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植物保护学报Journalof PlantProtection 2021 48 2 275 288 DOI 10 13802 ki zwbhxb 2021 2020306 捕食性天敌控害能力评价方法进展 段雪莹 王祎丹 张乃钊 高 峰 赵紫华 中国农业大学植物保护学院昆虫学系 北京100193 摘 要 生 物 防 治 在 害 虫 治 理 中 的 作 用 日 益 凸 显 捕 食 性 天 敌 对 害 虫 猎 物 的 捕 食 作 用 作 为 生 物 防 治 的 主 要 组 成 部 分 其 捕 食 效 果 评 价 不 可 或 缺 定 性 或 定 量 评 价 捕 食 性 天 敌 的 控 害 作 用 是 生 物 防 治 研 究 的 一 项 重 要 内 容 传 统 的 捕 食 性 定 量 方 法 研 究 大 都 局 限 于 室 内 开 展 与 田 间 昆 虫 天 敌 的 实 际 捕 食 量 有 所 出 入 昆 虫 分 子 生 物 学 技 术 的 发 展 为 昆 虫 定 量 评 价 提 供 了 支 持 本 文 全 面 总 结 了 农 业 生产科学研究中常用的捕食性昆虫定量评价方法 详细阐述了这些评价方法的原理 方法及应用实 例 并进一步提出在未来的研究中应该扬长避短 根据试验对象的生物习性 试验条件的影响因素 试验目的的要求 将不同方法结合起来发挥各自优点 使捕食者捕食猎物的定量评价结果更能接近 田 间 发 生 的 实 际 情 况 这 些 方 法 和 技 术 将 有 助 于 更 好 地 发 挥 自 然 天 敌 的 控 害 作 用 有 效 开 展 害 虫 生态调控 进一步推动生物防治相关方法的创新与应用 关键词 生物防治 捕食性 天敌 控害作用 定量评价 Researchadvancesinevaluationmethodsofpredator scontrolofinsectpests Duan Xueying Wang Yidan Zhang Naizhao Gao Feng Zhao Zihua DepartmentofEntomology CollegeofPlantProtection ChinaAgriculturalUniversity Beijing100193 China Abstract Biologicalcontrolplaysanincreasinglyprominentroleinpestcontrol Thepredationofpred atory natural enemies on insect preys is an important part of biological control and the evaluation of predation effect is indispensable for successful biological control of pests How to evaluate the control effectofpredatorynaturalenemiesqualitativelyorquantitativelyisanimportanttopicinbiologicalcon trol research Most traditional methods are confined to indoor hunting which is different from the hunt ing of predators in the field With the rise of insect molecular biology more technical methods can be appliedtothequantitativeevaluationofinsects Thisreviewcomprehensivelysummarizedthecommon ly used quantitative evaluation methods for predatory insects in agricultural production elaborated the principles and methods of evaluation and application examples and further put forward to