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植环所应用昆虫研究室揭示化学信息素与伴生植物对天敌昆虫控害作用的增效机制

发布时间:2019年03月19日 14:23  浏览次数:

近年来,国际上大力发展天敌昆虫功能植被增效的配套技术,降低天敌投入成本,减少生态衍生效应,并且提升农业生态系统的环境安全性。以天敌昆虫保护利用为目的,以功能植物生态调控为核心的保护型生物防治技术成为环境友好、绿色高效的都市型可持续农业的有力保障。保护性生物防治旨在通过提高自然生境内天敌昆虫的种群数量来控制害虫爆发,如何有效的诱集和储蓄天敌昆虫到目标作物田里是该方法能否成功的挑战之一。

图1. 果园推拉策略(push-pull strategy)示意图

人工引入功能植物(蜜源植物、栖境植物等)以及化学诱集物质(人工合成的植物或昆虫化学信息素)等增效因子,可以通过对天敌昆虫的诱集吸引及营养物质补充等作用,帮助天敌昆虫定殖和扩散助迁,实现可持续控害。但是功能植物和化学诱集物质具有各自的优势和缺点:功能植物在目标害虫种群密度较低,不能支撑天敌昆虫种群发展的时候提供营养物质,但是对于天敌的诱集能力较低;化学信息素对天敌昆虫诱集能力较强但是无法提供营养物质。化学信息素与功能植物相结合的推拉策略中,兼具“吸引—奖励”(attract-reward)功能(如图1)。其中,化学信息素对天敌昆虫进行吸引诱集,功能植物为天敌昆虫提供替代猎物、栖息场所等“奖励”。农业生态的精准管理,需要我们明确联合应用增效因子不同时空分布组成对害虫和天敌昆虫种群动态影响,以及阐明其对天敌昆虫控害能力的增效作用机制。近日,北京市农林科学院植环所应用昆虫研究室团队在国际著名的环境科学与生态学期刊Journal of Applied Ecology(IF5Year=6.160)上发表了研究论文“Varying the spatial arrangement of synthetic herbivore-induced plant volatiles and companion plants to improve conservation biological control”,创新性的评估了化学信息素和功能植物联用对天敌昆虫生防作用的协同增效作用机制。

图2. 金盏菊和MeSA在果园内外空间分离布设对捕食性瓢虫和靶标蚜虫种群动态影响(a. 龟纹瓢虫,b. 苹果黄蚜)

本研究在北方苹果园内测试了化学信息素水杨酸甲酯(MeSA)缓释装置(引诱剂)和金盏菊(功能植物)两种不同的空间布局下,龟纹瓢虫对苹果黄蚜种群的生物防治效果以及室内研究阐述了联合应用对天敌昆虫控害能力的增效作用机制。在2013-2014年间,我们于苹果园内评价了单独应用功能植物金盏菊以及MeSA对捕食性瓢虫和靶标蚜虫的作用,结果表明单独使用二者对天敌和猎物种群没有显著影响。2015年于试验苹果园内同时应用金盏菊和MeSA,结果表明两增效因子与果园联合应用对捕食性瓢虫以及靶标蚜虫种群动态同样未见显著影响。而在2016年我们于苹果果园内系统评价了金盏菊和MeSA在果园内外空间分离布设对捕食性瓢虫和靶标蚜虫种群动态有极显著的影响,且分布方式在不同时期对生物防治的增效作用同样存在显著差异(如图2)。同时在室内开展金盏菊和MeSA联合应用对天敌昆虫控害能力的增效作用机制研究,于室内利用四壁嗅觉仪比较瓢虫对金盏菊和MeSA单独/联合应用的选择趋性;通过不同空间分布(金盏菊和MeSA在同侧或异侧)处理下使用飞行磨测试,明确其对瓢虫飞行能力的影响;后利用多室风洞,通过固定猎物源和天敌瓢虫释放源,调整金盏菊和MeSA布设位置,明确两因子联用空间分布对瓢虫个体迁移扩散的影响。结果表明化学信息物MeSA显著增强了金盏菊对龟纹瓢虫的吸引作用,并在没有猎物存在时显著提高了龟纹瓢虫飞行搜索能力(如图3)。经过系统研究揭示了化学信息物与功能植物联用的增强天敌昆虫生防作用增效机制:化学挥发物缓释和功能植物会产生交互作用,共同影响天敌昆虫的捕食行为、扩散能力和搜寻猎物的能力,二者合理的空间布局可以显著提升生物防治效果。

图3. 风洞试验测试金盏菊和MeSA联合放置对捕食性瓢虫飞行搜索能力影响。

该研究以北京农林科学院植物保护环境保护研究所为第一完成单位,植环所王甦副研究员和法国农科院联培的博士后Coline C. Jaworski和植环所肖达助理研究员为共同第一作者,王甦副研究员和Nicolas Desneux为通讯作者。该研究得到“北方果树病虫害绿色防控北京市重点实验室(BZ0432)、北京农林科学院国际合作项目(GJHZ2016)”等项目的资助。

原文链接:https://doi.org/10.1111/1365-2664.13353


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