丽草蛉和异色瓢虫对美国白蛾的捕食作用研究

南俊科，宋丽文，左彤彤，杨丽元，王 悦，孙守慧

（1.沈阳农业大学 林学院，沈阳 110161；2.吉林省林业科学研究院，长春 130033）

美国白蛾Hyphantria cunea(Drury)属于鳞翅目Lepidoptera、灯蛾科Arctiidae的昆虫，又名秋幕毛虫、秋幕蛾、网幕毛虫，是世界性检疫害虫，也是我国农、林业共有的危险性食叶害虫，被国家林业局列为重点防控对象[1-4]。1979年传入我国辽宁丹东，1982年在山东荣成发现，1984年传入陕西武功，之后传入河北、上海和天津等地。至2018年，我国美国白蛾疫区已蔓延至11个省（市、自治区）的572个县级行政区[2,5-10]。该虫和绝大多数外来入侵物种一样，在原产地是一种普通害虫，但传入欧亚大陆后作为外来入侵种成为严重危害多种树木的检疫性害虫[11]。美国白蛾喜食行道树及林地边缘的阔叶树，并且新种植的阔叶树幼树受影响最大，在寄主树木缺乏时，还可对部分农作物及多种果树造成一定的危害[12]。近年来，对于美国白蛾的生物防治的研究和利用逐步开展，特别是对美国白蛾核型多角体病毒HcNPV和白蛾周氏啮小蜂Chouioia cunea Yang的研究和利用已经取得显著的成果，但是关于美国白蛾其他天敌的基础和应用研究相对较少，尤其是捕食性天敌的研究和利用[10,13]。舒超然等[14]曾报道丽草蛉Chrysopa formosa Brauer和异色瓢虫Harmonia axyridis Pallas取食美国白蛾卵和幼虫。丽草蛉C.formosa属于脉翅目Neuroptera草蛉科Chrysopidae，作为一种杂食性捕食者，是害虫生物防治中一类重要的捕食性天敌昆虫，可捕食多种农林有害生物[15-16]。异色瓢虫H.axyridis属于鞘翅目Coleoptera瓢虫科Coccinellidae，在国内外农业和林业上对多种害虫具有很强的捕食能力，是一种重要的捕食性天敌[17-18]。例如，利用草蛉防治烟粉虱、黑刺粉虱等[19-20]；利用异色瓢虫防治毛白蚜、槐豆木虱[21-22]等。但这些研究主要集中于蚜虫，粉虱和木虱等昆虫。然而，关于丽草蛉和异色瓢虫对美国白蛾捕食作用的相关研究却很少，因此，为进一步了解丽草蛉和异色瓢虫对美国白蛾的控制作用，作者研究了丽草蛉和异色瓢虫对美国白蛾卵和不同龄期幼虫的捕食量，捕食行为、捕食功能反应和搜寻效应，旨在为评价和利用丽草蛉和异色瓢虫有效地控制美国白蛾提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器与设备

美国白蛾卵和幼虫均来自实验室用新鲜桑树叶饲养所得。丽草蛉3龄幼虫采自辽宁省沈阳市东陵（东经123°34′29″，北纬 41°49′31″），异色瓢虫 4 龄幼虫和成虫采自辽宁省大连市冰峪沟（东经 122°59′31″，北纬 40°0′56″），采回后在实验室统一饲喂蚜虫备用，试验前24h进行饥饿处理，之后室温（温度25℃，湿度70%）条件下，选择个体大小、生理状态一致的个体用于试验。主要仪器设备：体视显微镜（Nikon SMZ745T），培养皿（90mm），温湿度计，放大镜，昆虫针，封口膜，剪刀。

1.2 方法

1.2.1 丽草蛉与异色瓢虫对美国白蛾卵的捕食行为和捕食量 取1块新鲜、完整的美国白蛾卵块放入培养皿中，分别将丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫或成虫饥饿处理24h，取1头放入盛有卵块的培养皿内，在体视显微镜下连续观察3h，记录丽草蛉与异色瓢虫的捕食行为，每个处理重复5次。

