低溫脅迫對(duì)櫟黃枯葉蛾越冬卵發(fā)育和存活的影響

劉永華,閻雄飛,陸鵬飛,李鮮花,賀 英

(1榆林學(xué)院 陜西省陜北礦區(qū)生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 榆林 719000；2北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與森林保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083)

昆蟲(chóng)屬于變溫動(dòng)物，外界環(huán)境溫度能直接影響其新陳代謝，從而對(duì)其發(fā)育、繁殖、存活和種群動(dòng)態(tài)產(chǎn)生重要影響[1]。只有在一定的溫度范圍內(nèi)，昆蟲(chóng)的生命活動(dòng)才能正常進(jìn)行[2]，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不利影響[3]。尤其是在溫帶和寒帶地區(qū)，冬季低溫已成為昆蟲(chóng)存活的最大限制因子，直接影響著昆蟲(chóng)越冬蟲(chóng)態(tài)的成活率，并對(duì)翌年的種群基數(shù)、種群增長(zhǎng)力以及危害程度起到?jīng)Q定性作用[4]。因此，昆蟲(chóng)對(duì)低溫的耐受性直接影響著昆蟲(chóng)種群的發(fā)生和分布，低溫脅迫對(duì)昆蟲(chóng)越冬蟲(chóng)態(tài)的影響研究已成為昆蟲(chóng)生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。

櫟黃枯葉蛾(TrabalavishnougigantinaYang)屬鱗翅目(Lepidoptera)枯葉蛾科(Lasioeampidae)昆蟲(chóng)，又名大黃枯葉蛾、黃綠枯葉蛾，主要分布于我國(guó)西北、華北和東北各省區(qū)，寄主廣泛，主要危害櫟類(lèi)、沙棘、板栗、核桃、蘋(píng)果、海棠等植物[5-7]。該蟲(chóng)自2008年開(kāi)始在陜西吳起沙棘人工林中大面積暴發(fā)，此后為害面積不斷增加，危害程度逐年加重，幼蟲(chóng)以沙棘葉片為食，蟲(chóng)口密度大時(shí)會(huì)將樹(shù)葉全部吃光，嚴(yán)重影響沙棘生長(zhǎng)，對(duì)沙棘的生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大影響。櫟黃枯葉蛾1年發(fā)生1代，以卵在枝條及枯枝落葉等處越冬，越冬卵的存活率決定了來(lái)年該蟲(chóng)的發(fā)生基數(shù)[8]。目前，對(duì)櫟黃枯葉蛾的研究主要集中在生物生態(tài)學(xué)特性[8-14]、寄主選擇性機(jī)制[15-16]等方面，而關(guān)于低溫脅迫對(duì)其越冬卵的影響尚未見(jiàn)研究報(bào)道。本研究分析低溫脅迫對(duì)櫟黃枯葉蛾越冬卵的影響，旨在明確櫟黃枯葉蛾越冬卵對(duì)低溫的耐受性，從而為更深入地了解櫟黃枯葉蛾的生物生態(tài)學(xué)特性、提高預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性及制定合理的防治措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲(chóng)源

櫟黃枯葉蛾越冬卵采自陜西省吳起縣人工沙棘林地，將其帶回實(shí)驗(yàn)室后置于人工氣候箱(RXZ 智能型，寧波江南儀器廠)中，在光照周期14 h/10 h(L/D)、溫度(25±1) ℃、相對(duì)濕度(80±5)%條件下放置70 d，待其解除滯育后進(jìn)行試驗(yàn)(前期研究發(fā)現(xiàn)，櫟黃枯葉蛾卵在上述條件下大約50 d即開(kāi)始解除滯育，70 d后滯育全部解除)。