foster strengths and circumvent weaknesses according to the test objects of biological behavior the influenc ingfactorsoftestconditionsandtestpurpose andcombinetheadvantagesofdifferentmethodstomake the quantitative evaluation result closer to the actual situations in the field These methods will help to better exert the control effect of natural enemies effectively carry out ecological control of pests and furtherpromotetheinnovationandapplicationofrelatedbiologicalcontrolmethods Keywords biologicalcontrol predation naturalenemy pestcontrol quantitativeevaluation 基 金 项 目 国 家 重 点 研 发 计 划 2017YFD0200400 2018YFF0214905 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 2018TC040 国 家 自 然 科 学 基 金 31770470 通信作者 Authorforcorrespondence E mail zbxb2 收稿日期 2020 12 21276 植 物 保 护 学 报 48 卷 随着人口增加 全球粮食安全问题日益凸显 为 了 提 高 粮 食 产 量 与 质 量 人 类 过 多 地 依 赖 化 学 防 治 长 时 间 进 行 化 学 防 治 往 往 会 带 来 生 态 破 坏 害 虫抗药性增加及害虫再猖獗等一系列问题 在农业 生态系统中 为了保护生态系统和环境安全 利用自 然界中生物与环境 生物与生物之间的关系 通过生 物 有 效 防 控 害 虫 的 生 物 防 治 方 法 越 来 越 受 到 关 注 陈 学 新 等 2013 自 然 天 敌 作 为 农 业 生 态 系 统 中 重要的组成部分 在生物防治中发挥着重要作用 戈 峰 和 欧 阳 芳 2014 其 中 捕 食 性 天 敌 由 于 其 种 类 多 数 量 大 捕 食 性 强 对 害 虫 的 持 久 控 制 作 用 以 及 其环保效益 生态效益和节约能源的作用 一直以来 都 受 到 科 学 家 们 的 重 视 也 是 生 物 防 治 的 重 要 组 成 部 分 为 农 田 生 态 系 统 的 生 物 控 害 以 及 开 展 害 虫 生 态调控贡献了很大力量 保护和利用天敌是有效开展害虫生态调控的基 础 而 明 确 捕 食 性 天 敌 对 害 虫 猎 物 控 制 作 用 的 大 小 是 充 分 发 挥 天 敌 控 制 作 用 的 前 提 鞠 倩 等 2020 如 何 科 学 评 价 捕 食 性 天 敌 的 控 害 能 力 一 直 以 来 都 是 生 物 防 治 研 究 中 关 注 的 重 点 与 难 点 吴 孔 明 等 2009 对天敌捕食作用的评价方法研究发展迅速 从 传 统 的 基 于 直 接 观 察 法 的 种 群 生 命 表 室 内 捕 食 功 能 反 应 模 型 和 昆 虫 生 态 能 学 评 价 方 法 到 利 用 色 谱 同位素等发展起来的评价方法 再到基于昆虫分 子 生 物 学 技 术 发 展 的 一 系 列 评 价 方 法 这 些 控 害 评 价 方 法 在 一 定 条 件 下 各 有 特 色 却 也 存 在 着 一 定 的 局 限 性 张 桂 芬 等 2014 本 文 全 面 总 结 了 农 业 生 产 科 学 研 究 中 常 用 的 捕 食 性 天 敌 控 害 定 量 评 价 方 法 详细阐述了这些评价方法的原理 方法及应用实 例 有助于更好地评价自然天敌的控害作用 有效开 展 害 虫 生 态 调 控 进 一 步 推 动 生 物 防 治 方 法 的 创 新 与应用 1 天敌控害评价的传统方法 1 1 昆虫生命表法 1 1 1 昆虫生命表的原理与方法 