn)行配對,記為0 d。將相應(yīng)數(shù)量的成蟲按比例配對后,放入700 mL透明打孔塑料杯中,內(nèi)部垂直放入15 cm×8 cm的硫酸紙供產(chǎn)卵。在塑料杯頂蓋中部打直徑1 cm的圓孔,放入浸有10%蜂蜜水的脫脂棉球補(bǔ)充營養(yǎng),每天更換棉球。培養(yǎng)箱的參數(shù)設(shè)置同1.1節(jié)。

1.2.1 不同性比對草地貪夜蛾交配次數(shù)的影響

按各處理設(shè)計(jì)將當(dāng)天羽化成蟲進(jìn)行配對后放入培養(yǎng)箱中,每天檢查成蟲存活情況,發(fā)現(xiàn)卵塊后將卵塊移除,并放入新的產(chǎn)卵紙,卵塊產(chǎn)在塑料杯上的更換塑料杯。于配對后的第6天將所有蛾處死。參照趙勝園等[21]和馮波等[22]的方法在70%乙醇溶液中解剖雌蛾腹部,計(jì)數(shù)受精囊中精包的數(shù)量。交配囊無精包的表明該雌蛾未交配,反之則表明該雌蛾已經(jīng)交配,精包的數(shù)量即為此雌蛾的交配次數(shù)。某處理所有的精包數(shù)量之和除以雄蛾數(shù)量即為該處理下雄蛾的平均交配次數(shù)。T1～T7處理的重復(fù)數(shù)依次為32、30、36、38、36、40、30。

1.2.2 不同性比對草地貪夜蛾雌蛾繁殖能力的影響

按各處理設(shè)計(jì)將當(dāng)天羽化成蟲進(jìn)行配對后放入培養(yǎng)箱中,每天檢查記錄成蟲死亡和產(chǎn)卵情況,直至所有成蟲死亡,統(tǒng)計(jì)每頭成蟲的壽命。產(chǎn)卵后,每天將新產(chǎn)卵塊取出,并放入新的產(chǎn)卵紙,如卵塊產(chǎn)在塑料杯上,更換塑料杯。取出的卵塊放入用橡膠塞封口的指形管中并進(jìn)行編號,記錄每個(gè)編號對應(yīng)的處理和產(chǎn)卵時(shí)間,然后將指形管放置在與成蟲同樣設(shè)置的培養(yǎng)箱中待卵塊自然孵化。卵塊孵化6 h后,將幼蟲和未孵化卵進(jìn)行冷凍,然后分散在分格的白紙上,分別計(jì)數(shù)孵化幼蟲數(shù)和未孵化卵粒數(shù)。產(chǎn)卵數(shù)=孵化幼蟲數(shù)+未孵化卵粒數(shù),孵化率=孵化幼蟲數(shù)/產(chǎn)卵數(shù)。單雌產(chǎn)卵量為1個(gè)重復(fù)中所有產(chǎn)卵數(shù)與雌蛾數(shù)量之比。產(chǎn)卵前期為配對至出現(xiàn)第1塊卵塊的天數(shù),產(chǎn)卵歷期為產(chǎn)下第1塊卵塊至最后一塊卵的天數(shù),平均產(chǎn)卵前期和平均產(chǎn)卵歷期為所有重復(fù)的平均值。T1～T7處理的重復(fù)數(shù)依次為32、52、42、46、42、40、30。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019軟件整理數(shù)據(jù)。采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA),對有顯著(P<0.05)差異的,采用Tukey’s HSD法進(jìn)行多重比較。對于孵化率、交配率等百分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù),先進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 性比對草地貪夜蛾成蟲交配能力的影響

