施鉀對苜蓿上牛角花齒薊馬產卵選擇、生長發育、成蟲壽命和繁殖力的影響

李亞姝, 溫雅潔, 周生英, 趙曉東, 胡桂馨,*

(1. 甘肅農業大學草業學院, 蘭州 730070;2. 草業生態系統教育部重點實驗室, 中-美草地畜牧業可持續發展研究中心, 蘭州 730070)

寄主植物對植食性昆蟲的生長、發育等方面具有非常重要的影響。植物體內的營養物質含量會對取食昆蟲的生長發育、壽命和繁殖力產生影響，從而決定昆蟲種群的大小與密度(欽俊德, 1987; 韓永強等, 2012)。土壤施肥不僅可以改善植物本身的生長發育，而且可以通過影響植物的組成及其營養代謝，對植食性昆蟲、螨類等產生間接影響(龐淑婷和董元華, 2012)。作為植物所必需的三大營養元素之一，鉀在改善植物蟲害發生率方面的作用尤為突出(張福鎖, 1993)。常德崟和王存午(2002)通過大田小區試驗，發現棉蚜Aphisgossypii多選擇在低鉀處理的棉株上取食，高鉀處理下的棉株受害程度低；石衛東(2011)研究表明，適量施鉀可降低麥蚜種群凈增殖力和內稟增長率；李劉杰等(2009)的研究結果表明，適量施鉀有利于小麥中后期接種禾谷縊管蚜Rhopalosiphumpadi種群數量的控制；Kitchen等(1990)報道在缺鉀的苜蓿無性系上，馬鈴薯微葉蟬Empoascafabae存活率和繁殖力極大。張曉燕等(2016)研究報道，施鉀可降低牛角花齒薊馬Odontothripsloti對大田苜蓿的危害，但施鉀苜蓿對牛角花齒薊馬本身的存活和生長發育，包括牛角花齒薊馬對施鉀苜蓿的選擇性未見報道。

鉀(K+)作為多種酶的活化劑，不僅可以促進光合作用，還可以促進氮代謝和活性氧代謝，影響氨基酸和蛋白質的合成，增強植物抗不良因素的能力(魏永勝和梁宗鎖, 2001; 韓艷, 2018)。鉀可以通過影響植物體內的物質(可溶性氮、糖分、卵磷脂、氨基酸、拒食劑、水分等)影響昆蟲對寄主的選擇性(張?，? 1993; 孫小花等, 2015)。杜新慧(2014)研究報道施鉀對小麥體內的營養物質有顯著影響，進而顯著抑制麥蚜生長發育等方面。曹毅等(2005)研究指出鉀元素影響了百合營養分配，進而影響桃蚜Myzuspersicae對百合的取食選擇。當植物中鉀含量不足時，會阻礙蛋白質，淀粉，纖維素的合成，進而積累了可溶性糖和氨基酸的含量，減弱了植物抗病蟲害能力(Marschner, 1986)。但施鉀后苜蓿葉片營養物質含量的變化與牛角花齒薊馬的生長發育和存活的關系尚不清楚。因此，本研究以甘農3號紫花苜蓿Medicagosativacv. Gannong No. 3為試驗材料，以苜蓿薊馬類優勢害蟲——牛角花齒薊馬O.loti為研究對象，用不同施鉀量苜蓿的葉片飼喂牛角花齒薊馬成蟲和若蟲，觀察成蟲的產卵選擇、若蟲的生長發育及二代成蟲的壽命與繁殖力，并測定施鉀后苜蓿葉片營養物質的變化，探索施鉀苜蓿對牛角花齒薊馬是否產生排趨性和抗生性，闡明施鉀苜蓿葉片營養變化與牛角花齒薊馬的生命參數的關系。