在直径为90mm的培养皿内放入1块新鲜、完整的美国白蛾卵块 （卵块在放入培养皿前拍照）和1头经24h饥饿处理的丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫或成虫，之后用封口膜将培养皿封口，确保丽草蛉与异色瓢虫不会爬出培养皿，然后用昆虫针扎几个小孔，保证培养皿内的透气性。经24h后将相应美国白蛾卵块进行再次拍照，对比两次美国白蛾卵块卵量，确定每种天敌和虫态的日捕食量。各处理重复5次。

1.2.2 丽草蛉与异色瓢虫对美国白蛾幼虫的捕食行为和不同龄期的捕食能力 采集新鲜桑树叶片，洗净晾干后放入培养皿内，分别移入15头美国白蛾1龄幼虫和1头经饥饿24h处理的丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫或成虫，镜下观察3h，分别记录丽草蛉和异色瓢虫的捕食行为。

按照上述方法处理美国白蛾的幼虫和捕食性天敌。然后用封口膜将培养皿封口，用昆虫针扎几个小孔，保证透气性。24h后统计美国白蛾幼虫死亡和减少的数量，计算每头天敌昆虫的平均捕食量。每个处理重复5次。

1.2.3 丽草蛉与异色瓢虫对美国白蛾1龄幼虫的捕食功能反应 按照1.2.2方法，分别移入3，6，9，12，15头的美国白蛾1龄幼虫至装有桑叶的培养皿，再接入丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫或成虫，封口膜封口，24h后统计美国白蛾幼虫死亡和减少数量，计算每头天敌的平均捕食量。每个处理重复5次，以不接入天敌的为对照，重复3次。

根据计算值，按HollingⅡ模型建立每种天敌对美国白蛾1龄幼虫的捕食功能反应模型，拟合HollingⅡ圆盘方程：

式中：Na为被捕食的猎物数量；a为瞬间攻击率；N为猎物密度；T为试验持续时间，在本试验中T=24h；Th为处置1头猎物时间[23-24]。

1.2.4 丽草蛉与异色瓢虫对美国白蛾1龄幼虫的搜寻效应 利用拟合HollingⅡ型功能反应模型所得参数，对丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫和成虫对美国白蛾1龄幼虫搜寻效应依公式进行估算：

式中：S为搜寻效应；a，Th和N同HollingⅡ型功能反应模型方程[24-25]。

1.3 数据分析

利用Excel 2017和SPSS 17.0软件对所有试验数据进行相关统计分析，数据差异显著性采用Duncan’s新复极差法。通过卡方（X2）适和性检验来确定丽草岭3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫和成虫对美国白蛾1龄幼虫的取食对HollingⅡ模型拟合程度。

2 结果与分析

2.1 丽草蛉与异色瓢虫对美国白蛾卵的捕食行为和捕食量

通过观察，丽草蛉与异色瓢虫捕食美国白蛾卵主要经过静止、搜寻、试探（刺探）、取食和爬行5种行为。

将丽草蛉3龄幼虫放入装有美国白蛾卵的培养皿后，首先静止片刻，之后展开搜寻，搜寻时颚部和腹部末端贴近叶面且不断触及叶面前行，当搜寻到美国白蛾卵后，会用其1对颚管进行触碰，之后夹住并刺入卵粒进行取食；取食完1粒卵后，迅速将颚管抽出再刺入另1粒卵进行取食。取食期间伴随着静止休息，总取食时间约30min。取食之后离开卵块无规律爬行，期间伴随短暂静止。然后再次进行搜寻、刺探、取食、爬行和静止的交替变换。日平均捕食量为76.2粒，最大捕食量为89粒，最小捕食量为45粒（表1）。

异色瓢虫4龄幼虫在培养皿中后，静止停留片刻，之后即开始爬行、搜寻，当搜寻到美国白蛾卵后，先试探，之后咬破卵壳取食，常在1粒卵仅取食小部分后即开始取食下1粒卵，时常在美国白蛾卵块表面无规律爬行、取食。日均捕食量82.2粒，最大捕食量为107粒，最小捕食量为72粒（表1）。

