農用抗生素攝入對微小花蝽成蟲生長發育和捕食能力的影響

蘭榮猛，曹坤倩，張晶晶，周霞，金林紅

(1. 貴州大學農學院，貴州 貴陽 550025；2. 貴州大學綠色農藥與農業生物工程教育部重點實驗室，貴州 貴陽 550025)

在實施天敵開發和保護技術應用時，人們常常關注殺蟲劑對昆蟲的影響，但是殺菌劑亦可直接影響昆蟲的生理和行為[1-2]。 一般認為殺菌劑對天敵昆蟲的安全性較高，但缺乏足夠的實驗數據支撐。 人們在使用殺菌劑的同時，也要關注其對農田非靶標生物的影響，尤其是對天敵昆蟲的影響。 早在20 世紀，前蘇聯書籍中載有大量關于殺菌劑對昆蟲毒性作用的內容，殺菌劑不僅能影響昆蟲生長、產卵、交配、繁殖等環節，甚至某些殺菌劑對昆蟲的致死作用強于殺蟲劑。 在阿根廷，果園施用殺菌劑薯瘟錫可以完全預防小果蠹和蘋果蠹蛾(Cydia pomonella)、梨小食心蟲(Grapholita molesta)等害蟲的為害。 印度也有采用薯瘟錫和毒菌錫成功減輕棉鈴蟲[Helicoverpa armigera(Hübner)]為害的報道[3]。

目前已有大量文獻研究表明，農用殺菌劑會對昆蟲產生毒性，影響昆蟲的羽化、生殖、壽命等生理行為[4-9]。 農用抗生素是農用殺菌劑的重要組成部分，目前已廣泛應用于植物病蟲害防控中，并且使用數量在逐年增加。 2000 年Haseeb 等[10]報道指出，寄生蜂接觸農用抗生素春雷霉素后導致其寄生率大幅降低。 2012 年吳順凡等[11]研究發現，農用抗生素井岡霉素能影響二化螟盤絨繭蜂[Cotesia chilonis(Matsumura)]的壽命。 2016 年王子辰等[12]研究發現，稻田使用農用抗生素井岡霉素會造成稻螟赤眼蜂(Trichogramma japonicunAshmead)羽化率降低，畸形率增加，并建議釋放稻螟赤眼蜂時應禁止施用井岡霉素。 2017 年田俊策等[5]研究發現，井岡霉素會削弱稻螟赤眼蜂的搜索能力和寄生能力。 目前研究抗生素井岡霉素對飛虱影響的報道也較多:井岡霉素的長期刺激會使褐飛虱[Nilaparvata lugens(Stal)]耐熱能力增強，刺激生殖但同時會影響其卵母細胞發育而導致產卵量下降，也會通過影響褐飛虱體內菌群的動態平衡干擾其生長發育[6，13]；有報道還指出，井岡霉素會影響灰飛虱的生殖力，產卵量顯著下降，甚至處理的水稻也能對灰飛虱[Laodelphax striatellus(Fallén)]帶來同樣影響[6，14-16]。

農用抗生素申嗪霉素和春雷霉素作為一種廣譜性殺菌劑，被廣泛應用在多種作物病害防治中，是一種綠色高效低風險微生物藥劑，應用前景廣闊[17-18]。 微小花蝽(Orius minutus)是一種廣泛存在于農田的捕食性昆蟲，可以有效捕食薊馬、葉蟬、粉虱等小型害蟲，還包括鱗翅目害蟲的幼蟲和卵[19-20]，特別是大齡若蟲和成蟲，其對小型害蟲具有很高的捕食率，是一個具有很大開發潛力的天敵昆蟲。 目前國內多個研究機構都在對微小花蝽及其同屬昆蟲開展系統研究，研究其對田間害蟲的控害能力，測定評價了一些常用農藥對該屬天敵昆蟲的安全性，但抗生素殺菌劑對微小花蝽安全性的評價鮮有報道[21-22]。 本試驗選擇田間常用農用抗生素殺菌劑申嗪霉素和春雷霉素為供試農藥，采用年齡-階段兩性生命表理論方法研究其對微小花蝽成蟲生長發育和捕食能力的影響，為評估農田使用農用抗生素對天敵昆蟲微小花蝽的安全性提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試藥劑 供試藥劑見表1。

表1 供試藥劑

1.1.2 供試昆蟲 微小花蝽(O. minutus)由貴州大學綠色農藥與農業生物工程教育部重點實驗室提供。 該種群于2021 年采集于湄潭縣茶園，純化后飼養10 代以上，在溫度(25±1) ℃、相對濕度(70±5)%、光暗周期16 h ∶8 h 的人工氣候箱內飼養。

