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果壳网关于草地贪夜蛾生物防治采访的问答 精选

已有 1970 次阅读 2019-9-19 20:04 |系统分类:科研笔记| 草地贪夜蛾, 夜蛾黑卵蜂, 生物防治

果壳网关于草地贪夜蛾生物防治采访的问答

陈华燕

如我的前两篇博文提到,草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(Smith)是虫界今年最大的网红,相关的科普报道屡见于各大媒体和网站。果壳网刚刚又推出了系列报道的第二篇《与虫争粮的250天》,其中有对我们的工作(寄生蜂)采访的部分。美女编辑麦麦给我发了12个采访问题,可能是由于篇幅的限制,她问的一些问题没有在报道里全部体现。但我觉得有些问题问得挺有意思,而且可能也是不了解生物防治的大众感兴趣或者想问的问题。因此,经过果壳网的同意,我把采访问题和我的回答发在这里,以供感兴趣的读者看看。当然,鉴于本人知识的有限,其中有的回答不免有待商榷,或者有的回答略显稚嫩。但我选择原文发表在这里,一是为了以后我可以检视自己的错误,二是望各位专家学者批评指正。

1 果壳:寄生蜂是什么?为什么寄生蜂可以用来防治害虫?相比于其他防治方法(化学药剂、性诱灯诱、捕食天敌、转基因玉米等),寄生蜂有什么优势和缺点?化学防治可能对环境不友好,但目前基本都在使用应急药剂,而不是其他的生物防治手段,这是为什么呢?如果我们找到了天敌,可以应对现在这种爆发性的状况吗?

博主:寄生蜂是指把卵产在寄主(主要是昆虫)的体表或体内完成自身发育并最终杀死寄主的一类蜂。寄生蜂能大量杀死寄主害虫,在自然控制害虫数量上发挥着巨大的作用,是整个生态系统中重要的组成部分。事实上,已有很多寄生蜂种类被运用于农林业害虫的生物防治,取得很好的经济和生态效益。

寄生蜂跟捕食性天敌运用于害虫的防治,都属于生物防治的范畴。生物防治有4个方面的优势:

1)无残留问题,即对人类和环境友好。

2)对害虫防治的专一性,一般说来,生物防治针对一种或一类害虫,这相对于化学防治和物理防治来说,是更绿色的。例如,使用杀虫剂来防治害虫,在杀死害虫的同时也会杀死有益的天敌,而捕食性天敌或寄生蜂只控制目标害虫,一般不会对生态系统中的其他有益的昆虫造成影响。就这一点来说,寄生蜂的专一性往往会比捕食性天敌要更好一些。捕食性天敌更多的是广谱性的,即往往可以捕食多种猎物(包括目标害虫和其他昆虫),而寄生蜂更多的是专一性的,即只能寄生一种目标害虫。

3)对害虫的控制是可持续的。天敌可以在生态系统中进行自我繁殖,一旦在生态系统中建立起了种群,就可以持续控制害虫,可以说是一劳永逸。

4)基于第2点,从长远来说,是更有经济效益的。特别是防治比较稳定的生态系统如森林系统里的害虫。森林面积大,化学防治如果可能,也必须付出巨大的成本。而天敌一旦引入并建立种群,就可以长期地把害虫的种群数量维持在很低的水平。这样一比较,生物防治的成本是更低的。

有3个方面的缺点:

1)防治害虫是个缓慢的过程。这个是很容易理解的,不像化学农药那样能一下子把害虫都杀死,天敌捕食或寄生都是需要时间的。

2)生物防治不可能全部杀死害虫。这个也很容易理解,如果把害虫都杀死了,它们自身也就消亡了。但可以通过提高天敌的数量来把害虫的种群数量控制到很低的水平,甚至可能可以把害虫全部杀死,但如果害虫再出现的时候,就要通过人工释放天敌继续进行防治。这样的做法就无法体现生物防治的可持续性。当然了,如果人工释放天敌的成本够低,这样的做法也是可行的。

3)虽然从长远来说,生物防治的成本是低的,但是开发生物防治的过程是昂贵的。因为建立一个成功的生物防治系统需要巨大的投入。例如,天敌种类的挑选,大量繁殖,保存,运输和释放,效果评价等,每个过程都需要大量的人力物力和资金投入。

