全 文 ：稀土元素铕在南丰蜜橘园能流定量研究中的应用
袁凤辉，陈连水* ，饶 军，白 涛 (东华理工大学生物系，江西抚州 344000)
摘要 ［目的］深入了解南丰蜜橘、害虫、天敌间的 3级营养关系以及定量描述害虫与天敌的种群动态，以有效推动南丰蜜橘园生态控虫
技术的发展。［方法］利用改良的稀土元素铕荧光物示踪法和食物链传递标记定量分析法研究南丰蜜橘园中橘叶 －害虫 －天敌食物链
间的能量流动，并利用灰化、显色、紫外测定和吸光度换算等生物化学方法测定各营养级的铕含量;将各营养级之间的能流关系进行量
化，从而确定自然状态下害虫对南丰蜜橘的危害程度和天敌的控虫能力。主要分析挂果前不同龄期南丰橘树橘叶 －柑橘木虱 －草间钻
头蛛食物链各环节标记物动态变化、相关性和能流。［结果］一定条件下，改良的铕荧光示踪法是一种简便灵敏的橘园生态能流定量测
试法，它能较准确地测定南丰蜜橘园食物链中各能流关系。［结论］将改良的铕荧光示踪法用于南丰蜜橘园食物链营养关系的定量分析
是可行的。
关键词 稀土元素铕;南丰蜜橘园;生态系统;能流;定量研究
中图分类号 S666． 2 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2012)07 －03949 －04
Quantitative Research on the Energy Flow of Ecosystem in Nanfeng Orange Park by Applying Rare Earth Element Europium
YUAN Feng-hui et al (Department of Biology，East China University of Technology，Fuzhou，Jiangxi 344000)
Abstract ［Objective］The purpose was to deeply understand the trophic relationship among Nanfeng orange，pests and natural enemies and
quantitatively describe the population dynamics of pests and natural enemies，and to effectively promote the development of the ecological con-
trol technology of insects in Nanfeng Orange Park． ［Method］The energy flow in the food chain of orange leaves-Pest-natural enemies in Nan-
feng Orange Park were studied by modified fluorescence labeling method using rare earth elements europium as a fluorescent tracer and quanti-
tative analysis of the food chain marks，and the europium content of all trophic levels were determined by biochemical methods such as ashing，
coloration，UV absorbance measurement and conversion etc．;The energy flow relationship among all trophic levels was quantized to confirm
the harmful degree of pests to Nanfeng orange and the control ability of natural enemies to pests． The dynamic markers，relevance and energy
flow of every markers of all links in the food chain of Nanfung orange leaves-Citrus psyllid-Hylyphantes graminicola at different ages before fruit
bearing time in Nanfeng Orange were mainly analyzed． ［Result］The results showed that under certain conditions，modified fluorescence labe-
