中国南方稻区半翅目害虫寄生蜂多样性及黄腿双距螯蜂生物学特性的研究

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半翅目害虫是我国稻区生态系统中种类最多、数量最大、危害最重的害虫类群,其中稻飞虱每年危害面积占水稻虫害总面积的1/3以上,是我国水稻生产最主要的害虫。长期以来对稻区害虫防治主要以化学农药为主,而过度依赖化学农药带来的“3R”问题已日趋严重,因此,环境友好、生态安全的可持续害虫防控策略已成为当前粮食安全的迫切需求。寄生蜂作为稻区生态系统中最常见的害虫天敌,是抑制害虫种群的重要因子。目前关于我国稻区寄生蜂的调查和研究大多是上世纪70-80年代进行的,随着我国经济的高速发展,施用农药的种类、方式方法、种植模式等农业生产方式和稻区生态环境都发生了巨大的变化,这使得稻区寄生蜂群落受到了极大影响。因此重新了解稻区寄生蜂的物种多样性,准确识别寄生蜂种类,探明主要种类的发生规律,并对重要种类生物学特性进行系统研究,评估其生物防治应用前景,是实现利用天敌进行持续友好控害的重要基础。本研究对我国稻区半翅目害虫寄生蜂的物种多样性进行系统调查研究,构建了用于识别常见种类的原色图片库及DNA条形码数据库,明确稻区寄生蜂的群落结构和优势种群的发生和分布情况,并对重要害虫稻飞虱的寄生蜂——黄腿双距螯蜂Gonatopus flavifemur(Esaki&Hashimoto)开展了系统生物学特性的研究。主要结果如下:1.半翅目害虫寄生蜂多样性与物种记述通过对中国南方稻区15个省(市、区)58个地区的调查和采集,鉴定了33600余头寄生蜂标本,获得了118种稻区半翅目害虫的初寄生蜂和重寄生蜂,包含16个新种和7个中国新记录种。其中初寄生蜂109种,分别是赤眼蜂科9种,缨小蜂科31种,姬小蜂科3种,金小蜂科4种,跳小蜂科16种,蚜小蜂科10种,棒小蜂科1种,蚜茧蜂亚科7种,缘腹细蜂科7种,螯蜂科21种。重寄生蜂9种,分别是金小蜂科1中,跳小蜂科2种,广肩小蜂科1种,分盾细蜂科3种和大痣细蜂科2种,相比中国以往研究报道增加了45种初寄生蜂。同时,系统地对各个种类在国内外分布信息,寄主信息和采集方式进行统计整理,并重新编制了针对稻区生境寄生蜂的分类检索表。此外,本研究采用了超景深摄影(EDF)技术结合数字图像软件拍摄了寄生蜂高清原色图片380余张,是国内首次对稻区中体型最小的寄生蜂(缨小蜂)类群采用高清原色图片进行真实完整形态的展示。2.稻区常见螯蜂的DNA条形码研究本研究获得了螯蜂科昆虫线粒体16S r RNA、COI、Cytb基因的部分序列。通过基因序列特征、不同阶元遗传距离和系统发育信息的比对分析,筛选出Cytb是稻区螯蜂DNA条形码的最适基因片段,初步构建了我国稻区螯蜂5个亚科7属16种DNA条形码数据库;并基于该基因分析了螯蜂科5亚科7属的系统发育关系,结果显示裸爪螯蜂亚科和单爪螯蜂亚科为姐妹群,二者与螯蜂亚科,双距螯蜂亚科聚为一个大的分支,常足螯蜂亚科独聚一支为一个单系群。同时,在Cytb基因上设计了包括黄腿双距螯蜂Gonatopus flavifemur、黑双距螯蜂G.nigricans、稻虱红单节螯蜂Haplogonatopus apicalis、黑腹单节螯蜂H.oratorius和两色食虱螯蜂Echthrodelphax fairchildii在内的5种螯蜂特异标记引物,用于螯蜂不同虫态的快速分子鉴定,解决了螯蜂若虫期种类鉴定的难题。3.半翅目害虫及稻飞虱寄生蜂群落结构和发生规律采用马氏网法对10省(市、区)的寄生蜂群落进行持续监测和采集,结果表明各地的寄生蜂群落中半翅目害虫寄生蜂物种数量占比为20.62-27.37%,个体数量占比为29.81%-57.84%。