溫度脅迫對(duì)嗜蟲書虱生長發(fā)育與繁殖的影響

陳 卓，魯玉杰，盧少華，王爭艷，張 蒙，陳慧彬，李昕宇，史月星，張新雪

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院, 河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心,糧食儲(chǔ)藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450001

嗜蟲書虱Liposcelisentomophila(Enderlein)隸屬于嚙蟲目Psocoptera、書虱科Liposcelididae、書虱屬Liposcelis，是一種世界范圍內(nèi)廣泛分布的重要儲(chǔ)藏物害蟲，其食性廣泛，可取食谷物、面粉、干果等[1-2]。當(dāng)嗜蟲書虱在糧堆中發(fā)生時(shí)，3月內(nèi)可導(dǎo)致小麥質(zhì)量損失8.5%，并能降低種子發(fā)芽率，引起糧食霉變，嚴(yán)重危害糧食安全[3]。此外，嗜蟲書虱可攜帶、傳播病菌，引起人體皮膚產(chǎn)生過敏反應(yīng)，威脅人類健康[4]。目前常見的儲(chǔ)糧害蟲防治技術(shù)有磷化氫熏蒸、充氮?dú)庹{(diào)、低溫防治等，其中低溫防治技術(shù)具有綠色無殘留、保持糧食品質(zhì)、對(duì)倉房氣密性要求較低等特點(diǎn)，在我國有著廣泛的應(yīng)用[5-6]。然而在冬季糧堆中部10 ℃左右時(shí)，嗜蟲書虱依然可以存活，目前其已成為低溫儲(chǔ)糧中的優(yōu)勢(shì)害蟲種群[7-9]。同時(shí)嗜蟲書虱喜好溫暖潮濕的環(huán)境，在我國高溫高濕的南方地區(qū)，嗜蟲書虱也常常大量發(fā)生[10]。這說明嗜蟲書虱對(duì)高溫和低溫均有較好的適應(yīng)性。王進(jìn)軍等[11]研究發(fā)現(xiàn)嗜蟲書虱的世代發(fā)育起點(diǎn)溫度為15.16 ℃，在20～35 ℃有較高世代存活率和產(chǎn)卵量。Aminatou等[12]發(fā)現(xiàn)小眼書虱Liposcelispearmani(Pearman)在37.5 ℃的環(huán)境中無法存活，在32.5 ℃、RH75%環(huán)境中有最高的種群增長率。Arthur等[13]研究了極限低溫處理對(duì)嗜蟲書虱卵、若蟲、成蟲存活的影響，發(fā)現(xiàn)-18 ℃處理2 h便可殺死嗜蟲書虱的所有蟲態(tài)。但關(guān)于嗜蟲書虱對(duì)溫度適應(yīng)性的具體范圍以及各種溫度條件下生長發(fā)育和繁殖的情況沒有系統(tǒng)的研究和相關(guān)報(bào)道。為探討嗜蟲書虱對(duì)溫度的適應(yīng)性，作者參考了《糧油儲(chǔ)藏技術(shù)規(guī)范》[14]，設(shè)置低溫和高溫殺蟲的溫度范圍，研究了溫度對(duì)嗜蟲書虱生長發(fā)育和繁殖能力的影響，旨在為詮釋嗜蟲書虱抗溫度脅迫機(jī)制提供理論依據(jù)，為更好地防治嗜蟲書虱提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

嗜蟲書虱采集于廣東中山儲(chǔ)備糧管理有限公司儲(chǔ)備稻谷的倉庫，已在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)40余代。培養(yǎng)條件為(28.0±0.5)℃、RH(75±5)%、24 h光照培養(yǎng)，飼料為全麥細(xì)粉、脫脂奶粉、酵母，按照質(zhì)量比10∶1∶1混合制得。