草地貪夜蛾雌蛾的生殖系統(tǒng)如圖1所示。根據(jù)解剖的雌蛾交配囊和內(nèi)含的精包數(shù)確定交配狀態(tài)和交配次數(shù)。結(jié)果表明：當(dāng)雌雄性比為4∶1時(shí),草地貪夜蛾雌蛾的交配率最低,僅為32.81%(圖2);當(dāng)雌雄性比為3∶1和2∶1時(shí),雌蛾的交配率顯著上升至45.24%和52.94%;當(dāng)雌雄性比不低于1∶1時(shí),雌蛾的交配率上升至100%,顯著(F=103.15,P<0.001)高于雌蛾數(shù)量較多的其他組別。上述結(jié)果說明,性比對雌蛾交配率有顯著影響,增大雌雄性比可以顯著降低雌蛾的交配率。

A,交配囊;B,卵巢管;C,未交配的交配囊;D,已交配的交配囊;E,精包。A, Bursa copulatrix; B, Ovariole; C, Unmated bursa copulatrix; D, Mated bursa copulatrix; E, Spermatophore.圖1 草地貪夜蛾雌蛾的卵巢、交配囊和精包形態(tài)Fig.1 Morphology of ovary, bursa copulatrix and spermatophore of Spodoptera frugiperda female moth

柱上無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。Bars marked without the same letters indicate significant difference at P<0.05.圖2 性比(雌∶雄)對草地貪夜蛾雌蛾交配率的影響Fig.2 Effect of sex ratio (female∶male) on mating rate of Spodoptera frugiperda female moth

在羽化后的6 d內(nèi),單頭雌蛾最多交配4次,單頭雄蛾最多交配3次,多數(shù)已交配雌蛾的交配次數(shù)為1～2次。性比對雌蛾和雄蛾的交配次數(shù)有顯著影響：單頭雌蛾的平均交配次數(shù)隨著雄蛾數(shù)量的增加(即雌雄性比的降低)而顯著(F=35.15,P<0.001)增加,從4∶1時(shí)的0.39次增加到1∶1時(shí)的1.32次繼而到1∶4時(shí)的2.31次(圖3)。隨著雌雄性比降低,單頭雄蛾的平均交配次數(shù)顯著(F=9.42,P<0.001)下降,從4∶1時(shí)的1.56次下降到1∶4時(shí)的0.50次。雌雄性比>1的3個(gè)處理均有超過50%的雌蛾未交配(圖4),交配雌蛾的交配次數(shù)為1～2次,但交配2次的個(gè)體比例僅為4.44%～8.33%;雌雄性比為1的處理中,雌蛾的交配次數(shù)為1～3次,交配2次和3次的比例均為10.53%;雌雄性比<1的3個(gè)處理中,雌蛾的交配次數(shù)為1～4次,交配2次的比例最高,交配3次和4次的比例隨著雌雄性比的增加而增加。

柱上無相同字母的表示相同性別下不同處理間差異顯著(P<0.05)。圖6同。Bars marked without the same letters indicate significant different within treatments for the same sex at P<0.05. The same as in Fig. 6.圖3 性比(雌∶雄)對草地貪夜蛾雌蛾、雄蛾交配次數(shù)的影響Fig.3 Effect of sex ratio (female∶male) on mating times of female and male moth of Spodoptera frugiperda

圖4 不同性比(雌∶雄)下草地貪夜蛾雌蛾交配次數(shù)的分布比例Fig.4 Distribution of mating times of Spodoptera frugiperda female moth under different sex ratio (female∶male)

2.2 性比對草地貪夜蛾雌蛾產(chǎn)卵前期和產(chǎn)卵歷期的影響

不同性比對草地貪夜蛾產(chǎn)卵前期的影響顯著(F=2.12,P=0.047)(圖5),平均產(chǎn)卵前期為2.07～3.60 d。雌雄性比為1∶4的處理的產(chǎn)卵前期顯著低于雌雄性比為2∶1和3∶1的處理。性比對產(chǎn)卵歷期亦有顯著(F=5.88,P<0.01)影響,雌雄性比越大,產(chǎn)卵歷期越長。當(dāng)雌雄性比為4∶1時(shí),產(chǎn)卵歷期為7.94 d;當(dāng)雌雄性比為1∶1時(shí),產(chǎn)卵歷期為6.76 d;當(dāng)雌雄性比為1∶4時(shí),產(chǎn)卵歷期僅為4.73 d。綜上,雄蛾比例增大,會加速雌蛾的產(chǎn)卵。

