虫害防控岗位

马春森 林清彩 马罡

  摘译自：Mazzoni V, Nieri R, Eriksson A, et al. Mating disruption by vibrational signals: state of the field and perspectives[M]//Biotremology: Studying Vibrational Behavior. Springer, Cham, 2019: 331-354.

  一直以来，迷向技术完全指利用昆虫性信息素降低其种群密度。自21世纪初以来，人们提出了一种新的迷向方法来控制害虫：振动迷向技术（VMD）。其新颖之处是利用振动噪音来扰乱昆虫的交配行为，因为某些昆虫通过传播振动信号进行交流。

  已有研究表明，叶蝉的交配几乎完全依赖于振动信号，即由雄性和雌性的振动信号建立和维持一个二重唱，直到交配发生。然而，雄性竞争者会发出干扰噪音来打断一对正在进行的交配二重唱，这一现象对发展振动迷向的概念至关重要。例如，葡萄带叶蝉雄成虫通常比较平静，在植物上保持静止，同雌成虫一样忙于取食。然而平静的雄成虫一旦发现有雌雄成虫的二重奏就会突然变得具有攻击性。交配是昆虫成虫阶段最重要的使命，雄成虫一般会采取两种策略去拖延并预测对手的来源。一种是保持安静倾听雌雄成虫的重奏，利用竞争者的求爱信号来寻找雌成虫的位置，试图以更快的速度接近雌成虫。另一种是基于雄成虫释放的特定干扰噪音，雄成虫不是保持沉默，而是通过发出与雌成虫完全对应的干扰噪音来误导竞争者，从而中断竞争者的搜寻。由于葡萄带叶蝉的交配策略是单向的（雄成虫吸引雌成虫：雄成虫不断地引导二重唱，寻找静止不动的雌成虫发出带有方向性线索的脉冲），雄成虫对雌成虫脉冲的忽略使得不能准确定位雌成虫。整个过程中雌成虫遵循的精准时间模式是雌雄成虫相互识别所必需的，此过程中任何的失败都会阻碍交配成功。雄成虫必须不断地引起雌成虫的反应来捕捉方向线索，每当雌成虫停止发出回应信号时，雄成虫的搜索就会受到影响。经过多次试验证明：雄成虫需要清楚地感知雌雌成虫信号，以识别并定位它们；当对雌成虫性信号的感知甚至部分受损时，雄成虫便不会搜索。通过试验证明，干扰振动会干扰叶蝉的交配行为。

  为了实现交配干扰技术的应用，就生物和技术方面而言仍需解决几个实际问题，以开发适合实际应用的工具。一方面，需要对昆虫的生物学和生理学进行更精确的研究，以确定装置在24小时内起作用的时间和破坏性噪声的有效振幅阈值。另一方面，重要的是考虑几个技术方面，以优化能量消耗/供应和通过棚架并从棚架到植物的信号传输，以确保该方法的有效性。首先通过24小时连续和间断释放干扰振动，结果显示没有差异。其次需要根据可测量的气候参数寻找昆虫活动更精确的阈值，以计算设备合理覆盖活动空间。通过试验发现干扰噪音达到2×10-2mm/s的振幅时，葡萄带叶蝉雌雄成虫完全停止通信，在田间直接悬挂在棚架金属线上的振动器每侧的有效交配干扰范围为10米。将安全阈值定义为干扰振动能偶阻止雌雄成虫在同一片叶子上的交配交流。一般雄成虫察觉雌成虫回应超过1×10-2mm/s就会开始发出求偶信号；如果1×10-2和1×10-3mm/s之间，会与雌成虫建立二重奏，认为与其在同一片叶上并开始寻找；如果低于1×10-3mm/s，不会建立二重奏，认为雌成虫在较远的距离。因此假设干扰声音振幅在1×10-2和1×10-3mm/s之间可以有效地干扰发生在不同叶片上的雄性和雌性的交流（次级阈值）。

  2017年意大利北部的一个葡萄园内首次采用声音迷向技术来控制叶蝉的种群密度。由微型振动筛组成的特殊装置，连接在每排的几根杆子上，向葡萄藤发送专门针对葡萄带叶蝉交配行为设计的破坏性的振动信号（图1）。在测试的葡萄园中，每隔50米设置一个传感器（即每行两个，最长的一行有100米长）。结果显示在距“主动极”25米内的次级阈值（> 1×10-3 mm/s）和15米内的安全阈值（> 1×10-2mm/s），从而振动信号可以覆盖整个果园（图2）。

  关于种群评估主要应关注两个方面：种群密度和雌性的交配状态。就单化性物种葡萄带叶蝉而言，必须在几年内通过监测若虫和成虫来评估种群密度。而监测叶蝉的不同发育阶段需要不同的调查方法，可以通过计算叶子或黄板上的个体数量。通过这种方式，还能监测到叶蝉的天敌，如一般捕食者（即蜘蛛和草蛉）和寄生蜂等。而评估葡萄带叶蝉雌成虫交配状态的方法需要进一步探讨。

  振动迷向技术与信息素迷向技术相比有共同点也有其独特之处。振动信号指导交配前行为的关键步骤，如识别、定位、求偶和接受。因此，仅干扰通讯通道就足以扰乱叶蝉的交配行为。但是振动交配信号在光谱结构（频率和振幅）上具有相当低的特异性，但在信号发射的时间模式上却具有很高的特异性。因此只要保持频谱特征，噪声可以被感知并干扰非目标物种的行为，其中有许多有益的节肢动物可能会受到干扰噪音的负面影响。振动迷向和信息素迷向都是由雄性跟随雌性的信号来定位，但雄性对振动迷向信号源的搜索精度更高。

  尽管振动迷向是一项对人类健康无害且没有农药残留的绿色防控技术，但对其他生物仍有副作用。因此，需要更深入的研究振动噪音对非靶标物种及植物生理的影响，以揭示并解决其对环境和生产的潜在风险。目前已知振动对膜翅目昆虫及蜘蛛的交配信息交流起重要作用，许多种寄生蜂也会被振动吸引。因此，需要进行更多的大尺度田间试验去检验振动噪音对害虫及有益生物的影响。总之，仍然需要大量的研究以提高振动迷向技术的功效，并明确证明其在该领域的适用性。