1 材料與方法

1.1 供試植物和昆蟲

供試植物：甘農3號紫花苜蓿M.sativacv. Gannong No. 3。

供試蟲源：產卵選擇和生長發育試驗的昆蟲采用甘肅農業大學牧草實訓基地清水紫花苜蓿M.sativacv. Qingshui田中自然發生的牛角花齒薊馬O.loti成蟲；二代成蟲壽命及其繁殖力試驗的昆蟲采用室內不同施鉀處理苜蓿植株上新羽化的牛角花齒薊馬成蟲。

1.2 施肥與苜蓿播種試驗設計

試驗采用室內盆栽法，取大田土，自然風干。播種時每盆施等量的氮肥和磷肥，N為50 mg/kg土，P(P2O5)為50 mg/kg土(按耕層折算相當于施氮肥114 kg/hm2和磷肥57 kg P2O5/hm2)。土壤中的速效鉀為22.27 mg/kg土，K肥(以K2O含量計)設置分4個鉀量處理，分別為40, 60, 80和100 mg/kg土[按耕層折算相當于施鉀肥(K2O)90, 135, 180和225 kg/hm2]；另設一個不施鉀肥的對照。 采用高×直徑=19 cm×18 cm的塑料花盆，裝土澆肥。試驗所用磷肥為磷酸二銨(含P2O546%)，氮肥為尿素(含N 46%)，鉀肥為K2SO4(含K2O 60%)。試驗分兩批次播種甘農3號苜蓿種子，時間間隔15 d，均于苜蓿5-6葉期用于試驗。第1批播種苜蓿的一部分用于牛角花齒薊馬成蟲產卵選擇和若蟲生長發育觀測及葉片營養成分的測定，一部分于6葉期接入初孵若蟲，飼養并獲得2代成蟲。第2批播種苜蓿5-6葉期用于觀測2代牛角花齒薊馬成蟲壽命和繁殖力。第1批每處理12盆重復，第2批每處理6盆重復，均于苜蓿4葉期間苗，選取保留長勢一致的植株，每盆保留15株。

1.3 牛角花齒薊馬成蟲在不同施鉀量苜蓿上產卵量的觀測

于第1批苜蓿6葉期，用鑷子摘取新展開的倒三復葉(取新展開倒三葉，便于在顯微鏡下快速統計卵的數量且不傷害葉片組織)，葉柄向外的輻射狀置于直徑×高=10 cm×5.5 cm的普通無色透明塑料罐底部，按施鉀量由小到大的順序依次放置，每處理放置1片復葉，每罐共5片復葉，1罐為一個重復，共60個重復，用濕潤棉球包裹葉柄以保持葉片鮮活。接入牛角花齒薊馬雌成蟲，1頭/復葉，用扎孔單層保鮮袋封塑料罐口，置于溫度為24.5±1℃、相對濕度為60%～70%、光周期為14L∶10D的智能光照培養箱(上海躍進醫療器械有限公司生產，型號：HGR-250，下同)中。1 d后剔除成蟲，將苜蓿復葉放置在載玻片上，并在生物顯微鏡(麥克迪實業集團有限公司生產，型號：Panthera U；下同)的4倍鏡下，迅速統計牛角花齒薊馬在每片復葉上的產卵量(牛角花齒薊馬多在苜蓿葉緣表皮下產卵)。

1.4 不同施鉀量苜蓿葉片上牛角花齒薊馬卵及若蟲的發育歷期和存活率的觀測

統計產卵量后，快速將帶卵苜蓿葉片轉移至直徑×高=10 cm×5.5 cm的普通無色透明塑料罐中，罐底鋪一層厚約1 mm、直徑8.5 cm的脫脂棉，脫脂棉上置一層直徑9 cm的濾紙，苜蓿葉柄向外的輻射狀放置，每罐放置同一鉀處理的復葉3片，每處理20罐重復，并用濕潤棉球包裹葉柄以保持葉片鮮活，并用扎孔單層保鮮袋封塑料罐口。置于溫度為24.5±1℃、相對濕度為60%～70%、光周期為14L∶10D的智能光照培養箱(型號：HGR-250)中。2 d后，每天觀察統計每片復葉上孵化若蟲數，直至全部孵化。