评价捕食性天敌控害能力最传统的方法就是构 建昆虫生命表 生命表通常将特定昆虫种群的死亡 数 量 死 亡 原 因 死 亡 年 龄 时 间 等 资 料 列 成 表 以 便 分 析 该 种 昆 虫 生 活 史 过 程 中 引 起 数 量 变 动 的 原 因 昆虫生命表的研究通常是根据研究对象的生长 发 育 特 征 结 合 试 验 所 需 的 环 境 因 子 而 制 定 该 方 法 实 际 上 是 在 直 接 观 察 法 的 基 础 上 形 成 的 记 录 较 为 系 统 和 细 致 可 以 清 晰 呈 现 研 究 对 象 种 群 在 生 活 周 期 中 的 数 量 变 化 并 且 在 此 过 程 中 起 关 键 作 用 的 影响因子也能够得到具体化和数量化 从控害的评 价 角 度 出 发 昆 虫 生 命 表 可 以 清 楚 记 录 引 起 猎 物 死 亡的原因 其中就包括被捕食性天敌捕食的数量 从 而用于评价捕食性天敌的控害能力 昆 虫 生 命 表 的 编 制 首 先 根 据 研 究 对 象 的 种 类 习性和取样调查工作的实际情况适当决定 调查每 个虫态 龄群 的生存数 死亡数 引起死亡的有关原 因 成虫性比和繁殖力等 并根据调查所得资料计算 种 群 在 该 条 件 下 的 净 增 殖 率 内 禀 增 长 率 和 周 限 增 长率等种群参数 同时根据对生命表数据的分析 可 以获知影响种群动态的重要因子和关键因子 其中 猎物种群被捕食性天敌捕食而死亡的数据可以进一 步 通 过 该 条 件 下 猎 物 种 群 的 密 度 获 得 并 结 合 种 群 净 增 殖 率 内 禀 增 长 率 和 周 限 增 长 率 等 种 群 参 数 计 算 模 拟 得 到 猎 物 在 田 间 的 数 量 增 长 情 况 从 而 进 一 步 评 价 捕 食 性 天 敌 对 田 间 猎 物 的 潜 在 控 害 作 用 Chi Liu 1985 当 然 对 于 积 累 了 多 年 同 一 地 点 同 一 研 究 对 象 的 生 命 表 可 以 将 其 整 理 为 平 均 生 命 表 即 将 各 年 份 同 世 代 生 命 表 中 各 栏 数 据 进 行 平 均 或 是 把 若 干 年 内 所 有 世 代 的 生 命 表 数 据 加 以 平 均 平 均 生 命 表 的 编 制 对 于 害 虫 种 群 动 态 的 分 析 以及各生态影响因子对害虫种群数量控制作用的评 价具有重要的参考意义 1 1 2 昆虫生命表的应用 现代农业生产实践及科技进步促使昆虫生命表 技 术 不 断 更 新 完 善 庞 雄 飞 等 1984 1992 通 过 对 昆 虫 天 敌 的 研 究 首 次 提 出 了 以 作 用 因 子 组 配 的 生 命 表 研 究 方 法 丰 富 了 经 典 生 命 表 Chi Liu 1985 首 次 将 个 体 以 及 雌 雄 之 间 的 差 异 性 考 虑 进 去 提 出 了 年 龄 龄 期 两 性 生 命 表 进 一 步 完 善 了 经 典 生 命 表 从 而 更 精 准 地 对 昆 虫 种 群 动 态 进 行 分 析 研 究 此 后 有 众 多 研 究 在 实 验 室 条 件 下 通 过 编 制 特 定 年 龄 生 命 表 对 捕 食 性 天 敌 的 控 害 能 力 进 行 了 评 价 如 东 亚 小 花 蝽Orius sauteri 对 西 花 蓟 马Frankliniella occidentalis 王 然 等 2014 异 色 瓢 虫 Harmonia axyridis 对 豆 蚜Aphis craccivora 陈 鹏 等 2015 后 斑 小 毛 瓢 虫Scymnus Pullus posticalis 对 居 竹 伪 角 蚜Pseudoregma bambusicola 黄 翠 琴 2016 的 控 害 能 力 评 价 许 乐 园 等 2019 以 温 度 为 作 用 因 子 利 用 年 龄 龄 期 两 性 生 命 表 综 合 评 价 了 中 华 通 草 蛉 Chrysoperla sinica 的 生 长 发 育 速 率 和 捕 食 能 力 发 现在农田生态系统中春季是释放中华通草蛉防治麦 长 管 蚜Sitobion avenae 的 最 佳 时 期 Dargazani 2 期 段雪莹等 捕食性天敌控害能力评价方法进展 277 Sahragard 2020 运 用 年 龄 龄 期 两 性 生 命 表 评 价 