低劑量啶蟲脒和雙丙環蟲酯對棉蚜繭蜂寄生功能的影響

張 亮, 呂海翔, 石丹丹, 李旭超, 馬康生

(華中農業大學 植物科學技術學院/昆蟲資源利用與害蟲可持續治理湖北省重點實驗室，武漢 430070)

棉蚜Aphis gossypiiGlover 是一種世界性分布的重要農業害蟲，在我國各棉區均有分布，其中以西北內陸棉區和黃河流域棉區發生最為嚴重[1-2]。棉蚜的寄主范圍非常廣泛，能夠為害900 多種植物[3]，其中棉花和葫蘆科瓜類是其重要的僑居寄主。棉蚜主要通過直接取食植物汁液和傳播植物病毒造成危害[4-5]，嚴重影響棉花的產量和品質，給我國棉花產業造成巨大經濟損失[6]。目前對棉蚜的防治主要依賴于化學殺蟲劑，但由于長期、大量且不合理地使用化學殺蟲劑，棉蚜已對有機磷類、擬除蟲菊酯類及新煙堿類等多種殺蟲劑產生了較高水平的抗藥性[7-8]，嚴重影響化學防治的效果。

化學殺蟲劑在殺滅害蟲的同時，會不可避免地對有益生物產生影響[9]。噴施化學殺蟲劑不但會直接造成天敵昆蟲死亡，田間殘留的低劑量殺蟲劑還會對天敵昆蟲產生亞致死效應[10]。已有研究表明，亞致死劑量的殺蟲劑對天敵昆蟲的生長發育、捕食功能和捕食行為等會產生重要影響。例如，經低劑量的二嗪農(diazinon)、殺螟硫磷(fenitrothion)和毒死蜱(chlorpyrifos)處理側刺蝽Andrallus spinidensFabricius 后發現，側刺蝽對二化螟Chilo suppressalisWalker 的取食量及瞬時攻擊速率會顯著下降[11]。類似的，古德就等[12]研究發現，亞致死劑量的抗蚜威(pirimicarb)、氯氰菊酯(cypermethrin)和樂果(dimethoate)可引起菜蚜繭蜂Diaeretiella rapaeM’Intosh 的鈍態反應，使其對寄主的功能反應模型從典型的Holling-Ⅱ模型轉變為S 型。需要指出的是，大部分研究表明，亞致死劑量的殺蟲劑會降低 (捕食或寄生性) 天敵在生態環境中對害蟲的控制能力，影響天敵與害蟲之間的動態平衡[13]，對生態系統造成負面影響[14-15]，但也有部分昆蟲接觸低劑量藥劑后會產生毒物興奮效應。例如，異色瓢蟲Harmonia axyridis(Pallas) 成蟲暴露于低劑量 (LC5) 的高效氯氟氰菊酯(lambda-cyhalothrin)后，其親代繁殖力顯著提高了49.64%，同時其子代產卵期也顯著延長，子代的繁殖力也顯著提高了62.27%[16]。因此，明確低劑量殺蟲劑對棉蚜天敵的影響，對保護和利用天敵以及棉蚜的科學防控均具有重要意義。

棉蚜繭蜂Lysiphlebia japonica(Ashmead) 作為有害生物綜合治理 (IPM) 體系的重要組成部分，廣泛分布于我國西北內陸及長江流域棉區，屬于優勢寄生蜂，一般在4 到5 月間大量繁殖，在初夏時期可有效控制棉蚜的種群數量[17]。被棉蚜繭蜂寄生的棉蚜不會立即死亡，仍會繼續生長發育一段時間，直至變成僵蚜，棉蚜繭蜂從棉蚜體內獲取所需要的營養，最終導致寄主死亡[18]。