在直徑×高=10 cm×5.5 cm的普通無色透明塑料罐中，罐底鋪一層厚約1 mm、直徑8.5 cm的脫脂棉，脫脂棉上置一層直徑9 cm的濾紙。摘取苜蓿新展開復葉，葉柄向外的輻射狀放置，同一鉀處理苜蓿復葉置于同一罐中，每罐3片復葉，每罐為一個重復，共設10個重復，用濕潤棉球包裹葉柄以保持葉片鮮活。用小毛筆接入相應鉀處理苜蓿葉片上初孵若蟲，3頭/復葉，用單層扎孔的保鮮膜封罐口，置于溫度為24.5±1℃、相對濕度為60%～70%、光周期為14L∶10D的智能光照培養箱(型號：HGR-250)中飼養，觀察統計1-2齡若蟲發育的起止日期及存活狀況。觀察期間，及時在棉球上滴加蒸餾水，保證苜蓿葉片的鮮活，并及時更換相應處理的新鮮葉片。1-2齡若蟲取食4 d后，觀察養蟲罐的底部，有薊馬若蟲鉆入棉層底部時，開始統計3-4齡若蟲的數量和發育歷期，并取出罐中所有棉球，保持棉層半濕潤蓬松狀態(罐底無水珠，棉層不緊貼罐底)直至全部若蟲羽化。鉆入棉層的若蟲數量即為1-2齡若蟲的存活數，羽化成蟲數量為3-4齡若蟲的存活數。牛角花齒薊馬卵期、若蟲期及幼期總發育歷期計算公式：

式中，f=時間中值(d)；X=發育天數(d)。

1.5 不同施鉀量苜蓿上二代牛角花齒薊馬成蟲飼養獲取方法

將第1批播種的部分苜蓿，置于規格為長×寬×高=45 cm×45 cm×50 cm的養蟲籠中(其頂部和背面為玻璃、其他3面為80目不銹鋼網)，一個養蟲籠中放置同一鉀處理的苜蓿2盆，每處理3個養蟲籠重復。接入相應鉀處理水平葉片上初孵的牛角花齒薊馬若蟲，2頭/株，每盆30頭若蟲，正常管理苜蓿，約11～12 d后，二代牛角花齒薊馬成蟲開始羽化。

1.6 不同施鉀量苜蓿上牛角花齒薊馬二代成蟲壽命及產卵量的觀測

摘取第2批6葉期苜蓿新展開復葉，葉柄向外置于直徑×高=5.0 cm×5.5 cm的無色透明玻璃罐底部，用濕潤棉球包裹葉柄以保持苜蓿葉片活力。每罐放置1片復葉，接入相應鉀處理苜蓿植株上新羽化的成蟲1頭，置于溫度為24.5±1℃、相對濕度為60%～70%、光周期為14L∶10D的智能光照培養箱(型號：HGR-250)中，每個施鉀量30罐重復，每天更換相應處理苜蓿的新展開復葉，并統計存活成蟲數量和葉片上的卵量，直至成蟲全部死亡為止。

1.7 不同施鉀量苜蓿葉片可溶性糖含量和游離氨基酸含量的測定

于第1批苜蓿6葉期，摘取不同鉀處理苜蓿倒三葉，15片為一個重復，每處理3個重復。迅速將摘取的葉片包于錫箔紙中，并立即放入液氮中速凍，然后保存于-80℃冰箱中待測?？扇苄蕴呛康臏y定(鮮樣)采用蒽酮比色法，游離氨基酸含量的測定(鮮樣)采用水合茚三酮法(鄒琦, 2003)。

1.8 不同施鉀量苜蓿葉片鉀含量的測定

摘取不同施鉀苜蓿倒三葉，40片為一個重復，每處理3個重復。先將葉片樣品置于105℃烘箱中殺青15 min，后于65℃下烘干，待樣品溫度降至室溫后研磨成粉末狀，鉀含量的測定采用火焰光度計法(鮑士旦, 2000)。