就草地贪夜蛾这个例子来说,它是入侵性的,我们要做的是要及时把它杀灭,以防它扩散造成更大的为害。如前面提到的生物防治的缺点,生物防治是做不到快速杀灭的。但这并不说明生物防治就没有用,根据我们的调查,一种卵寄生蜂(夜蛾黑卵蜂)对草地贪夜蛾田间的自然寄生率可以达到50%,卵寄生蜂是直接把害虫的卵杀死的,即把害虫杀死在摇篮里,也就是说,一只草地贪夜蛾产下的卵,在下一代发生为害之前就被杀死了一半。如果我们现在能大量释放这种寄生蜂,是可以大大减少虫口量的。无论什么害虫,都是要使用包括化学防治和生物防治在内的害虫综合治理的策略的。当然了,面对这种爆发性的害虫,使用化学药剂进行快速扑杀是最有效的,但如果有天敌可用,效果当然会更好了。

2 果壳:陈老师研究黑卵蜂近十年,这些研究为此次的虫害防治提供了什么经验?

博主:黑卵蜂是指寄生性膜翅目黑卵蜂亚科的一类寄生蜂,这类寄生蜂全部是其他昆虫的卵寄生蜂。如前所说,如果寄生蜂的寄主是重要的害虫,这个寄生蜂就可以把害虫杀死在发生为害之前,是有重大的经济效益的。从前面提到的天敌(或特指寄生蜂)的优势可以看出,我们要利用寄生蜂来控制害虫的时候,最好是能找到对害虫的控制是有专一性的寄生蜂。这就需要对寄生蜂的物种进行正确的鉴定,因为不同种的寄生蜂有不同的生物学特性,例如有些是单主寄生的(专一性),有一些是多主寄生的(广谱性)。而黑卵蜂这个类群的种类个体都很小(0.5~2 mm长),外部形态特征简化,不同种之间形态非常近似,鉴定困难,所以在鉴定这类寄生蜂的时候,要使用多种鉴定手段(如形态学和分子)来进行综合判断。

3 果壳:在本地的草地贪夜蛾卵里找到夜蛾黑卵蜂,这个过程是怎么样的?有没有遇到什么困难?在鉴定结果出来之前,有没有预计到会有夜蛾黑卵蜂寄生在草地贪夜蛾的卵里?被寄生的夜蛾卵是否有可以辨认的特征?黑卵蜂体型非常小,但老师拍到了黑卵蜂正在夜蛾卵上产卵的照片。这是如何找到的?

博主:我个人爱好微距摄影,周末会到野外拍摄虫子。从5月中旬开始,我特地在广州的玉米地找虫子拍,找了一个星期后,我在大学城的一小片玉米地上找到了一些夜蛾的卵块,但我不确定是什么夜蛾的卵。其中有两块卵上有寄生蜂正在寄生卵块,我之前在华南农业大学读硕士的时候,我们养过夜蛾黑卵蜂,加上我一直研究这个类群,马上就知道我看到的寄生蜂就是黑卵蜂属的种类,而且跟夜蛾黑卵蜂非常像,但在野外用肉眼是不可能鉴定到种的。于是用相机拍了一些照片。寄生蜂和寄主卵的鉴定都需要拿回实验室做。

在鉴定结果出来之前,我已从文献上了解到,国外有夜蛾黑卵蜂寄生草地贪夜蛾的卵的报道;另外,我们之前就知道夜蛾黑卵蜂可以寄生斜纹夜蛾属如斜纹夜蛾和甜菜夜蛾的卵,草地贪夜蛾也是斜纹夜蛾属的,我们推测应该也会被夜蛾黑卵蜂寄生。

未被寄生的夜蛾卵会先孵出夜蛾幼虫,在卵上留下孵化孔;被寄生的夜蛾卵颜色会逐渐变深,甚至变黑,这时的黑色有可能是黑卵蜂蛹后期自身的颜色(蛹通常是由乳白色逐渐变成成虫的颜色,就夜蛾黑卵蜂而言,最后是变成黑色),也有可能是因为夜蛾的卵被黑卵蜂刺伤了,导致卵内的物质失去活性逐渐发黑,或黑卵蜂把卵产进了夜蛾卵内但最终没法发育,同样逐渐变黑。刚被寄生的夜蛾卵并没有什么特别的识别特征,一般要经过2~3天才会看到上面所说到的变化。

如前面所说,黑卵蜂虽然个体非常小(0.5 mm左右),但肉眼还是可以看见的,我拍摄的时候用的是微距镜头,虽然对焦很困难,但耐心多拍一些,总会能拍到那么几张清晰的。我在博客上用到的照片是剪切过的,原图黑卵是看起来很小的,但放大后还是可以保证一定的清晰度。

4 果壳:自然状态下,黑卵寄生蜂在夜蛾卵的寄生情况如何?论文里提到了单个卵块上50%的寄生率,这样的寄生率是什么概念?论文还讨论了孵化出来的寄生蜂的性别比例,在实际应用中,这些数据有什么用?