茶棍薊馬(Dendrothrips minowaiPriesner)采集自湄潭縣茶園，飼養于室內盆栽茶樹上。 飼養條件為:溫度(25±1) ℃、相對濕度(70±5)%、光暗周期16 h ∶8 h。

1.2 試驗設計

本試驗設A、B、CK 共3 個處理(表2)。 微小花蝽若蟲發育過程中會取食蜂蜜水，因此將農用抗生素混合在15%蜂蜜水中再對微小花蝽進行處理。 兩種抗生素濃度根據田間常用劑量換算得出，以15%蜂蜜水作為對照組。 A、B、CK 處理均以同一天得到的100 粒卵為起點，發育到五齡若蟲時進行農用抗生素處理。

表2 試驗處理

1.3 飼養方法及數據收集

從實驗室飼養的微小花蝽種群中挑出雌雄蟲一一配對，單獨放入養蟲盒(20 cm×25 cm×10 cm)中飼養。 養蟲盒中放入一根蕓豆豆莢(長12 cm，寬2 cm)及足量茶棍薊馬2 齡若蟲作為食物，等待其交配產卵，每24 h 觀察1 次，將同一次觀察到的100 粒卵作為一個處理下的起始數量用于開展研究。 飼養環境保持溫度(25±1) ℃、相對濕度(70±5) %、光暗比為16 h ∶8 h。

每24 h 觀察1 次，將觀察到的孵化若蟲單獨放入養蟲盒中，1—3 齡微小花蝽若蟲每日提供20頭茶棍薊馬幼蟲作為食物，四齡若蟲至成蟲階段每日每頭蟲提供50 頭茶棍薊馬二齡幼蟲作為食物，24 h 后再補充至50 頭，以蕓豆豆莢提供水分，24 h 后補充茶棍薊馬至原本數量，同時更換齡期過大的茶棍薊馬(被微小花蝽取食而死的茶棍薊馬尸體干癟，自然死亡的則不會干癟)，記錄微小花蝽每天的取食量和統計階段的發育情況。

成蟲出現時，雌雄配對放置于同一個養蟲盒中飼養，每日每對微小花蝽提供100 頭二齡茶棍薊馬若蟲作為食物，每日更換豆莢，記錄其發育歷期、產卵量、捕食量。 存活的雌雄蟲不能一對一配對時，另外挑選發育齡期相近的雄性成蟲放入養蟲盒中交配，新放入的雄性昆蟲不做記錄。 雌雄配對飼養時，雌雄蟲捕食量根據前期的研究結果，按照5∶4 分配計算。

當微小花蝽發育到四齡若蟲階段時，準備好2 mL 離心管若干，在管壁四周均勻地鉆孔，然后在離心管中塞滿脫脂棉，往不同處理的離心管中分別加入蜂蜜水(CK)和申嗪霉素、春雷霉素。 之后將離心管放入養蟲盒中，供剛剛發育至五齡若蟲階段的微小花蝽取食1 天并觀察確保微小花蝽取食成功。

1.4 生命表與捕食率分析

1.4.1 生命表 使用計算機程序TWOSEX-MSChart 對生命表數據進行分析。 計算不同年齡-階段特異性存活率(sxj)、年齡特異性存活率(lx)、雌蟲年齡-階段特異性生殖力(fxj)、年齡特異性生殖力(mx)、凈生殖力(lxmx)、內稟增長率(r)、周限增長率(λ)、凈繁殖率(R0)和平均世代時間(T)。

年齡-階段特異性存活率(sxj)是新個體存活x 年和j 期的概率，由Chi 等[23]的方法計算得出。年齡-階段特異性存活率的簡化公式為:

式中，n01是生命表研究開始時使用的新個體數量，nxj是n01中存活x 年和j 期的個體數量。 年齡特異性存活率(lx)和年齡特異性生殖力(mx)計算公式分別為:

式中，β 為階段數，fxj為雌蟲年齡-階段特異性生殖力。

內稟增長率(r)由Euler-Lotka 公式估算，采用交互二分法，年齡指數從0 開始[24]。 內稟增長率(r)計算公式為:

周限增長率(λ)計算公式為:

凈繁殖率(R0)，即個體在其整個生命周期內能夠產生的平均后代數，計算公式為:

平均世代時間(T)是指種群在穩定齡期分布下需要增加到R0穩定分布的時間，計算公式為:

年齡-階段預期壽命(exj)是指年齡x 和階段j 的個體預期在x 年之后存活的時間，由Chi等[25]的方法計算得出:

式中，s＇ij是指年齡為x、階段為j 的個體存活到年齡為i、階段為y 的概率，通過假設sxj＝1 計算得來的。

年齡-階段生育價值(vxj)是處于年齡x 和階段j 的個體對未來種群的生育貢獻，由Tuan等[26]的方法計算得出:

1.4.2 捕食率 參考Chi 等[27]的方法分析所有微小花蝽日捕食率。 使用CONSUMER-MSchart軟件計算特定年齡-階段捕食率(cxj)、特定年齡凈捕食率(qx)和凈捕食率(C0)。

cxj為x 齡和j 期微小花蝽個體所消耗茶棍薊馬的平均數，計算公式為:

式中，dxj，i為第i 個個體在x 齡和j 期的捕食率記錄。

凈捕食率(C0)指一個捕食者在其一生中平均消耗的獵物數量，它包括所有個體。 計算公式為:

階段總捕食率(Uj)包括所有進入j 階段的個體，也就是那些從階段j 存活到j+1 包括在階段j死亡的所有個體。 計算公式為:

式中，Pi，j是個體i 在第j 階段殺死的獵物總數；mj是發展到j 階段的個體數量，盡管其中一些個體可能在j 階段死亡。

1.5 數據處理與分析

試驗數據采用TWOSEX-MSChart 和CONSUMER-MSchart 程序中的Bootstrap 技術計算分析各參數的平均值和標準值，使用10 萬次重復的Bootstrap 技術對數據進行處理與統計，采用Origin 2018 和Microsoft Excel 2010 軟件制做圖表。

2 結果與分析

2.1 兩種農用抗生素對微小花蝽成蟲生長發育的影響

農用抗生素處理前，不同處理組微小花蝽卵期到四齡若蟲各階段發育歷期沒有顯著差異。 五齡若蟲初期飼喂兩種抗生素均顯著延長微小花蝽五齡若蟲階段的發育時間。 其中，對照組五齡若蟲階段歷期為1.21 d，成蟲壽命為17.33 d；申嗪霉素處理組五齡若蟲階段發育歷期為1.64 d，成蟲壽命為18.70 d，與對照組差異顯著；春雷霉素處理組五齡若蟲階段發育歷期為1.81 d，與對照組差異顯著。 同時，春雷霉素處理使微小花蝽成蟲產卵前期時間縮短，從2.07 d(CK)縮短到1.81 d(P＜0.05)，并且產卵天數從9.00 d(CK)縮短到7.52 d，差異顯著(表3)。

表3 農用抗生素處理對微小花蝽成蟲階段發育歷期的影響

由表4 可見，與對照組相比，兩種抗生素處理本代的內稟增長率(r)、周限增長率(λ)以及春雷霉素處理平均世代周期(T)均下降，但無顯著差異。 春雷霉素處理降低微小花蝽對茶棍薊馬的凈捕食率(C0＝247.70)，與對照組(C0＝288.04)差異顯著。 春雷霉素和申嗪霉素處理組都使得凈繁殖率(R0)、總繁殖率(GRR)顯著降低，生殖力(F)下降(對照組F ＝54.11，申嗪霉素處理組F ＝46.55，春雷霉素處理組F＝41.19)。

2.2 兩種農用抗生素處理對微小花蝽年齡-階段特異性存活率的影響

年齡-階段特異性存活率(sxj)曲線(圖1)可以清晰顯示每日微小花蝽不同齡期的存活率。 其中，申嗪霉素和春雷霉素兩種抗生素處理后，五齡若蟲階段在x 軸上跨越區間更長，表明抗生素的攝入使五齡若蟲階段發育歷期更長。 兩個抗生素處理組微小花蝽雌成蟲的年齡-階段特異性存活率(sxj)曲線斜率更大，說明日存活率下降更快，因此，抗生素處理組相較于對照成蟲壽命縮短。

圖1 兩種農用抗生素處理下微小花蝽年齡-階段特異性存活率(sxj)

2.3 兩種農用抗生素處理對微小花蝽成蟲年齡特異性存活率與生殖力的影響

圖2 顯示，申嗪霉素和春雷霉素兩種農用抗生素處理微小花蝽年齡特異性存活率(lx)下降，處理組雌蟲年齡-階段特異性生殖力(fxj)和年齡特異性生殖力(mx)明顯低于對照組(CK)。 按照單日來看凈生殖力(lxmx)差異不大，兩個藥劑處理組稍低。 但由于農用抗生素處理還導致產卵天數的減少(表3)，因此兩個處理組凈繁殖率(R0)顯著降低，即對照組R0＝14.61，申嗪霉素處理組R0＝13.50，春雷霉素處理組R0＝11.12(表4)。

圖2 兩種農用抗生素處理下微小花蝽年齡特異性存活率(lx)、生殖力(mx、lxmx、fxj)

2.4 兩種農用抗生素處理對微小花蝽成蟲年齡-階段生育價值及年齡-階段預期壽命的影響

由圖3 可以看出，春雷霉素和申嗪霉素兩種農用抗生素處理都降低微小花蝽的年齡-階段生育價值(vxj)，也就是對種群發育的貢獻值降低，前者下降更明顯。 圖4 顯示，申嗪霉素處理提高微小花蝽的預期壽命，與對照組相比，雄成蟲年齡-階段預期壽命(exj)提升最明顯；春雷霉素處理則相反，降低微小花蝽的年齡-階段預期壽命(exj)。