1.9 數據分析

運用Excel 2016軟件對試驗數據進行處理并制圖表，SPSS20.0軟件中新復極差法比較不同施鉀量間的差異顯著性分析，相關性分析采用Pearson相關系數進行檢驗。

2 結果

2.1 不同施鉀量苜蓿葉片上牛角花齒薊馬成蟲的產卵量

如圖1所示，隨著施鉀量的升高，牛角花齒薊馬在苜蓿葉片上的產卵量呈先降后升的趨勢，施鉀苜蓿葉片上的產卵量均顯著低于未施鉀對照(P<0.05)，在60 mg/kg施鉀量下，葉片上的產卵量最少，較對照下降了45.58%。

圖1 田間來源牛角花齒薊馬成蟲在不同施鉀量苜蓿(甘農3號紫花苜蓿)葉片上的產卵量

2.2 不同施鉀量苜蓿葉片上幼期各齡期牛角花齒薊馬的存活率

如表1所示，在不同施鉀苜蓿葉片上，牛角花齒薊馬卵孵化率和1-2齡若蟲存活率均呈不明顯的變化趨勢，且在各鉀處理間均不存在差異顯著性(P>0.05)，40 mg/kg鉀處理下卵孵化率最低(86.62%)， 80 mg/kg鉀處理下1-2齡若蟲存活率最低(63.82%)；除40 mg/kg鉀處理外，3-4齡若蟲存活率均顯著低于未施鉀對照(P<0.05)，100 mg/kg鉀處理下3-4齡若蟲存活率最低，較對照降低了54.36%；隨著施鉀量的升高，牛角花齒薊馬的幼期總存活率呈總體下降趨勢(P<0.05)，80 mg/kg鉀處理下幼期總存活率最低，較對照處理降低了48.48%。

表1 不同施鉀量苜蓿(甘農3號紫花苜蓿)葉片上幼期各齡期牛角花齒薊馬的存活率

2.3 不同施鉀量苜蓿葉片上幼期各齡期牛角花齒薊馬的發育歷期

如表2所示，苜蓿葉片上牛角花齒薊馬卵歷期在各鉀處理間無差異顯著性(P>0.05)，對照處理下卵歷期最短(4.17 d)，40 mg/kg鉀處理下卵歷期最長(4.81 d)，二者相差0.64 d；隨著施鉀量的增加，1-2齡若蟲歷期無顯著變化(P>0.05)，60 mg/kg鉀處理下最短，40 mg/kg鉀處理下最長，兩者相差0.49 d；3-4齡若蟲歷期在100 mg/kg鉀處理下最長(5.49 d)，較對照延長1.07 d(P<0.05)；施鉀處理下牛角花齒薊馬的幼期總發育歷期均高于對照，在40 mg/kg鉀處理下最長(16.56 d)，但各處理間無顯著差異(P>0.05)。

表2 不同施鉀量苜蓿(甘農3號紫花苜蓿)葉片上幼期各齡期牛角花齒薊馬的發育歷期

2.4 不同施鉀量下牛角花齒薊馬二代成蟲的壽命及產卵量

由圖2可以發現，隨著施鉀量的增加，單頭牛角花齒薊馬二代成蟲每天的產卵量呈下降趨勢，成蟲壽命呈縮短趨勢。牛角花齒薊馬在施鉀苜蓿葉片上的產卵量均顯著低于對照處理(P<0.05)；除40 mg/kg鉀處理，其他施鉀處理苜蓿葉片上的成蟲壽命均顯著低于對照(P<0.05)，在100 mg/kg鉀處理下成蟲壽命最短，較對照縮短了1.1 d(P<0.05)。

圖2 不同施鉀量的苜蓿(甘農3號紫花苜蓿)葉片上室內飼養牛角花齒薊馬二代成蟲繁殖力(A)和壽命(B)

