國立臺灣大學生物資源暨農學院昆蟲學研究所 碩士論文
Graduate Institute of Entomology College of Bioresources and Agriculture
National Taiwan University Master Thesis
益達胺對黑棘蟻的亞致死效應
Sublethal effects of imidacloprid on the gray-black spiny ant, Polyrhachis dives
戴允文 Yun-Wen Dai
指導教授：楊恩誠 博士 楊景程 博士
Advisors: En-Cheng Yang, Ph. D.
Chin-Cheng Yang, Ph. D.
中華民國 105 年 1 月
Jan 2016
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i
目錄
目錄………...i
表次………...….ii
圖次………..….iii
致謝………...iv
摘要………....v
Abstract……….vi
壹、前言………1
貳、往昔研究………3
一、類尼古丁殺蟲劑的特性………...………….3
二、益達胺對昆蟲的毒性評估………4
三、益達胺對昆蟲的影響………4
1.蜜蜂 (Apis mellifera)……….…………...5
2.其他昆蟲……….………..6
四、黑棘蟻的生物學及重要性………8
五、化學藥劑對種間競爭的影響………9
參、材料與方法………..10
一、試驗昆蟲採集及飼養………..10
二、口服毒性資料建立………..10
(一) 藥劑配置…………..………...10
(二) 口服毒性試驗…...………..11
(三) 濃度挑擇…...………..11
三、覓食活動檢定………..12
四、不同藥劑對黑棘蟻與入侵外來種螞蟻間個體種間競爭………..12
五、不同藥劑對黑棘蟻與入侵外來種螞蟻間群組種間競爭………..13
六、統計分析………..13
肆、結果………..15
益達胺對黑棘蟻的口服毒性………..15
覓食活動檢定………..15
不同藥劑對黑棘蟻與入侵外來種螞蟻間個體種間競爭………..16
不同藥劑對黑棘蟻與入侵外來種螞蟻間群組種間競爭………..17
伍、討論………..19
覓食活動………..19
新類尼古丁對種間交互作用的影響……….……….…20
陸、參考文獻………..23
柒、附錄………..54
ii
表次
表一、物種間互動三種行為階段大致分類與定義………..34 表二、以不同濃度益達胺處理黑棘蟻小型蟻巢之死亡率………..35 表三、以不同濃度益達胺處理黑棘蟻外勤蟻之死亡率………..36 表四、益達胺處理黑棘蟻於 72 小時之 LC1、LC15 及 LC50…………...……..37 表五、第一隻黑棘蟻抵達食物區的時間………..38 表六、不同藥劑處理下，黑棘蟻個體與小型入侵紅火蟻相遇後第一次展現行為模 式之比例 ………..39 表七、不同藥劑處理下，黑棘蟻個體與大型入侵紅火蟻相遇後第一次展現行為模 式之比例 ………..40 表八、個體競爭下火蟻及黑棘蟻死亡率………..41 表九、群體試驗後的黑棘蟻與紅火蟻的死亡率………..42
iii
圖次
圖一、黑棘蟻覓食活動場所……….……….43
圖二、黑棘蟻與入侵紅火蟻個體競爭場示意圖………..44
圖三、黑棘蟻與入侵紅火蟻群體競爭場示意圖………..45
圖四、黑棘蟻於四十八小時間的覓食活動………..46
圖五、黑棘蟻接觸不同濃度處理之益達胺時，黑棘蟻與紅火蟻進入中央食物區的 時間 ………47
圖六、火蟻累積存活率………..48
圖七、黑棘蟻累積存活率……….….49
圖八、火蟻於種間競爭時之死亡地點………..…50
圖九、黑蟻於種間競爭時之死亡地點……….…….………51
圖十、火蟻死亡時間……….………….……52
圖十一、黑棘蟻死亡時間………..………53
iv
誌謝
求學一路走的顛簸，需要學習與感謝的太多。首先要感謝兩位指導教授楊 景程老師與楊恩誠老師，研究的道路是無遠弗屆的，謝謝兩位老師帶我進入螞蟻 與農藥的世界。不僅在學識上，老師在生活上也時常幫助我、開導我。也謝謝兩 位老師仍不記前嫌地教導我這駑鈍的學生。
謝謝 103 的各位，書書函芝世綵鈺芳學姊，小明寄綸宏瑋學長，柏遵其龍 柏瑋，謝謝你們的體貼及包容，給大家添了很多麻煩，很抱歉。謝謝 206 的各 位，與你們相處的時光很快樂，希望大家都能順順利利。
感謝我的家人，曾經半年沒回家的我，是個不孝子，感謝媽媽不停的打電 話騷擾我，讓我知道高雄還有個家等著我回去，感謝爸爸在臉書傳一些商業週刊 的文章，讓我提早了解社會的脈絡。感謝我身邊的朋友，謝謝你們的支持與鼓勵，
我不常顯露悲傷的氛圍，但你們卻能知道我何時憂愁，並適時的給我打氣。除了 謝謝，還是謝謝。
v
摘要
使用殺蟲劑的主要目的為消滅害蟲，但可能會造成其他非標的生物的影響，
如授粉者 (蜜蜂) 或其他捕食性昆蟲。益達胺為目前廣泛使用之系統性殺蟲劑，
作用於昆蟲的尼古丁型之乙醯膽鹼受器 (nicotinic acetylcholine receptor, nAChR)，
導致神經興奮過度 (hyperpolarization) 而麻痺死亡。研究顯示益達胺的亞致死效 應對昆蟲生理與行為會造成影響，其中以造成外勤蜂不正常的覓食行為最為顯著。
但同為社會性昆蟲之螞蟻卻幾乎無此類研究。螞蟻於覓食過程中，可能會直接接 觸環境中殘留之藥劑或取食遭受藥劑污染的昆蟲或物質，使毒性累積於螞蟻體內；
並可能藉由交哺作用 (trophallaxis) 傳遞給幼蟲，進而導致蟻巢衰弱。本研究選 用黑棘蟻 (Polyrhachis dives) 作為研究材料，首先建立黑棘蟻的毒性資料，藉給 予黑棘蟻亞致死濃度 LC1 及 致死濃度 LC15 及 LC50 的益達胺，檢測覓食行為、
行為反應及個體與群體種間競爭的結果是否受到影響。結果顯示益達胺降低黑棘 蟻對食物分子的反應並影響覓食趨勢。覓食時間 (foraging time) 皆無顯著差異，
但在致死濃度 (LC15 及 LC50) 下標準差幅度變大，推測益達胺影響黑棘蟻腦中 的感知系統，導致對外界刺激反應降低。在個體種間競爭部分，無論遭遇 major 或 minor 入侵紅火蟻，致死濃度 (LC15 及 LC50) 的接觸使黑棘蟻侵略行為明顯 下降，亞致死濃度 (LC1) 則無顯著差異，個體競爭死亡率亦無顯著差異。在群 體種間競爭部分，致死濃度的施用造成火蟻存活率上升，亞致死濃度則無顯著差 異。此結果支持益達胺的施用會改變螞蟻的行為及改變種間競爭的結果，推測益 達胺可能影響螞蟻的感知系統或腦中處理行為的區域，進而造成黑棘蟻行為改 變。
關鍵詞：覓食活動、種間競爭、新類尼古丁藥劑、黑棘蟻、亞致死效應、入侵紅 火蟻
vi
Abstract
The purpose of applying insecticide is to control pest, but it may affect other non-target individual, like pollinators or predators. Neonicotinoids, such as imidacloprid, is a systematic insecticide widely used around the world. It acts on nicotinic acetycholine receptor (nAChR) inducing hyperpolarization and death.
