楊澤遠(yuǎn)，張克信，劉長(zhǎng)仲

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，蘭州 730070）

0 引言

大氣中溫室氣體的濃度在近些年來(lái)呈顯著的上升趨勢(shì)，其中CO2濃度升高對(duì)全球氣候產(chǎn)生了很大的影響[1]。CO2是植物進(jìn)行光合作用的原料之一，大氣CO2濃度的改變不僅對(duì)植物產(chǎn)生影響也會(huì)對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。大氣CO2濃度升高對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)及其天敵的發(fā)生動(dòng)態(tài)的影響與人類(lèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)息息相關(guān)，是近年來(lái)廣泛研究的熱點(diǎn)。揭示CO2升高對(duì)阿爾蚜繭蜂寄生及后代蜂適合度的影響，可以預(yù)測(cè)CO2濃度升高下阿爾蚜繭蜂作為生防天敵的防控效率[2]。研究結(jié)果對(duì)應(yīng)用阿爾蚜繭蜂防治豌豆蚜有重要意義。

生態(tài)系統(tǒng)中植物、動(dòng)物廣泛受到大氣CO2濃度變化的影響[3]。植物對(duì)CO2濃度升高非常敏感，CO2濃度對(duì)蠶豆(Viciafaba)等C3植物的光合速率、生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)成分具有顯著影響[4]。CO2濃度升高不僅直接影響植物生理和生態(tài)學(xué)特性，而且間接地影響植食性昆蟲(chóng)[5]。大氣CO2濃度升高還可能通過(guò)食物鏈對(duì)天敵昆蟲(chóng)產(chǎn)生不同程度的影響。如隨著CO2濃度升高，寄生在麥長(zhǎng)管蚜(Sitobionavenae)上的蚜繭蜂羽化率下降，對(duì)蚜蟲(chóng)寄生效果更加明顯，CO2濃度升高顯著改變了蚜繭蜂的寄生喜好[6-7]，但并未發(fā)現(xiàn)大氣CO2濃度升高顯著影響寄生蜂對(duì)舞毒蛾(Lymantriadispar)的寄生作用[8]。目前對(duì)阿爾蚜繭蜂的研究主要集中在生物學(xué)特性、寄主選擇行為、寄生環(huán)境條件以及寄主協(xié)同進(jìn)化等方面，國(guó)內(nèi)僅對(duì)該蜂繁殖與環(huán)境因子、寄生與寄主之間的關(guān)系等方面有過(guò)報(bào)道[9]，關(guān)于CO2濃度升高對(duì)阿爾蚜繭蜂的影響研究甚少。大氣CO2濃度升高對(duì)不同種類(lèi)的寄生性天敵昆蟲(chóng)的影響不同，尚缺乏廣泛的研究。

豌豆蚜(AcyrthosiphonpisumHarris)是重要農(nóng)牧業(yè)害蟲(chóng)。豌豆蚜主要在苜蓿、豌豆、蠶豆等植物上以刺吸的方式為害，是中國(guó)豆科木本植物的主要害蟲(chóng)之一。阿爾蚜繭蜂是豌豆蚜(Acyrthosiphonpisum)的重要寄生性天敵，在生物防治中應(yīng)用前景廣闊，有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義[7]。本研究以豌豆蚜為寄主，阿爾蚜繭蜂為寄生性天敵，觀察了3個(gè)CO2濃度條件下連續(xù)3代阿爾蚜繭蜂的寄生及其后代蜂的發(fā)育和壽命，以探究阿爾蚜繭蜂對(duì)不同CO2濃度下豌豆蚜的寄生及后代蜂適合度的影響，為阿爾蚜繭蜂的應(yīng)用以及豌豆蚜的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)設(shè)置了3 個(gè)CO2濃度處理：對(duì)照CO2濃度(380 μL/L)、中等濃度(550 μL/L)和高濃度(750 μL/L)。