了 伊 朗 新 引 入 的 异 色 瓢 虫 对 棉 蚜Aphis gossypii 的 控 害潜能 认为异色瓢虫对棉蚜的控害能力强 且雌虫 的 控 害 作 用 高 于 雄 虫 可 见 通 过 昆 虫 生 命 表 的 编 制 一方面能够清楚记录昆虫种群数量变动的规律 另 一 方 面 也 能 够 明 确 引 起 昆 虫 种 群 数 量 变 动 的 原 因 包括捕食性天敌的捕食作用 因此昆虫生命表确 实能够较为直观地评价捕食性天敌的控害能力 1 2 捕食功能反应 1 2 1 捕食功能反应的原理与方法 自然天敌捕食功能反应模型可用于评估捕食性 天 敌 随 着 猎 物 密 度 变 化 的 控 害 能 力 Holling 1959 根据猎物密度将捕食性天敌对猎物的控害能 力 分 为4 种 功 能 反 应 模 型 即HollingI 型 HollingII 型 Holling III 型 和Holling IV 型 Holling I 型 是 指 捕 食 性 天 敌 的 捕 食 能 力 随 猎 物 密 度 增 加 而 上 升 数 据 模 型 呈 直 线 关 系 但 猎 物 密 度 一 旦 超 过 某 一 阈 值 时 捕食性天敌的捕食速率便会停止增加 张颖和郭 兴 2014 HollingII 型 是 指 猎 物 密 度 增 加 初 期 捕 食 性 天 敌 的 捕 食 速 率 增 长 很 快 但 随 着 猎 物 密 度 进 一 步 增 加 捕 食 性 天 敌 饥 饿 度 降 低 捕 食 速 率 降 低 直 到 充 分 饱 食 后 停 止 进 食 数 据 模 型 呈 凸 型 曲 线 关 系 王 然 等 2016 HollingIII 型 是 指 当 猎 物 密 度 较 低时 捕食性天敌与猎物接触较少 无法快速寻找与 识别猎物 捕食性天敌存在一个学习过程 随着猎物 密度增加 频繁接触后 捕食性天敌的捕食速率增长 很快 但随着猎物密度进一步增加 捕食性天敌饥饿 度 降 低 捕 食 速 率 降 低 直 到 充 分 饱 食 后 停 止 进 食 数 据 模 型 呈S 型 曲 线 王 圣 印 等 2016 HollingIV 型 是 指 猎 物 密 度 较 低 时 同HollingII 型 但 在 猎 物 密 度较高时 由于猎物的某种抑制作用 从而导致捕食 性天敌的攻击速率降低 捕食量减少 数据模型呈拱 形 郭玉杰 1993 Holling 圆 盘 方 程 是Holling 1959 根 据 室 内 人 工 模 拟 捕 食 试 验 而 提 出 的 用 于 描 述Holling II 型 功 能 反 应 模 型 的 方 程 是 影 响 最 大 且 至 今 仍 在 广 泛 应 用 的 模 型 之 一 圆 盘 方 程 表 达 式 为 N a a T 1 a NT h 其 中 N a 为 捕 食 者 捕 食 的 猎 物 数 量 a 为 攻 击 系 数 瞬 时 搜 寻 速 率 T 为 处 理 时 间 N 为 猎 物 密 度 T h 为 处 置1 头 猎 物 所 需 的 时 间 根 据 试 验 要 求 在 适 宜 温 湿 度 条 件 下 通 常 预 先 将 天 敌 昆 虫 进 行 饥 饿处理 再放入不同密度猎物的观察盒中进行饲养 观 察 捕 食 性 天 敌 捕 食 猎 物 的 数 量 及 所 用 时 间 再 根 据圆盘方程来计算捕食性天敌的搜寻速率和处置时 间 从 而 对 该 捕 食 性 天 敌 的 控 害 作 用 进 行 评 估 Royama 1971 和Rogers 1972 在 圆 盘 方 程 的 基 础 上 建 立 了 随 机 攻 击 模 型 即N a N 1 exp a 1 N a T h 由于该模型将捕食过程中猎物逐渐减少而对捕食产 生 的 影 响 考 虑 进 去 更 能 准 确 描 述 绝 大 多 数 试 验 数 据 也 有 研 究 者 认 为 HollingIII 型 由 于 猎 物 密 度 上 升 到 某 一 阈 值 时 会 抑 制 捕 食 性 天 敌 的 捕 食 而 低 于 该 阈 值 时 可 保 证 猎 物 种 群 的 稳 定 性 Beddington 1975 因 此 Hassell 1978 在 圆 盘 方 程 的 基 础 上 提 出 捕 食 性 天 敌 的 功 能 反 应 模 型 为N a N 1 exp bN t P t 1 cN t T N a T h P t 式 中 b 和c 为 常 数 N t 为 t 时 