Previous studies indicated sublethal effect of imidacloprid could affect behavior of insects. Only few concerned about ant, as one of the important social insects. Ant may contact the residue of insecticide or intake prey killed by insecticide to aggregate insecticide inside the body and pass to the larva through trophallaxis, thus inducing colony collapse eventually. We built oral toxicity data of imidacloprid and tested whether imidacloprid contamination could affect foraging, behavioral reactions and interactions between a native ant Polyrhachis dives and an invasive ant Solenopsis invicta with sublethal (LC1) and lethal concentrations (LC15 and LC50). The results showed that imidacloprid contamination reduces the reactions of P. dives to food signal and affects foraging patterns. The food discovery time was not affected, but dynamic in the lethal concentrations, suggesting that imidacloprid might affect cognitive system in brain and consequently hampers the reactions to stimulus. During interspecific competition at individual level, exposed individuals displayed reduced aggression at lethal concentrations, but not at sublethal concentrations. The mortality of interspecific competition was not affected. During interspecific competition at small colony fragment level, survivorship of fire ants increase in lethal concentrations, but was no significantly affected at sublethal ones. These results suggest that that the exposure of neonicotinoid could affect behaviors of ants and the interspecific interaction outcomes among different species.
Key words: foraging behavior, interspecific competition, neonicotinoid, Polyrhachis dives, Solenopsis invicta, sublethal effect.
1
壹、前言
隨著全世界人口急速上升，糧食需求為目前人類面臨到的重要問題之一，而 化學藥劑的使用為目前保護作物的主要手段。施用殺蟲劑的目的為消滅目標害蟲，
但也會影響到非標的昆蟲例如授粉者蜜蜂或其他捕食性昆蟲。殺蟲劑對殘存個體 造成生理或行為上的影響，稱為亞致死效應 (sublethal effect)，藉由亞致死或致死 劑量或濃度影響昆蟲 (Desneux et al., 2007)。研究指出存在於田間的益達胺濃度約 在 10 µg/kg 以下 (Curé et al., 1999; Schmuck, 1999; Schmuck et al., 2001; Bonmatin et al., 2003; Decourtye et al., 2004a)，此濃度與半致死濃度及致死濃度相距甚遠。但 藉由表面 (topical)、飲食 (dietary) 及殘留 (residual) 等方式，可能使昆蟲接觸到 低濃度或劑量的殺蟲劑，反覆地覓食可能使毒性累積於體內 (Kunkel et al., 2001;
Pareja et al., 2011)。
益達胺 (imidacloprid) 為類尼古丁 (neonicotinoid) 的神經毒殺蟲劑，作用於 菸鹼酸乙醯膽鹼接受器 (nicotinic acetylchloline receptor, nAChR)，使昆蟲神經刺激 麻痺而死 (Yamamoto, 1965; Bai et al., 1991; Tomizawa and Yamamoto, 1992;1993;
Tomizawa and Casida, 2003;2005)。
接觸性及胃毒性的系統殺蟲劑的特性，使其可以經由植物的輸導系統分布全 身。主要防治刺吸式口器害蟲，對節肢動物毒性高，對哺乳類毒性低，因此廣受 害蟲防治市場的喜愛。但益達胺的亞致死效應造成許多昆蟲的行為及生理產生影 響 (Desneux et al., 2007)。
入侵紅火蟻 (Solenopsis invicta) 為立足於台灣的外來入侵種，根據紅火蟻防 治中心的用藥資料，益達胺為防治入侵紅火蟻的推薦藥劑之一，藥劑的撒佈，可 能會使其他螞蟻接觸到益達胺的機會增加。黑棘蟻 (Polyrhachis dives) 為台灣常見 的螞蟻，偏好居住於中空物體內如廢棄竹筒，台灣農民常使用竹筒作為籬笆，增 加黑棘蟻暴露於藥劑的機率。前人研究指出，火蟻發生地區與黑棘蟻族群重疊 (Tsai et al., 2009)，使黑棘蟻可能接觸到益達胺。基於生物抗性的 (biotic resistance)
2
概念，黑棘蟻具有領域性及巡邏之行為，並會主動攻擊入侵紅火蟻，為抵抗火蟻 的潛力物種 (Wu et al., 2013)，可以改善目前防治火蟻面臨的花費昂貴及防治成效 亦受影響等問題。
目前研究多著重於對人類經濟價值高的授粉者蜜蜂身上，對於同為膜翅目的 螞蟻研究則較為少數。本研究首先建立益達胺對黑棘蟻的口服毒性資料，並藉由 給予黑棘蟻不同濃度的益達胺 (LC1、LC15 及 LC50)，觀察益達胺的亞致死效應對 其覓食規律、及個體及群體種間競爭的影響，提供未來藥劑防治害蟲時對本土性 黑棘蟻的影響的科學評估。
3
貳、往昔研究 一、類尼古丁殺蟲劑的特性
類尼古丁殺蟲劑為尼古丁的類似物，主要與生物體中央神經系統的菸鹼酸乙 醯膽鹼接受器 (nicotinic acetylcholine receptor, nAChR) 進行不可逆 (irreversibly) 的結合，由於乙醯膽鹼酯酶無法分解類尼古丁，使其對菸鹼酸乙醯膽鹼接受器產 生持續的神經刺激，使生物麻痺、痙攣或興奮而死亡 (Yamamoto, 1965; Bai et al., 1991; Tomizawa and Yamamoto, 1992, 1993; Tomizawa and Casida, 2003, 2005)。由於 類尼古丁殺蟲劑對昆蟲的菸鹼酸乙醯膽鹼接受器親和力較脊椎動物的高，使其對 哺乳類的毒性較低，對節肢動物例如昆蟲等毒性較高 (Liu and Casida, 1993;