本試驗(yàn)用綠色型豌豆蚜和阿爾蚜繭蜂均采于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地，蚜蟲(chóng)飼養(yǎng)在品種為‘臨蠶2’的蠶豆植株上，建立豌豆蚜實(shí)驗(yàn)種群，將羽化后的雌、雄成蜂轉(zhuǎn)移至飼養(yǎng)有豌豆蚜種群的養(yǎng)蟲(chóng)籠內(nèi)寄生繁殖，建立蚜繭蜂種群。試驗(yàn)于2018年5月—2021年5月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院昆蟲(chóng)生態(tài)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 寄主準(zhǔn)備試驗(yàn)在溫度為(24±1)℃、濕度60%～75%RH、光周期16 h:8 h(L:D)的人工氣候箱（型號(hào)為SPX-250-GB-CO2）中進(jìn)行。挑取足量成蚜放在蠶豆植株上，等到其產(chǎn)仔蚜6 h后，去除成蚜，等到仔蚜生長(zhǎng)至2齡若蚜以供試驗(yàn)。

1.2.2 寄生蜂準(zhǔn)備將僵蚜裝入試管中，取出羽化24 h內(nèi)的阿爾蚜繭蜂備用。

1.2.3 寄生試驗(yàn)待人工氣候箱中種植的蠶豆長(zhǎng)到約10 cm 高時(shí)，分別將蠶豆植株與根部土壤一并移入養(yǎng)蟲(chóng)籠中，每隔2 d對(duì)植株澆水一次。挑取2齡若蚜50頭接入養(yǎng)蟲(chóng)盒內(nèi)蠶豆植株上，定殖2 h后接入羽化24 h內(nèi)未交配的雌、雄蚜繭蜂各1頭，并補(bǔ)充10%蜂蜜水作為營(yíng)養(yǎng)，任其寄生6 h后，移除蚜繭蜂，將蚜蟲(chóng)置于原條件人工氣候箱內(nèi)繼續(xù)飼養(yǎng)直到僵蚜出現(xiàn)，待其羽化后重復(fù)上述試驗(yàn)連續(xù)處理阿爾蚜繭蜂3代。每日觀察記錄僵蚜數(shù)量、蜂的羽化時(shí)間、羽化數(shù)，每個(gè)處理設(shè)重復(fù)5次。寄生率和羽化率依據(jù)式(1)和(2)計(jì)算得出。

1.2.4 后代蜂適合度試驗(yàn)同前述寄生試驗(yàn)的條件進(jìn)行試驗(yàn)，觀察記載后代蜂雌雄數(shù)量、僵蚜出現(xiàn)時(shí)間和蜂的壽命。重復(fù)5 次。計(jì)算后代蜂的雌性比例、發(fā)育歷期和壽命。后代蜂的雌性比例是指雌蜂數(shù)與出蜂總數(shù)的比值(%)，后代蜂發(fā)育歷期是指釋放蚜繭蜂到后代蜂羽化所經(jīng)歷的時(shí)間(d)，后代蜂的壽命是指蜂羽化后到死亡的時(shí)間(d)。計(jì)算見(jiàn)式(3)～(5)。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，利用GraphPad Prism8.0 軟件進(jìn)行two-way ANOVA 統(tǒng)計(jì)分析。圖中所出現(xiàn)的誤差處理方式均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂寄生率、羽化率、后代雌性比例的影響

隨著CO2濃度的升高，阿爾蚜繭蜂各世代的寄生率、羽化率和雌性比例均顯著降低(P＜0.05)。對(duì)照CO2濃度(380 μL/L)下F1、F2和F3代阿爾蚜繭蜂的寄生率、羽化率及雌性比例都是最高，寄生率分別為63.43%、64.00%和63.71%，羽化率分別為98.24%、97.74%和97.72%，雌性比例為55.03%、55.70%以及54.33%，高CO2濃度(750 μL/L)下阿爾蚜繭蜂的寄生率為54.00%、53.43% 和53.14%，羽化率為91.00%、90.34% 和90.35%，雌性比例為45.90%、46.16%和45.78%（表1）。此外，在同一CO2濃度的不同世代下阿爾蚜繭蜂的寄生率、羽化率及雌性比例相差不大，差異不顯著(P＞0.05)（表1）。CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂的寄生率、羽化率和雌性比例有極顯著影響(P＜0.01)，世代因子對(duì)其無(wú)顯著影響(P＞0.05)（表2）。CO2濃度和世代的交互作用對(duì)阿爾蚜繭蜂的寄生率(F4,54=0.19,P=0.9447)、羽化率(F4,54=0.13,P=0.9689)以及雌性比例(F4,54=0.41,P=0.7971)均無(wú)顯著影響（表2）。