异色瓢虫成虫放入培养皿后，立即开始爬行、搜寻，偶尔后翅展开，搜寻到美国白蛾卵后开始触碰取食。异色瓢虫成虫不仅咬破卵壳取食，而且会将包括卵壳的整粒卵全部取食完，取食期间也伴随着静止休息。日均捕食量为61.0粒，最大捕食量为68粒，最小捕食量为55粒（表1）。

表1 丽草蛉与异色瓢虫对美国白蛾卵和幼虫的捕食量Table 1 Predation of the eggs and larvae of the fall webworm by the C.formosa and the H.axyridis

从取食行为上可知，异色瓢虫成虫一般完整取食整粒卵，而异色瓢虫4龄幼虫经常将很多卵咬食一部分但不吃完；异色瓢虫连同美国白蛾卵壳一起取食，而丽草蛉一般不取食卵壳。而从捕食量的角度分析，异色瓢虫4龄幼虫对美国白蛾卵的最大捕食量、最小捕食量和日平均捕食量均高于丽草蛉3龄幼虫和异色瓢虫成虫的捕食量；但就最大捕食量与最小捕食量差值而言，丽草蛉3龄幼虫＞异色瓢虫4龄幼虫＞异色瓢虫成虫，即异色瓢虫成虫对美国白蛾卵的捕食能力最稳定。

2.2 丽草蛉与异色瓢虫对美国白蛾幼虫的捕食行为和捕食能力

丽草蛉与异色瓢虫取食美国白蛾幼虫也表现为静止、搜寻、试探（刺探）、取食和爬行5种行为。将丽草蛉3龄幼虫放入培养皿后，首先会静止停留片刻，之后会展开搜寻，搜寻时颚部和腹部末端会贴近叶面且不断触及叶面前行，搜寻时间为2～5min，当搜寻到美国白蛾幼虫后，会用其1对颚管尝试触碰，之后夹住并刺入美国白蛾幼虫体，从刺入美国白蛾幼虫体到开始取食需要3～8min。当美国白蛾幼虫不再反抗时开始取食，在这期间，丽草蛉3龄幼虫颚管会多次从美国白蛾幼虫体内抽出再刺入进行取食，一旦受到其他美国白蛾幼虫触碰干扰，丽草蛉3龄幼虫会拖着这条幼虫向后移动，直至没有干扰再开始取食。完全取食1条1龄幼虫需要20～30min，取食后会剩幼虫的头壳、一些表皮和体毛。由表1可知，丽草蛉3龄幼虫日平均捕食美国白蛾1龄幼虫10.2头，2龄幼虫3.8头。

异色瓢虫4龄幼虫和异色瓢虫成虫取食美国白蛾幼虫行为基本一致。将其放入培养皿后，静止停留片刻之后进行爬行、搜寻，成虫偶尔会展开后翅移动，搜寻时间2～4min。当搜寻到美国白蛾幼虫后，开始试探取食。它们会将整条幼虫全部取食，取食时间15～25min。由表1可知，异色瓢虫4龄幼虫日平均捕食美国白蛾1龄幼虫6.8头，2龄幼虫0.6头，异色瓢虫成虫日平均捕食美国白蛾1龄幼虫12.2头，2龄幼虫4.0头。

综上可得，丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫和成虫都可以捕食美国白蛾1～2龄幼虫，但捕食能力差异显著；就美国白蛾1～2龄幼虫被捕食量可以看出：异色瓢虫成虫＞丽草蛉3龄幼虫＞异色瓢虫4龄幼虫，即异色瓢虫成虫对美国白蛾1～2龄幼虫的捕食能力最强，丽草蛉3龄幼虫次之，异色瓢虫4龄幼虫最弱；异色瓢虫4龄幼虫捕食美国白蛾2龄幼虫的日捕食量仅为0.6头。

