耶气步甲成虫对棉铃虫高龄幼虫的捕食功能分析

刘 婷，解晓菲，王玉雪，王 怡，张 燚，楚龙燕，李建平，张建民*，夏鹏亮*

1. 长江大学农学院，湖北省荆州市荆州区荆秘路266 号 434000

2. 湖北省烟草公司恩施州公司，湖北省恩施市施州大道119 号 445000

棉铃虫（Helicoverpa armigera）属于鳞翅目（Lepidoptrea）夜蛾科（Noctuidae），为我国烟草生产上的重要害虫之一，主要啃食烟草的嫩叶、嫩茎，影响烟叶的产量和质量［1］。目前我国对棉铃虫的防治方法仍以化学防治为主，然而化学农药的长期滥用造成了严重的环境污染，并导致棉铃虫对多种常用杀虫剂产生了耐药性，防治效果不理想［2］。利用天敌昆虫进行生物防治可有效减少环境污染，规避棉铃虫耐药等问题。

步甲科（Carabidae）昆虫属于鞘翅目（Coleoptera）肉食亚目，大多数具有捕食性，目前已有多种步甲科昆虫被证实对不同害虫具有良好的防控能力。黄潮龙等［3］研究发现步甲科昆虫双斑青步甲（Chlaenius bioculatus）幼虫对6 个龄期的草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）均具有较好的捕食作用，且对1 龄草地贪夜蛾幼虫的捕食量最高，日捕食量达278.29 头。赵同贵等［4］通过观察步甲科昆虫毛婪步甲（Harpalus griseus）的捕食行为，发现毛婪步甲主要以成虫捕食猎物为主，且一头成虫一天可捕食6.36头黏虫（Mythimna separata）。耶气步甲（Pheropsophus jessoensis）属步甲科，屁步甲属（Pheropsophus），日常栖息于湿气较大的土壤缝隙中或含有较多腐殖质的枯叶下［5-6］，其成虫期长、攻击力强、捕食范围广，对害虫具有较强的捕食能力。李忠诚［7］分析了耶气步甲成虫的捕食习性，发现耶气步甲成虫对大螟（Sesamia inferens）、菜青虫（Pieris rapae）等害虫均存在捕食行为，且可捕食卵、幼虫（若虫）、蛹和成虫多种虫态，是一种具有开发利用潜力的天敌昆虫。本课题组前期通过田间调查发现，在恩施烟草种植区，耶气步甲对棉铃虫幼虫存在捕食行为，但关于耶气步甲对棉铃虫幼虫捕食功能的研究尚未见报道。为此，分析了室内条件下耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的捕食功能反应、搜寻效应以及耶气步甲成虫密度对捕食棉铃虫高龄（4～6龄）幼虫的干扰反应，旨在为利用耶气步甲成虫防控烟田棉铃虫幼虫提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

供试昆虫耶气步甲成虫和棉铃虫幼虫均采自湖北省恩施土家族苗族自治州来凤县烟田，并于室内人工饲养。耶气步甲成虫用黄粉虫饲养于圆柱形塑料小盒（直径为20 cm，高为20 cm）中。棉铃虫幼虫用云烟87 烟叶饲养于培养皿（直径为15 cm，高为1.5 cm）中。室内饲养条件为温度（25±2）℃，相对湿度70%±10%，光周期L/D为16 h/8 h。

1.2 试验方法

1.2.1 耶气步甲成虫的捕食功能反应

室内条件下，在培养皿（直径为15 cm，高为1.5 cm）内放置一张无菌水浸湿的滤纸保湿，并放入充足的烟叶供棉铃虫幼虫取食。在培养皿内接入饥饿24 h的耶气步甲成虫，然后放入不同龄期（4～6龄）和密度的棉铃虫幼虫。棉铃虫4龄幼虫密度梯度设置为10、15、20、25、30 头/皿，5 龄幼虫密度梯度设置为3、6、9、12、15头/皿，6龄幼虫密度梯度设置为1、3、5、7、9 头/皿，同时设置无耶气步甲成虫的处理作为对照，每组处理均设置5 次重复。在处理24 h 内观察耶气步甲成虫对棉铃虫幼虫的捕食行为，处理24 h后根据处理组中被捕食棉铃虫数量与对照组中棉铃虫死亡数量，计算耶气步甲成虫对棉铃虫幼虫的校正捕食量，计算公式如下：

使用Holling Ⅱ捕食功能反应方程［8］拟合耶气步甲成虫对棉铃虫4～6 龄幼虫的捕食功能反应，该方程如下：

式中：Na为捕食者对猎物的校正捕食量，头；a为捕食者对猎物的瞬时攻击率；Tr为总试验时间，d，本试验中Tr为1 d；N为猎物初始密度，头/皿；Th为处理时间（捕食者处理1头猎物的时间），d。