ling method using rare earth elements europium as a fluorescent tracer is a simple and sensitive quantitative method of ecological energy flow of
Orange Park，and can more accurately determine the relationship of the energy flow of food chain in Nanfeng Orange Park． ［Conclusion］It is
feasible to using the modified fluorescence labeling method using rare earth elements europium as a fluorescent tracer to quantitatively analyze
the trophic relationship of food chain in Nanfeng Orange Park．
Key words Rare earth element europium;Nanfeng Orange Park;Ecosystem;Energy flow;Quantitative research
基金项目 江西省教育厅科技项目(GJJ10495)。
作者简介 袁凤辉(1966 －) ，男，江西崇仁人，副教授，硕士，从事计量
生态学研究。* 通讯作者，副教授，硕士，从事蛛形及生态
学研究。
收稿日期 2011-12-01
南丰蜜橘，又名“贡橘”，其有 1 300 多年的栽培历史。
它素以色泽金黄、皮薄核少、汁多化渣和肉质脆嫩等驰名中
外，被誉为“橘中之王”。南丰蜜橘园作为人工生态系统，由
于橘农片面追求产量以谋求经济利益，农药使用次数和种类
不断增加，引起了抗药性(Resistance)、再猖獗(Resurgence)、
残留(Residue)即“3R”的产生，导致橘园害虫天敌的种群和
数量极度减少，生态系统遭受严重破坏，已越来越不适应可
持续农业发展的要求。蜜橘中农药残留量超标限制了其出
口进入国际市场，国内市场的销售价格也不理想。为此，南
丰蜜橘园生态控虫技术的研究显得极为迫切，而害虫与天敌
间能流的定量研究是其重要的理论基础。目前，利用稀土元
素铕作为荧光示踪物定量测定食物网间的能流关系是一个
全新的课题，国内外尚无用该技术测定食物网间能流的报
道。为此，笔者将稀土元素铕作为荧光示踪物对南丰蜜橘园
能流进行定量研究，采用食物链传递标记定量分析法，以稀
土元素铕为食物链起点标记物，通过橘叶 －害虫 －天敌食物
链间的能量流动，利用灰化、显色、紫外测定和吸光度换算等
生物化学方法测定各营养级的铕含量，旨在将各营养级之间
的能流关系进行量化，从而测定自然状态下害虫对南丰蜜橘
的危害程度和天敌的控虫能力，为建立完善的南丰蜜橘园生
态控虫技术提供理论依据，以有效推动其发展。
1 材料与方法
1． 1 样品采集 为探索南丰蜜橘生态系统营养关系定量分
析研究方法的环节，笔者先期采用铕示踪物紫外分析法测定
了盆栽低龄南丰蜜橘树在休眠期、春梢期、开花期、夏梢期和
挂果期吸收铕的情况，结果为:同一处理浓度下，橘树根、茎、
叶的铕含量在抽梢期最高，挂果期最低，橘树中铕含量随生
育期呈低 －高 －低 －高的变化规律。低龄期橘树根、茎、叶
的铕含量相近且低;抽梢期叶中铕含量比根和茎明显高;其
他 3个生育期茎与叶中铕含量相近并且比根部含量高。
1． 2 研究内容 通过南丰橘树叶面施铕与根部施铕试验，
确定较适施铕方式和转化时间;通过南丰橘树施不同浓度铕
试验，确定较适浓度和害虫、天敌种类;铕标定物南丰蜜橘生
态能流示踪方法的选用与改进试验;采用改进的紫外铕示踪
方法，分别测定 1 ～3、4 ～6和 7 ～ 9 龄南丰橘树在生长期、开
花期和挂果期对根部施铕的吸收转化率;根据害虫的摄食时
间和铕含量计算出该害虫在单位时间的摄取橘叶量，即荧光
示踪摄食量，并以此评价其对南丰蜜橘的危害程度，害虫每
天摄取橘叶量的计算方法为:每只害虫平均每天摄取橘叶量
=每克害虫鲜重含铕量 ÷每克鲜重橘叶含铕量 ÷每克鲜重
害虫数量 ÷天数;根据天敌的捕食时间和含铕量计算出该天
敌在单位时间的捕食害虫量，即荧光示踪捕食量，并以此评
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2012，40(7):3949 － 3952 责任编辑 姜丽 责任校对 傅真治
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2012.07.204
价其对害虫的控制能力。天敌捕食害虫量的计算方法为:每
头天敌平均每天捕食害虫量 = 100 头天敌的含铕量 ÷ 100 头
害虫的含铕量 ÷100头害虫的重量 ÷天数。