间 段 内 的 猎 物 密 度 P t 为t 时 间 段 内 的 捕 食 者 数 量 当然 在实际试验过程当中 为更好地评价捕食 性 天 敌 的 控 害 作 用 常 将 不 同 密 度 的 捕 食 性 天 敌 和 不 同 密 度 的 猎 物 进 行 不 同 组 合 周 慧 平 等 2015 代 晓 彦 等 2020 或 多 种 天 敌 虫 态 同 时 和 多 种 猎 物 进行不同密度组合处理 马丽君等 2015 1 2 2 捕食功能反应的应用 目 前 捕 食 功 能 反 应 依 然 是 评 价 捕 食 性 天 敌 对 害 虫 控 制 能 力 大 小 的 基 本 方 法 之 一 但 应 用 该 方 法 时 天敌的年龄因素 寻找效应和干扰效应都会对天 敌 的 捕 食 能 力 产 生 很 大 影 响 如 同 一 种 类 的 天 敌 在 不同龄期对害虫捕食能力各不相同 高龄若虫的日 捕食量常常最大 甚至大于成虫日捕食量 因为羽化 为 成 虫 前 需 要 贮 存 大 量 营 养 物 质 用 于 发 育 与 繁 殖 如唐艺婷等 2018 在实验室条件下研究了不同龄期 的 益 蝽Picromerus lewisi 对 黏 虫Mythimna separata 的 捕 食 能 力 分 析 出 益 蝽 不 同 龄 期 若 虫 和 成 虫 对 黏 虫3 龄 幼 虫 的 捕 食 功 能 反 应 都 符 合Holling 型 圆 盘 方 程 且 益 蝽5 龄 若 虫 的 日 捕 食 量 最 大 控 害 效 果 最好 寻找效应是捕食性天敌在捕食过程中对被捕 食 者 进 行 进 攻 的 一 种 行 为 效 应 而 寻 找 效 应 的 大 小 与被捕食者密度和捕食者自身捕食能力有关 如文 霞 等 2019 在 室 内 环 境 下 通 过 研 究 多 异 长 足 瓢 虫 Hippodamiavariegata 对 杨 树 上 白 杨 毛 蚜Chaitopho ruspopulialbae 的 日 捕 食 量 发 现 多 异 瓢 虫 对 白 毛 蚜 的寻找效应随着白毛蚜的密度增加而降低 密度干 扰效应是指捕食者在一定空间内 由于寄生性天敌 捕 食 性 天 敌 甚 至 同 种 昆 虫 等 大 量 增 加 并 向 周 围 局 部 扩 散 导 致 天 敌 对 被 捕 食 者 的 寻 找 效 率 降 低 的 现 象 也 是 捕 食 者 之 间 的 相 互 干 扰 作 用 如 贾 静 静 等 2019 研 究 了 在 六 点 始 叶 螨Eotetranychussexmacu latus 密 度 固 定 的 条 件 下 增 加 捕 食 者 加 州 新 小 绥 螨 Neoseiulus californicus 自 身 密 度 后 的 控 害 能 力 发278 植 物 保 护 学 报 48 卷 现随着捕食者密度的增加 日捕食率逐渐降低 说明 加州新小绥螨捕食效应存在种内竞争和自我干扰作 用 此 外 在 单 一 捕 食 性 天 敌 捕 食 猎 物 的 试 验 基 础 上 还 有 学 者 应 用 捕 食 功 能 反 应 对 多 种 捕 食 性 天 敌 的 竞 争 捕 食 能 力 刘 爽 2006 徐 海 云 等 2011 或 是 同种天敌同时对不同猎物的选择性捕食能力进行了 研究 李亚迎 2017 尹哲等 2017 郑苑等 2019 这 种 多 食 物 链 的 试 验 更 贴 近 田 间 自 然 情 况 进 一 步 丰 富 了 捕 食 功 能 反 应 方 法 的 内 涵 促 进 了 该 方 法 的 进 一步发展 1 3 昆虫生态能量学 1 3 1 昆虫生态能量学的原理与方法 昆虫生态能量学主要是研究昆虫通过营养途径 对能量的利用和转化效率以及能量在不同营养层级 生 物 类 群 之 间 的 转 移 和 转 化 规 律 一 般 用 能 量 收 支 或 能 流 表 示 Wiegert 1976 戈 峰 和 欧 阳 芳 2014 日 本 学 者Hiratsuka 1920 测 定 了 家 蚕Bombyx mori 种 群 的 能 量 动 态 开 创 了 昆 虫 种 群 能 量 动 态 的 研 究 此 后 昆 虫 生 态 能 量 学 研 究 的 理 论 与 方 法 日 趋 成熟 根据捕食性天敌完全依赖捕食猎物 害虫 而 获 取 能 量 其 摄 入 的 能 量 相 当 于 猎 物 被 捕 食 消 耗 量 的 原 理 戈 峰 和 丁 岩 钦 1996a 率 先 提 