探索促進(jìn)寄生蜂生殖力的蜜源植物共性特征

朱平陽，高慧穎，張發(fā)成，陳桂華，徐紅星，GURR Geoff ，呂仲賢*

（1. 浙江師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，金華 321004；2. 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)與微生物研究所，杭州 310021；3. 浙江省金華市植物保護(hù)站，金華 321017；4. School of Agricultural and Wine Sciences，Charles Sturt University，Orange 2800，NSW，Australia）

農(nóng)業(yè)的集約化生產(chǎn)依賴于使用大量化學(xué)農(nóng)藥來降低因病蟲害引起的產(chǎn)量損失，而大量使用化學(xué)農(nóng)藥嚴(yán)重?fù)p害農(nóng)田的生物多樣性，并對環(huán)境造成一系列負(fù)面影響[1,2]。相比于增加農(nóng)藥、化肥等化學(xué)投入品，強化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，提高農(nóng)作物生產(chǎn)力，是滿足人們不斷增長的物質(zhì)需求的一種可持續(xù)的方式[3,4]。昆蟲是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要提供者，如授粉、營養(yǎng)循環(huán)和害蟲的生物防治[5]。生境管理是生物防治的一種具體形式，包括為天敵提供庇護(hù)、食物（花粉，花蜜）及其他資源的蜜源植物[6,7]。大多數(shù)種類寄生蜂在成蟲期有補充營養(yǎng)的習(xí)性，而自然環(huán)境中的蜜源植物是寄生蜂的營養(yǎng)源，合適的蜜源植物能夠促進(jìn)寄生蜂的關(guān)鍵生物學(xué)參數(shù)，如壽命和生殖力[7-9]。因此，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中引入適宜的蜜源植物可以提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中的害蟲防控功能[7,10,11]。大量研究表明，當(dāng)有合適的蜜源植物存在時，能夠顯著延長害蟲天敵的壽命，促進(jìn)害蟲天敵的控害能力。然而，絕大部分此類研究只針對給定的候選植物的驗證[12,13]。這種只針對“特定的天敵物種”或“特定的蜜源植物物種”在實際應(yīng)用上可能缺乏足夠的信息，而無法形成一種普遍般規(guī)律來應(yīng)用。蜜源植物或寄生蜂的特征，如寄生蜂頭部的寬度和植物花冠的直徑，很可能決定寄生蜂能否順利取食到蜜源植物蜜腺上的花蜜。先前的研究表明，具有復(fù)合傘形花序或總狀花序和淺花冠的蜜源植株對繁殖力強的寄生蜂壽命的促進(jìn)效果最佳[14]。這為有針對性地選擇適合寄生蜂的蜜源植物，以加強生物防治效果提供了第一個可推廣的蜜源植物篩選方式。然而，不足之處在于以往的文獻(xiàn)資料偏好發(fā)表正結(jié)果，導(dǎo)致此分析存在一定發(fā)表偏倚。本文通過室內(nèi)試驗研究了蜜源植物對寄生蜂寄生能力的影響，提供了一個無偏倚的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，試圖驗證：1）蜜源植物是否對高生殖潛力寄生蜂促進(jìn)效果更顯著？2）具有復(fù)傘形花序或總狀花序的蜜源植物是否對寄生蜂寄生能力都存在促進(jìn)作用？3）蜜源植物對來自不同寄主的同種寄生蜂的促進(jìn)作用是否不一致？4）蜜源植物對不同寄主或地理種群的同種寄生蜂的影響是否也不同？

1 材料與方法

1.1 供試蜜源植物與昆蟲

供試的25種蜜源植物主要采自金華稻田生態(tài)系統(tǒng)（29.0165° N，119.626° E），除紫芳草Exacum affine、長壽花Kalanchoe blossfeldiana、馬纓丹Lantana camara、滿天星Gypsophila paniculata、香彩雀Angelonia salicariifolia，穗狀婆婆納Veronica spicata和千日紅Gomphrena globosa采購自花卉市場（表1）。試驗當(dāng)天上午10點前，收集當(dāng)日盛開的蜜源植物用于試驗。