1． 3 研究方法 根据前期试验结果，在确定橘叶取材部位
和样品前期处理方法后，笔者对野外不同龄期橘树叶 －橘虫
－橘蛛食物链能流进行检测和数据处理，以检验方法的适用
性和可靠性，并改进设计和修改技术线路。最后，选择野外
不同橘树休眠期和春梢期间最常见且明确的橘叶 －柑橘木
虱 －草间钻头蛛食物链来检测 3者间的能流变化，判断和验
证新方法的灵敏度。具体研究方法如下。
1． 3． 1 Eu2O3 工作溶液的配制及根部浇施。称取定量的光
谱纯 Eu2O3(国药集团化学试剂有限公司) ，用 6 mol /L HCl
完全溶解，蒸干，然后用一定体积 0． 01 mol /L HCl 溶解。以
二甲苯酚橙为指示剂，用 EDTA 标准溶液进行标定，标定好
的溶液用 0． 01 mol /L HCl定量稀释，配制成工作溶液，其浓
度为 0． 380 9 μmol /g。对南丰蜜橘树根部进行浇施。
1． 3． 2 橘叶、橘虫和橘蛛样本的采集与灰化处理。施药后
14 d分别采集南丰蜜橘树叶、害虫和蜘蛛洗净后，先在 60 ℃
下烘干 1 h，之后在 800 ℃下灰化处理 1 h，称重，待测。
1． 3． 3 铕示踪物显色与紫外吸光度值的测定。准确称取一
定量的 Eu3 +标准溶液(0． 02 ～ 0． 32 g)于 10 ml 容量瓶中，加
入 1 ml偶氮胂 Ⅲ 溶液、2 ml HAc-NaAc 缓冲溶液，用 0． 01
mol /L HCl定容。空白溶液中不加标准溶液，其他组分均相
同。取适量溶液于 1 cm玻璃比色皿中，以空白溶液为参比，
在紫外 －可见分光光度计上测定吸光度值，测试波长范围为
400 ～800 nm。
1． 3． 4 铕示踪物含量的换算。在 0． 01 mol /L盐酸介质中，
偶氮胂Ⅲ 与 Eu3 +发生显色反应，其紫外 －可见吸收光谱在
波长 654 nm处出现最大吸收峰，表观摩尔吸光系数 ε =
4． 99 × 104 L /(mol·cm) ，Eu3 +含量在 0 ～ 10． 80 μmol /L范
围内符合比尔定律，回归方程为 A = 0． 049 9c － 0． 000 5。用
此方法分析溶液中的微量 Eu3 +，结果准确度较高，且操作
简便、快捷。
2 结果与分析
2． 1 标准曲线绘制和数据处理结果 对梯度 Eu3 +标准液进
行吸光度值测定，并绘制 Eu3 +标准曲线，结果见图 1。其回
归方程用于后续试验数据换算和分析。
图 1 紫外分光计测定得到的 Eu3 +标准曲线
2． 2 一定浓度下南丰蜜橘树叶含铕量随生育期的变化情
况 从图 2可以看出，冬季橘叶铕含量起伏变化大，春季橘
叶铕含量起伏变化小，较为平稳。它反映了温湿度、橘树生
长状态对橘叶铕含量的影响。
图 2 不同龄期南丰蜜橘树橘叶铕含量时间变化曲线
2． 3 一定浓度下橘蛛含铕量随橘树生育期的变化情况 从
图 3可以看出，除一个时段明显下降外，冬季和春季橘蛛铕
含量变化保持基本平稳。它反映了橘树越冬蛛体的生长环
境和越冬蛛态相对稳定，对橘蛛铕含量的影响不大。
图 3 不同龄期南丰蜜橘树橘蛛铕含量时间变化曲线
2． 4 一定浓度下橘虫含铕量随橘树生育期的变化情况 从
图 4可以看出，冬季橘虫铕含量起伏变化剧烈，春季橘虫铕
含量起伏变化趋于平稳。它反映了温湿度、橘虫生长状态与
食物情况对橘虫铕含量的影响。
图 4 不同龄期南丰蜜橘树橘虫铕含量时间变化曲线
2． 5 大龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量相关性数据处理与
分析 先将大龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量数据列入表 1
0593 安徽农业科学 2012 年
中，然后采用 SPSS统计分析软件对该数据进行相关性处理
与分析，结果列入表 2。从表 2可以看出，大龄橘树橘叶 －橘
虫 －橘蛛铕含量数据无显著相关。
表 1 大龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量
取样时间
铕含量
橘叶 橘虫 橘蛛
2010 －12 －03 － 6． 923 9 6． 883 8
2011 －01 －02 11． 553 1 6． 022 0 6． 503 0
2011 －01 －13 7． 724 9 － －
2011 －03 －11 － 8． 206 4 6． 122 5
2011 －04 －09 6． 462 9 0． 110 0 6． 342 7
2011 －04 －28 6． 903 8 0． 110 0 6． 923 9
表 2 大龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量相关性数据处理与分析
指标 检验项目 橘叶铕含量橘虫铕含量 橘蛛铕含量