2.5 不同施鉀量苜蓿葉片中鉀含量、可溶性糖含量、游離氨基酸含量以及糖氮比

由表3所示，隨著施鉀量的增加，苜蓿葉片中的鉀含量呈先升后降的趨勢，各處理間均無顯著差異(P>0.05)，60 mg/kg鉀處理葉片中鉀含量最高，較對照增加了17.28%；苜蓿葉片中的可溶性糖含量隨著鉀量的升高呈持續升高的趨勢，80 mg/kg和100 mg/kg鉀處理下苜蓿葉片中的可溶性糖含量均顯著高于對照(P<0.05)；隨施鉀量的增加，苜蓿葉片的中游離氨基酸含量呈先降低后升高的趨勢，各處理間均無顯著差異(P>0.05)；苜蓿葉片的糖氮比隨著施鉀量的升高呈先升高后降低的變化趨勢，80 mg/kg鉀處理下比值最大，較對照增加了69.55%(P<0.05)。

表3 不同施鉀量下苜蓿(甘農3號紫花苜蓿)葉片中的可溶性糖、游離氨基酸和鉀含量及糖氮比

2.6 施鉀苜蓿葉片各營養含量和糖氮比與牛角花齒薊馬各生命參數之間的相關關系

由表4所示，施鉀后，苜蓿葉片各營養含量和糖氮比與1-2齡若蟲存活率均呈不顯著的正相關；3-4齡若蟲存活率與苜蓿葉片中可溶性糖含量和糖氮比均呈極顯著的負相關(P<0.01)，與游離氨基酸呈不顯著的正相關，與鉀含量呈不顯著的負相關；薊馬的幼期總存活率均與苜蓿葉片可溶性糖含量和糖氮比呈顯著的負相關(P<0.05)，與鉀含量呈不顯著的負相關，與游離氨基酸含量呈不顯著的正相關；二代成蟲產卵量與可溶性糖含量和糖氮比均呈極顯著的負相關(P<0.01)，與游離氨基酸含量呈不顯著負相關，與鉀含量呈不顯著的負相關；苜蓿葉片可溶性糖含量和糖氮比與二代成蟲壽命呈不顯著正相關，其他兩個指標與成蟲壽命均呈不顯著的負相關。

表4 不同施鉀量苜蓿(甘農3號紫花苜蓿)葉片各營養含量及糖氮比與牛角花齒薊馬各生命參數的Pearson相關系數

3 討論

植食性昆蟲對寄主植物的取食和產卵特性，可以反映出植食性昆蟲對寄主植物的適應性和寄主植物對植食性昆蟲的吸引能力和營養價值(呂仲賢等, 2006)。而土壤施肥會影響植食性昆蟲對寄主植物的適應性。研究表明，隨植物磷、鉀營養水平的提高，豆蚜Aphisglycine對寄主的選擇性降低(Myersetal., 2006)；豇豆施鉀處理后，美洲斑潛蠅Liriomyzasativae在高鉀處理下的取食選擇率下降(戴小華等, 2002)，高水平鉀營養也不利于Q型煙粉虱Bemisiatabaci的取食和產卵(金鵬等, 2014)，蚜蟲對生長在缺鉀土壤上或不含鉀肥料處理下的植物表現出更高的偏好(Havlickova and Smetankova, 1998)。本研究中，牛角花齒薊馬成蟲在施鉀苜蓿葉片上的產卵量顯著減少(圖1)，說明施鉀苜蓿對薊馬成蟲產卵產生了顯著的排趨作用。