Yamamoto et al., 1995; Tomizawa et al., 2000; Matsuda et al., 2001; Tomizawa and Casida, 2003, 2005)。由於此特性，類尼古丁殺蟲劑被廣泛使用於植物保護上。
最早合成出的類尼古丁殺蟲劑為 nithiazine
[2-(nitromethylene)-tetrahydro-1,3-thiazine]，其有效成分為 nitromethylenen，由於對 光的穩定性不佳，無法被作為商品化殺蟲劑 (Schroeder et al., 1984; Sattelle et al., 1989; Mullins, 1993; Kagabu and Medej, 1995; Kagabu, 1997)。益達胺 [imidacloprid, 1-(6-chloronicotinyl)-2-(nitroimino)-imidazolidine] 問世之後，因其對光的穩定性佳 (Moriya et al., 1992; Mullins, 1993; Kagabu and Medej, 1995; Kagabu and Akagi, 1997;
Matsuda et al., 2001) 及毒性對昆蟲較哺乳類佳等特性，使其在害蟲防治市場上成 為熱門商品 (Liu and Casida, 1993; Kagabu and Medej, 1995; Kagabu, 1997; Kagabu and Akagi, 1997; Nauen et al., 2001; Tomizawa and Casida, 2003)。但近期的文獻指出，
益達胺的使用對哺乳類的神經系統可能會造成影響 (Kimura-Kuroda et al., 2012)。
益達胺為具有胃毒性及接觸性之系統性殺蟲劑，並且具有可溶於水的特性 (610mg/L, 20℃)，因此得以用於進於種子處理、粒劑施用、葉面噴灑及土壤施用的 方式進行害蟲防治 (Elbert et al., 1990)。益達胺主要針對半翅目與纓翅目等刺吸式 口器之昆蟲，例如葉蟬、蚜蟲、薊馬、介殼蟲及粉蝨，對咀嚼式昆蟲，例如鱗翅
4
目幼蟲及鞘翅目昆蟲也具有良好的防治效果。但益達胺對線蟲及螨類則效果不佳。
除了殺蟲效果外，益達胺也具有殺卵效果 (Elbert et al., 1991)。
二、益達胺對昆蟲的毒性評估
評估殺蟲劑對於標的物的毒性在過去常使用半數致死量 (the median lethal dosage, LD50) 及半數致死濃度 (the median lethal concentration, LC50) 作為主要毒 性指示，但亞劑量的濃度或劑量 (sublethal concentration or dose) 也需列入考慮範 圍。亞劑量的濃度雖然不會直接造成昆蟲的死亡，卻有可能造成昆蟲行為的改變。
無論是致死濃度或是亞致死劑量都可能影響昆蟲的行為，稱為亞致死效應
(sublethal effect)，其定義為殺蟲劑 (濃度可為亞致死或致死) 對接觸過殺蟲劑的殘 存個體產生生理或行為上的影響 (Desneux et al., 2007)。
許多研究指出，益達胺存在於環境中的土壤、花粉及花蜜中，其濃度約在 10 μg/kg 以下，因此在野外實際的狀況下，昆蟲並不會接觸到達半數致死劑量或濃度 等致死劑量 (Curé et al., 1999; Schmuck, 1999; Schmuck et al., 2001; Bonmatin et al., 2003; Decourtye et al., 2004a)。類尼古丁殺蟲劑作用為不可逆之特性，因此對昆蟲 的毒性是具累積性的 (Rondeau et al., 2014)。根據前人報告指出，衰弱的蜂群 (depopulated beehives) 所居住的蜂巢及內部的蜂蠟有相對高的益達胺殘留 (Pareja et al., 2011)，表示野外殘留的低濃度益達胺，可能會經由外勤昆蟲的日常活動帶入 而累積於巢內。然而社會性昆蟲 (蜜蜂及螞蟻) 的數量龐大，藉由大量外勤昆蟲進 行覓食活動以支持巢內同伴的需求。藥劑的施用使非標的昆蟲可能藉由表面 (topical)、飲食 (dietary) 及殘留 (residual) 等方式接觸到野外殘留的殺蟲劑 (Kunkel et al., 2001)，外勤昆蟲於野外反覆地覓食，進而增加接觸環境中低濃度的 益達胺的機率，且可能會導致毒性的累積，或者藉交哺行為 (trophallaxis) 將含有 益達胺的食物傳遞給幼蟲，進而導致蟻群衰弱。
二、益達胺對昆蟲的影響
自從 1994 年開始，法國發現蜜蜂取食向日葵園中之花蜜後產生不正常的行
5
為，例如蜂群衰弱、歸巢失敗及蜂產品產量減少，原因可能與大量使用益達胺處 理過的向日葵種子 (Gaucho® ) 進行種植有關。研究顯示，益達胺於向日葵的輸導 系統移行並擴散到各個部位，造成取食向日葵之昆蟲，接觸益達胺藥劑後死亡 (Schmuck, 1999; Schmuck et al., 2001)。此事件也導致全球開始注意益達胺對蜜蜂的 影響。
1.蜜蜂 (Apis mellifera)
由於蜜蜂對農業及生態系統非常重要 (Klein et al., 2007; Kremen et al., 2007)，
且近幾年發生的蜂群衰竭失調症候群 (Colony collapse disorder, CCD) (Stokstad, 2007) 可能與蜜蜂暴露在化學藥劑中有關 (Thompson, 2003; Desneux et al., 2007)，
使許多與益達胺相關的研究多著重在西方蜂身上。
過去研究亞致死效應對蜜蜂的影響，分成行為及生理兩部分。在行為部分，
若蜜蜂口服攝入 100 μg/kg 及 500 μg/kg 的益達胺蔗糖溶液後，會造成其移動能 力及溝通能力下降，進而影響蜜蜂的群體行為 (Medrzycki et al., 2003)；取食益達 胺濃度為 0.5 μg/L 和 5 μg/L 的蔗糖溶液會造成蜜蜂採集花粉的頻率改變和封蓋 率下降 (Faucon et al., 2005)；若取食含 6-100 μg/kg 益達胺的 50% 蔗糖溶液會影 響蜜蜂的採集活動力及頻率 (Bortolotti et al., 2003; Decourtye et al., 2003; Colin et al., 2004; Ramirez-Romero et al., 2005)；使用濃度 50 μg/L 食物給予蜜蜂取食，會 造成蜜蜂產生不正常的行為 (人工餵食器與蜂巢的往返時間拉長) (Yang et al., 2008)；給予益達胺 1.5 ng/bee 劑量會導致外勤蜂的覓食活動的減少及更長的覓食 飛行時間 (Schneider et al., 2012)；給予蜜蜂含有 100 ppb 或 500 ppb 益達胺的蔗 糖溶液 30-60 分鐘後，會使蜜蜂的活動性及溝通能力下降 (Medrzycki et al., 2003)；
取食益達胺濃度為 6 μl/kg 的糖水會造成外勤蜂中取食糖水的比例降低 (Colin et al., 2004)。給予蜜蜂 500 ppb 及 100 ppb 益達胺蔗糖溶液取食，待 30-60 分鐘後 使蜜蜂覓食，會造成蜜蜂於野外消失 (Bortolotti et al., 2003)。
