趙 燦, 張寶鑫, 李敦松

(廣東省農業(yè)科學院植物保護研究所, 農業(yè)農村部華南果蔬綠色防控重點實驗室, 廣東省植物保護新技術重點實驗室, 廣州 510640)

全世界報道的平腹小蜂有154種[1],其中中國有14種[2]。平腹小蜂寄主廣泛,涉及昆蟲綱10目46科,以半翅目Hemiptera、鱗翅目Lepidoptera、直翅目Orthoptera及雙翅目Diptera為主,可用于多種農林害蟲的生物防治[1,3]。平腹小蜂產卵期長,抗逆性強,是一種優(yōu)良的寄生性天敵昆蟲[4]。一些種類已成功用于生產上蝽類害蟲的生物防治,如:荔枝蝽Tessaratomapapillosa[5]、茶翅蝽Halyomorphahalys[6-7]、緣蝽屬的Amblypeltanitida、芒果緣蝽Amblypeltalutescenslutescens[8-10]、柑橘棱蝽Rhynchocorishumeralis[11]等。

麻紋蝽平腹小蜂AnastatusfulloiSheng &Wang是平腹小蜂類群中研究報道最多、應用面積較廣的種類,其人工大量繁殖技術和田間釋放技術較為成熟,在生產上成功用于防治荔枝重要害蟲荔枝蝽已有50多年[12-14]。我國自1960s開始開展麻紋蝽平腹小蜂的繁殖利用研究[15],其繁殖利用技術已在國內外被推廣和借鑒利用。2011年和2017年廣東省農業(yè)科學院植物保護研究所分別與澳大利亞天敵公司(BioResources Pyt Ltd.)和臺灣大學合作,建立本地平腹小蜂的生產線,用于防治本地鱷梨Perseaamericana、百香果Passifloraedulis、芒果Mangiferaindica、番木瓜Caricapapaya、臺灣欒樹Koelreuteriaelegans等樹上的蝽類害蟲[12,16]。

日本平腹小蜂Anastatusjaponicus(Anastatusdisparis和Anastatusflavipes為其同物異名),最早發(fā)現(xiàn)于日本[17],近年國內開展了其對北方果樹重要害蟲茶翅蝽和點蜂緣蝽Riptortuspedestris的控害潛能評價,并首次對其滯育誘導和滯育貯存開展研究,顯示了一定的開發(fā)潛力[7, 18-21]。

截至2015年,對兩種平腹小蜂的研究報道仍然主要集中在生物學特性、行為學、繁殖技術、田間應用技術方面。2016開始有通過分子生物學手段和高通量測序等手段研究平腹小蜂的寄生機制、體內共生菌、毒液蛋白等方面的報道。目前對平腹小蜂的深入研究較少,且進展緩慢。而日本平腹小蜂和麻紋蝽平腹小蜂種名早期存在使用混亂的現(xiàn)象,給相關研究工作帶來阻礙,急需一篇全面概述2種平腹小蜂研究的報道,厘清不同研究內容的關系。本文綜述了近30年麻紋蝽平腹小蜂和日本平腹小蜂的研究進展,并對今后的研究方向進行了展望,旨在為該兩種平腹小蜂的深入研究及綜合利用技術研發(fā)提供參考。