表1 用于試驗的蜜源植物Table 1 Flower plant species used

稻虱纓小蜂Anagrus nilaparvatae用帶褐飛虱卵的稻苗誘集于浙江省金華市稻田系統(tǒng)（29.0165° N，119.626° E），將帶有稻虱纓小蜂的水稻植株移入飼養(yǎng)籠內(nèi)，用含有褐飛虱卵的TN1稻苗飼養(yǎng)，每3 d更換1次帶褐飛虱卵的TN1稻苗。初羽化稻虱纓小蜂成蟲用于試驗。

試驗用赤眼蜂來自浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，用滅活的米蛾Corcyra cephalonicaStainton卵（浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供）飼養(yǎng)于人工氣候培養(yǎng)箱（26 ℃±1 ℃，RH 50%±10%，光周期12D:12L）中。

所有試驗都在人工氣候培養(yǎng)箱（26 ℃±1 ℃，RH 50%±10%，光周期12D:12L）中進(jìn)行。

1.2 寄生蜂形態(tài)特征測量

對寄生蜂的頭寬、胸寬（背向）、體長、后足脛節(jié)長和翅長進(jìn)行測量，每種寄生蜂測量 15頭。所有測量工作均在超景深數(shù)字顯微鏡（VHX-500FE，KEYENCE）下完成。

1.3 蜜源植物對赤眼蜂與稻虱纓小蜂寄生能力的影響

將一株新采集的帶有盛開鮮花的花束插于裝有50 mL蒸餾水的錐形瓶（50 mL）后，逐一放入一透明PVC籠（20 cm高，直徑9 cm）中，PVC籠頂端中心開口（直徑6 cm）并覆蓋有細(xì)網(wǎng)紗用于通風(fēng)?；\內(nèi)有一帶有純凈水的脫脂棉球，以及一張已滅活的米蛾C. cephalonica卵卡（約500粒/卡）。將初羽化（＜6 h）赤眼蜂（螟黃赤眼蜂T. chilonis、松毛蟲赤眼蜂T. dendrolimi、稻螟赤眼蜂T. japonicum、玉米螟赤眼蜂T. ostriniae和短管赤眼蜂T. pretiosum）分別引入PVC籠，每籠引入5頭雌蜂1頭雄蜂。3 d后，將米蛾卵取出分別放在培養(yǎng)皿（直徑3.5 cm）內(nèi)并蓋上蓋子，置于人工氣候培養(yǎng)箱（26 ℃±1 ℃，RH 50%±10%，光周期12D:12L）中，3 d后記錄被寄生的米蛾卵量。對于稻虱纓小蜂蜜源植物處理同赤眼蜂處理，將帶有褐飛虱卵（5頭懷卵雌成蟲產(chǎn)量24 h）的60 d齡稻苗單根放入PVC籠中，每個PVC籠引入初羽化

（＜6 h）的稻虱纓小蜂5頭雌蜂1頭雄蜂。3 d后，將水稻植株取出，放在上述人工氣候培養(yǎng)箱中，3 d后記錄被寄生的褐飛虱卵量。每批次試驗均設(shè)置清水對照處理。試驗處理在人工氣候培養(yǎng)箱條件下完全隨機排列，每個處理重復(fù) 15次。試驗根據(jù)農(nóng)田系統(tǒng)中蜜源植物的花期分批進(jìn)行蜜源植物對寄生蜂的寄生能力測定（表2）。

表2 進(jìn)行寄生蜂繁殖力試驗的蜜源植物與寄生蜂組合（T：試驗）Table 2 Flower plant species used in the parasitoid fecundity test (T: test)