高施鉀肥或適量施鉀不利于害蟲的取食和發生(張舒等, 2008; 金鵬等, 2014)。盧偉等(2008)發現黃瓜葉片中含鉀量高時，煙粉虱種群數量增長快；許多研究表明增施鉀肥會降低某些昆蟲的種群數量、存活率及繁殖力等(Ali and Abdel-Hafiz, 2002; Slamn, 2002)，如中、高施鉀水平下，白背飛虱Sogatellafurcifera卵的孵化率和若蟲的存活率呈下降趨勢(蔣明星和程家安, 2003)；Myers等(2006)也研究發現豆蚜A.glycine的生命表參數與施鉀水平負相關。在本研究中，施鉀苜蓿葉片上牛角花齒薊馬卵的孵化率和1-2齡若蟲的存活率變化并不顯著，但3-4齡若蟲的存活率和幼期總存活率顯著下降(P<0.05)(表1)，表明施鉀苜蓿對牛角花齒薊馬生長發育的影響在1-2齡若蟲取食階段不明顯，其顯著影響體現在3-4齡若蟲階段；施鉀苜蓿葉片上卵的發育歷期和1-2齡若蟲的發育歷期無顯著變化，3-4齡若蟲的發育歷期顯著延長，但幼期總發育歷期變化并不顯著；在中、高鉀水平下，二代成蟲產卵量顯著減少，成蟲壽命顯著縮短。說明施鉀苜蓿不利于牛角花齒薊馬的生長發育和繁殖，這與蔣明星和程家安(2003)對白背飛虱S.furcifera的研究結果一致。

植物物理結構和營養變化往往能影響昆蟲的取食行為和產卵偏好(Mattson and Haack, 1987; Obermaier and Zw?lfer, 2003)，進而對昆蟲的種群動態產生影響。昆蟲的生長發育、壽命和繁殖力等受到寄主植物體內的碳水化合物、蛋白質和氨基酸含量的影響(韓永強等, 2012)。碳水化合物含量的增加和氮含量的降低會導致高的糖氮比，降低了植物組織中供給昆蟲的蛋白營養，不能滿足昆蟲的生長發育需要，造成其種群密度下降(Bentz and Larew, 1992)。鉀可以改善植物組織的營養及其分配。本研究中，施鉀后苜蓿葉片中可溶性糖含量增加、游離氨基酸含量降低、糖氮比升高(表3)，相關性分析表明，施鉀后苜蓿葉片的可溶性糖含量和糖氮比與牛角花齒薊馬3-4齡若蟲的存活率均呈極顯著負相關(P<0.01)，與幼期總存活率之間均呈顯著負相關(P<0.05)，與二代成蟲繁殖力均呈極顯著負相關(P<0.01)，而苜蓿葉片中的鉀含量與薊馬若蟲的存活率無顯著相關性(表4)。說明苜蓿葉片中的鉀含量多寡對牛角花齒薊馬的生長發育沒有顯著影響，但鉀元素可通過調節苜蓿葉片的營養成分含量，使其不能滿足薊馬生長發育和繁殖的營養需要，進而對牛角花齒薊馬產生抗生性。雖然不同施鉀苜蓿葉片上1-2齡若蟲的存活率變化不顯著，但由于所取食苜蓿的營養不足，導致3-4齡若蟲死亡率升高，幼期總存活率下降。

由于牛角花齒薊馬成蟲極喜光，且主要在苜蓿的頂稍部分活動取食。多年來室內觀察、飼養牛角花齒薊馬發現，由于光照強度遠不及大田，溫室內飼養獲得的牛角花齒薊馬成蟲活力也遠不及大田薊馬成蟲，在培養箱中飼養獲得的成蟲活力更是下降嚴重。因此，本研究產卵選擇試驗采用大田活力高的牛角花齒薊馬雌成蟲，為了減少誤差，所用蟲源均來自于同一苜蓿品種田；為了獲得活力較好的二代成蟲，采用了在苜蓿植株上飼養的方法。從本研究中也可以看到，大田采集的牛角花齒薊馬的產卵量明顯高于室內飼養的薊馬產卵量(圖2)。在觀測牛角花齒薊馬生長發育時，由于薊馬體型微小，很難觀察其脫皮，故將1-2齡若蟲(取食蟲期)、3-4齡若蟲(停止取食且鉆入棉層)作為整體進行觀察。在溫度適宜、食物充足的條件下，牛角花齒薊馬主要以孤雌生殖方式繁殖后代，成蟲雄性極少，所以未統計羽化成蟲的性比。