1.2 低溫脅迫強(qiáng)度對(duì)櫟黃枯葉蛾卵的影響

據(jù)資料記載，陜北地區(qū)歷史極端低溫能達(dá)到-32 ℃，故本試驗(yàn)設(shè)置了-15，-20，-25，-30，-35，-40 ℃ 6個(gè)溫度梯度(溫度波動(dòng)范圍±1 ℃)，以25 ℃作為對(duì)照。將卵放入塑料瓶(高20 cm，直徑10 cm)中的紗布上，置于6個(gè)溫度處理的低溫培養(yǎng)箱中，分別處理12，24，48 h后，即刻轉(zhuǎn)移至人工氣候箱(無(wú)光照，溫度(25±1) ℃，相對(duì)濕度(80±5)%)內(nèi)，每日觀察記錄卵的發(fā)育情況，直至30 d后卵不再孵化為止(前期研究表明，卵在25 ℃下發(fā)育歷期約為20 d)，統(tǒng)計(jì)卵的存活率(未孵化卵干癟變黑，經(jīng)檢查確認(rèn)全部死亡，因此孵化率即為存活率)、發(fā)育歷期，計(jì)算致死中溫度(LT50)。每處理3 次重復(fù)，每重復(fù)100粒卵。

1.3 低溫脅迫時(shí)間對(duì)櫟黃枯葉蛾卵的影響

卵的處理方法同1.2節(jié)。將卵置于(-30±1) ℃的低溫培養(yǎng)箱中，分別處理1，3，5，10，20，30，50 d后，即刻轉(zhuǎn)移至人工氣候箱(無(wú)光照，溫度(25±1) ℃，相對(duì)濕度(80±5)%)內(nèi)，以0 d為對(duì)照。每日觀察記錄卵的發(fā)育情況，直至30 d后卵不再孵化為止，統(tǒng)計(jì)卵的存活率、發(fā)育歷期，計(jì)算致死中時(shí)間(Lt50)。每處理3 次重復(fù)，每重復(fù)100粒卵。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 13.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，對(duì)不同處理間的存活率、發(fā)育歷期等數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析(ANOVA)，并采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性比較。

致死中溫度和致死中時(shí)間的計(jì)算公式[17]為：

S(x)=[exp(a-bx)]/[1+exp(a-bx)]。

式中：S(x)為昆蟲(chóng)種群在一定時(shí)間或低溫下的死亡率(%)，x為溫度T或者時(shí)間t，a和b為模型參數(shù)。當(dāng)死亡率S(x)為50%時(shí)，即a-bx=0，x=a/b，x值即致死中溫度(LT50)或致死中時(shí)間(Lt50)。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫強(qiáng)度對(duì)櫟黃枯葉蛾越冬卵的影響

櫟黃枯葉蛾卵在-40 ℃下全部死亡，故只統(tǒng)計(jì)-15，-20，-25，-30和-35 ℃ 5個(gè)溫度處理的數(shù)據(jù)。

2.1.1 發(fā)育歷期 由表1可以看出，低溫脅迫強(qiáng)度對(duì)櫟黃枯葉蛾越冬卵的發(fā)育歷期有顯著影響。在-35 ℃低溫處理12 h后，卵的發(fā)育歷期為(35.65±3.56) d，與其他低溫處理的發(fā)育歷期相比顯著延長(zhǎng)(P<0.05)，而其他溫度下卵的發(fā)育歷期無(wú)顯著差異(P>0.05)。在-35和-30 ℃低溫下處理24 h后，卵的發(fā)育歷期分別延長(zhǎng)為(36.84±4.53)和(28.03±3.58) d，兩者之間差異顯著(P<0.05)，且均與其他低溫處理的發(fā)育歷期有顯著差異(P<0.05)。低溫處理48 h后，-35 ℃下卵的發(fā)育歷期為(36.53±3.48) d，顯著長(zhǎng)于其他低溫處理(P<0.05)，-30和-25 ℃下卵的發(fā)育歷期分別為(30.55±6.12)和(29.45±5.46) d，二者之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，但顯著長(zhǎng)于≥-20 ℃下各處理的發(fā)育歷期(P<0.05)。而在≥-20 ℃下處理12，24和48 h，卵的發(fā)育歷期無(wú)顯著差異(P>0.05)。以上結(jié)果表明，隨著低溫脅迫強(qiáng)度的加劇和低溫時(shí)間的延長(zhǎng)，卵的發(fā)育歷期顯著延長(zhǎng)，發(fā)育顯著變慢。