1.4 蜜源植物對來自不同寄主的螟黃赤眼蜂寄生能力的影響

在米蛾卵或亞洲玉米螟Ostrinia furnacalis卵上飼養(yǎng)兩代以上的螟黃赤眼蜂用于本試驗。實驗室室溫條件下飼養(yǎng)亞洲玉米螟并收集卵塊，新鮮（＜24 h）的亞洲玉米螟卵用于螟黃赤眼蜂的繼代飼養(yǎng)及試驗。本試驗選取8種蜜源植物，藿香薊Ageratum conyzoides、波斯菊Cosmos bipinnata、硫華菊Cosmos sulphureus、蕎麥Fagopyrum esculentum、絲瓜Luffa cylindrica、棱角絲瓜Luffa acutangular、檸檬羅勒Ocimum basilicumvar.citriodorum和百日草Zinnia elegans。試驗方法與上述赤眼蜂的相同。

1.5 蜜源植物對赤眼蜂在不同寄主上的寄生能力的影響

在米蛾卵上飼養(yǎng)兩代以上的螟黃赤眼蜂與玉米螟赤眼蜂用于本試驗。蜜源植物同1.4中的8種，試驗方法與上述赤眼蜂的相同，除當(dāng)以玉米螟卵作為寄主時，用滅活的玉米螟卵卡（約50粒/卡）。

1.6 蜜源植物對不同地理種群的同種赤眼蜂寄生能力的影響

浙江、遼寧和泰國三個種群的螟黃赤眼蜂，在米蛾卵上飼養(yǎng)兩代以上后用于本試驗。蜜源植物選用黃秋葵A. esculentus、藿香薊A. conyzoides、韭菜A. tuberosum、凌霄C. grandiflora、辣椒Capsicum annuum、蛇床Cnidium monnieri、棱角絲瓜L. acutangular、絲瓜L. cylindrica、檸檬羅勒O. basilicumvar.citriodorum、百香果P. edulia、芝麻Sesamum indicum和茄子S. melongenavar.serpentinum。試驗方法與上述1.3赤眼蜂的試驗相同。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

借鑒 Meta分析的方法，對每組蜜源植物花處理/對照處理組合進(jìn)行效應(yīng)值計算，用標(biāo)準(zhǔn)化的均數(shù)差Hedges’d表示，即d＝[(?F—?C)/S]J，其中?F為有蜜源植物花存在時寄生蜂的平均寄生量，?C為對照處理中寄生蜂的平均寄生量，S為合并后的標(biāo)準(zhǔn)差，J是小樣本量的校正因子[15]。Hedges’d值與方差估計用R中metafor包的scalc函數(shù)計算，并用Hedges’d值的95%置信區(qū)間（CI）檢驗結(jié)果[16]。Hedges’d值越接近于0或其置信區(qū)間（CI）包涵0，表明該蜜源植物對寄生蜂的寄生能力影響不顯著或無影響。采用Q檢驗和I2統(tǒng)計量評估異質(zhì)性。當(dāng)I2值大于50%，異質(zhì)性P＜0.001時，表明數(shù)據(jù)具有高度異質(zhì)性，結(jié)果可靠性低，需進(jìn)一步分組分析挖掘影響因素[14]。隨機效應(yīng)模型分析用metafor包中的rma函數(shù)[16]。對寄生蜂特征的形態(tài)學(xué)測量數(shù)據(jù)采用獨立樣本t檢驗。所有數(shù)據(jù)分析都在R[17]中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 寄生蜂形態(tài)特征

寄主特征對寄生蜂形態(tài)特征存在一定影響。寄生于米蛾卵的螟黃赤眼蜂的頭寬顯著高于寄生于玉米螟卵的螟黃赤眼蜂（t-test：t＝3.713，P＜0.001）。寄生于玉米螟卵的玉米螟赤眼蜂的頭寬與體長顯著高于寄生于米蛾卵的玉米螟（T-test：頭寬，t＝3.973，P＜0.001；體長，t＝3.117，P＝0.005）（表3）。

表3 寄生蜂形態(tài)特征測定（平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤）（mm）Table 3 Morphological measurements of parasitoid wasps (±SE) (mm)