1.2 不同溫度脅迫處理后嗜蟲書虱成蟲死亡率的測定

選取30頭嗜蟲書虱3日齡成蟲于含有培養(yǎng)飼料的塑料培養(yǎng)皿(Φ35 mm)中，在含有飽和食鹽水的干燥器中進(jìn)行培養(yǎng)，以保證培養(yǎng)的環(huán)境濕度。將干燥器分別放置在低溫和高溫的生化培養(yǎng)箱(BSP-100，上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司)中進(jìn)行脅迫處理。其中低溫脅迫溫度設(shè)置為20.0、17.0、14.0、11.0、8.0、5.0 ℃，處理3～21 d。高溫脅迫溫度設(shè)置為35.0、37.5、40.0、42.5、45.0、47.5 ℃，處理40～200 min。脅迫處理結(jié)束后檢查嗜蟲書虱的死亡情況。以28.0 ℃中培養(yǎng)相同時(shí)間的嗜蟲書虱作為對(duì)照，用來校正死亡率。判定嗜蟲書虱死亡的標(biāo)準(zhǔn)：將其放置在28.0 ℃生化培養(yǎng)箱內(nèi)恢復(fù)120 min后，使用毛筆輕輕觸碰蟲體，試蟲觸角和足均不動(dòng)。每個(gè)處理重復(fù)5次，培養(yǎng)箱溫度誤差為0.5 ℃。

1.3 溫度脅迫處理嗜蟲書虱卵和若蟲

分別選取30頭1日齡嗜蟲書虱若蟲、24 h內(nèi)產(chǎn)的卵于含有新鮮培養(yǎng)飼料的塑料培養(yǎng)皿(Φ35 mm)中，將其放置含有飽和食鹽水的干燥器中進(jìn)行培養(yǎng)，以保證培養(yǎng)的環(huán)境濕度。低溫脅迫處理是將干燥器分別放置在溫度為20.0、17.0、14.0、11.0、8.0、5.0 ℃的生化培養(yǎng)箱中，處理3 d。高溫脅迫處理是放置在35.0、37.5、40.0、42.5、45.0 ℃的生化培養(yǎng)箱中，處理120 min。脅迫處理后將其置于含有新鮮嗜蟲書虱培養(yǎng)飼料的塑料培養(yǎng)皿中，在28.0 ℃的生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。每個(gè)處理重復(fù)5次，28.0 ℃中培養(yǎng)相同時(shí)間的作為對(duì)照。每天定時(shí)使用體式顯微鏡觀察嗜蟲書虱卵和若蟲的發(fā)育情況，統(tǒng)計(jì)嗜蟲書虱卵的孵化率和發(fā)育歷期，以及若蟲存活率和發(fā)育歷期。生化培養(yǎng)箱溫度誤差為0.5 ℃。

1.4 溫度脅迫處理嗜蟲書虱成蟲

選取1日齡的嗜蟲書虱雌雄成蟲1對(duì)，放置于含有培養(yǎng)飼料的塑料培養(yǎng)皿中，脅迫處理所設(shè)置的溫度、時(shí)間與對(duì)嗜蟲書虱若蟲和卵的處理?xiàng)l件相同。脅迫處理后隨機(jī)選取健康成活的嗜蟲書虱，置于含有培養(yǎng)飼料的塑料培養(yǎng)皿中，在28.0 ℃的生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。每10對(duì)嗜蟲書虱為一個(gè)處理，28.0 ℃下培養(yǎng)相同時(shí)間的作為對(duì)照。每天定時(shí)觀察嗜蟲書虱成蟲的發(fā)育繁殖情況，統(tǒng)計(jì)嗜蟲書虱成蟲的產(chǎn)卵前期、平均產(chǎn)卵量以及F1代孵化率。生化培養(yǎng)箱溫度誤差為0.5 ℃。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 20.0對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用Duncan’s法檢測數(shù)據(jù)間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度脅迫對(duì)嗜蟲書虱成蟲死亡率的影響