柱上無相同字母的表示同一指標(biāo)下各處理間差異顯著(P<0.05)。Bars marked without the same letters indicate significant difference at P<0.05 within treatments under the same index.圖5 性比(雌∶雄)對草地貪夜蛾雌蛾產(chǎn)卵前期和產(chǎn)卵歷期的影響Fig.5 Effect of sex ratio (female∶male) on pre-oviposition period and oviposition duration of Spodoptera frugiperda female moth

2.3 性比對成蟲平均壽命的影響

在所有處理中,雌蛾壽命最長的可達(dá)17 d,最短的僅3 d;雄蛾壽命最長的有18 d,最短的僅2 d。性比對雌蛾(F=2.35,P=0.035)和雄蛾(F=3.64,P=0.002)的平均壽命均具有顯著影響(圖6),雌蛾和雄蛾的平均壽命均在雌雄性比為1∶1時(shí)最長,隨著雌雄性比的增大或減小,雌蛾和雄蛾的平均壽命均有縮短趨勢,且雄蛾壽命在雌雄性比為1∶1時(shí)顯著長于其他處理。以上結(jié)果說明,雌雄性比過低和過高均會對雌蛾、雄蛾的壽命產(chǎn)生不利影響。

圖6 性比(雌∶雄)對草地貪夜蛾成蟲壽命的影響Fig.6 Effect of sex ratio (female∶male) on longevity of adult Spodoptera frugiperda

2.4 性比對草地貪夜蛾繁殖能力的影響

性比對單雌產(chǎn)卵量具有顯著(F=10.32,P<0.000 1)影響(表1)。當(dāng)雌雄性比>1時(shí),單雌的平均產(chǎn)卵量較低,并以雌雄性比為4∶1時(shí)最低,僅為395.70粒。當(dāng)雌雄性比不高于1后,單雌的平均產(chǎn)卵量均較高,且相互之間無顯著差異。

表1 性比(雌∶雄)對草地貪夜蛾繁殖力的影響

性比對卵孵化率也具有顯著(F=4.52,P<0.001)影響。當(dāng)雌雄性比大于1時(shí),隨著雌雄性比降低,卵孵化率呈上升趨勢。當(dāng)雌雄性比為4∶1時(shí),卵孵化率最低,僅為38.15%。當(dāng)雌雄性比不高于1后,卵孵化率基本保持穩(wěn)定。整體來看,當(dāng)雌雄性比為1時(shí),草地貪夜蛾的雌蛾具有最佳的繁殖能力。在其基礎(chǔ)上減少雄蛾數(shù)量,雌蛾的產(chǎn)卵量和卵孵化率均顯著下降;在其基礎(chǔ)上增加雄蛾數(shù)量,對雌蛾產(chǎn)卵量和卵孵化率并無顯著提升作用。

不同性比下草地貪夜蛾雌蛾的產(chǎn)卵量和幼蟲孵化量均集中在羽化后7 d以內(nèi)(圖7),之后產(chǎn)卵量和孵化量均明顯下降,但不同性比處理下的產(chǎn)量節(jié)律有較大差異。當(dāng)雌雄性比為1∶4時(shí),雌蛾產(chǎn)卵量和幼蟲孵化量最高的為羽化后的第2天和第3天,合計(jì)占總產(chǎn)卵量與孵化量的58.42%和59.79%,第4天后即快速下降,第5天及以后的僅占總產(chǎn)卵量和孵化量的18.76%和17.57%。隨著雄蛾比例的減少(即雌雄性比增大),雌蛾的產(chǎn)卵期相對拉長,但峰值相對降低,說明減少雄蛾數(shù)量可以降低后代的暴發(fā)程度,但會延長雌蛾的產(chǎn)卵時(shí)間,加劇田間的世代重疊。