在生理的部分，濃度為 12-24 μg/kg 的益達胺會損害嗅覺學習能力(Decourtye
6
et al., 2003; Decourtye et al., 2004a)；益達胺劑量為 12 ng/bee 會影響蜜蜂的中期嗅 覺記憶 (medium-term olfactory memory) (Decourtye et al., 2004a)；給予幼蟲含 0.04 ng/larva 及 0.4 ng/larva 劑量的益達胺的糖水，會使其羽化後學習能力下降 (Yang et al., 2012)；研究指出，在益達胺含量高的蜂巢中，會出現羽化日期延後的現象，
另外也會造成蜜蜂壽命縮短及生存率降低 (Woyciechowski and Moron, 2009; Wu et al., 2011)；餵食幼蟲含 5 μg/L 益達胺的食物會造成發育遲緩 (Decourtye and Devillers, 2010)；給予幼蟲 24 ng/larva 劑量的益達胺會造成其封蓋率下降 (Yang et al., 2012)；在益達胺殘留量為 45 ng/g 的蜂巢中，發現幼蟲出現發育遲緩現象 (Wu et al., 2011)。
2.其他昆蟲
除了蜜蜂的研究為大宗外，過去益達胺的亞致死效應對昆蟲的研究，多著重 在害蟲上。
在行為影響部分，南方散白蟻 (Reticulitermes virginicus) 接觸到經過濃度為 100 ppm 益達胺處理的土壤後，挖隧道的行為降低 (Thorne and Breisch, 2001)；以 10 ng/insect 劑量滴定於切葉蟻 (Acromyrmex subterraneus subterraneus) 背板上會 造成清潔行為頻率降低 (Galvanho et al., 2013)；某單家蟻 (Monomorium
antarcticum) 接觸到濃度為 1 μg/mL 益達胺會使侵略行為降低 (Barbieri et al., 2013)；入侵紅火蟻接觸到 0.01 μg/mL 益達胺會增加挖隧道活動，0.25 μg/mL 會 減少挖隧道及覓食行為 (Wang et al., 2015a)；某步行蟲 (Harpalus pennsylvanicus) 接觸到施用 0.336 g [AI]/ha 益達胺的草皮會產生麻痺、不正常行走及過度的清潔 行為 (Kunkel et al., 2001)。菸草粉蝨 (Bemisia tabaci) 取食經過益達胺濃度為 8.59 ppm (LC20) 及 30.86 ppm (LC40) 處理的葉子，蜜露排放量及產卵量降低，接觸到 LC40 濃度使 F1 子代雌性的數量降低 (He et al., 2011; Barbieri et al., 2013)。拒食效 應 (antifeedant effect) 也在許多昆蟲身上觀察到，例如入侵紅火蟻取食 0.01 μg/mL 益達胺後造成其糖水消耗量減少 (Wang et al., 2015a)；0.5 ppm 的益達胺處理後植
7
株造成菸草粉蝨的拒食效應 (Nauen et al., 1998)；桃蚜 (Myzus persicae) (Sulzer) 接 觸 0.08 mg/L (LC15) 益達胺濃度會造成蜜露分泌量下降及產生可逆的拒食效應 (Nauen, 1995)；煙草蚜蟲 (M. nicotinae Blackman) 接觸 0.0272 mg/L 產生拒食行為 (Devine et al., 1996; Nauen and Elbert, 1997)。
在生理影影響部分，光間星天牛 (Anoplophora glabripennis (Motschulsky)) 雌 蟲每日接觸 10 ppm 或 30 ppm 益達胺，造成卵孵化率下降 (Ugine et al., 2011)。某 無螫蜂 (Melipona quadrifasciata anthidioides) 接觸 100 ppm 會影響腦部發育及死 亡率 (Tome et al., 2012)；阿根廷蟻 (Linepithema humile) 接觸到濃度為 1 μg/mL 益 達胺 造成 F1 子代數目下降 (Barbieri et al., 2013)；以 5.25 g/100L 濃度的益達胺 處理雌性菸草蚜蟲及桃蚜 (M. persicae (Sulzer)) 造成繁殖力下降 (Devine et al., 1996)；台灣黑尾葉蟬 (Nephotettix virescens (Distant) 及偽黑尾葉蟬 (N. cincticeps Uhler) 接觸 0.01 ppm 益達胺，造成繁殖力下降 (Widiarta et al., 2001)；褐飛蝨 (Nilaparvata lugens) 接觸 0.09ng/insect (LD20) 劑量的益達胺造成繁殖力下降 (Bao et al., 2009)；中黑苜蓿盲蝽 (Adelphocoris saturalis (Jakovlev)) 接觸 6.524 μg/mL 的益達胺造成繁殖力下降 (Li et al., 2008)；以 0.1 μg/mL 的益達胺濃度處 理柑橘木蝨 (Diaphoraina citri Kuwayama) 造成壽命、繁殖力及幼蟲存活及發育率 降低 (Boina et al. 2009)；0.25 μg/mL 的益達胺會顯著地使撫育能力下降，並造成 卵孵化數量及化蛹數量下降 (Wang et al., 2015b)。
益達胺的亞致死效應不只對昆蟲造成負面效果，過去研究顯示低濃度益達胺 可能會造成特定害蟲生殖率或產卵量的增加。在桃蚜的例子中，接觸 0.1-30 μg/mL 的益達胺後，會刺激生殖量 (Cutler et al., 2009)；二點葉螨 (Tetranychus urticae Koch) 接觸或取食以濃度為 0.011 [AI] 或 0.013 [AI] 益達胺施用後的植物會刺激 生殖率和壽命 (James and Price, 2002)；三化螟 (Tryporyza incertulas (Walker)) 接觸 經過 22.5 g [AI]/ha 的益達胺噴灑的水稻會增加繁殖率 (Wang et al., 2005)；以 0.0053% [AI] 益達胺施用於田間則會提高某鈍綏蟎 (Amblyseius victoriensis)
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(Acari: Phytoseiidae) 的產卵量 (James, 1997)。
四、黑棘蟻的生物學及重要性
許多益達胺亞致死效應的研究都與授粉者蜜蜂或農業害蟲相關，但在扮演重 要生態指標之螞蟻卻少有相關涉獵 (Ellison et al., 2007; Gerlach et al., 2013)，因此 本研究以台灣常見之黑棘蟻作為實驗材料，以評估益達胺對螞蟻之亞致死效應的 全面性調查。
黑棘蟻 (gray-black spiny ant, GBSA, Polyrhachis dives) 屬於膜翅目，蟻科，
棘山蟻屬，屬於樹棲及地棲性的螞蟻。分布範圍廣布於東南亞、日本、台灣及中 國南方等的，在台灣為低海拔常見物種，可於平原、丘陵等地形觀察到其族群。
黑棘蟻具有編織行為，其幼蟲會吐絲 1-3 個星期，成蟲會利用幼蟲製造的絲與廢 棄植株與土壤粒子結合，加強巢內結構。蟻巢常建築於葉子、雜草及樹枝間。在 田間觀察下，黑棘蟻常築巢於具有中空結構之物體，例如塑膠管、廢棄竹筒或飲 料罐。黑棘蟻常觀察到與蚜蟲科 (Aphidae)、介殼蟲科 (Coccidae)、粉介殼蟲 (Pseudococcidae) 及角蟬科 (Membracidae) 等昆蟲產生共生行為 (Liefke et al., 1998)。