橘叶铕含量 Pearson 相关性 1 －0． 508 －0． 233
显著性(双侧) 0． 303 0． 656
N 6 6 6
橘虫铕含量 Pearson 相关性 －0． 508 1 0． 416
显著性(双侧) 0． 303 0． 412
N 6 6 6
橘蛛铕含量 Pearson 相关性 －0． 233 0． 416 1
显著性(双侧) 0． 656 0． 412
N 6 6 6
2． 6 中龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量相关性数据处理与
分析 先将中龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量数据列入表 3
中，然后采用 SPSS统计分析软件对该数据进行相关性处理
与分析，结果列入表 4。从表 4可以看出，中龄橘树橘叶 －橘
虫 －橘蛛铕含量数据有显著相关性。
表 3 中龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量
取样时间
铕含量
橘叶 橘虫 橘蛛
2010 －12 －03 － 6． 883 8 6． 483 0
2011 －01 －02 6． 362 7 6． 242 5 6． 603 2
2011 －01 －13 6． 643 3 － －
2011 －03 －11 6． 683 4 6． 663 3 6． 262 5
2011 －04 －09 6． 543 1 6． 683 4 6． 422 9
2011 －04 －28 6． 723 5 6． 382 8 6． 783 6
表 4 中龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量相关性数据处理与分析
指标 检验项目 橘叶铕含量橘虫铕含量 橘蛛铕含量
橘叶铕含量 Pearson 相关性 1 －0． 264 －0． 204
显著性(双侧) 0． 613 0． 699
N 6 6 6
橘虫铕含量 Pearson 相关性 －0． 264 1 0． 991＊＊
显著性(双侧) 0． 613 0． 000
N 6 6 6
橘蛛铕含量 Pearson 相关性 －0． 204 0． 991＊＊ 1
显著性(双侧) 0． 699 0． 000
N 6 6 6
注:＊＊表示在 0． 01 水平(双侧)上显著相关。
2． 7 小龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量相关性数据处理与
分析 先将小龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量数据列入表 5
中，然后采用 SPSS统计分析软件对该数据进行相关性处理
与分析，结果列入表 6。从表 6可以看出，小龄橘树橘叶 －橘
虫 －橘蛛铕含量数据无显著相关。
表 5 小龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量实验数据表
取样时间
铕含量
橘叶 橘虫 橘蛛
2010 －12 －03 － 0． 110 0 6． 823 7
2011 －01 －02 6． 262 5 6． 543 1 6． 643 3
2011 －01 －13 － － －
2011 －03 －11 6． 723 5 0． 110 0 6． 022 0
2011 －04 －09 6． 282 6 6． 543 1 6． 102 2
2011 －04 －28 6． 763 5 6． 703 4 6． 523 1
表 6 小龄橘树橘叶 －橘虫 －橘蛛铕含量相关性数据处理与分析
指标 检验项目 橘叶铕含量橘虫铕含量 橘蛛铕含量
橘叶铕含量 Pearson 相关性 1 0． 687 0． 567
显著性(双侧) 0． 131 0． 240
N 6 6 6
橘虫铕含量 Pearson 相关性 0． 687 1 0． 454
显著性(双侧) 0． 131 0． 365
N 6 6 6
橘蛛铕含量 Pearson 相关性 0． 567 0． 454 1
显著性(双侧) 0． 240 0． 365
N 6 6 6
2． 8 南丰蜜橘叶 －柑橘木虱 －草间钻头蛛食物链能流计算
及分析 对柑橘木虱(橘虫)和(蜘蛛)活体用万分之一天平
称重，柑橘木虱每克平均个体数为 20只，草间钻头蛛平每克
均个体数为5只。即橘虫天食叶量［g /(d·只) ］=每克橘虫
铕量 ÷ 每克橘叶铕量 ÷ 20(只 /g)÷ 14 d;橘蛛天捕虫量
［g /(d·只) ］=每克橘蛛铕量 ÷每克橘虫铕量 ÷ 5(只 /g)÷
14(d)。据天敌的捕食时间和含铕量计算出该天敌在单位时
间的捕食害虫量。中龄橘树橘叶 －柑橘木虱 －草间钻头蛛
食物链各能流关系计算结果列入表 7。从表 7 可以看出，橘