2.2 蜜源植物對寄生蜂寄生能力的整體影響

總體來說，蜜源植物處理對寄生蜂雌成蟲的寄生能力有一定促進(jìn)作用，花處理對雌性繁殖力有較強的正效應(yīng)（Hedges’d：1.015；95% CI：0.893～1.138，P＜0.001）（圖1）。從效應(yīng)值熱圖顯示，復(fù)傘形花序和聚傘形花序的蜜源植物對寄生蜂寄生能力的促進(jìn)作用優(yōu)于其他類型花序的蜜源植物（圖2）。對所有蜜源植物對寄生蜂寄生能力影響的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行Meta分析，結(jié)果顯示存在較顯著的異質(zhì)性（QT＝376.548，tau2＝0.744，I2＝80.45%，P＜0.001）。通過引入花序類型、寄生蜂生態(tài)特征等解釋變量，進(jìn)行分組分析；結(jié)果表明，花序類型是影響蜜源植物促進(jìn)寄生蜂寄生能力的重要特征，體長、頭寬等寄生蜂特征對蜜源植物促進(jìn)寄生蜂寄生能力并無顯著影響（表4）。在花序類型中，復(fù)傘形花序、聚傘花序和傘房花序的蜜源植物對寄生蜂的寄生能力促進(jìn)作用最顯著；花單生和頭狀花序的蜜源植物對寄生蜂的寄生能力促進(jìn)作用不夠顯著（圖3）。

圖1 寄生蜂寄生能力效應(yīng)大?。℉edges’ d）和95%置信區(qū)間（CIs）Fig. 1 Effect size (Hedges’ d) estimates and 95% CIs showing the effects of all cases

圖2 寄生蜂寄生能力的效應(yīng)值（Hedges’d）與蜜源植物花序關(guān)系的熱圖Fig. 2 A heatmap of the effect size of female parasitoid wasps’ fecundity and their relation to plant inflorescence and the potential fecundity of each tested parasitoid

表4 蜜源植物或寄生蜂特征對寄生蜂寄生能力的統(tǒng)計分析表Table 4 Summary of parasitoid wasps’ fecundity effect sizes heterogeneity (QM) and sample size (number of effect size) of each moderator

圖3 蜜源植物花序類型對取食蜜源植物的寄生蜂寄生能力影響的效應(yīng)值（Hedges’d）估計和95%置信區(qū)間（CIs）Fig. 3 Effect size (d) estimates and 95% CIs showing the effects of plant inflorescence on the fecundity of parasitoid wasp feeding on nectar plants

2.3 蜜源植物對來自不同寄主的螟黃赤眼蜂寄生能力的影響

結(jié)果顯示，蜜源植物對雌蜂寄生能力有較強的促進(jìn)作用（Hedges’d：1.259；95% CI：0.960～1.557，P＜0.001）。而蜜源植物對來自米蛾卵與亞洲玉米螟卵兩種不同寄主的螟黃赤眼蜂的促進(jìn)作用無顯著差異（QM＝0.466，P＝0.495）（圖4）。

圖4 蜜源植物對來自不同寄主的螟黃赤眼蜂寄生能力影響的效應(yīng)值（Hedges’d）估計和95%置信區(qū)間（CIs）Fig. 4 Effect size (d) estimates and 95% CIs showing the effects of the different host, which parasitoids from, on the fecundity of parasitoid wasp when feeding on nectar plants

2.4 蜜源植物對赤眼蜂在不同寄主上寄生能力的影響

盡管百日草的花對赤眼蜂的寄生能力沒有顯著促進(jìn)作用，但綜合本試驗全部試驗組合分析結(jié)果表明，蜜源植物對寄生蜂寄生能力有顯著促進(jìn)效應(yīng)（Hedges’d：1.400；95% CI：1.195～1.605，P＜0.001；QM＝29.831，tau2＝0.071，I2＝29.57%）。蜜源植物對螟黃赤眼蜂與亞洲玉米螟赤眼蜂在米蛾卵和亞洲玉米螟卵上寄生能力的促進(jìn)作用無顯著差異（QM＝0.003，tau2＝0.071，I2＝29.54%，P＝0.957）。這幾種蜜源植物對螟黃赤眼蜂與亞洲玉米螟赤眼蜂寄生能力的促進(jìn)作用也無顯著差異（QM＝0.414，tau2＝0.065，I2＝27.72%，P＝0.520）（圖5）。