嗜蟲書虱成蟲在低溫脅迫下的死亡率隨脅迫溫度的降低而增加，隨脅迫時(shí)間的延長而增加(表1)。與對(duì)照組(CK)相比，低溫20.0 ℃處理21 d、17.0 ℃處理12 d對(duì)嗜蟲書虱的死亡率影響均不顯著。當(dāng)溫度≤14.0 ℃時(shí)，嗜蟲書虱死亡率顯著增加，且不同溫度間存在顯著差異，由此可以說明當(dāng)溫度≤14.0 ℃時(shí)，進(jìn)一步的降溫處理會(huì)對(duì)嗜蟲書虱死亡率產(chǎn)生顯著影響。另外低于14.0 ℃處理3～6 d時(shí)，處理時(shí)間對(duì)嗜蟲書虱死亡率影響顯著，而當(dāng)11.0 ℃處理時(shí)間超過6 d后，嗜蟲書虱死亡率不再隨時(shí)間急劇增加。

表1 長時(shí)低溫脅迫處理對(duì)嗜蟲書虱成蟲的死亡率影響Table 1 Effects of low temperature and long time treatment on the mortality of adults of L. entomophila %

嗜蟲書虱成蟲在高溫脅迫下的死亡率隨脅迫溫度的升高而增加，隨脅迫時(shí)間的延長而增加(表2)。與對(duì)照相比，35.0 ℃和37.5 ℃處理120 min對(duì)嗜蟲書虱的死亡率影響均不顯著，當(dāng)處理溫度≥40.0 ℃時(shí)，嗜蟲書虱死亡率顯著增加，且不同溫度處理嗜蟲書虱死亡率均存在顯著差異。47.5 ℃處理時(shí)間≥160 min時(shí)，嗜蟲書虱成蟲將不再存活。這說明了短時(shí)高溫(高于40.0 ℃)處理可以有效防治嗜蟲書虱。

表2 短時(shí)高溫脅迫處理對(duì)嗜蟲書虱成蟲死亡率的影響Table 2 Effect of short time and high temperature treatment on the mortality of the adult of L. entomophila %

2.2 不同溫度處理對(duì)嗜蟲書虱生長發(fā)育和存活率的影響

低溫脅迫下，嗜蟲書虱孵化率、若蟲存活率均隨脅迫溫度的降低而降低(表3)。與對(duì)照相比，20.0、17.0 ℃處理后，嗜蟲書虱的孵化率、卵期、若蟲存活率以及若蟲期差異均不顯著。14.0 ℃及以下的低溫處理對(duì)卵和若蟲的發(fā)育和存活影響顯著。說明低溫處理時(shí)，只有當(dāng)溫度降至14.0 ℃以下，才會(huì)對(duì)嗜蟲書虱存活、發(fā)育產(chǎn)生顯著影響。5.0 ℃處理3 d可使嗜蟲書虱的卵期、若蟲期顯著延長，其中若蟲期平均延長4.87 d。當(dāng)處理溫度≤11.0 ℃時(shí)，嗜蟲書虱若蟲存活率低于卵的孵化率，這說明低溫脅迫下，嗜蟲書虱卵比若蟲具有更強(qiáng)的耐受性。

表3 不同低溫脅迫處理后嗜蟲書虱的發(fā)育歷期及存活率Table 3 Development duration and survival rate of L. entomophila after different low temperature treatments

高溫脅迫下，嗜蟲書虱的孵化率、若蟲存活率隨著溫度的升高而降低，卵期、若蟲期隨脅迫溫度的升高而延長(表4)。與空白對(duì)照相比，35.0 ℃處理對(duì)嗜蟲書虱孵化率、卵期和若蟲存活率、若蟲發(fā)育歷期影響均不顯著。40.0 ℃以上的高溫處理對(duì)嗜蟲書虱卵和若蟲的存活均有顯著影響。45.0 ℃處理120 min后卵的孵化率為51.11%，卵對(duì)高溫脅迫也有較強(qiáng)的耐受能力。

表4 不同高溫脅迫處理后嗜蟲書虱的發(fā)育歷期及存活率Table 4 Development duration and survival rate of L. entomophila after different high temperature treatments