1 分類研究

中國有關平腹小蜂屬昆蟲的分類研究一直進展緩慢,部分平腹小蜂類群早期分類地位混亂,存在同種異名、隱存種的情況[22]。童新旺[23]在1987年發(fā)表了日本平腹小蜂AnastatusjaponicusAshmead在中國的新記錄。1997年盛金坤等報道了一個新種——麻紋蝽平腹小蜂A.fulloiSheng &Wang,并做了詳細描述[24]。2017年之前的文獻報道中,在中國荔枝龍眼主產區(qū)被廣泛應用于防治荔枝蝽的平腹小蜂常被誤認為是日本平腹小蜂,通常用“Anastatussp.” “荔枝蝽平腹小蜂”或者“Anastatusjaponicus”。直到2018年唐璐[22]和2020年Peng等[2]鑒定發(fā)現(xiàn),我國南方用于防治荔枝蝽的平腹小蜂為麻紋蝽平腹小蜂A.fulloi。采集于北京郊區(qū)茶翅蝽卵塊,由中國農業(yè)科學院植物保護研究所,農業(yè)農村部CABI生物安全聯(lián)合實驗室保存的平腹小蜂經(jīng)鑒定為日本平腹小蜂[2,7]。2019年之后,廣東省農業(yè)科學院植物保護研究所和中國農業(yè)科學院植物保護研究所,農業(yè)農村部-CABI生物安全聯(lián)合實驗室,在對這2種平腹小蜂的研究報道中均采用了正確的學名。但是不確定其他的文獻報道是否仍然存在誤用學名的現(xiàn)象,學名的誤用為兩種平腹小蜂的研究工作帶來困擾。本文對以往文獻的綜述中,由廣東省農業(yè)科學院提供的平腹小蜂,均采用麻紋蝽平腹小蜂。由中國農業(yè)科學院植物保護研究所,農業(yè)農村部-CABI生物安全聯(lián)合實驗室提供的平腹小蜂,均采用日本平腹小蜂。

2 生物學特性

2.1 生活習性

麻紋蝽平腹小蜂主要以爬行方式擴散,可達100 m,遇到驚擾時可跳躍逃跑[25-26]。黑暗和光線微弱時靜伏,光照時活動[25]。田間主要以花蜜和裂果汁液為食。在廣州,麻紋蝽平腹小蜂世代歷期23～33 d,一年有8代。田間以預蛹越冬,也有少量以成蟲越冬[5,25, 27-28]。日本平腹小蜂在田間的生活史暫未見報道。

2.2 發(fā)育歷期

麻紋蝽平腹小蜂以柞蠶卵為替代寄主,在(26±1)℃, RH(75±5)%,L∥D=14 h∥10 h 的條件下,從卵到成蟲的發(fā)育歷期為20～22 d,其中卵期3 d,幼蟲期(包括1齡、2齡、3齡和老熟幼蟲)6 d,預蛹期6～7 d,蛹期(包括初蛹、中蛹和后蛹)5～6 d[29]。日本平腹小蜂以茶翅蝽卵作為寄主,在L∥D=16 h∥8 h, RH 60%～70%,溫度20、25、30℃條件下,從卵到成蟲的發(fā)育歷期分別為(34.60±0.27)、(22.33±0.22)、(17.1±0.28)d[30]。日本平腹小蜂以點蜂緣蝽卵為寄主,在(25±1)℃, RH(60±10)%,L∥D=16 h∥8 h 的條件下,從卵到成蟲的發(fā)育歷期為20.78 d[21]。兩種平腹小蜂的發(fā)育歷期均隨著溫度降低而顯著延長。

2.3 繁殖能力

麻紋蝽平腹小蜂和日本平腹小蜂均可孤雌產雄生殖[4,25]。在16～30℃,RH 40%～80%時,麻紋蝽平腹小蜂日產卵量與溫度和濕度均呈正相關[4,25]。在25～32℃,麻紋蝽平腹小蜂每頭雌蜂一生的平均產卵量為228.2粒,日均產卵量為5.7～11.3粒[4,25]。不同發(fā)育期的荔枝蝽卵均可以被麻紋蝽平腹小蜂寄生,并羽化出子代蜂[4,25]。

麻紋蝽平腹小蜂的性比受光照強度、溫度、寄主卵粒大小、寄主卵新鮮程度和寄主胚胎發(fā)育期等的影響[25]。光線弱時子代雌雄比較低。以蓖麻蠶卵為寄主時,卵粒重量越小,或者使用3日齡以上的卵,麻紋蝽平腹小蜂的雌雄比下降。高溫可降低雌蜂產卵量,并導致孤雌生殖[4,25]。

