大豆蚜虫Aphis glycines(Matsumura)属于同翅目蚜科，是危害亚洲大豆种植区的重要害虫^[1]，2000年，先后侵入北美洲和大洋洲等地，成为危害当地大豆生产的主要害虫^[2]。大豆蚜虫是一种寡食性、乔迁式昆虫，寄主植物可分为冬寄主和夏寄主，每年春季或初夏由越冬寄主鼠李(buckthorn)迁移到夏寄主大豆上，并进行快速繁殖^[3]，以成蚜或若蚜集中在豆株的顶部、嫩叶和嫩茎上刺吸汁液，从而影响植株的光合作用和营养物质的积累^[4]，同时还可传播大豆花叶病毒造成大豆减产^[5]。

目前生产上对大豆蚜虫的防治主要依靠化学杀虫剂。当杀虫剂施用于田间后，除了对害虫和天敌有致死作用外，随着时间的推移以及个体间接触药量的差异，对部分个体还存在亚致死效应。亚致死效应是指亚致死剂量(或浓度)的杀虫剂对存活个体生理和行为的影响^[6]。当昆虫个体在接触一定剂量或浓度的药剂后未能被致死而仍有行为活动能力时，则此剂量或浓度称为亚致死剂量或亚致死浓度^[7]。亚致死效应可影响害虫和天敌的寿命、发育、生殖力以及生命表相关参数^[8]。研究表明，亚致死浓度的杀虫剂不仅可以减少昆虫的世代周期和生殖力^{[9, 10]}，还有利于那些耐药性强的个体抗药性积累和发展^[11]。 此外，杀虫剂的亚致死效应可以通过对个体行为和生理的改变而影响种群数量变化^[12]。

生命表是了解昆虫种群动态和进行预测预报的有力工具之一，其显著特点就是可以从整个种群数量变动来评价防治措施的最终效果。其中，净增值率(R₀)、周限增长率(λ)、内禀增长率(r_m)、平均世代历期(T)和种群倍增时间(Dt)等是描述种群动态的重要生命表参数，可敏感地反映出环境细微变化对种群的影响^[8]。马拉硫磷(malathion)是一种高效低毒的有机磷杀虫剂，进入虫体后可被氧化成毒性更强的马拉氧磷。而进入温血动物体内，则可被羧酸酯酶水解而失去毒性。目前，有关马拉硫磷对大豆蚜虫的亚致死效应还未见详细报道。笔者研究了马拉硫磷3个亚致死浓度对大豆蚜虫实验种群生理特征以及生命表参数的影响，以期为杀虫剂的合理使用及大豆蚜虫的综合治理提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 供试药剂及虫源

94.3%马拉硫磷(malathion)原药，购自山东德州恒东农药化工有限公司。

大豆蚜虫于2006年9月采自河北省廊坊市，置于光照培养箱中以大豆苗为寄主饲养，饲养条件(25±1)℃，光周期L∶D=13 d∶11 d，相对湿度75%。饲养期间不接触任何药剂。

1.2 试验方法 1.2.1 生物学测定及亚致死浓度的确定

采用Moores等^[13]的叶片药膜法并略有改进。将马拉硫磷用丙酮配制成1 000 mg/L的母液，再用含体积分数为0.05% Triton X-100的蒸馏水依次稀释成5、10、 20、40、60和80 mg/L 的药液；将室内水培的大豆叶片(未接触药剂)在稀释的药液中浸泡30 s后取出，于阴凉处晾干；向12孔培养板注入3～5 mm高的琼脂层(质量分数1%)保湿；用打孔器将处理好的大豆叶片打成直径为15 mm的小圆片，叶面朝下放入培养板中；用毛笔将大豆蚜虫接入大豆叶上，每孔20头，每个浓度重复3次，用透气性良好的宣纸封口，以防蚜虫逃逸；将培养板放入培养箱中，24 h后检查死亡率，以毛笔轻触蚜虫，不能活动的视为死亡。以含体积分数0.05% Triton X-100的蒸馏水作对照。 1.2.2 生命表的构建与分析

将马拉硫磷用丙酮配制成1 000 mg/L的母液，再用含体积分数0.05% Triton X-100的蒸馏水梯度稀释为0.05、0.1和0.2 mg/L的药液；将琼脂粉与蒸馏水按m(琼脂)∶m(水)=5∶800的比例溶解后，分别加入玻璃杯(高50 mm，直径35 mm)中，每杯10 mL；将新鲜的大豆叶片，于稀释的马拉硫磷药液中浸泡30 s后取出，于阴凉处晾干，叶背朝上放于玻璃杯内的琼脂上；用毛笔轻轻挑取大豆蚜虫的成蚜置于大豆叶片上，每片叶5头，用纱布与橡皮筋将玻璃杯封口，放入光照培养箱中，于(25±1)℃、光照周期L∶D=13 d∶11 d、相对湿度75%条件下培养；24 h后移去成蚜和初孵若蚜，仅留1头初孵若蚜作为试虫，每24 h观察并记录蜕皮次数和产蚜数等，直至蚜虫死亡。每个浓度5次重复，每个重复留15头初孵若蚜。试验期间，每5 d更换1次浸有相同浓度药剂的大豆叶片以保证试虫的营养摄取充足。 以含体积分数0.05% Triton X-100的蒸馏水作对照。