基於生物抗性 (biotic resistance) 的概念，具有生物抗性的潛力物種可以提升 環境抵抗外來物種的能力，以及降低入侵物種定植成功機率 (Elton, 2013)。研究指 出，黑棘蟻具有主動攻擊入侵紅火蟻之趨勢，並且因為其領域性及主動巡邏 (patrolling) 等特性，可於入侵紅火蟻初期建立族群時利用攻擊或競爭的方式下降 其族群密度 (Wu et al., 2013)。台灣目前入侵紅火蟻的防治策略主要為大量且密集 地撒布餌劑。根據國家紅火蟻防治中心的用藥資料，益達胺為防治入侵紅火蟻的 推薦藥劑之一，並且入侵紅火蟻發生的區域往往可見黑棘蟻族群的存在 (Tsai et al., 2009)。因此防治入侵紅火蟻的同時，黑棘蟻可能會受到益達胺的影響。除此之外，
先前提到益達胺主要用來防治刺吸式口器的害蟲，研究指出黑棘蟻常與此類昆蟲
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具有共生關係 (Liefke et al., 1998)，若共生昆蟲取食系統性藥劑處理的作物，黑棘 蟻接觸共生昆蟲蟲體或蜜露時，也可能受到藥劑影響。
五、化學藥劑對種間競爭的影響
先前提到益達胺的亞致死效應對殘存個體產生理及行為上的影響。然而行為 改變可能對群體造成廣泛的影響 (Wolf and Weissing, 2012)。對社會性昆蟲而言，
競爭資源的行為常與群落大小 (colony size) 與行為可塑性 (behavioural plasticity) 有密切的關係 (Sagata and Lester, 2009)。接觸到殺蟲劑所導致的行為改變足以改變 種間交互關係 (interspecific interactions) 的結果。在阿根廷蟻與某單家蟻的例子中，
接觸到益達胺會改變侵略行為的比例，進而改變兩物種間的交互作用 (Barbieri et al., 2013)。
不同種類的昆蟲具有不同的食物偏好，在螞蟻這個大群體 (community) 裡，
有些種類偏好特定的植物部位 (如：種子)，或藉由共生生物 (如蚜蟲) 直接獲取植 物物質，或在大自然中擔任捕食者的角色 (Lester et al., 2003; Cerda et al., 2013)。
種類間食物的偏好可能造成對釋放或殘留於野外的化學物質如殺蟲劑，具有不同 的接觸程度。資源的競爭實質上影響許多生物體的適存度 (fitness)，包含社會性昆 蟲螞蟻 (Cerda et al., 2013)。接觸到殺蟲劑所導致的行為改變足以改變種間交互關 係的結果。本土種與外來種的交互關係可能與此種改變具有關聯性。若此種效應 於本土種及外來種的交互關係間產生放大，將會對生態多樣性及全球變遷造成重 大的問題。
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參、材料與方法 一、試驗昆蟲採集及飼養
本研究以黑棘蟻作為研究昆蟲，採集地點為新北市林口，因其蟻巢常築於中 空物體的內部 (例如竹筒、塑膠桶或中空木頭內)，故從採集地帶回實驗室後進行 蟻巢分離，並提供 50 mL 塑膠管離心管作為蟻巢，以利實驗進行。塑膠離心管置 於塑膠盆內，並在盆內邊緣塗上 fluon (東昇化工) 避免黑棘蟻脫逃。
黑棘蟻飼養於 28 ± 1℃ 及 12L：12D 光週期之溫控生長箱。每日提供適量 水分，以維持蟻巢濕度。另外將水分裝載至 50 mL 塑膠離心管並以棉花充填，作 為水分來源，食物來源則提供蜂蜜布丁、10% 糖水作為碳水化合物來源，冷凍蟋 蟀作為蛋白質來源，平均三到四天清理蟻巢廢棄物及補充所需食物。
二、口服毒性資料建立
本研究為觀察益達胺的亞致死效應對黑棘蟻的影響，故使用不同濃度的益達 胺對黑棘蟻進行致死率的觀察。目前尚未有研究關於黑棘蟻的口服毒性資料，本 研究將建立益達胺對黑棘蟻的口服毒性資料。
(一) 藥劑配置
益達胺 (95% TG, Bayer Cropscience AG) 為粉末狀，需溶解於 acetone (>99.5%, LCY Chemical Co.) 或 dimethylsulfoxide (DMSO, MP Biomedical) 等有機 溶劑中。在先前的研究指出，蜜蜂攝食丙酮之後，覓食活動會受到影響，反之，
取食 0.1% DMSO 之後，覓食活動則無被影響 (Yang et al., 2008)。在前測試中，
觀察到與 DMSO 混合的糖水對於黑棘蟻並無產生忌避作用，因此本研究選擇 DMSO 作為溶解益達胺的有機溶劑。
以電子分析天平 (精確度為 0.1 mg) 秤量出 10 mg 的益達胺粉末，將之加入 10 mL 的 DMSO 的溶液中，得到濃度為 1 mg/mL 的益達胺溶液，此溶液將作為 保存溶液 (stock)。將保存溶液稀釋 10 倍，配置成 100 μg/mL 作為中間濃度
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(intermediate concentration) 溶液，以利後續的配藥進行。
(二) 口服毒性試驗
本實驗利用提供含有益達胺的糖水 (10 %)，使黑棘蟻攝食益達胺至體內，以 建立益達胺對黑棘蟻的口服毒性。
將小型蟻巢 (ant-colony fragment，含 100 隻工蟻及 1 隻蟻后) 或 50 隻外 勤蟻放置於塗有 fluon 的塑膠盆中，盆內含有塑膠管作為簡易蟻巢，每日提供食 物及水分。每個小族群會飼養至少三天後進行實驗。將小型蟻巢及外勤蟻進行 48 小時飢餓處理 (不提供水)，確保每個組別間具有相同的飢餓程度。飢餓處理後，
提供含有益達胺的糖水，並在 24 小時後移除，計算提供藥劑後 24、48 及 72 小 時的黑棘蟻死亡率及蟻后狀態。
根據前試驗的資料，挑選的濃度依據為最高濃度需造成黑棘蟻高於 80% 死 亡率，最低濃度需造成黑棘蟻低於 20% 死亡率。小型蟻巢提供的益達胺濃度分別 為 10、8、5、4、2、1、0.6 及 0.5 µg/mL。外勤蟻提供益達胺濃度分別為 4、2.67、
1.77、1.18 及 0.79 µg/mL；0.5% DMSO 及 10% 糖水 (sugar water) 為對照組。
本實驗為了決定行為檢測所使用的濃度，具有行走能力的個體視為存活個體，
無法行走的個體視為死亡個體。
(三) 濃度挑擇
殺蟲劑的施用不僅對標的害蟲直接造成族群量的改變，也會對其生理及行為 產生不直接的影響。亞致死效應 (sublethal effect) 定義為殺蟲劑施用後對存活個體 的生理或行為上的影響，殺蟲劑的濃度或劑量可為亞致死或致死 (Desneux et al., 2007)。在本研究中，選用與控制組死亡率無顯著差異的 LC1 作為亞致死濃度及 與控制死組亡率具顯著差異的 LC15 及 LC50 作為致死濃度，這三種濃度作為評 估益達胺對黑棘蟻的亞致死效應。
三、覓食活動檢定
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本實驗為檢測益達胺是否對覓食活動產生影響，將觀察接觸益達胺後的黑棘 蟻覓食規律及食物搜尋能力是否產生改變。