當用蜂蜜水飼養(yǎng)并以點蜂緣蝽卵為寄主,日本平腹小蜂在 (25±1)℃,RH(60±10)%,光周期L∥D=16 h∥8 h時單雌一生平均產卵量為15.64粒,范圍8～29粒,雌性率為31.95%。平均產卵期為8.71 d,最短為4 d,最長為20 d[21]。若用20%蜂蜜水飼養(yǎng),以茶翅蝽卵作為寄主,在RH(60±5)%,光周期L∥D=16 h∥8 h時,在20、25、30℃下,日均的產卵量分別為4.3、6.6粒和7.8粒[30]。日本平腹小蜂在15℃條件下不能產卵[30]。

2.4 貯存和壽命

生產中常需要對天敵昆蟲進行冷藏來保種,或短時間內積累足夠量的天敵昆蟲用于田間釋放[5, 31]。規(guī)?；敝持卸嗖捎脤l(fā)育10 d的麻紋蝽平腹小蜂轉移到10～15℃的冷庫冷藏3～12個月[5, 31]。3個月的短期冷藏對麻紋蝽平腹小蜂的羽化率沒有顯著影響,但是冷藏6～12個月后羽化率顯著下降,其中冷藏12個月羽化率降低50%。長期冷藏也會導致麻紋蝽平腹小蜂寄生率顯著降低[31]。黃明度等發(fā)現(xiàn)1～2齡幼蟲在10～12℃下發(fā)育至預蛹可進入休眠,存放6個月,羽化率仍達97.3%[25]。孫新濤發(fā)現(xiàn)人工卵飼養(yǎng)的麻紋蝽平腹小蜂蛹,隨著冷藏時間延長羽化后產卵量減少,壽命縮短[32]。

Zhao等發(fā)現(xiàn)正常發(fā)育到老熟幼蟲的日本平腹小蜂,在10℃冷藏6個月其羽化率顯著下降,約為60%,而進入滯育狀態(tài)的老熟幼蟲羽化率仍在90%以上,與未冷藏的日本平腹小蜂羽化率無顯著差異。滯育可以顯著提高日本平腹小蜂的耐寒性,延長儲存時間[19]。

3 人工繁殖

蒲蟄龍等在1960s開始對麻紋蝽平腹小蜂進行人工繁殖研究[28]。麻紋蝽平腹小蜂的規(guī)?；敝辰?jīng)歷了以蓖麻蠶卵、人工卵和柞蠶卵作為替代寄主的3個時期[12]。20世紀60年代、70年代我國南方主要以蓖麻蠶卵繁殖麻紋蝽平腹小蜂。從1984年起,使用人工寄主卵繁殖平腹小蜂[33]。1989年,廣東省農業(yè)科學院植物保護研究所開始以柞蠶卵為替代寄主,在繁殖設備、繁殖方法、田間釋放技術等方面進行研發(fā)[12,34]。創(chuàng)新和改進了一批繁蜂設備,包括:柞蠶卵連續(xù)烘干機、自動涂膠機、高效繁蜂柜等[35-37]。為實現(xiàn)省力化應用,設計了平腹小蜂簡易釋放卡[38],球形釋放器和無人機投放裝置[39]。已建立成熟的麻紋蝽平腹小蜂人工繁殖方法,其基本流程是:柞蠶卵清洗和消毒、采用柞蠶卵烘干機進行烘干、機器自動涂膠、粘卵、繁蜂柜繁蜂、滯育儲存。繁殖效率可達每日1 000萬頭[12]。日本平腹小蜂的規(guī)模化繁殖方法,主要參照麻紋蝽平腹小蜂的繁殖技術。

4 共生菌

共生菌與宿主形成穩(wěn)定、可遺傳的共生系統(tǒng),可提高寄生蜂對寄主的適應性及對化學農藥的抗性等[40-45]。項佳韋通過高通量測序技術和16S rDNA克隆技術對麻紋蝽平腹小蜂體內共生菌進行了初步研究[45]。發(fā)現(xiàn)福清野外種群體內的共生菌有6大類,而廣東實驗室種群只有2大類[45]。通過熒光原位雜交技術(FISH)證明了立克次氏體Rickettsia在野外種群的麻紋蝽平腹小蜂體內是經(jīng)卵垂直傳播。在雄成蟲精巢附腺中也發(fā)現(xiàn)Rickettsia的存在[45]。Rickettsia對寄生蜂的影響包括:孤雌生殖、對宿主昆蟲適應度、抵御環(huán)境脅迫能力和雄性致死等[45-46]。有研究報道Rickettsia、沃爾巴克氏體Wolbachia和Cardinium是能誘導產生孤雌生殖現(xiàn)象的3種細菌[47],推測Rickettsia、Wolbachia在平腹小蜂孤雌生殖中發(fā)揮重要作用。但是共生菌在平腹小蜂的體內具體發(fā)揮什么作用,以及如何發(fā)揮作用,還有待進一步的研究。