表1 CO2濃度的升高對(duì)阿爾芽繭蜂寄生率、羽化率、后代雌性比例的影響

表2 CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂子代寄生率、羽化率、雌蜂后代比例影響的雙向方差分析結(jié)果

2.2 不同CO2濃度下阿爾蚜繭蜂后代蜂的適合度

2.2.1 不同CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂雌性比例的影響隨著CO2濃度的升高各世代阿爾蚜繭蜂的雌性比例顯著降低(P＜0.05)。對(duì)照CO2濃度(380 μL/L)下F1、F2和F3代阿爾蚜繭蜂的雌性比例最高（55.03%、55.70%和54.33%），高CO2濃度(750 μL/L)下阿爾蚜繭蜂的雌性比例為45.90%、46.16%和45.78%（表1）。在同一CO2濃度的不同世代下阿爾蚜繭蜂的雌性比例差異不顯著(P＞0.05)。

CO2濃度因子對(duì)阿爾蚜繭蜂雌性比例有極顯著影響(P＜0.01)，世代因子對(duì)其無(wú)顯著影響(P＞0.05)（表2）。CO2濃度和世代的交互作用對(duì)阿爾蚜繭蜂的及雌性比例(F4,54=0.41,P=0.7971)均無(wú)顯著影響（表2）。

2.2.2 不同CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂后代發(fā)育歷期的影響由表3 可知，F(xiàn)1、F3代阿爾蚜繭蜂發(fā)育歷期在不同CO2濃度下差異顯著(P＜0.05)，CO2濃度對(duì)F2代發(fā)育歷期影響不顯著(P＞0.05)。

表3 CO2濃度的升高對(duì)阿爾蚜繭蜂子代發(fā)育歷期的影響

CO2濃度對(duì)F1、F2和F3代阿爾蚜繭蜂雌蜂發(fā)育歷期影響不顯著(P＞0.05)，對(duì)F2代雄蜂發(fā)育歷期影響不顯著(P＞0.05)，但隨著CO2濃度升高發(fā)育歷期縮短，CO2濃度對(duì)F1和F3代雄蜂的發(fā)育歷期具有顯著影響(P＜0.05)。由表3可以看出，雌蜂發(fā)育歷期均長(zhǎng)于雄蜂。

由表4可知，CO2濃度因子對(duì)阿爾蚜繭蜂的發(fā)育歷期有顯著影響(F2,1730=3.30,P=0.0381)，對(duì)雌蜂和雄蜂無(wú)顯著影響(F2,879=0.84,P=0.4335)、(F2,834=2.00,P=0.1356)，世代因子對(duì)阿爾蚜繭蜂發(fā)育歷期無(wú)顯著影響(F2,1730=1.20,P=0.2983)，對(duì)雌蜂和雄蜂發(fā)育歷期也無(wú)顯著影響(F2,879=0.93,P=0.3958)、(F2,834=0.91,P=0.4041)（表4）。CO2濃度和世代的交互作用對(duì)阿爾蚜繭蜂發(fā)育歷期有極顯著影響(F4,1730=9.30,P＜0.01)，對(duì)雌蜂發(fā)育歷期有顯著影響(F4,879=3.10,P=0.0162＜0.05)，對(duì)雄蜂發(fā)育歷期也有極顯著影響(F4,834=9.20,P＜0.01)。

表4 CO2濃度升高對(duì)阿爾蚜繭蜂子代發(fā)育歷期影響的雙向方差分析結(jié)果

2.2.3 不同CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂后代蜂壽命的影響 由表5 可知，對(duì)照CO2濃度下F1、F2和F3代阿爾蚜繭蜂壽命最高，均為1.89 d并且顯著高于中、高CO2濃度下的蜂壽命，CO2濃度對(duì)蜂壽命有顯著影響(P＜0.05)，隨著世代的增加，3個(gè)CO2濃度下的蜂壽命差別不大，差異不顯著(P＞0.05)。

表5 CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂壽命的影響

阿爾蚜繭蜂壽命隨著CO2濃度增加而降低，差異顯著(P＞0.05)，世代的增加對(duì)雌雄蜂的壽命影響不大，差異不顯著(P＞0.05)。阿爾蚜繭蜂雄蜂壽命均高于雌蜂。

