施钾对苜蓿上牛角花齿蓟马产卵选择、生长发育、成虫寿命和繁殖力的影响

李亚姝, 温雅洁, 周生英, 赵晓东, 胡桂馨,*

(1. 甘肃农业大学草业学院, 兰州 730070;2. 草业生态系统教育部重点实验室, 中-美草地畜牧业可持续发展研究中心, 兰州 730070)

寄主植物对植食性昆虫的生长、发育等方面具有非常重要的影响。植物体内的营养物质含量会对取食昆虫的生长发育、寿命和繁殖力产生影响，从而决定昆虫种群的大小与密度(钦俊德, 1987; 韩永强等, 2012)。土壤施肥不仅可以改善植物本身的生长发育，而且可以通过影响植物的组成及其营养代谢，对植食性昆虫、螨类等产生间接影响(庞淑婷和董元华, 2012)。作为植物所必需的三大营养元素之一，钾在改善植物虫害发生率方面的作用尤为突出(张福锁, 1993)。常德崟和王存午(2002)通过大田小区试验，发现棉蚜Aphisgossypii多选择在低钾处理的棉株上取食，高钾处理下的棉株受害程度低；石卫东(2011)研究表明，适量施钾可降低麦蚜种群净增殖力和内禀增长率；李刘杰等(2009)的研究结果表明，适量施钾有利于小麦中后期接种禾谷缢管蚜Rhopalosiphumpadi种群数量的控制；Kitchen等(1990)报道在缺钾的苜蓿无性系上，马铃薯微叶蝉Empoascafabae存活率和繁殖力极大。张晓燕等(2016)研究报道，施钾可降低牛角花齿蓟马Odontothripsloti对大田苜蓿的危害，但施钾苜蓿对牛角花齿蓟马本身的存活和生长发育，包括牛角花齿蓟马对施钾苜蓿的选择性未见报道。

钾(K+)作为多种酶的活化剂，不仅可以促进光合作用，还可以促进氮代谢和活性氧代谢，影响氨基酸和蛋白质的合成，增强植物抗不良因素的能力(魏永胜和梁宗锁, 2001; 韩艳, 2018)。钾可以通过影响植物体内的物质(可溶性氮、糖分、卵磷脂、氨基酸、拒食剂、水分等)影响昆虫对寄主的选择性(张福琐, 1993; 孙小花等, 2015)。杜新慧(2014)研究报道施钾对小麦体内的营养物质有显著影响，进而显著抑制麦蚜生长发育等方面。曹毅等(2005)研究指出钾元素影响了百合营养分配，进而影响桃蚜Myzuspersicae对百合的取食选择。当植物中钾含量不足时，会阻碍蛋白质，淀粉，纤维素的合成，进而积累了可溶性糖和氨基酸的含量，减弱了植物抗病虫害能力(Marschner, 1986)。但施钾后苜蓿叶片营养物质含量的变化与牛角花齿蓟马的生长发育和存活的关系尚不清楚。因此，本研究以甘农3号紫花苜蓿Medicagosativacv. Gannong No. 3为试验材料，以苜蓿蓟马类优势害虫——牛角花齿蓟马O.loti为研究对象，用不同施钾量苜蓿的叶片饲喂牛角花齿蓟马成虫和若虫，观察成虫的产卵选择、若虫的生长发育及二代成虫的寿命与繁殖力，并测定施钾后苜蓿叶片营养物质的变化，探索施钾苜蓿对牛角花齿蓟马是否产生排趋性和抗生性，阐明施钾苜蓿叶片营养变化与牛角花齿蓟马的生命参数的关系。

1 材料与方法

1.1 供试植物和昆虫

供试植物：甘农3号紫花苜蓿M.sativacv. Gannong No. 3。

供试虫源：产卵选择和生长发育试验的昆虫采用甘肃农业大学牧草实训基地清水紫花苜蓿M.sativacv. Qingshui田中自然发生的牛角花齿蓟马O.loti成虫；二代成虫寿命及其繁殖力试验的昆虫采用室内不同施钾处理苜蓿植株上新羽化的牛角花齿蓟马成虫。