5 滯育

滯育是昆蟲為抵抗外界不良環(huán)境,通過內源性調節(jié)產生的發(fā)育停滯的現(xiàn)象[48-49]。調控寄生蜂滯育行為是實現(xiàn)寄生性天敵產品的長期貯存、延長控害時間和提高抗逆性的重要手段[50]。早在1962年,蒲蟄龍等發(fā)現(xiàn)麻紋蝽平腹小蜂在廣州以老熟幼蟲越冬,如將越冬老熟幼蟲轉移到較高溫度環(huán)境下(25～30℃),其隨時可恢復發(fā)育,說明麻紋蝽平腹小蜂在冬季并非真正滯育[28]。

日本平腹小蜂在田間滯育的情況還未見報道。趙燦等研究發(fā)現(xiàn)日本平腹小蜂在室內以老熟幼蟲進入滯育[18-19]。日本平腹小蜂2～3齡幼蟲是對外界環(huán)境變化最敏感的蟲態(tài)。17～20℃結合短光周期(L∥D=10 h∥14 h或L∥D=6 h∥18 h)可誘導日本平腹小蜂進入滯育,而低溫(11～14℃)或長光周期(L∥D=14 h∥10 h)條件下,日本平腹小蜂均無法進入滯育[19]。除了中溫和短光照條件, 還需要結合滯育誘導時間才能獲得較高的滯育率。滯育誘導時間過長或者過短都會降低日本平腹小蜂的滯育率。滯育誘導條件在日本平腹小蜂幼蟲體內具有累積效應, 以卵期作為誘導始期, 可以獲得較高的滯育率。經(jīng)滯育誘導進入老熟幼蟲狀態(tài)的日本平腹小蜂和正常發(fā)育的老熟幼蟲經(jīng)10℃冷藏6個月后,滯育老熟幼蟲的羽化率顯著高于正常發(fā)育的老熟幼蟲,與未冷藏日本平腹小蜂的羽化率無顯著差異[19]。說明滯育可以顯著提高日本平腹小蜂對低溫的抗逆性、延長貨架期、降低天敵產品的生產成本[19]。日本平腹小蜂滯育老熟幼蟲,主要是通過積累脂類、甘油三酯、糖原等能源物質及山梨醇等低溫保護物質、提高抗氧化能力等提高自身的抗逆性,保證滯育個體的發(fā)育和存活[20]。

由于寄生蜂個體微小,難以解剖，注射dsRNA常造成小型寄生蜂死亡等,導致以平腹小蜂為代表的寄生蜂滯育分子機制的研究進展緩慢[51]。寄生蜂滯育調控機制研究的缺乏也限制了相關滯育調控技術的應用和提高。隨著多種組學技術的廣泛應用,RNA干擾技術以及基因編輯技術(如CRISPR/Cas9)等在麗蠅蛹集金小蜂Nasoniavitripennis中的成功應用[52-53],將促進寄生蜂滯育的深入研究,推測以平腹小蜂為代表的寄生蜂滯育機理的研究將成為未來研究的熱點。