將小型蟻巢進行口服毒性實驗，待 72 小時後 (亦即飢餓處理 48 小時)，挑 選 100 隻黑棘蟻 (外勤蟻與內勤蟻比例為 3:7) 及一隻蟻后，置於含有一根透明塑 膠管 (以鋁箔紙包裹) 的塑膠盆內。將 1 公尺長的塑膠管與塑膠盆及食物區進行 連結 (圖一)。先前研究指出，食物的大小會影響軌跡費洛蒙 (trail pheromone) 留 下的次數及招喚的外勤蟻數量 (Mercier and Lenoir, 1999)。為了減少因食物體積或 重量的不同造成的差異，各組提供的食物體積及重量均一致。以攝影機記錄 48 小 時，紀錄第一隻黑棘蟻抵達食物的時間及每十分鐘食物區的黑棘蟻數量。覓食螞 蟻判定的基準為計算在食物上之個體。
四、不同藥劑對黑棘蟻與入侵外來種螞蟻間個體種間競爭
Rao & Vinson (2009) 表示單隻工蟻個體間的互動能推測螞蟻族群間的互動，
並提出行為趨勢判定基準 (Rao and Vinson, 2009)，經過統計分析可歸納出三種行 為模式 (攻擊、防禦及擾動)，藉 Wu et al. (2013) 修改自 Rao & Vinson (2009) 提 出的行為趨勢判定基準 (表一)，以三種模式詮釋黑棘蟻與入侵外來種螞蟻彼此接 觸所採用的行為策略。在田間觀察下，黑棘蟻與入侵紅火蟻的領域有重疊性 (Tsai et al., 2009)，故使用紅火蟻作為與黑棘蟻競爭的對象。另外，由於外勤蟻有較高機 率與其他種螞蟻進行互動，本實驗採用的螞蟻皆為外勤蟻。
以直徑五公分的塑膠培養皿作為互動地點，邊緣塗上 fluon 避免螞蟻逃出，
利用毛筆將入侵紅火蟻個體移至培養皿上，將經過藥劑處理的黑棘蟻放入直徑三 公分的 50 mL 離心管，管壁內塗上 fluon，倒置於培養皿 (圖二)。靜置十分鐘後，
將倒置的離心管移除，使黑棘蟻與入侵紅火蟻個體進行互動並記錄之。此試驗使 用三巢不同藥劑處理的黑棘蟻各三十隻，與來自同一巢之入侵紅火蟻進行互動，
由於入侵紅火蟻工蟻為工蟻多態型 (polymorphism)，體長為連續分佈，先前研究
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指出，黑棘蟻遭遇不同體型的入侵紅火蟻所表現的攻擊行為比例會改變 (Wu et al., 2013)，故我們使用體長大於 3 mm 者 (major) 及體長小於 3 mm 者 (minor)，紀 錄兩蟻互動之後的受傷情況與死亡比例。
黑棘蟻與入侵紅火蟻個體競爭在各組間行為展現的次數不一致，另外，兩蟻 遭遇所展現特定行為類型 (侵略或非侵略行為) 多寡也不同，因此本研究選用黑棘 蟻與入侵紅火蟻第一次遭遇的所展現的行為進行分析。
五、不同藥劑對黑棘蟻與入侵外來種螞蟻間群組種間競爭
本實驗為評估益達胺的亞致死效應對螞蟻種間競爭結果及競爭領域是否具有 影響。為了模擬入侵紅火蟻再入侵 (re-invasion) 之情形，入侵紅火蟻之新建族群 從鄰近區域移入，因此未受藥劑影響。在藥劑防治區的黑棘蟻已先受到藥劑影響，
因此本實驗僅對黑棘蟻接觸益達胺。入侵紅火蟻族群含有 1 隻蟻后、20 隻工蟻，
及 10 隻幼蟲，經過藥劑處理的黑棘蟻群體含有 80 隻工蟻，及一隻蟻后。兩群 體皆進行三天飢餓處理，供應水分但不提供食物。競爭場地為三個塑膠容器組成 (圖三)，邊緣皆塗上 fluon 避免螞蟻逃脫，將兩蟻種置於兩邊的塑膠容器，中間為 中央覓食區，含有蟋蟀及蜂蜜果凍作為食物來源，以 50 公分塑膠通道連接三個 容器。實驗開始兩小時內，每十五分鐘記錄一次螞蟻死亡率，之後每小時記錄一 次，記錄至九小時。另外，紀錄工蟻之死亡位置 (火蟻蟻巢、黑棘蟻蟻巢及中央覓 食區)。
六、統計分析 口服毒性資料建立
若控制組的死亡率介於 5 - 20 %，則藥劑對標的物的死亡率將使用 Abbott’s formula 公式進行校正 (Abbott, 1925)。若控制組的死亡率低於 5%，則可忽視且 不須校正。若控制組死亡率高於 20 %，則此實驗數據將不列入計算。
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黑棘蟻的死亡率使用 Polo Plus 2.0 (LeOra Software, 1987) 統計軟體，進行概 率分析 (Probit analyze)，並將控制組的死亡個體 (nature response) 作為一參數，計 算黑棘蟻小型蟻巢及外勤蟻之半數致死濃度 (the median lethal concentration, LC50)，
利用半數致死濃度進行藥劑試驗，數據結果使用卡方檢定 (Chi-square test) 檢測 LC50 與半數死亡率是否具有顯著差異。若無顯著差異，則使用 Polo Plus 計算小 型蟻巢及外勤蟻之 LC1 及 LC15。
覓食活動檢定
使用單因子變異數分析 (one-way ANOVA)，當有顯著差異時，再用事後檢定 之最小顯著差異 (Least-Significant Difference tests (LSD)) 法比較處理間之差異性 顯著。
不同藥劑對黑棘蟻與入侵外來種螞蟻間個體種間競爭
使用單因子變異數分析 (one-way ANOVA)，當有顯著差異時，再用事後檢定 之最小顯著差異 (Least-Significant Difference tests (LSD)) 法比較處理間之差異性 顯著。
不同藥劑對黑棘蟻與入侵外來種螞蟻間群組種間競爭
使用單因子變異數分析 (one-way ANOVA)，當有顯著差異時，再用事後檢定 之最小顯著差異 (Least-Significant Difference tests (LSD)) 法比較處理間之差異性 顯著。
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肆、結果 益達胺對黑棘蟻的口服毒性
本研究利用將益達胺與 10% 糖水混合的方式，使螞蟻口服攝入益達胺，建 立益達胺對黑棘蟻的口服毒性資料。小型蟻巢控制組死亡率於 24、48 及 72 小 時處理後分別為 0、0.22 及 0.22%，外勤蟻控制組死亡率為 0%、0% 及 0%，皆 低於 5%，因此死亡率校正可省略。
益達胺對小型蟻巢的致死率如表二所示。於處理後的 24、48 及 72 小時，5 µg/mL 以上的濃度造成小型蟻巢 80% 以上的死亡率。1 µg/mL 以下的濃度造成 30% 以下的死亡率。本試驗各組濃度在 24、48 及 72 小時皆無顯著差異，但 2 µg/mL 在 24 及 72 小時的死亡率具有顯著差異，死亡率分別為 73.05% 及 24.5%，該濃度呈現隨處理後時間增長，死亡率下降的結果，表示黑棘蟻之行走能 力隨處理後的時間變長而有回復的現象。因此選用 72 小時的口服毒性資料進行 概率分析。益達胺對蟻后的中毒症狀，提供益達胺為 1 µg/mL 以上的濃度，會造 成黑棘蟻蟻后死亡及抽蓄行為，提供 0.6 µg/mL 以下的濃度，蟻后仍能正常行走 (附錄一)。
益達胺對外勤蟻的致死率如表三所示，於處理後的 24、48 及 72 小時，2.67 µg/mL 以上的濃度造成大於 60% 的死亡率。1.18 µg/mL 以下的濃度造成小於 50% 的死亡率。本試驗各組濃度在 24、48 及 72 小時皆無顯著差異。
概率分析的結果如表四所示，小型蟻巢之 LC1、LC15 及 LC50 分別為 0.42、
1.20 及 2.92 µg/mL。外勤蟻之 LC1、LC15 及 LC50 分別為 0.17、0.63 及 1.83 µg/mL。益達胺對黑棘蟻小型蟻巢及外勤蟻的反應曲線於附錄一及二所示。
覓食活動檢定
本研究使用不同益達胺濃度處理黑棘蟻之小型蟻巢，檢測黑棘蟻的覓食行為 是否受到新類尼古丁藥劑的影響。覓食規律結果如圖四所示，10% sugar water 及