出 以 能 量 为 统 一 单 位 将 捕 食 性 天 敌 与 害 虫 种 群 的 密 度 年 龄 结 构 存活率及虫体所含能量综合在一起 通过研究捕 食 性 天 敌 种 群 的 能 量 动 态 定 量 分 析 捕 食 性 天 敌 对 害虫控制作用的生态能量分析方法 能 量 以 食 物 的 形 式 进 入 动 物 个 体 其 中 一 部 分 以 粪 便 能 和 排 泄 能 的 形 式 排 出 体 外 一 部 分 在 代 谢 过 程 中 以 热 能 形 式 被 消 耗 剩 余 部 分 被 储 存 于 动 物 体 内 根 据 能 量 守 恒 定 律 Petrusewicz 1967 提 出 了 一 个 适 用 于 表 述 能 量 在 动 物 体 内 转 换 的 基 本 模 型 该 模 型 可 用 以 下 能 量 收 支 方 程 表 示 I P R F U 式 中I P R F 和U 分 别 代 表 摄 食 能 生 产 量 呼 吸 耗 能 粪 便 能 和 尿 能 由 于 昆 虫 的 粪 和 尿 无 法 分 开 此 能 量 收 支 方 程 通 常 简 化 为 I P R FU 昆 虫 摄 食 能 的 常 用 测 定 方 法 有 重 量 测 定 法 粪 尿 量 推 算 法 同 位 素 标 志 法 和 指 示 剂 法 等 戈 峰 和 丁 岩 钦 1998 捕 食 性 天 敌 依 靠 捕 食 害 虫 而 获 得 能 量 其 所 有 能 量 的 来 源 均 取 自 于 所 捕 食 的 害 虫 其 摄 食 能 即 为 害 虫 的 被 捕 食 消 耗 能 因 此 可 通 过 测 定 捕 食 性 天 敌 种 群 的 摄 食 能 来 定 量 评 估 其 对 害 虫 的 捕 食 作 用 并 可 以 进 一 步 结 合 昆 虫 种 群 生 命 表 各 参 数 来 评 价 捕 食 性 天 敌 对 目 标 猎 物 下 一 代 的 潜 在 控 害 作 用 Gaoetal 2007 1 3 2 昆虫生态能量学的应用 Edwards 1953 曾 运 用 瓦 伯 格 测 压 法 对 夜 蛾 的 呼 吸 速 率 进 行 测 定 Wiegert Petersen 1983 总 结 了 生 态 能 量 学 的 早 期 发 展 史 提 出 了 能 量 在 昆 虫 种 群 间 的 转 移 美 国 生 态 学 家Odum 1988 在 生 态 能 量 学 的 基 础 上 首 次 提 出 能 值 理 论 并 用 于 研 究 生 态 系统能量流动 传递与转化 此后 微量氧弹能量计 与 昆 虫 呼 吸 代 谢 检 测 系 统 仪 的 成 功 研 制 及 投 入 使 用 极 大 地 推 进 了 生 态 能 量 学 的 发 展 在 国 内 吴 坤 君 等 1986 率 先 报 道 了 关 于 棉 铃 虫Helicoverpa armig era 的 整 个 生 活 史 能 量 图 戈 峰 和 丁 岩 钦 1996b 首 次在昆虫种群的水平上分析报道了棉铃虫种群能量 动 态 并 以 此 估 算 棉 铃 虫 种 群 造 成 的 损 失 戈 峰 等 2002 在系统研究的基础上 进一步以能量为单位 通 过 研 究 捕 食 性 天 敌 种 群 的 能 量 动 态 定 量 分 析 捕 食 性 天 敌 对 害 虫 的 控 制 作 用 在 此 方 法 的 影 响 下 Gao et al 2007 在 实 验 室 条 件 下 研 究 了 中 华 草 蛉 Chrysoperla nipponensis 在 不 同 龄 期 对 棉 蚜 的 控 害 能力 并以温度为作用因子 通过建立棉蚜与龟纹瓢 虫Propyleajaponica 个 体 能 量 收 支 方 程 及 种 群 水 平 的 能 量 传 递 关 系 进 一 步 验 证 了 运 用 生 态 能 量 学 是 定 量 评 价 天 敌 防 控 能 力 的 一 种 有 效 方 法 Gaoetal 2010 此 外 Gaoetal 2008 综 合 化 学 防 治 和 农 业 措 施 等 方 法 分 析 了 不 同 棉 田 生 态 系 统 中 害 虫 天 敌 种 群 的 能 量 动 态 特 征 客 观 评 价 了 捕 食 性 天 敌 在 棉 田 生 态 系 统 中 的 作 用 与 地 位 对 评 价 田 间 捕 食 性 天 敌的控害能力提供了新思路 戈峰和欧阳芳 2014 全 面 总 结 了 生 态 能 量 学 原 理 及 测 算 