其中缨小蜂科寄生蜂在半翅目害虫寄生蜂群落中种类和数量占比均是最高,种类占比为28.57-39.39%,数量占比为62.80-87.73%。同时,以稻飞虱为寄主的寄生蜂种类和数量占比最高,分别为19.72-29.41%和57.47-85.84%。通过对各地稻飞虱寄生蜂亚群落多样性和相似性比较发现,约有30%以上的稻飞虱寄生蜂种类在各地均有分布,其中最常见的有稻虱缨小蜂Anagrus nilaparvatae、斯里兰卡缨小蜂Mymar taprobanicum、褐腰赤眼蜂Paracentrobia andoi、长突寡索赤眼蜂Oligosita shibuyae、叶蝉寡索赤眼蜂O.nephotetticum、稻虱红单节螯蜂和黄腿双距螯蜂。4.两类重要稻飞虱寄生蜂在稻区的发生规律缨小蜂和螯蜂是稻区系统中两类最重要的飞虱寄生蜂,缨小蜂为卵寄生,螯蜂则可寄生、捕食若虫和成虫。浙江富阳田间有3种稻飞虱卵寄生蜂,分别是稻虱缨小蜂、蔗虱缨小蜂Anagrus optabilis和伪稻虱缨小蜂Anagrus toyae,3种寄生蜂的寄生率在水稻黄熟期最高,总寄生率可达12.33%,最低出现在齐穗期,仅为2.16%,其中稻虱缨小蜂的寄生率最高。螯蜂在各地灯下迁入飞虱上均有寄生,主要种类是稻虱红单节螯蜂和黄腿双距螯蜂,其中对白背飞虱寄生率最高以广西宜州最高,达4.03%,对褐飞寄生率以海南琼海最高,为2.23%。通过持续4年调查发现,浙江富阳地区螯蜂科寄生蜂有4种,分别为稻虱红单节螯蜂、黄腿双距螯蜂、黑双距螯蜂和两色食虱螯蜂;对稻飞虱的最高寄生率出现在水稻黄熟期,为10.1%,最低寄生率出现在水稻分蘖期,为1.07%,其中在水稻分蘖期和拔节期以红稻虱单节螯蜂的寄生率最高,而水稻破口至黄熟期以黄腿双距螯蜂的寄生率最高。5.不同虫态褐飞虱寄主对黄腿双距螯蜂控害能力的影响黄腿双距螯蜂可寄生和捕食所有虫态的褐飞虱,有很强的控害能力。其中该蜂对4龄褐飞虱若虫寄生率最高,为58.52±5.69%,对1龄若虫的捕食率最高,为38.52±3.19%。而从对子代的发育影响来看,化茧率在雄成虫寄主上显著低于其他虫态寄主,其他虫态寄主上化茧率无显著差异;同时5龄寄主上雌性后代育出比例最高。该蜂对褐飞虱不同虫态的寄生、捕食功能反应均符合Holling II型模型,其结果支持了上述的在不同虫态的寄生、捕食结果。同时,在固定空间中,随着螯蜂密度增加,对寄主搜索效应下降明显,相互间的干扰系数也相对越大,说明螯蜂在寄生、捕食寄主时存在相互干扰的现象。6.不同温度对黄腿双距螯蜂生物学特性的影响黄腿双距螯蜂可在17℃-36℃范围生存,但生长发育和种群繁殖的适温范围为27-32℃,其中最适温度为27℃。12℃和38℃为该蜂的不适宜温度区。通过有效积温法则计算出的雌、雄虫发育起点温度分别为11.99±0.55℃和11.85±0.52℃,世代有效积温分别为343.82±32.34d·℃和337.62±29.38d·℃。此外通过不同低温及时间对螯蜂茧的处理结果显示,该蜂的茧在低温10和8℃下存储7-15d对其产生的影响不大,可以达到短时间蜂种存储和延缓发育的效果,研究结果可为今后该蜂的商品化应用提供理论依据。7.黄腿双距螯蜂室内种群的构建和继代饲养构建了在最适温度和寄主虫态饲养条件下黄腿双距螯蜂的两性生命表,获得了种群存活率、繁殖力、雌虫寄生和捕食率等生命表参数并预测了在无限制条件下的种群增长趋势,为室内种群的稳定饲养提供了重要参考。同时,通过对室内种群不同世代成虫寿命、寄生率、捕食率、子代发育情况等指标的比对,发现这些指标均逐代下降,存在明显的种群退化现象。本研究结果表明可以通过引入野外蜂种和不同寄主来源蜂种杂交的方式进行种群复壮,确保黄腿双距螯蜂室内种群继代饲养的可持续性和蜂种质量。
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