Ganaspis brasiliensis 是斑翅果蝇(Drosophila suzukii,一种全球性入侵性果树害虫)的幼虫寄生蜂,目前已获准或正在考虑引入欧洲和美国,用于对该害虫进行生物防治。本文提供了该寄生蜂小规模和大规模饲养的操作方案。
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方法文章
Ganaspis brasiliensis 是斑翅果蝇(Drosophila suzukii,一种全球性入侵性果树害虫)的幼虫寄生蜂,目前已获准或正在考虑引入欧洲和美国,用于对该害虫进行生物防治。本文提供了该寄生蜂小规模和大规模饲养的操作方案。
斑翅果蝇(Drosophila suzukii Matsumura)(双翅目:果蝇科)原产于东亚,近十年来已在美洲、欧洲及非洲部分地区广泛定殖,成为入侵地区多种薄皮果实的毁灭性害虫。生物防治,特别是利用可自我延续且具有专一性的寄生性天敌,被认为是可持续地进行区域性防控这种高迁移性、多食性害虫的可行策略。Ganaspis brasiliensis Ihering(膜翅目:细蜂科)是一种幼虫期寄生蜂,在东亚广泛分布,被证实是对D. suzukii最具专一性和防治效果的寄生蜂之一。
在对其功效和潜在非靶标风险进行了严格的引入前评估后,该物种中宿主特异性较强的一个遗传类群(G1 G. brasiliensis)最近已获准在美国和意大利引入并进行田间释放。另一个遗传类群(G3 G. brasiliensis)在东亚地区也常被发现攻击D. suzukii,未来可能也会被考虑用于引入。目前,人们对饲养G. brasiliensis以用于研究,或大规模生产以进行田间释放来防控D. suzukii具有极大兴趣。本实验方案及配套视频文章描述了该寄生蜂在小规模研究和大规模生产及田间释放中的有效饲养方法。这些方法有助于进一步推动对该原产于亚洲的寄生蜂的长期研究与应用,使其成为防控这一全球性入侵害虫的有前景的生物防治手段。
原产于东亚的斑翅果蝇Drosophila suzukii(Matsumura)(双翅目:果蝇科)已在美洲、欧洲及非洲部分地区广泛定殖1,2。该果蝇具有极强的多食性,在其原生地和入侵地均可利用多种果皮柔软且较薄的栽培及野生果实1,2,3。目前对该害虫的防治主要依赖在易感果实成熟期间频繁施用杀虫剂以杀灭农田中的成虫。由于非作物生境中果蝇种群持续迁入,以及入侵地区缺乏有效的本地天敌,往往需要多次喷药1,4。生物防治,特别是利用可自我延续的专性寄生蜂,可能有助于在景观尺度上抑制果蝇种群,并在对该高迁移性、多食性害虫进行可持续的区域性管理中发挥关键作用4,5,6。
在过去十年中,研究人员致力于在东亚地区——Drosophila suzukii 的原生分布区——寻找与其共同进化的寄生蜂7,8,9,同时也探索在美洲和欧洲等入侵地区具有防治潜力但为新近关联的寄生蜂4,5,6。在该果蝇新入侵的地区,一些常见的Drosophila幼虫期寄生蜂,例如Asobara c.f. tabida (Nees)(膜翅目:茧蜂科)、Leptopilina boulardi (Barbotin et al.) 和L. heterotoma (Thompson)(膜翅目:小蜂科),由于该果蝇具有较强的免疫抗性,难以在其体内发育或寄生率极低10。目前仅发现少数广布性、多食性蛹期寄生蜂能够成功在D. suzukii体内发育,包括北美和欧洲的Pachycrepoideus vindemiae (Rondani)(膜翅目:旋小蜂科)和Trichopria drosophilae (Perkins)(膜翅目:细蜂科),以及南美洲的Trichopria anastrephae Lima4。相比之下,在东亚地区的调查已发现多种D. suzukii的幼虫期寄生蜂4,5,6。其中,Asobara japonica Belokobylskij、Ganaspis brasiliensis Ihering 和Leptopilina japonica Novković & Kimura 是主要的优势幼虫期寄生蜂7,8,9,11。特别是两种小蜂科寄生蜂(L. japonica 和 G. brasiliensis)主要在自然植被中被发现,且多寄生于D. suzukii或其他近缘果蝇物种所侵染的新鲜果实内7,8,9。这三种亚洲来源的幼虫期寄生蜂已被引入美国和欧洲的检疫设施,用于评估其相对寄生效率12,13,14,15,16,17、气候适应能力18、潜在的种间竞争关系19,以及最重要的——寄主特异性8,20,21,22。