啶蟲脒(acetamiprid)和雙丙環蟲酯(afidopyropen)是當前我國棉蚜化學防控中廣泛使用的2 種殺蟲劑。啶蟲脒是繼吡蟲啉(imidacloprid)之后開發成功的第一代氯代煙堿型殺蟲劑，主要作用于昆蟲神經系統突觸后膜的煙堿乙酰膽堿受體及其周圍的神經，使昆蟲持續興奮、麻痹直至死亡，具有高效、廣譜、低殘留等特點[19-20]。雙丙環蟲酯是殺蟲劑作用機制分類中第9D 類的第一個成員，通過干擾昆蟲弦音器功能，使昆蟲快速停止取食，最終導致昆蟲饑餓而亡，具有持效期長的特點[21]。前人研究已經明確亞致死劑量啶蟲脒和雙丙環蟲酯對棉蚜的影響[22-23]，但有關其亞致死劑量對棉蚜繭蜂的影響尚不明確。因此，本研究擬通過2 種殺蟲劑低劑量處理棉蚜或棉蚜繭蜂后對棉蚜繭蜂寄生功能的影響，明確2 種藥劑亞致死劑量對寄生性天敵棉蚜繭蜂的寄生安全性，以期在協調化學防治與生物防治的同時，為保護生態環境作出積極有效的探索。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試昆蟲 所用棉蚜繭蜂Lysiphlebia japonica(Ashmead) 于2021 年7 月采自湖北省武穴市 (115.601 E, 30.11°1 N) 黃瓜田，在實驗室內用棉蚜連續飼養多代形成穩定種群。飼養條件：24 ℃ ± 1 ℃，相對濕度75% ± 5%，光周期L : D =14 h : 10 h。棉蚜Aphis gossypiiGlover 于2016 年采自新疆沙灣棉田 (85.56°E，44.29°N)，室內連續飼養多代。供試棉蚜用養蟲籠飼養在利用水培法種植的非轉基因棉花新陸早74 號 (Gossypium hirsutumL. var. Xinluzao No.74) 幼苗上。養蟲室控制條件：22 ℃ ± 1 ℃，相對濕度60% ± 5%，光周期L : D = 16 h : 8 h。

1.1.2 藥劑 95%雙丙環蟲酯 (afidopyropen) 原藥，購自陜西伊坤特醫藥科技有限公司；95%啶蟲脒 (acetamiprid) 原藥，購自江蘇克勝作物科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 兩種殺蟲劑對棉蚜繭蜂的室內毒力測定 參照Snodgrass 等[24-25]的方法并加以改進。先將原藥用丙酮溶解配制成5 000 mg/L 的母液，使用時再用丙酮等比稀釋成所需濃度藥液，備用。吸取1 mL 稀釋好的藥液加入到玻璃管 (內表面積35.2 cm2) 中，置于小型滾軸儀上滾干，形成均勻的藥膜管，待丙酮完全揮發后用于毒力測定。藥劑分別稀釋成5～7 個梯度濃度，每濃度重復3 次，每個重復處理16 頭棉蚜繭蜂成蟲 (羽化時間＜48 h)，對照組單獨用丙酮處理。處理時先用少量CO2對成蟲進行30 s 麻醉，待成蟲不動后，用小毛筆分別接入覆好藥膜的玻璃管中，隨后置于24 ℃ ± 1 ℃、相對濕度75% ± 5%、光周期L : D =14 h : 10 h 的人工智能光照培養箱內培養。24 h 后統計棉蚜繭蜂的死亡率，用毛筆輕觸蟲體多次，試蟲僵硬不動者記為死亡個體。丙酮對照組死亡率在10%以下為有效試驗。

1.2.2 兩種殺蟲劑對棉蚜的室內毒力測定 采用葉片藥膜法進行[26]。選取生理狀況一致的棉花葉片，打成直徑20 mm、大小一致的葉碟，備用。將藥劑母液用含體積分數0.05%Triton X-100 的蒸餾水分別稀釋成6～7 個梯度濃度，每濃度設3 個重復，以含0.05%Triton X-100 的蒸餾水作為對照。將棉花葉碟浸漬于各濃度藥液中15 s 后取出，置陰涼通風處晾干，置于底層鋪有2 mL 2%瓊脂凝膠的12 孔細胞培養板中，接入個體大小均勻一致的無翅成蚜，每孔接蟲30 頭，并用透氣性良好的宣紙封好。將細胞培養板置于22 ℃ ± 1 ℃、相對濕度60% ± 5%、光照L : D =16 h : 8 h 的養蟲室內飼養，48 h (啶蟲脒) 或72 h (雙丙環蟲酯) 后檢查試蟲死亡情況，統計死亡率。

1.2.3 兩種殺蟲劑低劑量對棉蚜繭蜂寄生作用的影響測定 參考王小藝等[27]的試驗方法，并略有改進。于120 mm 的培養皿中采用離體葉片飼養棉蚜無翅成蚜，每皿分別接入 20、40、60、80 和100 頭棉蚜成蟲，作為不同密度處理，每皿投入1 頭棉蚜繭蜂成蟲，接蜂24 h 后置于人工氣候箱飼養，飼養條件同1.2.1 節。7 d 后檢查各處理組被寄生棉蚜的數量，統計寄生量。每處理重復5 次。