方 法 对 利 用 昆 虫生态能量学方法研究捕食性天敌的控害能力有很 好的借鉴和指导意义 1 4 稳定同位素标记方法 1 4 1 稳定同位素标记方法的原理与方法 同位素为相同化学元素的原子 原子由质子 中 子 和 电 子3 部 分 组 成 对 具 有 相 同 电 子 和 质 子 数 不 同中子数的同一元素被称为同位素 稳定性同位素 无放射性 物理性质稳定 以一定比例存在于自然界 中 对环境无害 宛庭利 2013 昆虫由于取食来源 不 同 的 食 物 经 过 积 累 而 造 成 了 体 内 同 位 素 组 成 差 异 因 此 可 以 用 稳 定 同 位 素 技 术 来 分 析 不 同 营 养 级 流 动 过 程 中 的 营 养 物 质 分 布 及 食 物 网 结 构 等 欧 阳 芳等 2014 稳定同位素方法需根据研究对象的取食特点和 生 长 环 境 进 行 适 宜 取 样 即 需 要 确 保 研 究 对 象 在 不2 期 段雪莹等 捕食性天敌控害能力评价方法进展 279 同 食 源 间 活 动 并 取 食 以 及 不 同 食 源 生 物 间 存 在 稳 定同位素组成差异并在食物链中传递 常用的稳定 同 位 素 有D 13 C 15 N 和O 等 选 择 适 合 的 同 位 素 至 关 重 要 例 如 13 C 在 每 营 养 级 间 产 生0 5 1 0 的 变 化 15 N 随 营 养 级 上 升 有3 的 增 加 Ostrom et al 1997 而 34 S 几 乎 不 随 营 养 级 而 变 化 Hobson 1999 多种同位素的联合使用则可有效减少试验误 差 同时 同位素转化时间的确定 质量平衡方程和 混 合 模 型 的 应 用 则 是 验 证 相 关 生 态 问 题 的 重 要 步 骤 因 此 在 构 建 食 物 网 或 确 定 营 养 关 系 时 应 尽 量 保 持 采 集 样 品 在 时 间 和 空 间 上 的 一 致 性 减 少 时 空 格局差异所产生的影响 选 用 适 宜 的 稳 定 同 位 素 后 对 一 定 数 量 的 昆 虫 进行标记 并同时通过室内控制与田间采样分析 确 定 不 同 宿 主 害 虫 天 敌 的 食 物 链 研 究 主 线 设 计 不 同 密 度 梯 度 的 害 虫 处 理 并 进 行 采 样 回 收 和 分 析 运 用 气 相 色 谱 质 谱 联 用 gas chromatography mass spectrometry GC MS 或 液 相 色 谱 质 谱 联 用 liquid chromatography MS LC MS 方 法 可 以 检 测 出 天 然 稳 定 性 同 位 素 的 相 对 比 值 从 而 确 定 捕 食 性 天 敌 主 要 取 食 的 害 虫 种 类 和 宿 主 以 及 取 食 比 例 达 到 定 量 评价的目的 1 4 2 稳定同位素标记方法的应用 由于昆虫同位素组成总是与其生活环境中寄主 同 位 素 组 成 相 一 致 并 且 还 能 反 映 一 段 时 间 内 昆 虫 所 采 食 的 所 有 食 物 同 位 素 组 成 的 综 合 特 征 当 昆 虫 栖 息 环 境 发 生 变 化 或 迁 移 到 一 个 新 的 生 境 中 其 组 织同位素组成又会向新环境的同位素特征转变 因 此 动 物 组 织 同 位 素 组 成 能 真 实 反 映 一 段 时 期 内 动 物的食物来源 栖息环境 分布格局及其迁移活动等 信 息 自1960 年 稳 定 同 位 素 技 术 被 引 入 到 生 态 学 领 域 迅 速 被 应 用 到 食 物 链 与 食 物 网 的 营 养 结 构 及 动 物 迁 徙 的 追 踪 等 方 面 的 研 究 中 Odum Golley 1963 Hubbelletal 1966 随 着 稳 定 性 同 位 素 质 谱 仪的出现 促进了对稳定同位素分馏效应的研究 即 在 同 一 地 区 不 同 作 物 中 的 稳 定 同 位 素 含 量 出 现 差 异 导致不同营养级间的稳定同位素含量也不同 欧 阳 芳 等 2014 通 过 同 位 素 分 馏 效 应 分 析 植 物 猎 物 天 敌 不 同 营 养 级 别 稳 定 同 位 素 的 含 量 可 以 为 营 养 流 动 能 量 转 移 提 供 帮 助 如Ouyang et al 2012 应 用 同 位 素C 标 记 方 法 研 究 了 棉 花 与 玉 米 田 