表1 不同低溫處理下櫟黃枯葉蛾越冬卵在25 ℃時(shí)的發(fā)育歷期Table 1 Developmental duration of Trabala vishnou gigantina eggs at 25 ℃ with different low temperatures d

注:表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。同行數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示Duncan’s多重比較差異顯著(P<0.05)。表2同。

Note：Date in the table are “mean±SE”.Different letters in same row mean significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).The same as Table 2.

2.1.2 致死中溫度 不同低溫脅迫下櫟黃枯葉蛾越冬卵的存活率見(jiàn)表2。由表2可知，櫟黃枯葉蛾卵的存活率隨溫度的降低而下降，在-30和-35 ℃低溫下分別處理12，24和48 h后，櫟黃枯葉蛾卵的存活率顯著低于其他處理(P<0.05)，而≥-30 ℃時(shí)處理時(shí)間對(duì)存活率幾乎無(wú)影響(P>0.05)，而在-35 ℃低溫下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，存活率大幅度下降，處理24和48 h的存活率與處理12 h間差異顯著(P<0.05)。采用致死中溫度計(jì)算公式，可以很好地模擬櫟黃枯葉蛾卵存活率與各低溫處理的關(guān)系，計(jì)算可得低溫處理12，24 和48 h后卵的致死中溫度(LT50)分別為-33.45，-32.08和-30.69 ℃，這說(shuō)明櫟黃枯葉蛾越冬卵的抗寒能力很強(qiáng)，冬季低溫對(duì)其存活率影響不大。

表2 不同低溫處理對(duì)櫟黃枯葉蛾卵存活率的影響Table 2 Survival rates of Trabala vishnou gigantina eggs with different low temperatures %

2.2 低溫脅迫時(shí)間對(duì)櫟黃枯葉蛾越冬卵的影響

2.2.1 發(fā)育歷期 由表3可以看出，櫟黃枯葉蛾卵在-30 ℃條件下處理不同時(shí)間后，其發(fā)育歷期均有所延長(zhǎng)，且與對(duì)照相比差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)，但在-30 ℃下處理不同時(shí)間對(duì)卵的發(fā)育歷期并無(wú)顯著影響(P>0.05)，說(shuō)明低溫可以延長(zhǎng)卵的發(fā)育歷期，但低溫下放置時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)卵的發(fā)育歷期并無(wú)明顯影響。

2.2.2 致死中時(shí)間 由表3可知，與對(duì)照相比在-30 ℃條件下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，除處理5 d的存活率略有增加外，其余處理櫟黃枯葉蛾卵的存活率均有所下降。但-30 ℃低溫處理10 d以?xún)?nèi)，各處理的存活率均無(wú)顯著差異(P>0.05)。-30 ℃處理20,30和50 d后，越冬卵的存活率分別為48.39%,25.5%和10.45%，均顯著低于對(duì)照(P<0.05)。采用致死中時(shí)間計(jì)算公式，可以很好地模擬計(jì)算櫟黃枯葉蛾卵存活率與低溫處理時(shí)間的關(guān)系，得到-30 ℃低溫下卵的致死中時(shí)間(Lt50)為19.63 d，這也說(shuō)明櫟黃枯葉蛾越冬卵的抗寒能力較強(qiáng)。

表3 -30 ℃低溫處理不同時(shí)間后櫟黃枯葉蛾卵在25 ℃時(shí)的發(fā)育歷期和存活率Table 3 Developmental duration and survival rate of Trabala vishnou gigantina eggs at 25 ℃ after -30 ℃ treatment for different treatment durations

注:表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示Duncan’s多重比較差異顯著(P<0.05)。

Note：Date in the table are “mean±SE”.Different letters in same column mean significant difference by Duncan's multiple range test(P<0.05).