2.3 丽草蛉与异色瓢虫对美国白蛾1龄幼虫捕食功能反应

由图1可知，丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫和异色瓢虫成虫在低捕食密度（3头·皿-1）时捕食量最接近，之后随着捕食密度的增大，捕食量也产生较大差异，从12～15头·皿-1的捕食密度可以看出，这种差异呈增加趋势；就整体捕食量来看，异色瓢虫成虫＞丽草蛉3龄幼虫＞异色瓢虫4龄幼虫，也就是异色瓢虫成虫捕食能力最强，丽草蛉3龄幼虫次之，异色瓢虫4龄幼虫捕食能力较弱；以捕食量增长速度来看，异色瓢虫成虫和丽草蛉3龄幼虫捕食量增长速度与异色瓢虫4龄幼虫这种趋于平稳的捕食增长速度相比，异色瓢虫成虫和丽草蛉3龄幼虫的捕食潜能相对较高。

通过Excel 2017和SPSS 17.0软件分析得到功能反应方程 Na1=1.1210N/(1+0.0445N)，Na2=1.3632N/(1+0.1335N)和Na3=1.0646N/(1+0.0215N)。Na1为丽草蛉3龄幼虫捕食量；Na2为异色瓢虫4龄幼虫捕食量；Na3为异色瓢虫成虫捕食量。分别求出不同捕食密度下的理论捕食量，对理论值与实际值进行卡方（X2）适合性检验，得出在相应自由度下X2值，丽草蛉3龄幼虫0.0009、异色瓢虫4龄幼虫0.0057和异色瓢虫成虫0.0012都小于X20.05=9.49，说明理论值与实测值差异不显著，即HollingⅡ模型拟合结果较好，能够很好反映天敌丽草蛉和异色瓢虫随美国白蛾密度变化而影响捕食量的情况。

由表2可知，丽草蛉3龄幼虫捕食1头1龄美国白蛾幼虫所需时间（Th1）为0.0397d，瞬间攻击率（a1）为1.1210，当N→∞时，最大捕食量为25.18头。异色瓢虫4龄幼虫捕食1头1龄美国白蛾幼虫所需时间（Th2）为0.0979d，瞬间攻击率（a2）为1.3632，当N→∞时，最大捕食量为10.21头。异色瓢虫成虫捕食1头1龄美国白蛾幼虫所需时间（Th3）为0.0202d，瞬间攻击率（a3）为1.0646，当N→∞时，最大捕食量为49.47头。由表1还可得出，异色瓢虫4龄幼虫的瞬间攻击率较成虫高，然而，异色瓢虫4龄幼虫处置1头猎物所用时间明显长于比成虫，说明异色瓢虫成虫的捕食功能最强。此外，异色瓢虫成虫的日最大捕食量相对两种天敌幼虫都较多。说明异色瓢虫成虫对美国白蛾1龄幼虫有较好的捕食效果。

图1 不同美国白蛾1龄幼虫密度下不同类型天敌的日平均捕食量Figure 1 Daily average predation of different types of natural enemies under the density of 1-age larvae of fall webworm

2.4 不同捕食性天敌对美国白蛾1龄幼虫搜寻效应的估计

通过公式 S=a/(1+aThN)可得出，S1=1.1210/(1+0.0445N)，S2=1.3632/(1+0.1335N)和 Na3=1.0646/(1+0.0215N)。S1为丽草蛉3龄幼虫搜寻效应；S2为异色瓢虫4龄幼虫搜寻效应；S3为异色瓢虫成虫搜寻效应。将不同猎物密度N带入上面公式，可得出丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫和异色瓢虫成虫在不同猎物密度下的搜寻效应，结果见图2。

由图2可知，丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫和异色瓢虫成虫取食美国白蛾1龄幼虫的搜寻效应均随猎物密度的增加而逐渐减小，异色瓢虫4龄幼虫的搜寻效应随猎物密度增加而明显下降，丽草蛉3龄幼虫次之，而异色瓢虫成虫的搜寻效应随猎物密度增加而下降趋势不明显。此外，搜寻效应与猎物密度增幅相比，搜寻效应S减少幅度较小。还可以看出，在3头·皿-1时，丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫和异色瓢虫成虫的搜寻效应差异较小，但随着密度增大，差异逐渐显著。

表2 丽草蛉与异色瓢虫对美国白蛾1龄幼虫功能反应模型拟合结果Table 2 Fitting results of the functional response model of the 1-age larvae of the fall webworm by C.formosa and H.axyridis