1.2 施肥与苜蓿播种试验设计

试验采用室内盆栽法，取大田土，自然风干。播种时每盆施等量的氮肥和磷肥，N为50 mg/kg土，P(P2O5)为50 mg/kg土(按耕层折算相当于施氮肥114 kg/hm2和磷肥57 kg P2O5/hm2)。土壤中的速效钾为22.27 mg/kg土，K肥(以K2O含量计)设置分4个钾量处理，分别为40, 60, 80和100 mg/kg土[按耕层折算相当于施钾肥(K2O)90, 135, 180和225 kg/hm2]；另设一个不施钾肥的对照。 采用高×直径=19 cm×18 cm的塑料花盆，装土浇肥。试验所用磷肥为磷酸二铵(含P2O546%)，氮肥为尿素(含N 46%)，钾肥为K2SO4(含K2O 60%)。试验分两批次播种甘农3号苜蓿种子，时间间隔15 d，均于苜蓿5-6叶期用于试验。第1批播种苜蓿的一部分用于牛角花齿蓟马成虫产卵选择和若虫生长发育观测及叶片营养成分的测定，一部分于6叶期接入初孵若虫，饲养并获得2代成虫。第2批播种苜蓿5-6叶期用于观测2代牛角花齿蓟马成虫寿命和繁殖力。第1批每处理12盆重复，第2批每处理6盆重复，均于苜蓿4叶期间苗，选取保留长势一致的植株，每盆保留15株。

1.3 牛角花齿蓟马成虫在不同施钾量苜蓿上产卵量的观测

于第1批苜蓿6叶期，用镊子摘取新展开的倒三复叶(取新展开倒三叶，便于在显微镜下快速统计卵的数量且不伤害叶片组织)，叶柄向外的辐射状置于直径×高=10 cm×5.5 cm的普通无色透明塑料罐底部，按施钾量由小到大的顺序依次放置，每处理放置1片复叶，每罐共5片复叶，1罐为一个重复，共60个重复，用湿润棉球包裹叶柄以保持叶片鲜活。接入牛角花齿蓟马雌成虫，1头/复叶，用扎孔单层保鲜袋封塑料罐口，置于温度为24.5±1℃、相对湿度为60%～70%、光周期为14L∶10D的智能光照培养箱(上海跃进医疗器械有限公司生产，型号：HGR-250，下同)中。1 d后剔除成虫，将苜蓿复叶放置在载玻片上，并在生物显微镜(麦克迪实业集团有限公司生产，型号：Panthera U；下同)的4倍镜下，迅速统计牛角花齿蓟马在每片复叶上的产卵量(牛角花齿蓟马多在苜蓿叶缘表皮下产卵)。

1.4 不同施钾量苜蓿叶片上牛角花齿蓟马卵及若虫的发育历期和存活率的观测

统计产卵量后，快速将带卵苜蓿叶片转移至直径×高=10 cm×5.5 cm的普通无色透明塑料罐中，罐底铺一层厚约1 mm、直径8.5 cm的脱脂棉，脱脂棉上置一层直径9 cm的滤纸，苜蓿叶柄向外的辐射状放置，每罐放置同一钾处理的复叶3片，每处理20罐重复，并用湿润棉球包裹叶柄以保持叶片鲜活，并用扎孔单层保鲜袋封塑料罐口。置于温度为24.5±1℃、相对湿度为60%～70%、光周期为14L∶10D的智能光照培养箱(型号：HGR-250)中。2 d后，每天观察统计每片复叶上孵化若虫数，直至全部孵化。

在直径×高=10 cm×5.5 cm的普通无色透明塑料罐中，罐底铺一层厚约1 mm、直径8.5 cm的脱脂棉，脱脂棉上置一层直径9 cm的滤纸。摘取苜蓿新展开复叶，叶柄向外的辐射状放置，同一钾处理苜蓿复叶置于同一罐中，每罐3片复叶，每罐为一个重复，共设10个重复，用湿润棉球包裹叶柄以保持叶片鲜活。用小毛笔接入相应钾处理苜蓿叶片上初孵若虫，3头/复叶，用单层扎孔的保鲜膜封罐口，置于温度为24.5±1℃、相对湿度为60%～70%、光周期为14L∶10D的智能光照培养箱(型号：HGR-250)中饲养，观察统计1-2龄若虫发育的起止日期及存活状况。观察期间，及时在棉球上滴加蒸馏水，保证苜蓿叶片的鲜活，并及时更换相应处理的新鲜叶片。1-2龄若虫取食4 d后，观察养虫罐的底部，有蓟马若虫钻入棉层底部时，开始统计3-4龄若虫的数量和发育历期，并取出罐中所有棉球，保持棉层半湿润蓬松状态(罐底无水珠，棉层不紧贴罐底)直至全部若虫羽化。钻入棉层的若虫数量即为1-2龄若虫的存活数，羽化成虫数量为3-4龄若虫的存活数。牛角花齿蓟马卵期、若虫期及幼期总发育历期计算公式：