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0.5% DMSO 的外勤蟻的數量在試驗開始後，食物區的黑棘蟻數量上升，到接近下 午一點時達到覓食高峰後開始下降，到晚上七點達到覓食數量最低點。益達胺處 理組 (LC1、LC15及 LC50) 的外勤蟻對試驗開始的食物反應較弱，外勤蟻覓食的數 量上升幅度較 10% sugar 及 0.5% DMSO 低。直到第二天早上七點，外勤蟻數量 有逐漸上升的趨勢，表示黑棘蟻的覓食能力受到影響。另外，黑棘蟻在第二天晚 上七點的覓食低峰期，外勤蟻數量下降，但在益達胺處理組 (LC50) 並無下降趨勢，
到接近凌晨一點數量下才產生少許下降趨勢。
黑棘蟻食物探索時間如表五所示，花費的平均秒數 10% sugar water 為 118.33 ± 64.29 秒，0.5% DMSO 為 165.5 ± 77.33 秒，LC1 為 248.86 ± 112.64 秒，
LC15 為 444.29 ± 785.78 秒，LC50 為 603.83 ± 463.57，結果顯示黑棘蟻抵達食物 區的時間在不同處理間沒有顯著差異 (one-way ANOVA, p>0.05)，但隨著處理的益 達胺濃度上升，平均時間呈現變長的趨勢。並在處理組 (LC15 及 LC50) 中觀察到 標準差浮動變大的現象。
不同藥劑對黑棘蟻與入侵外來種螞蟻間個體種間競爭
在行為紀錄的部分，依照 (Wu et al., 2013) 修改自 Rao & Vinson (2009) 提出 的螞蟻種間行為階段分類與定義表格以紀錄黑棘蟻與火蟻展現的行為模式 (表一)。
將攻擊模式歸類為侵略行為 (aggressive)，防禦及擾動行為歸類為非侵略行為 (non-aggressive)，以利結果分析。
個體種間競爭實驗的數據統計可分為四種狀況，由於兩蟻相遇所展現的行為 模式為獨立事件 (Wu et al., 2013)，可分為黑棘蟻遭遇 minor 入侵紅火蟻後黑棘蟻 或火蟻的行為展現及黑棘蟻遭遇 major 入侵紅火蟻後黑棘蟻或火蟻的行為展現。
結果顯示黑棘蟻遭遇 minor 或 major 入侵紅火蟻在控制組 (10% sugar water 及 0.5% DMSO) 呈現的侵略行為皆高於非侵略行為 (表六及表七)，反之，入侵紅火 蟻遭遇黑棘蟻呈現的侵略行為皆低於非侵略行為 (表六及表七)，但 major 入侵紅
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火蟻展現的侵略行為比例高於 minor 火蟻 (表七)。
黑棘蟻接觸益達胺藥劑後，遭遇 minor 入侵紅火蟻的部分，黑棘蟻在不同濃 度間呈現的行為比例具有顯著差異 (one-way ANOVA, p<0.05)，事後檢定顯示 10%
sugar water、0.5% DMSO 及亞致死濃度 (LC1) 間無顯著差異，但致死濃度 (LC15
及 LC50 ) 與控制組 (10% sugar water 及 0.5% DMSO) 及亞致死濃度 (LC1) 呈 現顯著差異 (表六)。相反地，入侵紅火蟻遭遇不同濃度處理的黑棘蟻呈現的行為 比例沒有顯著差異 (one-way ANOVA, p>0.05)。遭遇 major 入侵紅火蟻的部分，黑 棘蟻在不同濃度間呈現的行為比例具有顯著差異 (one-way ANOVA, p<0.05)，事後 檢定顯示致死濃度 (LC15 及 LC50 ) 與控制組 (10% sugar water 及 0.5% DMSO) 及亞致死濃度 (LC1) 呈現顯著差異 (表七)。無論體型大小，入侵紅火蟻遭遇不同 濃度處理的黑棘蟻呈現的行為比例沒有顯著差異 (one-way ANOVA, p>0.05)。結果 顯示益達胺造成黑棘蟻對 minor 及 major 入侵紅火蟻所展現的侵略性行為比例 下降。
兩蟻交互作用發生後，個體競爭死亡比例的部分，結果顯示黑棘蟻遭遇 minor 或 major 火蟻，入侵紅火蟻的傷亡率皆高於黑棘蟻。入侵紅火蟻死亡率在 LC15 及 LC50 有下降的趨勢 (表八)。
不同藥劑對黑棘蟻與入侵外來種螞蟻間群組種間競爭
當通道設置完成，黑棘蟻首先抵達中央食物區且迅速地招募巢內同伴，入侵 紅火蟻較慢抵達中央食物區 (圖五)，覓食頻率較低且招募低數量的巢內同伴。黑 棘蟻佔領中央食物區後，便開始探索入侵紅火蟻巢並對遭遇到的火蟻展開攻擊。
經過九小時的種間競爭，入侵紅火蟻及黑棘蟻的存活率與時間之趨勢圖如圖 六及七所示。黑棘蟻及入侵紅火蟻在群體競爭結束後之累積死亡率如表九所示。
結果顯示入侵紅火蟻的死亡率皆高於黑棘蟻。
黑棘蟻接觸不同濃度益達胺後與未接觸藥劑的入侵紅火蟻進行群體種間競爭，
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結果呈現入侵紅紅火蟻之存活率在黑棘蟻以不同濃度益達胺處理組間呈現顯著差 異 (one-way ANOVA, p<0.05)，事後檢定顯示以致死濃度 (LC15 與 LC50) 處理組 造成入侵紅火蟻之存活率與亞致死濃度 (LC1) 及控制組 (10% sugar water 及 0.5% DMSO) 造成的死亡率顯著地下降，而接觸藥劑之黑棘蟻的死亡率於不同處 理下無顯著差異 (表九)。
進一步評估兩種螞蟻於不同處理下之死亡分布情形評估其發生交互作用之主 要場域，結果顯示入侵紅火蟻死亡率主要發生於中央食物區與入侵紅火蟻巢中 (圖 八)；黑棘蟻的死亡分布主要發生於中央食物區與入侵紅火蟻巢中 (圖九)，顯示兩 蟻產生攻擊或競爭之交互行為主要場域為中央食物區與入侵紅火蟻巢為主。然而 不同藥劑處理下並未造成其死亡分布產生改變 (圖八及九)。值得一提的是，在兩 組 LC50 處理組中，觀察到入侵紅火蟻進入黑棘蟻巢的情況發生，造成入侵紅火 蟻死亡分布於黑棘蟻巢 (圖八)。
在死亡時間部分，結果顯示火蟻死亡率大部分發生在試驗開始後兩小時內 (圖十)；黑棘蟻死亡率大部分發生於試驗開始後三到六小時 (圖十一)，由於黑棘蟻 體型上的優勢使攻擊後會立即造成火蟻致命的傷亡，入侵紅火蟻在體型上的劣勢，
並不會造成黑棘蟻致命的死亡，使死亡時間延後三至六小時，然而不同藥劑處理 下並未造成死亡時間的改變 (圖十及十一)。
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伍、討論 覓食活動
本論文藉給予黑棘蟻小型蟻巢不同濃度 (LC1、LC15 及 LC50) 的益達胺糖水，
檢測覓食活動是否受到影響，自實驗結果中發現，益達胺的接觸，會造成黑棘蟻 對食物刺激後的覓食數量上升幅度下降。黑棘蟻前往食物區覓食的可能原因有兩 個，第一，受到食物分子刺激後前往食物區覓食。第二，接收到同伴的化學軌跡 (chemical trail) 後招喚至食物區覓食。黑棘蟻使用招喚同伴的策略為
leader-independent trail communication，黑棘蟻不一定要跟隨偵查蟻 (scout ant) 的 帶領前往食物資源，可跟隨化學軌跡的氣味抵達食物區，相較於其他棘山蟻屬螞 蟻招募同伴的方式 (如 tandem running 及 group recruitment) 需要偵查蟻的帶領 (Liefke et al., 2001)，化學軌跡對黑棘蟻招募同伴是十分重要的。兩個抵達食物區 的原因皆需要觸角接收氣味分子完成。研究指出，菸鹼酸乙醯膽鹼接受器主要分 布於觸角葉、觸角神經及腦中處理嗅覺區域等感知系統上 (Bicker, 1999; Dacher et al., 2005)，以尼古丁拮抗物 (nicotinic antagonist) 如益達胺餵食昆蟲後，會和 nAChR 結合造成學習與記憶的能力下降 (Lozano et al., 2001)。觸角接收氣味分子 的刺激後前往食物區之行為，需要學習與記憶等能力來完成。在蜜蜂的例子，許 多研究指出益達胺的施用與嗅覺能力的損壞有關 (Decourtye et al., 2003;