计算a与Th的比值（a/Th），分析耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的控害效能。

1.2.2 耶气步甲成虫的搜寻效应

根据1.2.1 节中Holling II 捕食功能反应方程拟合得到瞬时攻击率（a）和处理时间（Th），通过搜寻效应方程［9］计算耶气步甲成虫对棉铃虫4～6 龄幼虫的搜寻效应，该方程如下：

式中：S为搜寻效应；a为捕食者对猎物的瞬时攻击率；Th为处理时间，d；N为猎物初始密度，头/皿。

1.2.3 耶气步甲成虫密度对捕食的干扰反应

在垫有湿滤纸的培养皿（直径为15 cm，高为1.5 cm）中接入饥饿24 h的耶气步甲成虫，密度梯度设置为1、2、3、4、5头/皿，并在培养皿中接入棉铃虫4龄、5 龄和6 龄幼虫，密度分别设置为50、30、10 头/皿，同时设置无耶气步甲成虫的处理作为对照，每组处理设置5次重复。处理24 h后根据处理组中被捕食棉铃虫数量与对照组中棉铃虫死亡数量，计算耶气步甲成虫对棉铃虫幼虫的校正捕食量，校正捕食量计算公式同1.2.1节。耶气步甲成虫密度对捕食棉铃虫4～6 龄幼虫的干扰反应根据Hasse ll 模型［10］进行拟合，该模型如下：

式中：E为捕食作用率；P为捕食者初始密度，头/皿；Q为搜寻常数；m为干扰常数；其中E=Na/NP；N为猎物初始密度，头/皿；Na为捕食者对猎物的校正捕食量，头。

1.2.4 数据分析

使用Excel 2019 软件对试验数据进行统计；使用DPS 7.05 软件对数据进行单因素方差分析，并采用Duncan’s法进行数据间差异的显著性（P<0.05）检验；使用Graph Pad Prism Version 8.0.2 软件进行方程拟合及绘图。

2 结果与分析

2.1 耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的捕食行为

观察耶气步甲成虫对棉铃虫幼虫的捕食行为，发现将饥饿24 h的耶气步甲成虫置于放有棉铃虫幼虫的培养皿后，耶气步甲成虫会马上进入搜寻状态。在快接近棉铃虫幼虫时，耶气步甲成虫的触角、下颚须和下唇须会左右晃动，确定棉铃虫幼虫的位置后立刻进入捕食状态，并在进入捕食状态后30 s内迅速钳住体型相对较小的4龄棉铃虫幼虫进行取食。若有同类竞争时，耶气步甲成虫则会先将棉铃虫幼虫拖拽至烟叶下方再取食除头壳外的全部虫体。对体型相对较大的5龄和6龄棉铃虫幼虫，耶气步甲成虫会多次试探并寻找最佳进攻时机迅速咬住虫体的中段部位，如棉铃虫幼虫剧烈挣扎，耶气步甲成虫会暂时放弃捕食，待棉铃虫幼虫趋于平静后再次寻找时机咬住其受伤部位，至其不再挣扎后撕破体壁进行取食（图1）。

图1 耶气步甲成虫对棉铃虫5龄和6龄幼虫的捕食Fig.1 Predation by adult P. jessoensis on 5th and 6th instar larvae of H. armigera

2.2 耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的日捕食量

耶气步甲成虫对棉铃虫4～6 龄幼虫的日捕食量随着棉铃虫幼虫密度的增加而呈上升趋势（图2）。当棉铃虫4 龄、5 龄和6 龄幼虫密度分别为30、15、9头/皿时，耶气步甲成虫的最大日捕食量分别为15.6、6.2、2.2头。

图2 耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的日捕食量Fig.2 Daily predation amounts of adult P. jessoensis on 4th-6th instar larvae of H. armigera

2.3 耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的捕食功能反应

通过Holling Ⅱ捕食功能反应方程拟合得到耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的捕食功能反应方程（表1），分别为Na=1.065N/（1+0.034N）、Na=0.808N/(1+0.061N)和Na=0.816N/(1+0.264N)，各龄期捕食功能反应方程中的决定系数（R2）均大于0.9，表明耶气步甲成虫的日捕食量与棉铃虫幼虫的密度密切相关。耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的瞬时攻击率（a）从大到小依次为4龄（1.065）>6龄（0.816）>5龄（0.808），控害效能（a/Th）分析显示，耶气步甲成虫对4～6 龄棉铃虫幼虫的控害效能从大到小依次为4 龄（33.281）>5龄（10.632）>6龄（2.519）。耶气步甲成虫对4龄棉铃虫幼虫的捕食能力高于5龄和6龄棉铃虫幼虫。

表1 耶气步甲成虫捕食棉铃虫4～6龄幼虫捕食功能反应方程及相关参数Tab.1 Predatory functional response equation and related parameters describing the behavior of adult P. jessoensis on 4th-6th instar larvae of H. armigera