式中，f=时间中值(d)；X=发育天数(d)。

1.5 不同施钾量苜蓿上二代牛角花齿蓟马成虫饲养获取方法

将第1批播种的部分苜蓿，置于规格为长×宽×高=45 cm×45 cm×50 cm的养虫笼中(其顶部和背面为玻璃、其他3面为80目不锈钢网)，一个养虫笼中放置同一钾处理的苜蓿2盆，每处理3个养虫笼重复。接入相应钾处理水平叶片上初孵的牛角花齿蓟马若虫，2头/株，每盆30头若虫，正常管理苜蓿，约11～12 d后，二代牛角花齿蓟马成虫开始羽化。

1.6 不同施钾量苜蓿上牛角花齿蓟马二代成虫寿命及产卵量的观测

摘取第2批6叶期苜蓿新展开复叶，叶柄向外置于直径×高=5.0 cm×5.5 cm的无色透明玻璃罐底部，用湿润棉球包裹叶柄以保持苜蓿叶片活力。每罐放置1片复叶，接入相应钾处理苜蓿植株上新羽化的成虫1头，置于温度为24.5±1℃、相对湿度为60%～70%、光周期为14L∶10D的智能光照培养箱(型号：HGR-250)中，每个施钾量30罐重复，每天更换相应处理苜蓿的新展开复叶，并统计存活成虫数量和叶片上的卵量，直至成虫全部死亡为止。

1.7 不同施钾量苜蓿叶片可溶性糖含量和游离氨基酸含量的测定

于第1批苜蓿6叶期，摘取不同钾处理苜蓿倒三叶，15片为一个重复，每处理3个重复。迅速将摘取的叶片包于锡箔纸中，并立即放入液氮中速冻，然后保存于-80℃冰箱中待测。可溶性糖含量的测定(鲜样)采用蒽酮比色法，游离氨基酸含量的测定(鲜样)采用水合茚三酮法(邹琦, 2003)。

1.8 不同施钾量苜蓿叶片钾含量的测定

摘取不同施钾苜蓿倒三叶，40片为一个重复，每处理3个重复。先将叶片样品置于105℃烘箱中杀青15 min，后于65℃下烘干，待样品温度降至室温后研磨成粉末状，钾含量的测定采用火焰光度计法(鲍士旦, 2000)。

1.9 数据分析

运用Excel 2016软件对试验数据进行处理并制图表，SPSS20.0软件中新复极差法比较不同施钾量间的差异显著性分析，相关性分析采用Pearson相关系数进行检验。

2 结果

2.1 不同施钾量苜蓿叶片上牛角花齿蓟马成虫的产卵量

如图1所示，随着施钾量的升高，牛角花齿蓟马在苜蓿叶片上的产卵量呈先降后升的趋势，施钾苜蓿叶片上的产卵量均显著低于未施钾对照(P<0.05)，在60 mg/kg施钾量下，叶片上的产卵量最少，较对照下降了45.58%。

图1 田间来源牛角花齿蓟马成虫在不同施钾量苜蓿(甘农3号紫花苜蓿)叶片上的产卵量

2.2 不同施钾量苜蓿叶片上幼期各龄期牛角花齿蓟马的存活率

如表1所示，在不同施钾苜蓿叶片上，牛角花齿蓟马卵孵化率和1-2龄若虫存活率均呈不明显的变化趋势，且在各钾处理间均不存在差异显著性(P>0.05)，40 mg/kg钾处理下卵孵化率最低(86.62%)， 80 mg/kg钾处理下1-2龄若虫存活率最低(63.82%)；除40 mg/kg钾处理外，3-4龄若虫存活率均显著低于未施钾对照(P<0.05)，100 mg/kg钾处理下3-4龄若虫存活率最低，较对照降低了54.36%；随着施钾量的升高，牛角花齿蓟马的幼期总存活率呈总体下降趋势(P<0.05)，80 mg/kg钾处理下幼期总存活率最低，较对照处理降低了48.48%。

表1 不同施钾量苜蓿(甘农3号紫花苜蓿)叶片上幼期各龄期牛角花齿蓟马的存活率

2.3 不同施钾量苜蓿叶片上幼期各龄期牛角花齿蓟马的发育历期

如表2所示，苜蓿叶片上牛角花齿蓟马卵历期在各钾处理间无差异显著性(P>0.05)，对照处理下卵历期最短(4.17 d)，40 mg/kg钾处理下卵历期最长(4.81 d)，二者相差0.64 d；随着施钾量的增加，1-2龄若虫历期无显著变化(P>0.05)，60 mg/kg钾处理下最短，40 mg/kg钾处理下最长，两者相差0.49 d；3-4龄若虫历期在100 mg/kg钾处理下最长(5.49 d)，较对照延长1.07 d(P<0.05)；施钾处理下牛角花齿蓟马的幼期总发育历期均高于对照，在40 mg/kg钾处理下最长(16.56 d)，但各处理间无显著差异(P>0.05)。