中 天 敌 瓢 虫 的 取 食 来 源 结 果 表 明 栖 息 在 玉 米 田 中 的 瓢 虫 对 棉 田 中 害 虫 有 一 定 控 制 作 用 近 年 来 稳 定同位素方法还进一步应用到分析筛选捕食性天敌 的 涵 养 植 物 的 研 究 中 为 充 分 保 护 和 利 用 捕 食 性 天 敌 发 挥 捕 食 性 天 敌 的 田 间 自 然 控 害 功 能 提 供 了 新 的 手 段 和 思 路 Menozzi et al 2007 Sally Christian 2018 宛 庭 利 2013 研 究 了 稻 田 生 态 系 统 中 捕 食 性 天 敌 与 猎 物 之 间C N 稳 定 同 位 素 的 比 值 分 析 表 明 黑 尖 绿 盔 盲 蝽Cyrtorhinus lividipennis 和 微 蛛 对 褐 飞 虱Nilaparvata lugens 及 黑 尾 叶 蝉Ne photettixcincticeps 具 有 一 定 的 捕 食 作 用 然 而 到 目 前 为 止 国 内 外 利 用 稳 定 同 位 素 标 记 技 术 研 究 农 田 生 态 系 统 中 营 养 关 系 能 量 流 动 以 及 天 敌 控 害 功 能 定 量 评 估 的 试 验 案 例 并 不 多 尽 管 如 此 稳 定 同 位 素技术可以通过连续测出食物网和群落中昆虫所处 的营养级位置 从而揭示捕食性天敌与猎物的关系 来达到定量评价天敌昆虫在不同时期的主要控害对 象和控害比例 欧阳芳等 2014 2 捕 食 性 天 敌 控 害 评 价 的 现 代 分 子 生 物学方法 2 1 酶联免疫吸附反应 2 1 1 酶联免疫吸附反应的原理与方法 酶 联 免 疫 吸 附 反 应 enzyme linked immunosor bentassay ELISA 方 法 是 通 过 抗 原 与 抗 体 之 间 的 免 疫 反 应 同 酶 的 高 效 催 化 相 结 合 再 根 据 简 单 的 颜 色 反 应 来 达 到 对 捕 食 性 天 敌 昆 虫 捕 食 能 力 评 价 的 方 法 最 早 由Engvall Perlmann 1971 提 出 ELISA 方 法 的 原 理 是 通 过 制 备 猎 物 特 异 性 抗 体 将 其 与 酶 标 固 相 载 体 相 结 合 使 得 固 相 载 体 即 具 有 了 酶 的 活 性 还保留了抗体自身的免疫活性 然后将捕食者天 敌 昆 虫 的 肠 道 内 容 物 进 行 抗 原 提 取 与 固 相 载 体 相 结 合 形 成 抗 原 抗 体 酶 三 联 复 合 物 后 加 入 与 酶 反应的底物 出现呈色反应 通过颜色的深浅来判断 捕 食 者 天 敌 的 控 害 能 力 周 强 等 1998 高 书 晶 等 2008 简单来说 免疫学检测方法的前提基础是必 须要先制备出针对某一特定害虫且不与其他昆虫发 生 反 应 的 高 度 特 异 性 单 抗 通 过 检 测 捕 食 者 消 化 道 中 是 否 含 有 该 特 定 害 虫 的 蛋 白 从 而 确 定 捕 食 者 是 否取食该害虫 在 捕 食 作 用 研 究 中 目 前 常 用 的 免 疫 学 检 测 方 法为抗体夹心免疫吸附试验 原鑫等 2014 首先提 取 猎 物 特 异 性 抗 体 将 制 备 的 猎 物 抗 原 与 弗 氏 完 全 佐 剂 抗 体 稳 定 剂 混 匀 后 注 射 到 小 鼠 腹 腔 过 段 时 间后取小鼠脾细胞并将其与体外培养的骨髓瘤细胞 混 匀 后 加 入 融 合 剂 放 置 于 细 胞 培 养 箱 中 进 行 培 养 得 到 具 有 抗 原 的 杂 交 瘤 细 胞 将 杂 交 瘤 细 胞 溶 液 再280 植 物 保 护 学 报 48 卷 次 注 射 到 小 鼠 腹 腔 一 段 时 间 后 即 可 获 得 腹 水 型 抗 体 猎物特异性抗体 然后提取捕食性天敌抗原 将 捕 食 性 天 敌 制 备 抗 原 同 时 取 饥 饿 一 定 时 间 后 的 同 种 捕 食 性 天 敌 作 阴 性 对 照 最 后 进 行ELISA 检 测 将 猎 物 特 异 性 抗 体 与 酶 标 板 结 合 用 捕 食 性 天 敌 抗 原 与 其 反 应 利 用 其 免 疫 性 得 到 酶 抗 原 抗 体 复 合 物 再 加 入 与 酶 反 应 的 底 物 出 现 呈 色 反 应 通 过 颜 色深浅来判断捕食性天敌的控害能力 2 1