2.3 不同溫度處理對(duì)嗜蟲書虱繁殖的影響

由圖1可知，與對(duì)照組相比，14.0 ℃及以下的低溫處理對(duì)嗜蟲書虱產(chǎn)卵前期有顯著影響。除了5.0 ℃處理對(duì)嗜蟲書虱平均產(chǎn)卵量有顯著影響外,其他低溫處理均沒有顯著差異。同時(shí)低溫處理對(duì)嗜蟲書虱F1代孵化率影響不顯著。說明低溫脅迫對(duì)嗜蟲書虱繁殖能力的影響并不顯著，嗜蟲書虱對(duì)低溫有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

由圖2可知，高溫45.0 ℃處理對(duì)嗜蟲書虱產(chǎn)卵前期有顯著影響，其他溫度處理均無顯著影響。高溫處理對(duì)平均產(chǎn)卵量、F1代孵化率均沒有顯著影響。說明了短時(shí)高溫脅迫可以延長其卵的發(fā)育歷期，但對(duì)繁殖率沒有顯著影響。

注：(a)為產(chǎn)卵前期,(b)為平均產(chǎn)卵量,(c)為F1代孵化率，不同的小寫字母表示數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)。圖2同。圖1 不同低溫脅迫處理后嗜蟲書虱成蟲的產(chǎn)卵前期、平均產(chǎn)卵量及F1代孵化率Fig.1 Preoviposition duration, egg laying amount and F1 hatchability of adults of L. entomophila after different low temperature treatments

圖2 不同高溫脅迫處理后嗜蟲書虱成蟲的產(chǎn)卵前期、平均產(chǎn)卵量及F1代孵化率Fig.2 Preoviposition duration, egg amount and F1 hatching rate of adults of L. entomophila after different high temperature treatments

3 討論

研究了不同溫度、不同處理時(shí)間對(duì)嗜蟲書虱成蟲死亡率的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低于14.0 ℃處理3～6 d時(shí)嗜蟲書虱死亡率顯著增加，低溫5.0 ℃處理3 d可造成35.55%的嗜蟲書虱死亡。而當(dāng)處理時(shí)間超過6 d時(shí)，嗜蟲書虱死亡率不再隨處理時(shí)間延長大幅度增加，低溫5.0 ℃處理21 d時(shí)，仍有少量嗜蟲書虱存活?；豇Q飛等[15]發(fā)現(xiàn)低溫5 ℃處理赤擬谷盜Triboliumcastaneum(Herbst)、米象Sitophilusoryzae(Linnaeus) 4 d時(shí)，其死亡率分別為24.26%、18.59%，而處理16 d時(shí)，赤擬谷盜和米象已全部死亡。這說明低溫處理過程中，短期內(nèi)嗜蟲書虱會(huì)有部分死亡，但隨著處理時(shí)間的延長，嗜蟲書虱會(huì)對(duì)低溫產(chǎn)生明顯的適應(yīng)性，且其低溫適應(yīng)能力優(yōu)于其他儲(chǔ)糧害蟲。我國目前低溫儲(chǔ)糧技術(shù)是將糧溫降低20 ℃以下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧，15 ℃以下實(shí)現(xiàn)低溫儲(chǔ)糧[16]。研究表明10～20 ℃的低溫處理并不能在有限時(shí)間內(nèi)殺死全部嗜蟲書虱，在現(xiàn)有準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧環(huán)境下嗜蟲書虱依然能夠存活，長時(shí)間的準(zhǔn)低溫處理有可能會(huì)造成后續(xù)嗜蟲書虱的爆發(fā)成災(zāi)。另外結(jié)合低溫對(duì)嗜蟲書虱卵和若蟲的發(fā)育和存活的影響，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)脅迫處理溫度為5～14 ℃時(shí)，嗜蟲書虱卵和若蟲的發(fā)育歷期、存活率會(huì)發(fā)生顯著變化，由此可以推測在短時(shí)間內(nèi)有效防治嗜蟲書虱需將環(huán)境溫度降至14 ℃以下，且進(jìn)一步的降溫處理可以取得更好的防治效果。