由表6可知，CO2濃度因子對(duì)阿爾蚜繭蜂壽命有極顯著影響(F2,1251=959,P＜0.01)，對(duì)雌蜂壽命和雄蜂壽命也有極顯著影響(F2,621=707,P＜0.01)、(F2,621=738,P＜0.01)，世代因子對(duì)阿爾蚜繭蜂壽命無(wú)顯著影響(F2,1251=0.59,P=0.5560＞0.05)，對(duì)雌蜂和雄蜂均無(wú)顯著影響(F2,621=0.01,P=0.9886＞0.05)、(F2,621=0.13,P=0.8771＞0.05)。CO2濃度和世代因子對(duì)阿爾蚜繭蜂壽命無(wú)顯著影響(F4,1251=0.58,P=0.6755＞0.05)，對(duì)雌蜂和雄蜂壽命也無(wú)顯著影響(F4,621=0.12,P=0.9768＞0.05)、(F4,621=0.06,P=0.9941＞0.05)。

表6 CO2濃度對(duì)阿爾蚜繭蜂壽命的影響的雙向方差分析結(jié)果

3 討論與結(jié)論

在本試驗(yàn)中CO2濃度的升高對(duì)阿爾蚜繭蜂的寄生有顯著影響，其寄生率、羽化率顯著降低。大氣CO2濃度升高對(duì)于植物的影響是直接而明確的，但對(duì)于植食性昆蟲(chóng)的影響是間接而又復(fù)雜的。NEWMAN等[10]認(rèn)為，植物與昆蟲(chóng)之間有特殊的關(guān)聯(lián)，大氣CO2濃度升高對(duì)于“植物與昆蟲(chóng)”的影響也有特殊的關(guān)系。大氣CO2濃度升高通過(guò)取食植物的昆蟲(chóng)而間接作用于天敵昆蟲(chóng)。大氣CO2濃度升高改變了植物組織營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的組成與含量，提高了棉蚜(Aphisgosypii)對(duì)氨基酸營(yíng)養(yǎng)的利用與補(bǔ)償效率，蚜蟲(chóng)種群增多。捕食性和寄生性天敵對(duì)害蟲(chóng)的寄生和控制作用很可能會(huì)隨著氣候改變帶來(lái)的植物生物量增加和害蟲(chóng)生活史特征的改變而下降,研究發(fā)現(xiàn)不同CO2濃度下黑腿絨繭蜂(Cotesia melanoscela)對(duì)舞毒蛾(L.dispar)寄生表現(xiàn)的影響沒(méi)有差異[11]。CHEN 等[12]研究表明，在750 μL/L CO2濃度下，燕麥蚜繭蜂(Aphidiuspicipes)的羽化率與環(huán)境CO2相比顯著降低，羽化率降低了10%。在本實(shí)驗(yàn)中隨著CO2濃度升高，阿爾蚜繭蜂的羽化率也顯著降低，這可能是由于CO2濃度升高影響豌豆蚜的生長(zhǎng)發(fā)育而間接的阿爾蚜繭蜂在寄主體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)的獲取。有很多植食性昆蟲(chóng)可以積累其取食植物的防御物質(zhì)，并用來(lái)抵御其寄生性天敵，減緩寄生蜂生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致其存活率顯著降低[2,13]。

在本試驗(yàn)中隨著CO2濃度升高，除了對(duì)照CO2濃度外，阿爾蚜繭蜂后代蜂發(fā)育歷期變化不明顯，其他CO2濃度下蜂發(fā)育歷期縮短且差異極顯著，雌蜂發(fā)育歷期均長(zhǎng)于雄蜂。對(duì)于容性寄生蜂來(lái)說(shuō)，寄生蜂寄生后寄主不會(huì)立即死亡，而是生長(zhǎng)發(fā)育延緩直至生長(zhǎng)于體內(nèi)的寄生蜂幼蟲(chóng)將寄主的營(yíng)養(yǎng)耗盡。隨著大氣CO2濃度的增加，寄生危害不同抗性棉花上棉蚜的棉蚜繭蜂的發(fā)育歷期顯著縮短[12]，本試驗(yàn)中隨著CO2濃度繼續(xù)升高阿爾蚜繭蜂發(fā)育歷期也明顯減少。也有研究表明，如果蚜蟲(chóng)個(gè)體小，可提供的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)少，則會(huì)導(dǎo)致后代蜂發(fā)育時(shí)間明顯延長(zhǎng)[14]，但在高濃度CO2下豌豆蚜吸食紫花苴蓿汁液后體內(nèi)蛋白質(zhì)含量顯著降低，總脂肪則無(wú)顯著變化[15]。但是由于CO2濃度升高豌豆蚜種群數(shù)量增多阿爾蚜繭蜂寄生時(shí)也會(huì)選擇了更加優(yōu)質(zhì)的寄主。