Decourtye et al., 2004a; Decourtye et al., 2004b)。因此推測益達胺施用造成黑棘蟻的 嗅覺能力受到影響，造成其對初期的食物分子訊號 (糖水) 或化學軌跡的反應減弱，
造成初始招募工蟻的數量幅度較低。
在圖四中發現受到致死濃度 (LC50) 影響的黑棘蟻在第二天的覓食低峰期的 覓食數量高於其他處理組。益達胺的施用可能造成黑棘蟻感知能力變差，進而影 響覓食效率。而益達胺處理組在初期食物刺激下所產生的覓食數量較低，獲得食 物的能量較少，因此在第二天覓食高峰產生後，為了補充第一天所不足的能量，
使覓食活動持續進行，導致在覓食低峰時間的覓食數量沒有下降趨勢。
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另外，本研究結果顯示，食物探索時間在致死濃度 (LC15 及 LC50) 與控制 組及亞致死濃度 (LC1) 與控制組間在統計上無顯著差異，但標準差的浮動有上升 趨勢。此現象可能與益達胺的攝入量有關。交哺作用可能造成黑棘蟻攝入量及累 積量產生改變，此因素可能會使有些個體攝入會造成毒物興奮反應 (hormesis) 的 劑量或影響嗅覺能力的劑量。前人研究指出，新類尼古丁藥劑會刺激昆蟲對氣味 分子的反應，造成激效作用 (hormesis effect)，如 LD20 劑量 (0.25 ng) 的可尼丁 (clothianidin) 增加切根蟲 (Agrotis apsilon) 雄蟲對性費洛蒙的反應 (Rabhi et al., 2014)。蜜蜂也有相關文獻指出亞滅培 (acetamiprid) 在低於 LD0 的劑量會增加觸 角對糖水刺激的敏感度 (Thany and Gauthier, 2005; El Hassani et al., 2008)。由於黑 棘蟻個體對益達胺攝入量的不同，使其對食物分子的反應不一致，可能為標準差 浮動上升的原因。
許多研究指出新類尼古丁藥劑影響蜜蜂的覓食能力 (Bortolotti et al., 2003;
Decourtye et al., 2003; Medrzycki et al., 2003; Colin et al., 2004; Ramirez-Romero et al., 2005; Yang et al., 2008; Schneider et al., 2012)。螞蟻和蜜蜂使用不同的策略去定 位及傳達食物位置。大多數的螞蟻使用種類間或巢間 (colony-specific) 特殊的費洛 蒙指引同伴或招喚同伴至食物地點，而坐落於觸角的化學接收器可辨別巢內同伴 分泌的費洛蒙或食物散發的氣味分子 (Ozaki et al., 2005)。另一方面，蜜蜂藉由特 定的溝通方式，包含搖擺舞 (waggle dance) 協調覓食活動及食物方向定位 (Riley et al., 2005)。由於新類尼古丁影響特定的神經傳遞途徑，並導致行為的改變。並且 因為覓食策略的不同，新類尼古丁造成的影響在物種間亦不相同。
新類尼古丁對種間交互作用的影響
入侵紅火蟻於 2003 年在台灣發現蹤跡，族群主要分布於桃園、台北等地 (Yang et al., 2009)。台灣防治火蟻以大量且密集撒布餌劑為主 (Tsai et al., 2009)。
因此，這些區域可能會殘留許多新類尼古丁藥劑 (例如益達胺)，並且可能會藉由
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不同路徑影響其他螞蟻，如直接接觸施用於環境中的殺蟲劑、取食經過系統性藥 劑處理的作物或共生昆蟲 (如蚜蟲及介殼蟲) 產生的蜜露，可能影響本土物種提供 的生物抗性。若入侵紅火蟻防治區的火蟻因為藥劑的撒布，而使防治區內族群密 度下降，造成周圍地區的入侵紅火蟻再入侵，若防治區內的黑棘蟻已接觸新類尼 古丁藥劑，則火蟻的再入侵之創始族群 (founder population) 與受到藥劑影響的黑 棘蟻相遇後會有更高的機率存活，增加立足或獨佔該棲地的食物資源的機率。
新類尼古丁藥劑普遍地以高濃度餌劑的劑型用於防治螞蟻 (Rust et al., 2004;
Jeschke et al., 2010) 然而對非目標的螞蟻，低濃度農業藥劑的使用是個重大問題。
在個體競爭部分，實驗結果顯示不管遭遇 major 或 minor 火蟻，黑棘蟻接觸致死 濃度 (LC15 及 LC50) 後，侵略行為的比例顯著地降低。在群體試驗中顯示接觸致 死濃度 (LC15 及 LC50) 的黑棘蟻會造成紅火蟻死亡率下降。
黑棘蟻在田間及實驗室觀察下，具備了強烈的領域性，並在蟻巢的周圍可發 現工蟻巡邏的現象，這些工蟻同時也會抵禦靠近黑棘蟻巢敵人 (Jong, 2008)。本實 驗也觀察到黑棘蟻會佔據中央覓食區及通往入侵紅火蟻巢之通道，與 (Wu et al., 2013) 的結果類似。於群體試驗中，發現 LC50 處理組中有兩組裝載的黑棘蟻巢 的塑膠盆內具有入侵紅火蟻死亡個體。表示入侵紅火蟻在前往黑棘蟻巢的塑膠盆 中，巢附近的黑棘蟻無法抵禦入侵紅火蟻接近黑棘蟻巢，使入侵紅火蟻於黑棘蟻 巢中死亡，此現象可能與侵略性行為的下降有關，進而使抵禦外敵入侵的能力受 到影響。
Barbieri et al. (2013) 發現不同螞蟻物種的交互作用可能會因為使用亞劑量的 新類尼古丁而對本土種螞蟻有負面作用。接觸 1.0 µg/mL 益達胺的 M. antarcticum 與阿根廷蟻 (L. humile) 進行種間競爭時，接觸藥劑的 M. antarcticum 遭遇有接觸 藥劑或無接觸藥劑的阿根廷蟻皆展現較低比例的侵略行為，而接觸藥劑的阿根廷 蟻與未接觸藥劑的 M. antarcticum 交互作用，展現較強侵略性，結果顯示新類尼 古丁可能促進入侵種的擴散。兩研究指出益達胺的亞致死效應確實會影響種間競
22
爭的結果。
行為決定了群落的塑形與生物的立足 (Sih et al., 2012; Cerda et al., 2013)。昆 蟲腦的神經若與新類尼古丁藥劑接觸會造成感知及學習新行為能力的損壞
(Palmer et al., 2013)。本研究指出新類尼古丁以不同方式影響螞蟻的行為與適存度。
因此，此類神經性殺蟲劑的非目標效應可能潛在地影響其他自然界的生物。未經 控制的施用新類尼古丁藥劑會改變侵略行為及種間競爭的結果。然而，種類間不 同食物的偏好性及行為將會導致不同程度的殺蟲劑暴露，進而改變種間行為及群 落的交互作用。
新類尼古丁藥劑對非目標生物的影響必須被重視，尤其是本土生物所建立的 生物抗性。本研究指出接觸新類尼古丁可能會影響黑棘蟻對食物的敏銳度以及造 成侵略能力的降低，進而導致黑棘蟻在覓食活動或抵禦外敵的能力受到影響。覓 食行為為維持族群成長及發展之重要行為，而競爭行為的則與螞蟻在食物及空間 資源的獲取有密切關係。黑棘蟻領域性及巡邏性使其在野外與入侵紅火蟻相遇的 機率上升，並可藉其競爭為攻擊型在入侵紅火蟻定殖的初期降低其建立族群的機 率。但藥劑的施用可能會使黑棘蟻提供對抗入侵紅火蟻之生物抗性受到影響，造 成本土生物的抗性下降。未來的研究可評估環境中殘存的藥劑及其他新類尼古丁 藥劑對本土螞蟻物種的影響，減少因為藥劑的施用對於台灣本土生態或環境造成 的損失及衝擊。
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