检疫评估表明,Ganaspis brasiliensis 对 Drosophila suzukii 的寄主特异性高于其他已测试的亚洲幼虫寄生蜂,尽管该种可能包含不同生物型或隐存种,其寄主特异性存在差异8,21,22,23,24。Nomano 等人22 基于线粒体细胞色素氧化酶 I 基因片段的分子分析,将来自不同地理区域的 Ganaspis 个体划分为五个遗传类群(命名为 G1–G5)。G2 和 G4 类群仅见于少数南亚热带地区,而 G5 类群则在亚洲及其他地区(如阿根廷、巴西、夏威夷和墨西哥)从未知寄主中被发现(Buffington,个人观察)。在韩国7、中国8 和日本9,23,25 对被 D. suzukii 侵染的野生果实进行的野外采集中,仅发现 G1 类群,或 G1 与 G3 类群的混合个体。这两个类群似乎为同域分布,并共同存在于 D. suzukii 及其他近缘寄主蝇类所栖居的同一寄主植物上。然而,两者之间已观察到一些差异:在检疫测试中,尽管 G1 和 G3 均可攻击多种近缘物种,但 G1 对 D. suzukii 的寄主或寄主生境特异性似乎高于 G321,22。进一步深入的分子分析可能有助于确定其物种地位,尤其是针对 G1 和 G3 类群。本研究将二者分别称为 G1 G. brasiliensis 和 G3 G. brasiliensis。一些早期研究也曾将 G1 G. brasiliensis 命名为 G. cf. brasiliensis14,21,22。目前,G1 G. brasiliensis 已获准在美国和意大利进行野外释放以防控 D. suzukii(另有多个欧洲国家正在考虑引入),而 G3 G. brasiliensis 也可能在不久的将来被考虑用于野外释放。最近的调查还发现,加拿大不列颠哥伦比亚省26 以及美国华盛顿州(Beers 等人,未发表数据)均出现了 L. japonica 和 G1 G. brasiliensis 的外来种群,意大利特伦托省也发现了外来 L. japonica 种群27。
鉴于人们对开发针对斑翅果蝇(Drosophila suzukii)的生物防治项目具有浓厚兴趣,以及引进(无论是自然迁入还是人为引入)的巴西甘氏菌蚊(Ganaspis brasiliensis)所展现出的重要生物防治潜力,迫切需要建立高效的该寄生蜂幼虫繁育方法,以支持未来的长期研究和/或田间释放。本实验方案及配套视频文章介绍了该寄生蜂的两套繁育方法:(1)在烧瓶中进行的小规模实验室繁育,采用寄主果实(蓝莓)与人工饲料混合的方式培养D. suzukii;该方法所用材料为最初采自中国昆明的G3品系8。(2)在大型笼中进行的大规模繁育,用于田间释放,使用寄主果实(蓝莓)培养D. suzukii;大规模繁育所用遗传品系为源自日本东京的G1品系9,22。此外,还简要讨论了其他规模的繁育方法,例如对上述两个品系均适用的试管或小型容器繁育方式。
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1. G3 Ganaspis brasiliensis 小规模实验室繁育方法
2. 大规模培育G1代Ganaspis brasiliensis的方法