試驗分為2 組：第1 組為棉蚜繭蜂直接受藥，采用玻璃管藥膜法，根據對棉蚜繭蜂的毒力測定結果，分別用LD5和LD30劑量的2 種殺蟲劑處理棉蚜繭蜂，24 h 后選取存活的棉蚜繭蜂進行試驗，棉蚜不做任何處理；第2 組為棉蚜繭蜂間接受藥，采用葉片藥膜法，根據對棉蚜的毒力測定結果，分別用LC5和LC30劑量的2 種殺蟲劑處理棉蚜無翅成蟲，48 h 后選取存活的棉蚜進行試驗，棉蚜繭蜂不做任何處理。上述2 組試驗的對照組分別為棉蚜繭蜂用丙酮處理和棉蚜用0.05%TritonX-100 水處理。每處理重復5 次。

1.3 數據處理與分析

使用POLO Plus 2.0 軟件計算2 種殺蟲劑對棉蚜及棉蚜繭蜂的毒力回歸方程斜率、卡方值 (x2)、致死中濃度 (LC50) 或致死中劑量 (LD50) 以及95%置信區間等。

根據1.2.3 節試驗結果，棉蚜繭蜂寄生棉蚜的功能反應模型 (Na) 和尋找效應 (S) 符合Holling-Ⅱ模型，故采用Holling-Ⅱ方法進行計算[28]，計算公式見式 (1)。

功能反應模型用Holling-Ⅱ進行圓盤模擬。

式中：Na為被寄生的棉蚜數量，a'為瞬時攻擊率，N為棉蚜密度，T為棉蚜繭蜂發現和處理棉蚜的總時間，Th為處理棉蚜的時間。

尋找效應采用式 (2) 進行估計。

式中：S為尋找效應，其余參數同式 (1)。

功能反應和尋找效應的所有試驗數據均采用Excel 2018 和SPSS 25.0 進行統計與處理，并通過GraphPad Prism 9.0 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 兩種殺蟲劑對棉蚜繭蜂和棉蚜的室內毒力

結果見表1、表2。其中，雙丙環蟲酯對棉蚜繭蜂的LD50值為20.58 μg/cm2，LD30值為14.09 μg/cm2，LC5值為6.27 μg/cm2；對棉蚜的LC50值為1.67 mg/L，LC30值為0.68 mg/L，LC5值為0.10 mg/L。啶蟲脒對棉蚜繭蜂的LD50值為0.007 μg/cm2，LD30值為0.004 μg/cm2，LD5值為0.001 μg/cm2；對棉蚜的LC50值為442. 6 mg/L，LC30值為130. 5 mg/L，LC5值為9.6 mg/L。以此作為后續試驗的藥劑濃度。

表1 兩種殺蟲劑對棉蚜的毒力Table 1 Toxicity of two insecticides to Aphis gossypii

表2 兩種殺蟲劑對棉蚜繭蜂的毒力Table 2 Toxicity of two insecticides to Lysiphlebia japonica

2.2 低劑量啶蟲脒和雙丙環蟲酯處理對棉蚜繭蜂寄生能力的影響

結果見表3。隨著供試棉蚜密度的增加，棉蚜繭蜂對棉蚜成蟲的寄生量也逐漸增加，在相同的棉蚜密度條件下，低劑量的2 種殺蟲劑對棉蚜繭蜂寄生功能的抑制作用均較為明顯。當棉蚜密度為20、40 和100 頭/皿時，各處理組中，除LC5劑量雙丙環蟲酯處理棉蚜組 (間接接觸) 與對照相比無顯著差異外 (20 頭/皿，F=0.286，df=8，P=0.608；40 頭/皿，F=0.9，df=8，P=0.371；100 頭/皿，F=2.667，df=8，P=0.141)，其他各藥劑處理組棉蚜繭蜂的寄生量均顯著低于對照組 (P＜0.05)，且高濃度藥劑處理組棉蚜繭蜂的寄生量更低，說明其負面影響更大。當棉蚜密度為60 和80 頭/皿時，各藥劑處理組寄生量均顯著低于對照組 (P＜0.05)。比較同一藥劑不同處理方式，結果表明：相同處理濃度下，雙丙環蟲酯直接處理組棉蚜繭蜂的寄生量顯著低于間接處理組 (P＜0.05)；而啶蟲脒處理組結果剛好相反，除棉蚜密度為100 頭/皿時、LD5劑量直接處理棉蚜繭蜂組和間接處理組無顯著差異外，其余棉蚜密度條件下，直接處理組棉蚜繭蜂的寄生量均顯著高于間接處理組 (P＜0.05)。