表2 不同施钾量苜蓿(甘农3号紫花苜蓿)叶片上幼期各龄期牛角花齿蓟马的发育历期

2.4 不同施钾量下牛角花齿蓟马二代成虫的寿命及产卵量

由图2可以发现，随着施钾量的增加，单头牛角花齿蓟马二代成虫每天的产卵量呈下降趋势，成虫寿命呈缩短趋势。牛角花齿蓟马在施钾苜蓿叶片上的产卵量均显著低于对照处理(P<0.05)；除40 mg/kg钾处理，其他施钾处理苜蓿叶片上的成虫寿命均显著低于对照(P<0.05)，在100 mg/kg钾处理下成虫寿命最短，较对照缩短了1.1 d(P<0.05)。

图2 不同施钾量的苜蓿(甘农3号紫花苜蓿)叶片上室内饲养牛角花齿蓟马二代成虫繁殖力(A)和寿命(B)

2.5 不同施钾量苜蓿叶片中钾含量、可溶性糖含量、游离氨基酸含量以及糖氮比

由表3所示，随着施钾量的增加，苜蓿叶片中的钾含量呈先升后降的趋势，各处理间均无显著差异(P>0.05)，60 mg/kg钾处理叶片中钾含量最高，较对照增加了17.28%；苜蓿叶片中的可溶性糖含量随着钾量的升高呈持续升高的趋势，80 mg/kg和100 mg/kg钾处理下苜蓿叶片中的可溶性糖含量均显著高于对照(P<0.05)；随施钾量的增加，苜蓿叶片的中游离氨基酸含量呈先降低后升高的趋势，各处理间均无显著差异(P>0.05)；苜蓿叶片的糖氮比随着施钾量的升高呈先升高后降低的变化趋势，80 mg/kg钾处理下比值最大，较对照增加了69.55%(P<0.05)。

表3 不同施钾量下苜蓿(甘农3号紫花苜蓿)叶片中的可溶性糖、游离氨基酸和钾含量及糖氮比

2.6 施钾苜蓿叶片各营养含量和糖氮比与牛角花齿蓟马各生命参数之间的相关关系

由表4所示，施钾后，苜蓿叶片各营养含量和糖氮比与1-2龄若虫存活率均呈不显著的正相关；3-4龄若虫存活率与苜蓿叶片中可溶性糖含量和糖氮比均呈极显著的负相关(P<0.01)，与游离氨基酸呈不显著的正相关，与钾含量呈不显著的负相关；蓟马的幼期总存活率均与苜蓿叶片可溶性糖含量和糖氮比呈显著的负相关(P<0.05)，与钾含量呈不显著的负相关，与游离氨基酸含量呈不显著的正相关；二代成虫产卵量与可溶性糖含量和糖氮比均呈极显著的负相关(P<0.01)，与游离氨基酸含量呈不显著负相关，与钾含量呈不显著的负相关；苜蓿叶片可溶性糖含量和糖氮比与二代成虫寿命呈不显著正相关，其他两个指标与成虫寿命均呈不显著的负相关。

表4 不同施钾量苜蓿(甘农3号紫花苜蓿)叶片各营养含量及糖氮比与牛角花齿蓟马各生命参数的Pearson相关系数

3 讨论

植食性昆虫对寄主植物的取食和产卵特性，可以反映出植食性昆虫对寄主植物的适应性和寄主植物对植食性昆虫的吸引能力和营养价值(吕仲贤等, 2006)。而土壤施肥会影响植食性昆虫对寄主植物的适应性。研究表明，随植物磷、钾营养水平的提高，豆蚜Aphisglycine对寄主的选择性降低(Myersetal., 2006)；豇豆施钾处理后，美洲斑潜蝇Liriomyzasativae在高钾处理下的取食选择率下降(戴小华等, 2002)，高水平钾营养也不利于Q型烟粉虱Bemisiatabaci的取食和产卵(金鹏等, 2014)，蚜虫对生长在缺钾土壤上或不含钾肥料处理下的植物表现出更高的偏好(Havlickova and Smetankova, 1998)。本研究中，牛角花齿蓟马成虫在施钾苜蓿叶片上的产卵量显著减少(图1)，说明施钾苜蓿对蓟马成虫产卵产生了显著的排趋作用。