2.4 耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的搜寻效应

如图3 所示，当4 龄棉铃虫幼虫密度为10、15、20、25、30头/皿时，耶气步甲成虫的搜寻效应分别为0.796 5、0.707 3、0.636 1、0.577 9、0.529 4。当5龄棉铃虫幼虫密度为3、6、9、12、15 头/皿时，耶气步甲成虫的搜寻效应分别为0.681 9、0.590 0、0.519 9、0.464 7、0.420 1。当6 龄棉铃虫幼虫密度为1、3、5、7、9 头/皿时，耶气步甲成虫的搜寻效应分别为0.645 5、0.455 1、0.351 5、0.286 3、0.241 5。其中，当棉铃虫4龄幼虫密度为10头/皿时，耶气步甲成虫的搜寻效应最高。结果表明，耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的搜寻效应随着棉铃虫幼虫密度的增加而降低。

图3 耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的搜寻效应Fig.3 Search efficiency of adult P. jessoensis on 4th-6th instar larvae of H. armigera

2.5 耶气步甲成虫密度对捕食棉铃虫4～6龄幼虫的干扰反应

当棉铃虫幼虫密度不变时，随着耶气步甲成虫密度的增加，耶气步甲成虫对棉铃虫4～6 龄幼虫的捕食作用率下降（图4）。如表2所示，根据干扰反应Hasse ll 模型拟合得到的耶气步甲成虫密度对捕食4～6 龄棉铃虫幼虫的干扰方程分别为E=0.353P-1.221、E=0.320 3P-1.238和E=0.201 3P-1.241，且决定系数（R2）均大于0.8，说明该模型能较好地反映耶气步甲成虫密度对捕食棉铃虫4～6 龄幼虫的影响。此外，当耶气步甲成虫密度为1～5 头/皿时，耶气步甲成虫对棉铃虫4 龄（50 头/皿）幼虫的日捕食量从17.6 头减少至11.4 头；对棉铃虫5 龄（30 头/皿）幼虫的日捕食量从9.6 头减少至6.4 头；对棉铃虫6 龄（10 头/皿）幼虫的日捕食量从2 头减少至1 头。耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的日捕食量和捕食作用率受自身密度的影响，且耶气步甲成虫在捕食棉铃虫4～6 龄幼虫时存在种内干扰反应。

图4 不同密度的耶气步甲成虫对捕食棉铃虫4～6龄幼虫的捕食作用率Fig.4 Predation rates of adult P. jessoensis at different densities on 4th-6th instar larvae of H. armigera

3 讨论

本研究中发现耶气步甲成虫在捕食4 龄棉铃虫幼虫时，会取食除头壳外的全部虫体，而在捕食5～6龄棉铃虫幼虫时，会咬住虫体的中段后撕开体壁取食内脏，这与李忠诚［7］的研究结果一致。耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的日捕食量随着棉铃虫幼虫密度的增加呈上升趋势，这与溪岸蠼螋（Labidura riparia）、蠋蝽（Arma custos）、龟纹瓢虫（Propylaea japonica）等天敌昆虫对棉铃虫幼虫的日捕食量随棉铃虫幼虫密度变化的趋势相似［11-13］；耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的搜寻效应随着棉铃虫幼虫密度的增加而降低，这与侧刺蝽（Andrallus spinidens）、环斑猛猎蝽（Sphedanolestes impressicollis）、六斑月瓢虫（Menochilus sexmaculata）、草栖钝绥螨（Amblyseius herbicolus）等天敌昆虫在捕食猎物时搜寻效应随猎物密度变化的规律相似［14-17］。本研究中发现耶气步甲成虫捕食棉铃虫4～6 龄幼虫时存在种内干扰反应，故在大田释放耶气步甲成虫防治棉铃虫幼虫时，应考虑耶气步甲成虫的密度以达到更好的防控效果。此外，本研究中分析了室内条件下耶气步甲成虫对棉铃虫4～6 龄幼虫的捕食功能反应、搜寻效应以及耶气步甲成虫密度对捕食棉铃虫4～6龄幼虫的干扰反应，后期可进行大田试验进一步验证耶气步甲成虫的捕食能力。

4 结论

在室内条件下，耶气步甲成虫对不同密度的棉铃虫4～6龄幼虫的最大日捕食量分别可达15.6、6.2、2.2头。耶气步甲成虫对棉铃虫4～6龄幼虫的捕食功能反应符合Holling Ⅱ模型，对棉铃虫4～6龄幼虫的搜寻效应随着棉铃虫幼虫密度的增加而降低。此外，耶气步甲成虫捕食棉铃虫4～6 龄幼虫时的日捕食量和捕食作用率受自身密度的影响，存在种内干扰反应。