圖5 蜜源植物對赤眼蜂在不同寄主上的寄生能力影響的效應(yīng)值（Hedges’d）估計和95%置信區(qū)間（CIs）Fig. 5 Effect size (d) estimates and 95% CIs showing the effects of different host, which parasitoids target to, on the fecundity of parasitoid wasp when feeding on nectar plants

2.5 蜜源植物對不同地理種群的同種赤眼蜂寄生能力的影響

盡管有些蜜源植物（特別是花單生的植物）的花對四個地理種群的螟黃赤眼蜂的寄生能力沒有顯著促進(jìn)作用，但綜合本試驗全部試驗組合分析結(jié)果表明，蜜源植物對浙江、遼寧和泰國3個種群的螟黃赤眼蜂的寄生能力有顯著促進(jìn)效應(yīng)（Hedges’d：1.525；95% CI：1.228～1.822，P＜0.001；QM＝101.142，tau2＝0.631，I2＝78.27%）。蜜源植物對這 3個地理種群的螟黃赤眼蜂寄生能力的促進(jìn)作用無顯著差異（QM＝1.225，tau2＝0.615，I2＝77.49%，P＝0.542）（圖6）。

圖6 蜜源植物對不同地理種群螟黃赤眼蜂的寄生能力影響的效應(yīng)值（Hedges’d）估計和95%置信區(qū)間（CIs）Fig. 6 Effect size (d) estimates and 95% CIs showing the effects of the different geographical region of parasitoid wasp on the fecundity of parasitoid wasp when feeding on nectar plants

3 討論

農(nóng)田系統(tǒng)中，合適的蜜源植物能夠提高害蟲天敵的適應(yīng)性[18,19]。目前，在農(nóng)田系統(tǒng)中布局合適的蜜源植物能夠促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的保護(hù)生物防控功能，是一種比較常用的生境管理技術(shù)[6,20-23]。不同于以往以分類為重點的研究，本研究利用效應(yīng)值大小與寄生蜂和植物生態(tài)特征的關(guān)系來分析蜜源植物對寄生蜂的效應(yīng)。結(jié)果表明，并不是任一蜜源植物對所有的寄生蜂都有利。有些蜜源植物可能無法吸引寄生蜂，即使一些蜜源植物能夠吸引寄生蜂的到訪，但因蜜源植物花的結(jié)構(gòu)復(fù)雜或蜜腺隱藏較深，寄生蜂無法觸及，或者蜜源植物的花蜜并不適合寄生蜂，致使寄生蜂采集不到有效花蜜，影響寄生蜂天敵控害功能的發(fā)揮[24,25]。所以，如何篩選理想的蜜源植物來促進(jìn)害蟲天敵的控害能力，已成為保護(hù)生物防治中迫切需要解決的現(xiàn)實問題[6-8]。

本研究的綜合分析結(jié)果表明，蜜源植物對寄生蜂寄生能力有較強的正效應(yīng)，但存在明顯的異質(zhì)性，導(dǎo)致分析結(jié)果可靠性不高。利用蜜源植物和寄生蜂的關(guān)鍵特征來解釋這種異質(zhì)性，最終發(fā)現(xiàn)唯一與寄生蜂寄生能力顯著正相關(guān)的特征是蜜源植物的花序類型，復(fù)傘形花序的蜜源植物對寄生蜂寄生能力的促進(jìn)作用最顯著。而花單生、頭狀花序和穗狀花序的蜜源植物對寄生蜂寄生能力的促進(jìn)作用不顯著。這與 Zhu等[14]的研究結(jié)果基本一致。然而與Zhu等[14]的分析結(jié)果相比，本試驗研究結(jié)果表明，寄生蜂的生殖潛力的高低對其取食蜜源植物后的寄生能力影響不顯著。寄生蜂的頭寬、體長等形態(tài)學(xué)特征也不會影響蜜源植物對寄生蜂的寄生能力。蜜源植物對赤眼蜂對不同寄主的寄生能力，以及來自不同寄主的赤眼蜂或不同地理種群的赤眼蜂寄生能力的影響差異不顯著。因本試驗使用的是體型偏小的赤眼蜂和纓小蜂，試驗結(jié)果存在一定的局限性。