虫食叶量春季明显增多，反映橘虫数量与食物随气温回升而
增加的态势明显;橘蛛捕虫量冬春季无明显回升，反映了橘
蛛越冬蛛态、数量和巢内环境相对稳定，对橘蛛捕虫影响不
大;橘蛛天捕虫量起伏变化无明显规律，除保证基本食物基
数外，气象因素和主动捕食能力等可能成为影响因素。
表 7 中龄橘树橘叶 －柑橘木虱 －草间钻头蛛食物链能流定量
取样时间
橘虫食叶
量∥g /只
橘蛛捕虫
量∥g /只
橘蛛天捕虫量
g /(d·只)
2010 －12 －03 － 0． 013 54 0． 947 8
2011 －01 －02 0． 003 504 0． 015 111 1． 057 77
2011 －01 －13 － －
2011 －03 －11 0． 003 561 0． 013 426 0． 939 82
2011 －04 －09 0． 003 648 0． 0137 29 0． 961 03
2011 －04 －28 0． 031 535 0． 015 183 1． 062 81
3 讨论与结论
3． 1 讨论
3． 1． 1 生态系统能流的定量研究方法。能流是所有生态系
统内在的共有的功能和特征之一。迄今为止，国外已对多种
自然生态系统，如森林、沼泽、湖泊、草原、荒漠进行过研
159340卷 7期 袁凤辉等 稀土元素铕在南丰蜜橘园能流定量研究中的应用
究［1 －3］。我国生态系统研究起步较晚，20世纪 80 年代后，主
要对草原、高寒草甸和森林等生态系统能流进行过研究。应
用生物量与热值测定法，戈峰等曾对水稻 －褐飞虱 －八斑球
腹蛛生态系统及棉田生态系统能流进行过研究［4 －5］;王建林
等对小麦 －玉米间作能流进行了研究［6］。
目前，植物保护及生态学家在橘园生态方面进行了大量
的定性研究。如郭依泉对橘园节肢动物群落生态进行了系
统的研究，确定了橘园主要天敌与害虫及其食物网的关
系［7］。袁凤辉等对南丰蜜橘园生态系统进行了研究，确定了
南丰橘园主要天敌与害虫动态消长及其食物网的关系［8］。
对于橘园生态系统中能流的定量研究，目前尚未见报道。
对于生态系统能流的定量研究，传统的方法有能量折算
法和数量消长法，如宿庆瑞对东北玉米主产区生态系统能流
的分析［9］，杨纪明等对海洋食物链能流的初步研究［10］。近
年来，稳定性同位素技术在生态学方面的应用比较广泛。但
该技术主要用于分析动物的食性、营养级关系、食物链结构
以及动物迁徙习性方面的研究，如黄道建等将该技术用于海
草生态学的研究［11］，万祎等利用该技术分析渤海湾食物网
主要生物种的营养层次［12］。国外对该技术的应用也有大量
报道［13］。另外，分子水平上的食物网研究也很广泛，Harwood
等用单克隆抗体法寻找食物链中的错误［14］，Agustí等用分子
标记法检测蜘蛛对弹尾目昆虫的捕食选择［15］。
利用稀土元素铕作为荧光示踪物定量测定食物网间的
能流关系是一个全新的课题。胡自强等首次采用稀土元素
铕荧光物示踪法，对水稻 －叶蝉 －蜘蛛这一食物链营养关系
进行了初步的定量测试，结果表明，所选用的稀土元素铕可
以通过该食物链传递，证明铕用于食物链营养关系定量分析
是可行的［16］。2003年，该技术获得国家发明专利，标志着该
技术已达到国内外先进水平［17 －18］。随后，Xiao等在 2006 年
用该技术测定了除草剂对食虫沟瘤蛛摄食量的影响，在 2007
年又用该技术测定了重复施药胁迫下食虫沟瘤蛛的摄食量
动态［19 －20］。国外目前尚无用此技术测定食物网间能流的
报道。
3． 1． 2 今后的研究方向。
(1)方法上，该研究在取材、处理和检测过程等改进了叶
－虫 －蛛食物链能流测定的王洪全等发明的专利方法———
铕示踪荧光分析法，称其为铕示踪荧光分析改良法。经初步
试用，其操作更加简便，仪器要求低，样品处理方便，灵敏度
较高，适于检测橘叶 －橘虫 －橘蛛能流变化，不过对其他生
态系统是否适用，还需进一步检测试用。此改进方法在铕示
踪物配制、施用剂量、食物链组分选取和数据处理方法等方
面仍需改进和提高。
(2)因时间关系，该研究只检测了挂果前期几个时段南
丰蜜橘树橘叶 －柑橘木虱 －草间钻头蛛一条食物链的能流
变化，中龄橘树所测试验数据经初步处理后能基本反映 3者
存在的生态能流关系，南丰蜜橘开花、夏梢和挂果等期间其
它害虫天敌食物链仍不清楚，有待于进一步研究。
(3)橘园生态系统是一个复杂且人为干扰严重的脆弱系
统，橘农活动、农药化肥和天气等均会对铕示踪物造成干扰，
如何最大程度地减低影响，试验设计及橘农配合均相当重
要，其涉及到的经济问题是关键。
3． 2 结论 一定条件下，改良的铕荧光示踪法是一种简便、
灵敏的橘园生态能流定量测试法，它能准确地测定南丰密橘
园食物链中各能流的关系。
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2593 安徽农业科学 2012 年