圖3 兩種農用抗生素處理下微小花蝽的年齡-階段生育價值(vxj)

圖4 兩種農用抗生素處理下微小花蝽的年齡-階段預期壽命(exj)

2.5 兩種農用抗生素處理對微小花蝽捕食能力的影響

由圖5 可以看出，申嗪霉素和春雷霉素處理使微小花蝽對茶棍薊馬的捕食能力顯著下降。 其中，微小花蝽五齡若蟲年齡-階段捕食率(cxj)受影響最大，取食抗生素當天捕食能力就受到影響；雄成蟲捕食能力在成蟲中期會出現短暫恢復。

圖5 兩種農用抗生素處理下微小花蝽特定年齡-階段捕食率(cxj)

抗生素處理時期為五齡若蟲階段初期，之前的階段捕食率沒有顯著差異，因此表5 中未列出一至四齡階段的捕食率數據。 可以看出，春雷霉素處理組微小花蝽雌成蟲的階段捕食率為306.08，申嗪霉素處理組微小花蝽雌成蟲的階段總捕食率(Uj)為343.86，與對照組相比均(447.00)顯著降低，兩種抗生素對雄成蟲階段捕食率的影響差異不顯著。 五齡若蟲階段處理組的階段捕食率也顯著降低。

表5 兩種農用抗生素處理下微小花蝽的階段總捕食率(Uj)

3 討論與結論

本試驗于五齡若蟲階段對微小花蝽飼喂農用抗生素春雷霉素和申嗪霉素，采用年齡-階段兩性生命表探究其對微小花蝽成蟲生長發育的影響。 年齡-階段兩性生命表理論方法是由中國臺灣地區昆蟲學家Chi 教授提出的專門用于生命表分析的工具，其彌補了傳統生命表(雌性生命表)忽視雄性個體作用、忽略昆蟲齡期分化的不足，可以更加科學系統地評價昆蟲的生長發育，目前已經得到許多生態學家、昆蟲學家的認可并廣泛應用于昆蟲生長發育、生態學等領域研究[28-30]。 本試驗于五齡若蟲階段做處理時，3 個種群得到的五齡若蟲數量有細微差別，但方差分析結果顯示其影響不顯著，符合年齡-階段兩性生命表理論方法要求。

本試驗中，兩種抗生素處理下天敵微小花蝽五齡若蟲階段的存活時間延長，但是五齡若蟲和成蟲兩個階段的捕食率下降十分明顯，并且產卵天數和產卵量均有下降。 所以兩個抗生素處理不僅造成微小花蝽凈捕食率(C0)下降，還會減少下一代種群數量。 微小花蝽到了成蟲階段后不再有齡期存在，因此不能看出抗生素處理對階段存活率的影響，可以根據雌成蟲和雄成蟲存活曲線斜率來判斷日存活率的差異。 微小花蝽只在五齡若蟲初期攝入抗生素一天，沒有持續處理，因此，與對照組相比微小花蝽種群參數內稟增長率(r)、周限增長率(λ)以及平均世代周期(T)降低、縮短，但差異并不顯著。 如果延長處理時間或在低齡若蟲階段處理，兩種農用抗生素對微小花蝽生長發育和繁殖可能會產生更大的影響。

農用抗生素是農用殺菌劑的一種，在農業病蟲防治中發揮著重要作用，我們常常關注農用抗生素對植物病害的作用，忽略了其對非靶標生物的影響，特別是天敵昆蟲。 Li 等[31]用抗生素左氧氟沙星和慶大霉素處理美洲大蠊(Periplaneta americanaL.)并連續監測后發現，兩者的攝入導致美洲大蠊內共生菌群紊亂，影響取食、活動、交配并且縮短壽命。 本研究所用申嗪霉素和春雷霉素，兩者也是抗生素，因此我們推斷其作用途徑應該與Li 等[31]的研究相似，因為昆蟲的腸道上皮有著復雜的微生物群落[32]。 這些微生物群落豐富多樣、數量眾多，在昆蟲腸道中形成一個微生物生態系統，與寄主互利共生，從不同方面影響宿主的生理[33-34]。 因此，抗生素攝入必然會打破昆蟲內共生菌平衡而影響昆蟲生長發育。

本研究表明，農用抗生素申嗪霉素和春雷霉素會降低微小花蝽的繁殖能力和捕食率，田間保護利用微小花蝽天敵昆蟲時應慎用兩者。 本研究只測定了微小花蝽的生命表和捕食率數據，下一步將開展后續研究，探究兩種農用抗生素影響微小花蝽生長發育的機理。