生命表分析参照陶士强的方法^[14]：设x为以1 d 为单位的时间间隔，l_x表示任何一个个体在x期间的存活率，m_x表示在x期间平均每头雌成虫的产蚜数。净增值率(R₀)：昆虫经历1个世代所产生的雌性个体数，R₀=∑l_xm_x；平均世代周期(T)：昆虫经历1个世代所需要的平均时间，T=∑xl_xm_x /R₀；内禀增长率(r_m)：种群在无限时间、空间、食物等优越条件下的特定瞬时增长率，r_m =ln(R₀)/T；周限增长率(λ)：种群在特定条件下，经过单位时间后的增长倍数，λ=exp(r_m)；种群倍增时间(Dt)：昆虫种群平均增长1倍所需要的时间，Dt =ln(2)/r_m。

1.3 数据统计分析

实验结果采用POLO软件(LeOra Software Inc.,Cary,NC)拟合，计算得到毒力回归直线方程、卡平方和致死中浓度。用亚致死浓度马拉硫磷处理后的大豆蚜虫生理指标参数和生命表参数统计分析应用ANOVA Tukey’s HSD方法(Poly Software International,Pearl River,NY,USA)。

2 结果与分析 2.1 生物学测定及亚致死浓度的确定

结果表明：马拉硫磷对大豆蚜虫的致死中浓度(LC₅₀)为24.37 mg/L，95%置信区间为18.08～30.94 mg/L。0.05、0.1和0.2 mg/L的马拉硫磷处理大豆蚜虫24 h后死亡率分别为5.5%、10%和12%，与对照组死亡率(7.3%)均无显著差异(P<0.05)，可作为该药剂的亚致死浓度用于以下研究。

2.2 马拉硫磷亚致死浓度对大豆蚜虫生理特征的影响 2.2.1 对大豆蚜虫若蚜发育历期的影响

结果(见表 1)表明：3个亚致死浓度对大豆蚜虫1龄和4龄若虫的发育历期均无显著影响。但与对照相比，0.2 mg/L的处理显著延长了大豆蚜虫的世代历期以及2龄若虫和3龄若虫的发育历期；0.1 mg/L的处理显著缩短了大豆蚜虫的生殖前期和世代历期；而0.05 mg/L的处理与对照无显著差异。

表 1(Table 1)

表 1 马拉硫磷亚致死浓度对大豆蚜虫若蚜发育历期的影响 Table 1 Effect of sublethal concentration of malathion on nymph development of A.glycines 注：表中数据为5次重复的平均值(每个重复10头蚜虫)。 同列中不同字母表示差异显著(P<0.05)。 Note：The results are presented as the mean and standard errors of five biological replicates (each was carried out ten aphids). Different letters in the same column indicated significant differences(P<0.05).

表 1 马拉硫磷亚致死浓度对大豆蚜虫若蚜发育历期的影响 Table 1 Effect of sublethal concentration of malathion on nymph development of A.glycines

与对照(21.39 d±0.86 d)相比，0.2 mg/L的处理显著缩短了大豆蚜虫的成蚜寿命(15.12 d±0.77 d)(图 1A：F_3,16 =16.64, P<0.000 1)；与对照(16.44 d±0.53 d)相比，0.1 mg/L的处理显著延长了大豆蚜虫的生殖期(18.72 d±0.42 d)，而0.2 mg/L的处理却显著缩短了生殖期(12.46 d±0.78 d)(图 1B：F_3,16 =16.38, P<0.000 1)；对于全世代周期相比对照组(27.16 d±0.77 d)，0.2 mg/L的处理显著缩短了大豆蚜虫的全世代周期(22.58 d±0.73 d)(图 1C：F_3,16 =9.42, P<0.001)；用单头产蚜总量和日均单头产蚜量来评价马拉硫磷亚致死浓度对大豆蚜虫生殖力的影响发现，0.1 mg/L处理显著增加大豆蚜虫的产蚜总量，比对照组提高了24%，但当亚致死浓度增加到0.2 mg/L时却比对照降低了37%，差异显著(图 1D：F_3,16 =57.27, P<0.000 1)；日均单头产蚜量变化趋势与单头产蚜总量一致(图 1E：F_3,16 =10.81, P=0.000 5)。而0.05 mg/L处理的各项指标与对照间均无显著差异。

图 1

Fig. 1

图 1 马拉硫磷亚致死浓度处理对大豆蚜虫生理特征的影响Fig. 1 Effect of sublethal concentration of malathion on biological traits of A.glycines