圖7 不同性比(雌：雄)下草地貪夜蛾雌蛾配對后天數(shù)對產(chǎn)卵量(A)和孵化量(B)的影響Fig.7 Effects of days after pairing on oviposition quantity (A) and hatching rate (B) of Spodoptera frugiperda female moth under different sex ratios (female∶male)

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)草地貪夜蛾的雌雄性比為1∶1時(shí),雌、雄蛾均具有最長壽命。在此基礎(chǔ)上,降低雌雄性比會顯著增加雌蛾的交配比例、交配次數(shù)和多次交配的比例。當(dāng)雌雄性比為 1∶1時(shí),單雌的平均產(chǎn)卵量和孵化率分別是雌雄性比為4∶1時(shí)的2.40和1.93倍,在此基礎(chǔ)上增加雄蟲比例對雌蛾的繁殖能力并無顯著提高,說明雄蛾在草地貪夜蛾繁殖中起著關(guān)鍵作用。當(dāng)雌雄性比不低于1時(shí),對草地貪夜蛾的繁殖有利,在此基礎(chǔ)上減少雄蛾數(shù)量可有效降低雌蛾的產(chǎn)卵數(shù)和孵化幼蟲數(shù)。本試驗(yàn)結(jié)果與其他害蟲上的相關(guān)研究結(jié)果基本一致,但也存在不同。例如：草地螟雄蛾的最大繁殖力約為雌蛾的2倍,當(dāng)雄雌性比為1～2時(shí),最有利于草地螟大發(fā)生種群的形成[12];雌雄性比為1∶5和1∶3時(shí),二點(diǎn)委夜蛾的單雌產(chǎn)卵量顯著高于雌雄性比為1∶1時(shí),在此基礎(chǔ)上若繼續(xù)增加雌蛾數(shù)量,單雌產(chǎn)卵量顯著下降,說明二點(diǎn)委夜蛾雄蛾的最大繁殖力是雌蛾的3倍以上[15];亞洲玉米螟群集交配產(chǎn)卵時(shí),單雌產(chǎn)卵量隨雄蛾比例的增大(在0.7～2.0區(qū)間)而顯著增加[23]。

草地貪夜蛾是一種具有極強(qiáng)遷飛能力的昆蟲。一般認(rèn)為,較長的產(chǎn)卵前期對成蟲的遷飛是有利的。這是因?yàn)?遷飛一般發(fā)生在交配產(chǎn)卵之前,較長的產(chǎn)卵前期可以使成蟲有更多的機(jī)會補(bǔ)充營養(yǎng)或?qū)ふ腋m宜的生境,以增強(qiáng)成蟲的產(chǎn)卵能力或后代的存活數(shù)量[9-10]。本研究中,雌蛾的產(chǎn)卵前期均短于謝殿杰等[24]和魯智慧等[25]的結(jié)果,可能與馮波等[22]提到的室內(nèi)種群飼養(yǎng)代數(shù)有關(guān)。與自然種群相比,連續(xù)多代室內(nèi)人為選擇的實(shí)驗(yàn)室種群,其食物和生長環(huán)境均發(fā)生了很大的變化,更適于實(shí)驗(yàn)室人工飼養(yǎng)條件,其絕大部分成蟲在羽化時(shí)卵巢就已發(fā)育成熟,從而縮短了產(chǎn)卵前期。在棉鈴蟲(Helicoverpaarmigera)[26]和草地螟[12]的研究中發(fā)現(xiàn),增加雌蛾比例,成蟲的產(chǎn)卵前期延長,這與本研究中性比對草地貪夜蛾產(chǎn)卵前期影響的結(jié)果一致,符合雌蛾比例升高導(dǎo)致產(chǎn)卵前期延長利于種群遷飛的理論。草地螟的產(chǎn)卵歷期在雌雄性比為1∶1時(shí)最長,在1∶3和3∶1時(shí)均較短,棉鈴蟲在雌雄性比大于1時(shí)產(chǎn)卵歷期有縮短趨勢。在本研究中,減少雄蛾比例可以拉長雌蛾的產(chǎn)卵歷期。這可能是因?yàn)?雌蛾比例的增加會使不同個(gè)體間的產(chǎn)卵節(jié)律出現(xiàn)分化,較多數(shù)量的雌蛾一起疊加導(dǎo)致整體產(chǎn)卵歷期延長。