图2 不同捕食性天敌对美国白蛾1龄幼虫不同密度下的搜寻效应Figure 2 Search effect of different predatory natural enemies on different densities of 1-age larvae of the fall webworm

3 讨论与结论

本研究利用美国白蛾诸多捕食性天敌中两种天敌进行了丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫和成虫对美国白蛾卵和幼虫的捕食行为、捕食能力和捕食功能反应的研究。研究发现，丽草蛉与异色瓢虫取食美国白蛾卵和幼虫主要经过静止、搜寻、试探（刺探）、取食和爬行5种行为，这与刘爽等[15]在大草蛉幼虫对烟粉虱捕食行为观察试验所得结果相似。此外，买合甫皮古丽·阿不力米提等[26]研究了中华草蛉对烟粉虱不同猎物密度下每种捕食行为频次，明确了不同猎物密度下捕食行为的差异。本研究得出异色瓢虫4龄幼虫对美国白蛾卵的日均捕食量最大[（82.2±14.4）粒·d-1]，丽草蛉 3 龄幼虫次之[（76.2±17.7）粒·d-1]，异色瓢虫成虫日均捕食量最小[（61.0±4.9）粒·d-1]，且异色瓢虫4龄幼虫和成虫的捕食能力差异显著（p＜0.05），即异色瓢虫4龄幼虫对美国白蛾卵的捕食能力强，异色瓢虫成虫对美国白蛾卵的捕食能力较弱，这与马宝旭等[27]在异色瓢虫对枸杞木虱捕食作用研究结果一致。但异色瓢虫成虫对美国白蛾1～2龄幼虫的捕食能力却大于异色瓢虫4龄幼虫的捕食能力，这与喻会平等[28]通过不同虫态异色瓢虫对3种蚜虫的捕食功能反应的试验结果相近，即异色瓢虫成虫对美国白蛾1～2龄幼虫的捕食能力相对于对美国白蛾卵的捕食能力较强。此外，丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫和成虫的搜寻效应均随美国白蛾的密度增加而降低，并且随着密度增大，差异逐渐显著，这与李志刚等[29]研究玛草蛉幼虫对螺旋粉虱若虫的捕食功能反应与搜寻效应以及张伟等[30]研究异色瓢虫对枫杨刻蚜的捕食功能反应的结果类似。近年来，关于捕食性天敌的研究方向大致相同，主要利用捕食功能反应分析捕食性天敌的捕食能力[26]。本研究中，丽草蛉3龄幼虫、异色瓢虫4龄幼虫和成虫对美国白蛾1龄幼虫的捕食功能反应均符合HollingⅡ型圆盘方程，并且通过圆盘方程得到，异色瓢虫成虫对美国白蛾1龄幼虫理论最大捕食量达49.47头·d-1，高于丽草蛉3龄幼虫和异色瓢虫4龄幼虫的理论日最大捕食量。

此外，本研究之所以只对美国白蛾1龄幼虫做了捕食功能反应，是由于美国白蛾2龄幼虫捕食量较低，无法设置捕食功能反应猎物密度梯度或设置的猎物密度梯度无意义。本试验只进行了丽草蛉和异色瓢虫对美国白蛾捕食作用的室内部分研究，仍有许多方面需要深入探究。例如，目前已有关于草蛉和瓢虫对蚜虫、粉虱和木虱等类群在天敌种群密度、天敌捕食行为干扰作用、环境因子（温度、湿度）等对天敌捕食能力的影响和天敌田间捕食效果等方面进行了研究[20,27,31-33]。这些研究为野外生物防治提供了理论依据，从而来保证利用捕食性天敌防治的真实效果与潜能。美国白蛾除了丽草蛉和异色瓢虫外还有很多捕食性昆虫。例如，步甲科、螳螂科和蝽科昆虫[34-38]等。张晓军等[39]利用蠋蝽对榆树主要食叶害虫榆紫叶甲进行了捕食作用的相关研究。此外，蜘蛛作为美国白蛾捕食性天敌中种类最多的一类，对其研究也较少。因此，需要进一步加强美国白蛾捕食性天敌的研究，为防治美国白蛾提供新方向和新手段。