3 討 論

昆蟲(chóng)抗凍耐寒能力的測(cè)定與分析是昆蟲(chóng)低溫生態(tài)學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容，其中致死中溫度和致死中時(shí)間2個(gè)指標(biāo)可以用來(lái)定量分析低溫對(duì)昆蟲(chóng)的傷害作用[17]，從而可以反映出昆蟲(chóng)對(duì)低溫的耐受力。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，櫟黃枯葉蛾越冬卵低溫處理12，24和48 h的致死中溫度分別為-33.45，-32.08和-30.69 ℃，-30 ℃低溫條件下的致死中時(shí)間為19.63 d。根據(jù)資料記載，陜北地區(qū)平均極端最低溫度為-22～-27 ℃，且持續(xù)時(shí)間很短，所以陜北地區(qū)冬季低溫對(duì)櫟黃枯葉蛾越冬卵的傷害很小，大部分卵可以安全越冬。

本研究結(jié)果表明，櫟黃枯葉蛾越冬卵在-35，-30和-25 ℃低溫下分別處理12，24和48 h后，其發(fā)育歷期顯著長(zhǎng)于其他處理，并且在≤-30 ℃低溫下卵的存活率大幅下降，證明低溫脅迫強(qiáng)度增大不僅使卵的發(fā)育速率下降，而且會(huì)造成卵大量死亡。對(duì)其他昆蟲(chóng)如沙蔥螢葉甲(Galerucadaurica)[18]、寬翅曲背蝗(Pararcypleramicropterameridionalis)[19]、飛蝗(Locustamigratoria)[20]等越冬卵的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)，并且低溫脅迫對(duì)昆蟲(chóng)其他蟲(chóng)態(tài)的生長(zhǎng)發(fā)育都會(huì)造成類(lèi)似的影響[21-23]。櫟黃枯葉蛾越冬卵在經(jīng)歷了高強(qiáng)度低溫脅迫后，對(duì)其所孵化幼蟲(chóng)、蛹和成蟲(chóng)是否造成影響，還需進(jìn)一步研究。

昆蟲(chóng)的滯育是指在不利環(huán)境到來(lái)之前，昆蟲(chóng)能夠主動(dòng)停止發(fā)育而進(jìn)入一個(gè)代謝降低、抗逆性增強(qiáng)的過(guò)程[24]，是昆蟲(chóng)對(duì)環(huán)境條件長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果，在昆蟲(chóng)的生存、進(jìn)化和繁殖等方面發(fā)揮著重要的作用[25]。一直以來(lái)，人們對(duì)滯育與抗寒性之間是否具有相關(guān)性，認(rèn)識(shí)上還存在分歧，但是越來(lái)越多的研究表明，滯育與抗寒性之間關(guān)系密切，滯育對(duì)昆蟲(chóng)抗寒性的提高有明顯的促進(jìn)作用[19,26]。前期研究表明，櫟黃枯葉蛾越冬卵也要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的滯育，滯育是否能提高該蟲(chóng)抗寒性還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

在昆蟲(chóng)低溫生物學(xué)中，傷害低溫總和、過(guò)冷卻點(diǎn)、冷傷害昏迷恢復(fù)時(shí)間等也被看作昆蟲(chóng)耐寒性評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，下一步應(yīng)深入研究櫟黃枯葉蛾的上述指標(biāo)，并且探究這些指標(biāo)與該蟲(chóng)致死溫度和時(shí)間的關(guān)系，以便更準(zhǔn)確地判斷該蟲(chóng)的抗凍耐寒能力。

本研究結(jié)果對(duì)櫟黃枯葉蛾災(zāi)情的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，在實(shí)際工作中，可將本研究的致死中溫度和致死中時(shí)間與當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)結(jié)合，從而大致判斷該害蟲(chóng)發(fā)生的范圍以及其越冬情況，并預(yù)報(bào)蟲(chóng)害發(fā)生量和發(fā)生期，進(jìn)而及時(shí)采取合理的防治措施。