6 寄生機制的研究

6.1 寄主次生物質對平腹小蜂的影響

平腹小蜂對寄主卵的尋找和定位機制尚不明確。寄生蜂從搜索寄主昆蟲到成功寄生受到環(huán)境因素和化學因素等多種因素的影響[54]。利它素是寄生蜂尋找寄主昆蟲過程中起重要作用的化學因素[55]。在麻紋蝽平腹小蜂搜索荔枝蝽卵及產卵過程中起作用的利它素主要存在于荔枝蝽成蟲、排泄物和卵上[56]。荔枝蝽成蟲及其臭腺分泌的氣味物質,能將麻紋蝽平腹小蜂引誘到寄主的棲息地;荔枝蝽排泄物及卵上的化學物質可引起麻紋蝽平腹小蜂對寄主卵的近距離搜索;只有接觸到寄主卵后麻紋蝽平腹小蜂才會有明顯的產卵管刺探行為[57]。麻紋蝽平腹小蜂對不同顏色的卵粒無特殊趨性,但是對球形和半球形的卵粒表現(xiàn)出明顯的趨性[57]。

麻紋蝽平腹小蜂對寄主的選擇受學習經(jīng)歷的影響[57-58]。學習訓練可顯著提高麻紋蝽平腹小蜂對荔枝葉片、丁香烯、荔枝蝽卵等的趨性,隨著時間延長,學習效果不斷增強[58-59]。以柞蠶卵繁殖的麻紋蝽平腹小蜂對柞蠶卵信息的記憶隨時間延長逐漸減弱,96 h后開始明顯減弱[59]。麻紋蝽平腹小蜂對不同品種的荔枝表現(xiàn)出不同的趨性[59-60],喜歡‘三月紅’和‘懷枝’,對‘桂味’‘糯米糍’‘黑葉’和‘妃子笑’等品種沒有明顯的趨性。害蟲取食和機械損傷會增強其對‘三月紅’的趨性[59-60]。

荔枝蝽成蟲揮發(fā)物(E)-2-己烯醛是否對平腹小蜂有吸引作用,王建武等[58]與遲國梁等[59]的研究結論完全相反,還有待進一步驗證。從麻紋蝽平腹小蜂的寄主植物以及寄主中收集到29種相關化學信息素物質,其中寄主植物荔枝中20種,蒙古櫟中11種,天然寄主荔枝蝽中11種,而柞蠶卵中4種[61-62]。嗅覺行為試驗結果顯示,β-石竹烯(β-caryophyllene)、十一烷(undecane)、(E)-α-法呢烯[(E)-α-farnesene]、(+)-芳香烯[(+)-aromadendrene]和順-3-己二醇(cis-3-hexen-ol)5種物質對麻紋蝽平腹小蜂具有明顯的吸引作用,2-乙基-己醇(2-ethyl-hexanol)、α-石竹烯(α-caryophyllene)和乙酸乙酯(ethyl acetate)對其具有明顯驅避作用[61-62]。荔枝次生代謝物質與天敵昆蟲的互作關系研究進展緩慢,主要受荔枝種植地域所限，對荔枝害蟲和其天敵昆蟲研究主要集中于少數(shù)幾個研究團隊所致[63]。

6.2 寄生嗅覺機制

對不同氣味的性質和濃度的識別使昆蟲能夠定位食物資源和產卵場所、尋找異性配偶、避免天敵和不利環(huán)境的傷害,進而能夠生存和繁衍后代[64]。通過麻紋蝽平腹小蜂觸角轉錄組測序,共鑒定獲得48個ORs氨基酸全長序列和13個IRs氨基酸,其中包括3種共受體Orco以及IR8a和IR25a序列[61-62]。通過RNA干擾試驗,明確了麻紋蝽平腹小蜂的寄主搜尋和產卵過程中的嗅覺感應主要依賴于ORs相關途徑而不是IRs相關途徑[61-62]。基因沉默后小蜂的觸角EAG測定結果顯示,對其具有明顯的吸引作用的物質中(E)-α-法呢烯和β-石竹烯可能與嗅覺受體AjapOR35特異性結合[61-62]。進一步的產卵試驗結果表明,(E)-α-法呢烯和β-石竹烯的產卵吸引效應在AjapOR35沉默后消失,說明存在于寄主植物中的這些起吸引作用的物質可以誘導麻紋蝽平腹小蜂定位產卵,AjapOR35與其嗅覺定位和產卵行為有關,揭示了嗅覺基因在麻紋蝽平腹小蜂搜尋寄主過程中的作用機制[61-62]。