高施钾肥或适量施钾不利于害虫的取食和发生(张舒等, 2008; 金鹏等, 2014)。卢伟等(2008)发现黄瓜叶片中含钾量高时，烟粉虱种群数量增长快；许多研究表明增施钾肥会降低某些昆虫的种群数量、存活率及繁殖力等(Ali and Abdel-Hafiz, 2002; Slamn, 2002)，如中、高施钾水平下，白背飞虱Sogatellafurcifera卵的孵化率和若虫的存活率呈下降趋势(蒋明星和程家安, 2003)；Myers等(2006)也研究发现豆蚜A.glycine的生命表参数与施钾水平负相关。在本研究中，施钾苜蓿叶片上牛角花齿蓟马卵的孵化率和1-2龄若虫的存活率变化并不显著，但3-4龄若虫的存活率和幼期总存活率显著下降(P<0.05)(表1)，表明施钾苜蓿对牛角花齿蓟马生长发育的影响在1-2龄若虫取食阶段不明显，其显著影响体现在3-4龄若虫阶段；施钾苜蓿叶片上卵的发育历期和1-2龄若虫的发育历期无显著变化，3-4龄若虫的发育历期显著延长，但幼期总发育历期变化并不显著；在中、高钾水平下，二代成虫产卵量显著减少，成虫寿命显著缩短。说明施钾苜蓿不利于牛角花齿蓟马的生长发育和繁殖，这与蒋明星和程家安(2003)对白背飞虱S.furcifera的研究结果一致。

植物物理结构和营养变化往往能影响昆虫的取食行为和产卵偏好(Mattson and Haack, 1987; Obermaier and Zwölfer, 2003)，进而对昆虫的种群动态产生影响。昆虫的生长发育、寿命和繁殖力等受到寄主植物体内的碳水化合物、蛋白质和氨基酸含量的影响(韩永强等, 2012)。碳水化合物含量的增加和氮含量的降低会导致高的糖氮比，降低了植物组织中供给昆虫的蛋白营养，不能满足昆虫的生长发育需要，造成其种群密度下降(Bentz and Larew, 1992)。钾可以改善植物组织的营养及其分配。本研究中，施钾后苜蓿叶片中可溶性糖含量增加、游离氨基酸含量降低、糖氮比升高(表3)，相关性分析表明，施钾后苜蓿叶片的可溶性糖含量和糖氮比与牛角花齿蓟马3-4龄若虫的存活率均呈极显著负相关(P<0.01)，与幼期总存活率之间均呈显著负相关(P<0.05)，与二代成虫繁殖力均呈极显著负相关(P<0.01)，而苜蓿叶片中的钾含量与蓟马若虫的存活率无显著相关性(表4)。说明苜蓿叶片中的钾含量多寡对牛角花齿蓟马的生长发育没有显著影响，但钾元素可通过调节苜蓿叶片的营养成分含量，使其不能满足蓟马生长发育和繁殖的营养需要，进而对牛角花齿蓟马产生抗生性。虽然不同施钾苜蓿叶片上1-2龄若虫的存活率变化不显著，但由于所取食苜蓿的营养不足，导致3-4龄若虫死亡率升高，幼期总存活率下降。

由于牛角花齿蓟马成虫极喜光，且主要在苜蓿的顶稍部分活动取食。多年来室内观察、饲养牛角花齿蓟马发现，由于光照强度远不及大田，温室内饲养获得的牛角花齿蓟马成虫活力也远不及大田蓟马成虫，在培养箱中饲养获得的成虫活力更是下降严重。因此，本研究产卵选择试验采用大田活力高的牛角花齿蓟马雌成虫，为了减少误差，所用虫源均来自于同一苜蓿品种田；为了获得活力较好的二代成虫，采用了在苜蓿植株上饲养的方法。从本研究中也可以看到，大田采集的牛角花齿蓟马的产卵量明显高于室内饲养的蓟马产卵量(图2)。在观测牛角花齿蓟马生长发育时，由于蓟马体型微小，很难观察其脱皮，故将1-2龄若虫(取食虫期)、3-4龄若虫(停止取食且钻入棉层)作为整体进行观察。在温度适宜、食物充足的条件下，牛角花齿蓟马主要以孤雌生殖方式繁殖后代，成虫雄性极少，所以未统计羽化成虫的性比。