表3 兩種殺蟲劑低劑量處理對棉蚜繭蜂寄生能力的影響Table 3 Effects of low doses of two insecticides on the parasitic capacity of Lysiphlebia japonica

2.3 低劑量啶蟲脒和雙丙環蟲酯處理對棉蚜繭蜂寄生功能反應模型參數的影響

經過2 種殺蟲劑低劑量處理后，棉蚜繭蜂對棉蚜寄生功能反應模型的基本結構并未發生改變，仍然屬于Holling-Ⅱ模型。采用Holling-Ⅱ圓盤方程模型對不同棉蚜密度下棉蚜繭蜂的寄生量進行擬合，擬合方程及參數見表4。結果表明：盡管功能反應模型的基本結構沒有改變，但模型參數均發生了變化，不同處理組的擬合公式相關系數r均大于0.91，說明該數學模型能準確地描述2 種殺蟲劑低劑量下對棉蚜繭蜂寄生功能的影響。其中，除LC5劑量的雙丙環蟲酯直接接觸處理組瞬時攻擊率高于對照組外，其余各處理組棉蚜繭蜂的瞬時攻擊率均低于對照。除LC30劑量雙丙環蟲酯間接接觸處理組棉蚜繭蜂處理單頭棉蚜的時間與對照組無顯著差異外，其他各藥劑處理組棉蚜繭蜂處理單頭棉蚜所用的時間均顯著延長 (P＜0.05)，其中LC5、LC30劑量的啶蟲脒間接接觸處理，LD5、LD30劑量的啶蟲脒和雙丙環蟲酯直接接觸處理組的獵物處理時間分別為對照組的1.75、4.13、2.0、1.5、1.38 和1.75 倍。此外，各藥劑處理組的最大理論寄生量均顯著低于對照組 (P＜0.05)。研究表明，經低劑量的啶蟲脒和雙丙環蟲酯處理后，棉蚜繭蜂對棉蚜的寄生作用受到了不同程度的影響。

表4 各處理功能反應模型擬合結果Table 4 Simulating results of functional response models of all treatments

2.4 兩種殺蟲劑低劑量處理對棉蚜繭蜂尋找效應的影響

從圖1 中可以看出，棉蚜密度越小，棉蚜繭蜂的尋找效應越高，隨著棉蚜密度增大，其尋找效應逐漸降低，即在較高獵物密度下，棉蚜繭蜂尋找獵物花費的時間較少。整體而言，對照組棉蚜繭蜂尋找效應與棉蚜密度的負相關性最高，而藥劑處理組尋找效應與棉蚜密度的負相關性較低，其中LC30劑量雙丙環蟲酯間接接觸處理組的尋找效應下降趨勢最不明顯。此外，除LD5劑量啶蟲脒直接接觸處理組外，其余各藥劑處理組的尋找效應均顯著低于對照組，說明低劑量啶蟲脒和雙丙環蟲酯處理對棉蚜繭蜂的尋找效應具有明顯的抑制作用。

圖1 兩種殺蟲劑對棉蚜繭蜂尋找效應的影響Fig.1 Effects of two insecticides on the searching efficiency of Lysiphlebia japonica

3 討論與結論

大量研究表明，不合理使用化學農藥會對土壤、水、空氣及各種生物等產生一系列不同程度的影響[29-30]。田間施用化學殺蟲劑在殺死靶標害蟲、達到防治蟲害目的的同時，也可能會造成農藥殘留，進而引起靶標害蟲或天敵的亞致死效應[31-32]。例如在棉蚜防治過程中，噴施化學殺蟲劑經常會不可避免地對七星瓢蟲Coccinella septempunctataLinnaeus、中華草嶺Chrysoperla Sinica(Tjeder)、棉蚜繭蜂等天敵昆蟲產生負面影響[33-34]，影響天敵對棉蚜種群的自然調控能力。因此，科學合理地使用殺蟲劑，并有效協同生物防治，對防控棉蚜以及保護天敵的自然控害功能具有重要意義[35-36]。