6.3 毒液蛋白

毒液是寄生蜂成功寄生的關鍵因子[65]。寄生蜂毒液是由蛋白酶、蛋白酶抑制劑、抗菌活性物質、麻痹毒素、其他蛋白和非蛋白物質等構成的復合物[66]。不同種類的寄生蜂毒液的組成不同[67]。麻紋蝽平腹小蜂的毒液器官為蜜蜂型,位于雌蜂腹部近背面,卵巢的下方。雌蜂羽化后第7天,毒囊體積達到最大[29]。Wang等[68]通過Label-free測序技術鑒定到麻紋蝽平腹小蜂的81個毒液蛋白組分,并提出了一個關于麻紋蝽平腹小蜂寄生過程的假設模型:1)麻紋蝽平腹小蜂產卵時,將卵和毒液一同注射到寄主的卵殼和胚胎之間的縫隙中;2)毒液中的精氨酸激酶可迅速麻痹寄主,使其失去抵抗力;3)毒液中一定量的貯存蛋白可使寄主發(fā)育停滯,進入滯育狀態(tài);4)毒液中的幾丁質酶加速免疫相關蛋白如鈣網(wǎng)蛋白向寄主體內的擴散,抑制寄主的免疫應答;5)各個毒液蛋白組分之間相互協(xié)作,在荔枝蝽平腹小蜂的卵未孵化時,為其創(chuàng)造安全的生境;待卵孵化后,保證后代以寄主胚胎為食,導致寄主死亡,最終達到控制害蟲的目的。對麻紋蝽平腹小蜂毒液蛋白功能的研究還未開展。對日本平腹小蜂寄生機制的相關研究還未見報道。

7 味覺受體基因的研究

昆蟲的味覺系統(tǒng)在其取食選擇、交配和產卵等多種行為反應中也起到重要的作用[69]。麻紋蝽平腹小蜂味覺相關基因的研究剛剛開展。最近,5個麻紋蝽平腹小蜂的味覺受體基因(AjapGR58、AjapGR49、AjapGR64f、AjapGR38、AjapGR2)被鑒定發(fā)現(xiàn),這5個基因在成蟲的不同組織和性別中的表達量有明顯差異[70]。通過系統(tǒng)發(fā)育樹分析,推測AjapGR58、AjapGR49以及AjapGR38行使苦味感知功能,AjapGR64f和AjapGR2行使甜味感知功能[70]。對日本平腹小蜂味覺受體基因的功能研究還未見報道。

8 小結與展望

平腹小蜂作為防治蝽類害蟲效果顯著的天敵昆蟲,在生物防治中具有重要的應用價值。由于平腹小蜂主要用于中國華南地區(qū)荔枝蝽的防治,使得投入到平腹小蜂研究的力量有明顯的區(qū)域性。日本平腹小蜂和麻紋蝽平腹小蜂學名的誤用,也給平腹小蜂的深入研究和應用技術的提高帶來了阻礙。近年來隨著分子生物學和高通量測序技術的發(fā)展,對平腹小蜂的研究越來越深入,研究領域涉及寄生機制、體內共生菌、毒液蛋白等。但是進展緩慢,對平腹小蜂的認識還停留在較淺層面。寄生蜂個體小,難以解剖，注射dsRNA常造成小型寄生蜂死亡等也是造成平腹小蜂滯育分子調控機制、寄生機制、毒液蛋白功能研究等進展緩慢的重要原因。平腹小蜂基因組信息空白也限制了其深入研究。

近年來,由于各級政府大力發(fā)展綠色農業(yè),利用平腹小蜂防治蝽類害蟲的綠色防控技術成為在荔枝、龍眼、梨、桃、杏、李、山楂、獼猴桃等果樹上開展“農藥減量”行動的主要手段之一,因此迫切需要科研工作者對平腹小蜂展開更多元、更詳細、更透徹的研究。有關平腹小蜂種群遺傳結構、寄主的選擇機制、產卵機制,與寄主及共生菌的互作關系,滯育調控機制等都是值得深入研究與探索的方向,這些研究將為平腹小蜂的大規(guī)模飼養(yǎng)、儲存、應用技術等提供參考,提高寄生蜂在生物防治中的應用效果。