博主:目前,黑卵蜂对草地贪夜蛾卵的寄生率的研究还不多。我们的调查结果显示,卵块的寄生率是约为30%,即你在野外找到100块草地贪夜蛾的卵块,其中有30块会被草地贪夜蛾寄生;单块卵块的寄生率是约为50%,即一块卵块有100粒卵的话就有50粒被寄生。这个自然寄生率看起来似乎并不算太高,但是如果考虑到草地贪夜蛾2018年底入侵云南,那入侵到广东的时间则更晚一些,而我们的调查是在6月初做的,也就是说寄生蜂的跟随是在短时间内发生的,即广东地区的夜蛾黑卵蜂是从本地寄生别的斜纹夜蛾属的害虫卵上转移来寄生草地贪夜蛾卵的。如果把夜蛾黑卵蜂比喻成攻击部队的100个士兵,斜纹夜蛾,甜菜夜蛾和草地贪夜蛾比喻成3类敌人,这100个士兵原来只需对付广东地区已有的斜纹夜蛾和甜菜夜蛾这两类敌人,现在要分出一部分兵力来对付草地贪夜蛾这类新敌人,而且是在短时间内做出迎敌,能把新敌人消灭个15%(约为30%*50%)已经是很好的战果了。这些黑卵蜂是可以自我繁殖的,所以敌人来得越多,黑卵蜂下一代就有更多的但攻击部队士兵,接下来就会杀敌越多,即寄生率会越高。当然了,随着草地贪夜蛾种群的下降,即可提供的卵量的下降,寄生蜂的数量也会下降。如此循环,这就是天敌与害虫的跟随现象。在没有其他影响(如使用化学农药)的情况下,寄生蜂的数量会保持在一定的水平,因此寄生率也是在一定的水平。至于这个水平能达到多少,这就需要做长期的监测研究才能得出结论,这也是我们在文章的讨论部分提出的一点。

黑卵蜂的寄生,说白了就是黑卵蜂的雌蜂把卵产在草地贪夜蛾的卵里进行自我繁殖。也就是说,只有雌蜂对寄生率有贡献。从释放黑卵蜂来防治草地贪夜蛾的角度来说,如果雌性的比例越高,寄生效果就越好,至少短期来看是这样的。但并不是说,雌性比例越高就越好,因为还要考虑到雌雄交配的问题。雌蜂不交配也可以产卵,但是产下的都是雄性后代,是不可持续的。交配后的雌蜂产下的后代才会雌雄都有。雄性一般可以多个雌性交配,所以雄性的数量不需要太多。但具体雌雄比例是多少才会有最好的防治效果,这个还有待研究。

5 果壳:除了草地贪夜蛾,夜蛾黑卵蜂还有其他的寄主吗?如果我们使用寄生蜂进行害虫治理,会不会对生态造成什么影响?

博主:如前面已提到,夜蛾黑卵蜂目前已记载可以寄生多种斜纹夜蛾属(Spodoptera)的昆虫的卵。幸运的是,斜纹夜蛾属的昆虫基本上都是重要的农业害虫。目前还没有任何证据可以证明夜蛾黑卵蜂会对生态造成什么不好的影响。

6 果壳:黑卵寄生蜂在国内的分布广泛吗?草地贪夜蛾目前已经迁飞到多个省份,在其他省份也能利用黑卵寄生蜂来进行防治吗?

博主:我们的调查以及我从别的研究者那里了解到的情况,目前夜蛾黑卵蜂在广东,广西(未发表数据)和台湾有记载。我个人推测,华南地区的省份都有分布。黑卵蜂是否能在其他省份使用,这个还有待研究。这个需要做田间试验,目前还没有这样的试验的报道。

7 果壳:除了黑卵寄生蜂,国内目前是否发现了草地贪夜蛾的其他天敌?

博主:除了夜蛾黑卵蜂外,国内目前已发现(或者正在试验)多种捕性天敌(如东亚小花蝽,蠋蝽,大草蛉,异色瓢虫)和寄生蜂(斯氏侧沟茧蜂,螟黄赤眼蜂)。

8 果壳:如果要将寄生蜂投入实际的应用当中,我们还需要什么研究和工作?