由图 2可知：与对照组(29.61±1.30)相比，0.1 mg/L的马拉硫磷处理后大豆蚜虫种群的净增值率(R₀)显著增加(37.07±0.29)，而0.2 mg/L处理的R₀却显著降低(18.23±1.88)(图 2A：F_3,16=45.308, P<0.000 1)；相比对照组(1.28±0.004)，0.1 mg/L 的马拉硫磷显著提高周限增长率(λ)(1.32±0.007)，0.05和0.2 mg/L的处理显著降低了λ(图 2B：F_3,16 =46.08, P<0.000 1)；相比对照组，0.1 mg/L处理的种群内禀增长率(r_m)显著增加，0.05和 0.2 mg/L的却显著降低(图 2C：F_3,16=45.63, P<0.000 1)。与对照组相比，3个亚致死浓度的马拉硫磷对大豆蚜虫种群平均世代周期的影响均不显著，但0.1 mg/L的处理显著低于0.05 mg/L的(图 2D：F_3,16=5.744,P=0.008 9)。与对照组(2.76 d±0.038 d)相比，0.1 mg/L的处理种群倍增时间(Dt)显著缩短(2.47 d±0.050 d)，但0.05和0.2 mg/L的马拉硫磷却显著延长Dt(图 2E：F_3,16 =55.38, P=0.000 1)。

图 2

Fig. 2

图 2 马拉硫磷亚致死浓度处理对大豆蚜虫种群生命表参数的影响Fig. 2 Effect of sublethal concentration of malathion on life table parameters of A.glycines

化学防治是有害生物综合治理的主要措施之一，但随着杀虫剂的广泛应用，害虫再猖獗现象逐渐显露出来。很多研究认为，害虫再猖獗是由于农药处理后其亚致死效应刺激害虫生殖引起的。近年来，关于杀虫剂对生物体的亚致死效应已逐渐成为毒理学研究的热点课题，而且在评价药剂效果时也必须考虑其亚致死效应^[15]。

本研究结果表明，马拉硫磷在0.1 mg/L亚致死浓度下可以刺激大豆蚜虫的增殖，表现为缩短大豆蚜虫的若蚜历期和生殖前期，延长大豆蚜虫生殖期，增加产蚜量。同时生命表参数也显示，净增值率(R₀)、内禀增长率(r_m)和周限增长率(λ)提高，种群倍增时间(Dt)缩短。这种在低剂量药剂作用下刺激生物体增殖的现象叫作毒物兴奋效应(hormesis)，这种现象在很多动物对不同药剂的反应中均有报道^[16]。如：当二斑叶螨接触亚致死剂量的吡虫啉后产卵量提高10%～26%^[17]；亚致死浓度的吡虫啉可以刺激桃蚜的繁殖^[18]。菊酯类药剂也有类似的现象，如用高效氯氰菊酯LC₁₀处理大豆蚜虫后，其子代产蚜量显著增加^[19]；4龄小菜蛾接触亚致死剂量的氰戊菊酯后，其单雌产卵量有所增加^[20]；亚致死剂量的三唑磷和氰戊菊酯处理褐飞虱也能显著提高褐飞虱的繁殖力^[10]。可见，亚致死剂量杀虫剂刺激害虫增殖是诱导某些害虫再猖獗的原因之一。亚致死剂量的菊酯类药剂(如溴氰菊酯、氰戊菊酯和氯氰菊酯)可以引起棉蚜的再猖獗现象^[21]；小菜蛾连续接触亚致死剂量的多杀菌素会刺激其增殖，增加了小菜蛾种群大爆发的风险^[22]。

亚致死剂量的杀虫剂对害虫生殖力的影响因杀虫剂种类及使用剂量的不同而有所差异。本研究结果表明：与0.1 mg/L的马拉硫磷处理组相反，0.2 mg/L的马拉硫磷处理抑制了大豆蚜虫的增殖，表现为若蚜历期显著增加，成蚜寿命和生殖期显著降低。与此同时，产蚜量显著减少。亚致死剂量的杀虫剂抑制害虫增殖的现象在其他药剂的研究中也有报道。如：亚致死剂量的吡虫啉可以降低褐飞虱^[10]、白粉虱^[23]、棉蚜^[24]和橘小实蝇^[25]的生殖力；亚致死剂量的氯虫苯甲酰胺可以降低小菜蛾的生殖力^[26]。亚致死剂量的杀虫剂对昆虫生殖力的影响可能与昆虫体内激素失衡有关，关于其抑制害虫增殖的一种解释为激素失调理论，即昆虫体内的激素水平在环境胁迫下会发生变化。神经毒性的杀虫剂在亚致死剂量水平下可通过干扰神经系统影响激素调控进而影响昆虫的繁殖^[27]。某些杀虫药剂也可通过阻断害虫取食，引起营养匮乏进而降低其生殖力。

本研究在宏观上揭示了杀虫剂马拉硫磷在特定的亚致死浓度下对大豆蚜虫生殖力的影响，对于其分子机理还有待进一步研究。