盡管花蜜是害蟲天敵碳水化合物的重要來源已被廣泛認(rèn)識[6,23,26,27]。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，合理選用蜜源植物進(jìn)行保護(hù)性生物防治仍缺乏方便有效的途徑。通過試驗確定蜜源植物，用于作物-害蟲-天敵系統(tǒng)的保護(hù)性生物防治，仍是目前被廣泛接受并使用的方式[28-35]。近些年，一些研究者試圖革新這一理論和實證研究[8,9,11,20,36]。Munir等[36]從分類學(xué)的角度出發(fā)，考慮害蟲及其寄生蜂組成的害蟲-寄生蜂系統(tǒng)，同時測定蜜源植物對該系統(tǒng)中害蟲及天敵的影響，得出最優(yōu)蜜源植物就是對該系統(tǒng)最有利的蜜源植物。Zemenick等[9]用已發(fā)表和公開的訪花昆蟲數(shù)據(jù)集，通過數(shù)學(xué)模型，建立寄生蜂訪花生態(tài)學(xué)模型，證實許多蜜源植物和寄生蜂物種似乎是高度專業(yè)化。Russell[11]沿用分類學(xué)方法，對已發(fā)表的關(guān)于蜜源植物延長寄生蜂壽命的文獻(xiàn)資料進(jìn)行Meta分析，結(jié)果表明能延長寄生蜂壽命的最佳蜜源植物來自傘形科、紫草科、十字花科、蓼科、薔薇科和茄科。另一田間試驗研究表明，蜜源植物的花色、紫外線反射率和花蜜可獲得性是影響油菜害蟲寄生蜂種群數(shù)量的主要驅(qū)動因素[20]。

生態(tài)功能的研究已經(jīng)從歷史上關(guān)注個體的分類多樣性，轉(zhuǎn)向與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系更密切的生態(tài)特征[37,38]。盡管基于生態(tài)特征的研究方法已在傳粉昆蟲與蜜源植物的互作上開展了大量研究[39,40]，但在生物防治方面，自從Perovi?等[41]強調(diào)基于生態(tài)特征的未來生物防治研究后，才逐漸開始關(guān)于生態(tài)特征的研究[19,20]?；谏鷳B(tài)特征法有助于形成一般科學(xué)規(guī)則，從而避免了對大量候選蜜源植物的驗證工作。

本研究主要探索了蜜源植物和寄生蜂的主要形態(tài)特征。然而，其他特征也可能至關(guān)重要，如花蜜的數(shù)量和質(zhì)量，以及花蜜的可獲得性等。不適宜的花蜜也可能對寄生蜂產(chǎn)生不利影響[26]，如花蜜中松三糖的存在，會降低一些寄生蜂的壽命和寄生率[24]；蜜源植物揮發(fā)物在吸引寄生蜂和協(xié)助寄生蜂識別方面也可能很重要[42,43]；花蜜次級化合物已被證明可以作為非特定授粉者的過濾器[44]。這些非形態(tài)學(xué)特征，但又可能至關(guān)重要的生態(tài)特征有待今后繼續(xù)深入研究。

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)涉及其他營養(yǎng)的相互作用，因此提供蜜源植物也可能有利于害蟲發(fā)生，增加作物損害的風(fēng)險[45,46]。此外，蜜源植物也可能有利于第四營養(yǎng)級的成員[47-49]。本研究未涉及對害蟲和第四營養(yǎng)級昆蟲，有待后續(xù)深入研究。