在本試驗(yàn)中阿爾蚜繭蜂在高濃度CO2下的雌性比例顯著低于對(duì)照濃度CO2條件，寄生蜂的雌性比例受諸多因素的影響，寄生蜂通常營(yíng)兩性生殖和孤雌生殖，兩性生殖既可產(chǎn)生雌性后代，又可產(chǎn)生雄性后代，而孤雌生殖則只能產(chǎn)生雄性后代[16]，寄主的大小等都影響著寄生蜂的性別[17]。雌蜂和雄蜂個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，不同的營(yíng)養(yǎng)需要也是影響雌性比的另一個(gè)原因，通常雄性個(gè)體發(fā)育較快，營(yíng)養(yǎng)需要較少，而雌蜂發(fā)育相對(duì)較慢，營(yíng)養(yǎng)需要相對(duì)較多，被寄生的低齡寄主由于不能滿足雌蜂個(gè)體發(fā)育營(yíng)養(yǎng)要求，而提前死亡或出現(xiàn)體內(nèi)寄生蜂個(gè)體性別轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致由低齡寄主中羽化出的寄生蜂雄蜂數(shù)量較多。此外，寄生蜂的體內(nèi)共生菌Wolbachia 也會(huì)影響性比[18]，CO2濃度升高對(duì)共生菌Wolbachia 的影響是否也導(dǎo)致了寄生蜂雌性比例還有待研究。

在本試驗(yàn)中，隨著CO2濃度升高，阿爾蚜繭蜂壽命沒(méi)有明顯變化。有研究表明高濃度CO2下中紅側(cè)溝蚜繭蜂的壽命沒(méi)有發(fā)生顯著變化[19]。ODE 等[20]研究表明，CO2濃度升高條件下的寄主植物會(huì)影響四紋豆象(Callosobruchusmaculatus)的體重、發(fā)育歷期和死亡率，從而影響它的寄生蜂的發(fā)育繁殖。另外，寄主植物還會(huì)影響取食它的昆蟲(chóng)的防御行為和免疫反應(yīng)影響寄生蜂的寄生適合度。這也可能是阿爾蚜繭蜂對(duì)高濃度CO2下適合度較低的原因。已有研究表明了寄主植物的生長(zhǎng)狀態(tài)和寄主的質(zhì)量對(duì)寄生蜂的適合度具有重要影響[21]，當(dāng)寄主質(zhì)量降低時(shí)，寄生蜂的適合度會(huì)下降。不同種類(lèi)的天敵對(duì)于CO2濃度的響應(yīng)不同，這說(shuō)明大氣CO2濃度升高對(duì)天敵昆蟲(chóng)的影響存在種的特異性。

綜上所述，隨著CO2濃度的升高植物生長(zhǎng)發(fā)育加快，生物量增加，蚜蟲(chóng)的種群增大、體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)改變等，降低了阿爾蚜繭蜂的寄生效果及后代蜂適合度，推測(cè)未來(lái)大氣CO2濃度升高將導(dǎo)致阿爾蚜繭蜂對(duì)豌豆蚜的控害作用下降。在自然環(huán)境里大氣CO2濃度的升高通過(guò)食物鏈影響著植物與昆蟲(chóng)、昆蟲(chóng)與天敵寄生蜂，短暫的濃度升高通過(guò)“自下而上”對(duì)第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)寄生蜂的影響并非簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的高濃度CO2處理后的寄生蜂是否產(chǎn)生一定的適應(yīng)性以及CO2濃度升高對(duì)阿爾蚜繭蜂影響的規(guī)律性特征，仍需要持續(xù)多代的長(zhǎng)期試驗(yàn)。