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图4展示了在美国农业部农业研究局有益昆虫引进单元(美国特拉华州纽瓦克)的检疫设施内,采用两种不同寄生蜂密度(6对或10对)和两种不同暴露时间(5天或10天)对G3代Ganaspis brasiliensis进行小规模实验室饲养的代表性结果。每种寄生蜂密度与暴露时间的组合均设有14个重复。总共64个培养瓶产生了4,018只蜂(每个培养瓶平均产生71.7 ± 4.9只子代),其中雌性子代占49.5% ± 1.9%。在21 °C条件下,成年寄生蜂在产卵后约30–35天羽化。寄生蜂密度和暴露时间对每个重复(培养瓶)产生的子代总数无显著影响(单因素方差分析,F3,52 = 0.379,P = 0.769),对雌性子代百分比仅有轻微影响(单因素方差分析,分析前根据需要对数据进行logit转换以稳定变异,F3,52 = 2.796,P = 0.049),但人均雌性个体的繁殖效率随寄生蜂数量增加而下降(单因素方差分析,F3,52
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长期研究及后续对生物防治剂的田间释放依赖于高效且经济的饲养技术。本研究中描述的方法已被证明是小规模和大规模饲养巴西甘蔗瘿蚊茧蜂(Ganaspis brasiliensis)的有效方案。小规模饲养方案经过多年优化,旨在减少所需人力,并降低同时维持寄生蜂及其寄主种群所需的专用设备要求,适用于实验室研究或生物测定中种群的维持。作者曾采用类似方法进行该寄生蜂的检疫评估饲养。大规模饲养方案则可用于生产大量蜂类以供田间释放,如近期在意大利开展的工作。这些技术可轻松转移至其他实验室、生产单位或企业,用于近期的大规模饲养,同时也可作为进一步改进方法学的基础。
这些方案也可用于饲养Leptopilina japonica,因为Ganaspis brasiliensis与L. japonica在寄主生境偏好7,8、寄主发育阶段偏好或生殖生物学特性15、温度适应性
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作者声明无利益冲突。
作者感谢瑞士CABI的Lukas Seehausen和Marc Kenis慷慨提供G1 G. brasiliensis。意大利方面的研究经费由意大利特伦托自治省(Provincia Autonoma di Trento)提供,美国方面的经费由美国农业部国家食品与农业研究所(National Institute of Food and Agriculture)、美国农业部特色作物研究计划(USDA Specialty Crops Research Initiative)资助(项目号#2020-5118-32140)、美国农业部动植物卫生检验局(USDA Animal and Plant Health Inspection Service,农场法案基金14-8130-0463)以及美国农业部农业研究局CRIS基础资金(项目号8010-22000-033-00D)提供。美国农业部为平等机会提供者和雇主,不认可本出版物中提及的任何产品。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 活性干酵母 | Fleischmanns Yeast, Cincinatti, OH, USA | 无 | 用于覆盖水果以减少霉菌生长,并增强水果对果蝇的吸引力 |
| 细菌学琼脂 | Merk Life Science S.r.l., Milan, Italy | A1296 - 5KG | 用于制备标准果蝇培养基 |
| 漂白剂溶液 | Clorox Company, Oakland, CA, USA | 无 | 用于对果肉类水果进行消毒 |
| 蓝色塞子 | Azer Scientific, Morgantown, PA, USA | ES3837 | 用于密封试管,同时允许昆虫通风 |
| 蓝莓 | 杂货店,美国特拉华州纽瓦克 | 无 | 作为果蝇的寄主水果提供(也可使用其他多种水果) |
| BugDorm 昆虫饲养笼(宽24.5 × 深24.5 × 高63.0 cm) | Mega View Science Co. Ltd., 中国台湾台中 | 4E3030 | 用于饲养寄生蜂(寄生用饲养笼) |
| BugDorm 昆虫饲养笼(宽32.5 × 深32.5 × 高32.5 cm) | Mega View Science Co. Ltd., 中国台湾台中 | 4E4590 | 用于饲养果蝇 |