作者團(tuán)隊(duì)于2020年開展的一項(xiàng)基于自動蟲情測報(bào)燈和高空測報(bào)燈的周年監(jiān)測表明,燈下誘集草地貪夜蛾的雌雄性比為0.45∶1～0.43∶1(另文發(fā)表)。目前,關(guān)于草地貪夜蛾成蟲趨光性的性別偏好尚未有報(bào)道。但據(jù)報(bào)道,甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)的成蟲趨光性存在顯著的雄性偏好,且該偏好并不是由田間自然性比引起的[27]。草地貪夜蛾與甜菜夜蛾同屬夜蛾科灰翅夜蛾屬,其趨光性可能與甜菜夜蛾類似,存在雄性偏好。假設(shè)其田間自然性比接近1∶1,若通過性誘劑誘殺來減少75%的子代幼蟲數(shù),按照本研究的結(jié)論,需要將田間的雌雄性比調(diào)整至4∶1,即75%的雄蛾需要在羽化后的1～2 d內(nèi)在未交配狀態(tài)下被誘殺。而在實(shí)際田間性誘誘殺的雄蛾中,67.84%～70.96%處于已交配狀態(tài)[28]。由此看來,試圖通過單一使用性誘劑誘殺雄蛾來達(dá)到完全控制草地貪夜蛾為害的目的是難以實(shí)現(xiàn)的。通過對雌蛾產(chǎn)卵節(jié)律的分析可以看出,可以孵化的有效卵集中在羽化后2～4 d產(chǎn)出,若使用性信息素干擾雌雄求偶,延緩或抑制成蟲的交配,使雌蛾錯過最佳交配期,可以有效降低子代幼蟲數(shù)量。已有研究表明,延遲草地貪夜蛾的成蟲交配可以降低交配成功率、產(chǎn)卵數(shù)量、卵孵化率和雌蛾產(chǎn)卵歷期[29]。

一般認(rèn)為,對于存在多次交配習(xí)性的害蟲,由于1頭雄蛾可以與多頭雌蛾進(jìn)行交配,因此通過性誘劑誘殺部分雄蛾的防治效果有限,可通過增加空間性信息素的濃度提高迷向作用,如加大性誘捕器設(shè)置密度或提高其劑量的方法,以達(dá)到誘捕和迷向雄蟲的雙重效果。研究表明,使用性信息素迷向可降低大多數(shù)鱗翅目害蟲雌蛾的產(chǎn)卵量和卵孵化率[6,29]。例如：在早稻田二化螟[30]的迷向研究中,卵塊量和枯鞘叢率均下降70%以上;用性誘劑迷向大面積防治梨小食心蟲(Grapholitamolesta)[31]和甜菜夜蛾[32]時(shí),迷向率可達(dá)100%。迷向的主要機(jī)理是延遲交配和降低交配率,從而顯著影響害蟲的繁殖[33-34]。但由于迷向需要的性誘劑劑量要遠(yuǎn)大于誘殺所需要的劑量,迫于成本壓力,迷向型性誘劑在生產(chǎn)中的應(yīng)用相對較少。本文研究結(jié)果提示,對于草地貪夜蛾,在采用性誘劑進(jìn)行有效監(jiān)測的同時(shí),應(yīng)加快性誘劑迷向在防治中的開發(fā)和應(yīng)用。