博主:如前面提到,要想实际应用,还需要做大量繁殖,保存,运输和释放,效果评价等方面的研究工作。

9 果壳:使用寄生蜂进行防治时,一般的流程是什么样的?例如农药可以由农户自己打,那寄生蜂是由专业机构统一操作,还是由农户自己操作?论文Discussion的部分,推荐使用“integrated taxonomy strategy”,这是什么意思?

博主:使用寄生蜂进行防治时,跟使用农药的方法不同。比如说,什么时候释放,释放多少量,在什么地方释放都要根据害虫跟寄生蜂的生物特性配合进行。这个要具体分析。当然了,这些流程都是可以规范化的,农户经过培训后是可以按照说明自己操作的。

Integrated taxonomy strategy是指“综合分类策略”,即如我们的研究论文同时用到形态特征和分子信息来鉴定寄生蜂的物种的方法。

10 果壳:实际推广寄生蜂防治的话,还可能会遇到什么问题?可以如何解决? 如果投放的话,成本会怎么样?培育寄生蜂本身的技术成本高吗?

博主:在解决了黑卵蜂大量繁殖,保存,运输和释放等技术问题后,而且防治也有成效,实际推广寄生蜂防治可能会遇到一些问题:1)如前面所说,生物防治的效果缓慢,不像化学农药那么立竿见影,说服农户使用将是推广遇到的一大难题。需要让农户从长远的角度来看,这点不容易做到,可能需要相关部门的宣传与协调;2)草地贪夜蛾有迁飞的习性,要使用寄生蜂防治的话,必须整片种植区域联合使用,我们国家的作物种植还是以个体户为主,要说服整片种植区域的农户使用几乎不可能。同样,或许需要政府部门出面,如提供补贴鼓励农户使用;3)单一释放寄生蜂不可能全面防治草地贪夜蛾,还是会需要化学农药的辅助,而农药的使用时间跟放蜂的时间要做好协调,否则农药会杀死寄生蜂,导致寄生蜂的防治效果低下。同样,这需要有关部门的协调,保证用药和放蜂合理进行。

就夜蛾黑卵蜂而言,国内目前还没有有关大量繁殖和投放方面的研究,所以现在无法估算成本。国外有做过用不同寄主饲养夜蛾黑卵蜂的成本比较,但是各个国家的经济水平不同,没法直接换算成国内的成本;而且国内的一些研究和我们自己的一些初步试验表明,国外的相关研究可能有点问题。

11果壳:草地贪夜蛾在原产地也有捕食性和寄生性天敌吗?如果这次没有在国内发现合适的寄生蜂,我们可以从国外引进吗?会有什么生态问题?

博主:如果国内没有合适的寄生蜂(虽然根据我们的研究,这个“如果”是不成立的),我们当然可以考虑从国外引进。从国外引进天敌对害虫进行生物防治在学术上称为经典生物防治,主要包括以下步骤或过程:评估害虫的问题,国外寻找天敌,选择合适的天敌,对选择的天敌在实验室内做检验检疫评估(即评估它的安全性),大量繁殖,田间释放,防治效果和影响评估等。这是一个漫长和严格的过程,一般经过了检验检疫评估这一关的天敌,理论上对引入地的生态影响是很少的,要不然也不会被引入。您这里关心的生态问题在20世纪以前的引用天敌案例中确实是有一些不好的例子,那些都是因为在引入天敌的时候没有做好物种的正确鉴定和安全性评估。现行的严格程序,再出现那种本来要引天敌结果变成害虫的概率应该说是很低的。

12果壳:其他植保工作者的工作对你们是否有帮助?目前有没有和其他研究者合作,还是各个方向的研究者各自突破?

博主:其他植保工作者的工作对我们当然有帮助,如您从我们对论文署名上可以看出,我们是来自好几个单位,各个研究者的专长也不一样,有助于我们发挥各自的专长。正如我在博客中提到的,现代害虫的防治讲究的是综合治理的理念,需要有不同专长的科学家联合起来,合作才能够更好的防治好害虫。我有不少合作者,我的专长是物种的鉴定,对寄生蜂的生物学特性,行为学和生态学也感兴趣,但是目前我个人没有精力饲养寄生蜂,所以有关寄生蜂的生物学,行为学和生态学等方面的研究我跟合作者都在讨论和设计,但具体的试验工作是我的合作者的团队在做。

Telenomus2.jpg


图1 夜蛾黑卵蜂Telenomus remus雌蜂


Telenomus male2.jpg

图2 夜蛾黑卵蜂Telenomus remus雄蜂



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