| BugDorm 昆虫饲养笼(宽32.5 × 深32.5 × 高32.5 cm) | Mega View Science Co. Ltd., 中国台湾台中 | 4E4545 | 用于饲养寄生蜂(羽化用饲养笼) |
| 镀锌铁丝网(0.64 cm,19号规格) | Everbilt, OH, USA | 308231EB | 用于抬高水果,以便寄生蜂最大程度地产卵 |
| 玉米粉 | 杂货店,意大利特伦托 | 无 | 用于制备标准果蝇培养基 |
| 牙科棉卷(1 × 3.8 cm) | Gima S.p.A., 意大利杰萨泰 | 35000 | 用于在储存容器内为寄生蜂提供水分 |
| 果蝇饲料 | Frontier Scientific, Newark, DE, USA | TF1003 | 定制饲料,用于饲养果蝇 |
| 窄口果蝇小瓶,聚苯乙烯材质(2.5 × 9.5 cm) | VWR International, LLC., Radnor, PA, US | 75813-160 | 用于在饲养笼内为寄生蜂提供水分 |
| 果蝇小瓶塞,醋酸纤维素材质(2.5 cm) | VWR International, LLC., Radnor, PA, US | 89168-886 | 用于在饲养笼内为寄生蜂提供水分 |
| 锥形瓶(250 mL) | Carolina Biological, Burlington, NC, USA | 731029 | 用于饲养果蝇和寄生蜂 |
| 离心管(Falcon型,50 mL) | VWR International, LLC., Radnor, PA, US | VWRI525-0611 | 经改造后用于运输成年寄生蜂 |
| 泡沫塞 | Jaece Industries, North Tanawanda, NY, USA | L800-C | 用于密封锥形瓶,同时允许昆虫通风 |
| 蜂蜜 | 杂货店,美国特拉华州纽瓦克 | 无 | 作为寄生蜂的食物提供 |
| Identi-Plug 塑料泡沫塞 | Fisher Scientific Company, L.L.C., Pittsburg, PA, US | 14-127-40E | 用作寄生蜂的饲喂装置,并用于密封储存容器 |
| 工业用纸巾 | 杂货店,美国特拉华州纽瓦克 | 无 | 作为蛹化基质供蛹使用,并可减少湿度 |
| 微孔网布(250 mL) | Industrial Netting, Maple Grove, MN, USA | WN0250-72 | 用于制作昆虫通风盖 |
| 营养酵母(片状) | 杂货店,意大利特伦托 | 无 | 用于制备标准果蝇培养基 |
| 纸质杯垫(10.2 cm) | Hoffmaster, WI, USA | 35NG26 | 作为果蝇及被寄生蛹的蛹化基质提供 |
| 塑料杯(Ø 13.3 cm,800 mL) | Berry Superfos, Taastrup, Denmark | Unipak 5134 | 经改造后用于储存成年寄生蜂 |
| 塑料盖(Ø 13.3 cm) | Berry Superfos, Taastrup, Denmark | PP 2830 | 经改造后用于储存成年寄生蜂 |
| 丙酸 | Merk Life Science S.r.l., Milan, Italy | P1386 - 1L | 用于制备标准果蝇培养基 |
| 蔗糖 | 杂货店,意大利特伦托 | 无 | 用于制备标准果蝇培养基 |
| 带盖汤杯(475 mL) | StackMan, 越南 | DC1648 | 用于被寄生的幼虫进行蛹化 |
| 大豆粉 | 杂货店,意大利特伦托 | 无 | 用于制备标准果蝇培养基 |
| 白色毛毡垫圈(厚0.64 cm,内径5 mm × 外径20 mm) | Quiklok, Lincoln, NH, US | WFW/.25 x 5 x 20 mm | 用作寄生蜂的饲喂环 |
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