低溫處理后嗜蟲書虱仍有較高的孵化率，說明其對(duì)低溫有較強(qiáng)的耐受能力。Arthur等[13]研究了嗜蟲書虱在-18 ℃下的存活率，發(fā)現(xiàn)卵是最耐受低溫的發(fā)育階段。另外關(guān)于低劑量磷化氫、氣調(diào)低氧處理對(duì)嗜蟲書虱生長發(fā)育的研究發(fā)現(xiàn)，嗜蟲書虱卵也是耐受磷化氫、低氧處理最強(qiáng)的蟲態(tài)[17-19]。“三低(低溫、低氧、低劑量)”儲(chǔ)糧過程中，嗜蟲書虱往往會(huì)在短期內(nèi)再度爆發(fā)，這可能與嗜蟲書虱卵能夠在脅迫處理后繼續(xù)存活有一定關(guān)系。低溫脅迫處理顯著延長了嗜蟲書虱若蟲期，且當(dāng)處理溫度為5～11 ℃時(shí)，若蟲存活率低于卵的孵化率，結(jié)合關(guān)于持續(xù)低溫處理下嗜蟲書虱發(fā)育繁殖的研究結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)若蟲對(duì)低溫環(huán)境的耐受能力較差[11, 20]。

王亮[21]研究了熱處理對(duì)赤擬谷盜T.castaneum、谷蠹Rhizoperthadominica(Fbricius)、四紋豆象Callosobruchusmaculatus(Fbricius)、綠豆象Callosobruchuschinensis(Linnaeus)的致死作用，結(jié)果表明高溫46 ℃處理90 min后，這4種儲(chǔ)糧害蟲的死亡率分別為7.7%、4.7%、6.7%、11.3%，而本研究45.0 ℃處理80 min后，嗜蟲書虱的死亡率達(dá)到了33.33%，這表明4種鞘翅目昆蟲比嗜蟲書虱有更強(qiáng)的高溫耐受能力。Beckett等[22]研究發(fā)現(xiàn)47 ℃處理下嗜卷書虱Liposcelisbostrychophila(Badonnel)、無色書虱Liposcelisdecolor(Pearman) 成蟲的99%致死時(shí)間分別為90、173 min。Guedes等[23]發(fā)現(xiàn)47 ℃處理下嗜蟲書虱成蟲的95%致死時(shí)間為120 min，這與本文研究結(jié)果基本一致。當(dāng)高溫處理溫度超過40.0 ℃時(shí)，處理溫度和處理時(shí)間均對(duì)嗜蟲書虱的存活有著顯著影響，說明高溫處理中無論是延長處理時(shí)間還是升高處理溫度均能取得很好的殺蟲效果。另外，與低溫脅迫處理相同的是，相同高溫脅迫處理后嗜蟲書虱卵依然有著比若蟲高的存活率，說明其對(duì)高溫有較強(qiáng)的耐受力。不同溫度脅迫處理后嗜蟲書虱繁殖情況結(jié)果表明，低溫8.0～20.0 ℃處理3 d、高溫35.0～45.0 ℃處理120 min并未對(duì)嗜蟲書虱平均產(chǎn)卵量、F1代孵化率產(chǎn)生顯著影響，由此可得出這些溫度處理對(duì)嗜蟲書虱的繁殖能力無顯著性影響。

溫度脅迫處理對(duì)昆蟲的存活、發(fā)育和繁殖的影響十分復(fù)雜，其涉及到處理溫度、時(shí)間等多個(gè)變量，不同蟲態(tài)對(duì)溫度脅迫也有不同的響應(yīng)。本文研究了溫度脅迫處理對(duì)嗜蟲書虱發(fā)育和繁殖的影響，探明了不同溫度脅迫下嗜蟲書虱發(fā)育歷期、存活率、平均產(chǎn)卵量的變化。溫度處理過程中昆蟲會(huì)對(duì)溫度脅迫產(chǎn)生適應(yīng)性且其適應(yīng)性會(huì)進(jìn)行世代間的傳遞，因此，嗜蟲書虱對(duì)溫度脅迫處理是否存在適應(yīng)性變化，以及嗜蟲書虱對(duì)不同溫度處理的適應(yīng)性機(jī)制還需要從熱激蛋白的表達(dá)以及相關(guān)生理代謝方面做進(jìn)一步的研究。