本研究毒力測定結果表明，雙丙環蟲酯對棉蚜的活性較高 (LC50值為1.67 mg/L)，但對棉蚜繭蜂毒性較低 (LD50值為20.58 μg/cm2)，這與Koch等[37]的報道一致，說明雙丙環蟲酯是一種高選擇性的環境友好型殺蟲劑。棉蚜對啶蟲脒敏感性較低，LC50值為442.6 mg/L，其可能與棉蚜已對啶蟲脒產生高水平抗性有關[38-39]，但啶蟲脒對棉蚜繭蜂的LD50值僅0.007 μg/cm2，毒性較高，因此在使用啶蟲脒防治棉蚜的過程中應合理安排施藥時期，盡量減少施用次數，同時注意與其他藥劑的輪換使用，以達到更好的防治效果。

功能反應模型分析結果表明，2 種殺蟲劑低劑量處理對棉蚜繭蜂的寄生功能反應模型均有一定影響，雖然模型的基本結構未發生改變，仍是典型的Holling-Ⅱ型，但其各項參數都發生了改變(表4)。類似的，王佳佳等[40]的研究也發現，亞致死劑量的吡蟲啉處理異色瓢蟲并不會改變功能反應模型的基本結構，但會影響其各項參數。寄生能力分析結果表明，無論是殺蟲劑直接處理棉蚜繭蜂 (直接接觸組) 還是處理棉蚜 (間接接觸組)，棉蚜繭蜂對棉蚜的寄生量都會受到不同程度的影響，說明低劑量的啶蟲脒和雙丙環蟲酯對棉蚜繭蜂均有負面影響。比較同一藥劑不同處理方式發現，相同處理濃度下，雙丙環蟲酯直接處理組棉蚜繭蜂的寄生量顯著低于間接處理組，但啶蟲脒直接處理組的寄生量顯著高于間接處理組 (表3)，說明低劑量殺蟲劑對棉蚜繭蜂寄生能力的影響除與殺蟲劑種類有關外，還與處理方式有關。值得注意的是，在間接處理組中，5 個獵物密度下，啶蟲脒處理組棉蚜繭蜂的寄生量均顯著低于雙丙環蟲酯處理組，說明啶蟲脒對棉蚜繭蜂的寄生率影響更大。推測其原因一方面可能是由于啶蟲脒對棉蚜繭蜂的毒力較高，導致其受藥后寄生能力減弱；另一方面也可能與雙丙環蟲酯獨特的作用機制有關——雙丙環蟲酯處理會導致靶標昆蟲對重力、平衡、聲音、位置和運動等失去感應，喪失協調性和方向感[41]，因此棉蚜受藥后其行動能力受到很大影響，對天敵寄生活動的逃避能力減弱，從而更容易被寄生，但具體原因還需通過進一步試驗證實。整體而言，棉蚜繭蜂對棉蚜的寄生量隨殺蟲劑濃度的增加而降低，說明2 種殺蟲劑對棉蚜繭蜂寄生作用的影響具有濃度依賴性。進一步的功能反應擬合結果也表明，除個別藥劑處理組外，其余藥劑處理組中棉蚜繭蜂的瞬時攻擊率都低于對照組，而處理獵物的時間卻普遍延長 (表4)，說明2 種殺蟲劑低劑量處理對棉蚜繭蜂寄生功能反應具有明顯的抑制作用。上述結果提示，如果長期且單一地使用化學殺蟲劑，可能會減少天敵對獵物的捕食或者寄生，并且會抑制天敵種群的增長，從而影響天敵的自然控害能力，甚至引起害蟲的再猖獗[42]。

綜上所述，在利用化學殺蟲劑防治害蟲時，不能只關注藥劑對靶標害蟲的毒殺能力，還需考慮其對傳粉昆蟲、天敵等有益生物的影響。近年來，已有越來越多的研究表明，亞致死劑量的殺蟲劑對天敵等有益生物的行為、生長發育及種群增長等具有重要影響[43]，因此其環境風險不容忽視。本研究雖然是在室內環境條件下考查了啶蟲脒和雙丙環蟲酯2 種殺蟲劑低劑量處理對棉蚜繭蜂寄生功能的影響，與外界自然環境條件相比少了許多復雜的不可控因素，但試驗結果仍對更好地協調化學防治與生物防治的關系，保護和利用天敵昆蟲的自然控害能力具有重要意義。