高、低溫脅迫對草地貪夜蛾生長發(fā)育及抗寒性的影響

汪 潔,母銀林,楊 燦,黃秀東,王玉川,喻會平,陳祥盛*

(1.貴州大學 貴州山地農(nóng)業(yè)病蟲害省級重點實驗室,貴州 貴陽 550025;2.貴州大學 昆蟲研究所,貴州 貴陽 550025;3.貴州大學 貴州省昆蟲資源開發(fā)利用特色重點實驗室,貴州 貴陽 550025;4.貴州省煙草公司 畢節(jié)市公司技術中心,貴州 畢節(jié) 551700)

草地貪夜蛾隸屬于鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae，是原產(chǎn)于美洲熱帶和亞熱帶的一種重要農(nóng)業(yè)害蟲。自2019年1月11日發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾侵入我國云南省江城縣，同年10月已擴散至全國26個省(區(qū)、市)的1518個縣發(fā)生為害，足見其擴散速度快和適應力強。草地貪夜蛾的食性廣，可取食76科353種植物，尤喜食玉米、稻米、燕麥、高粱、小米、苜蓿、甘蔗、蔬菜和棉花等80多種作物，能導致糧食嚴重減產(chǎn)。草地貪夜蛾幼蟲共六齡，各齡均可造成為害，其中1～3齡幼蟲群集為害，取食植物葉片葉肉造成“窗孔”狀透明薄膜，嚴重時葉片出現(xiàn)孔洞、缺刻等，4～6齡幼蟲可取食玉米心葉、葉鞘、穗軸及籽粒等。

昆蟲對溫度脅迫的響應和耐受性可間接反映出種群動態(tài)、發(fā)生規(guī)律以及分布和擴散能力的信息。對短期、突發(fā)性刺激產(chǎn)生的反應通常要比長期、固定性因素更加強烈。如禾谷縊管蚜受38 ℃短時高溫處理后，當代成蚜壽命顯著縮短，產(chǎn)蚜量降低，且禾谷縊管蚜F代種群增長明顯受到抑制；較短時間的低溫馴化可有效提高廣聚螢葉甲成蟲在致死低溫下的存活率；蘋淡褐卷蛾幼蟲經(jīng)冷馴化處理后，過冷卻點和死亡率均明顯降低；短時高、低溫處理對斜紋夜蛾的生長發(fā)育和存活會產(chǎn)生不利影響，但一定程度上可提高其耐寒性。目前，有關草地貪夜蛾對溫度響應的研究已有報道。Schlemmer報道其最佳發(fā)育溫度為26～32 ℃，最佳產(chǎn)卵溫度在18～26 ℃。當溫度為35 ℃時，草地貪夜蛾卵孵化率和蛹存活率均較低，且成蟲不能產(chǎn)卵；15 ℃下的低溫環(huán)境不能正常繁殖，表現(xiàn)出生長速率下降和死亡率上升。羅舉等研究表明，草地貪夜蛾3齡幼蟲過冷卻點為-7.65 ℃；張紅梅等報道草地貪夜蛾卵和蛹經(jīng)短時高溫處理后對其生長發(fā)育的影響顯著。

草地貪夜蛾世代周期較短，一年內(nèi)可發(fā)生多代，研究表明，短時溫度變化可對世代周期短的昆蟲生長發(fā)育、地理分布及生殖等產(chǎn)生影響。因此，研究短時高、低溫對草地貪夜蛾選擇入侵地及種群發(fā)生有重要的參考意義。由于草地貪夜蛾3齡幼蟲開始進入暴食階段且抗藥性顯著增強，故本試驗選擇3齡幼蟲分別在高溫36 ℃、低溫13 ℃下進行短時脅迫，觀察不同處理對其后期生長發(fā)育、死亡率及耐寒性的影響。以期為極端溫度頻發(fā)下草地貪夜蛾的種群發(fā)生規(guī)律、預測預報及防治提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

..供試蟲源

草地貪夜蛾幼蟲于2019年月6月采自貴州省六盤水市盤州市雞場坪鎮(zhèn)滑石鄉(xiāng)(N 25°54′，E 104°36′，平均海拔1800 m)的玉米地，在人工氣候箱中用新鮮玉米苗飼養(yǎng)，控制溫度(27±1) ℃、相對濕度(65±5)%、光周期L∶D=16 h∶8 h，光照強度5000 lx，提供滅菌蛭石供其化蛹，成蟲置于養(yǎng)蟲籠中，用10%蜂蜜水喂養(yǎng)。供試蟲源為室內(nèi)繼代飼養(yǎng)的第7代3齡幼蟲。

..主要儀器

試驗使用的主要食品為RGL-P系列人工氣候培養(yǎng)箱(0～50 ℃)(合肥達斯卡特生物科技有限公司)、METTLER TOLEDO萬分之一天平(梅特勒利托多上海有限公司)、低溫冰柜(Haier biomedical DW-40W100)。

1.2 方法

..高、低溫處理對幼蟲生長發(fā)育的影響

取大小一致的3齡幼蟲，置于體積750 mL的養(yǎng)蟲盒內(nèi)，每盒10頭，每個處理10頭試蟲，重復9次。在36 ℃和13 ℃人工氣候箱中分別處理8、16、24、32 h后于正常飼養(yǎng)條件下繼續(xù)飼養(yǎng)，以27 ℃下正常飼養(yǎng)的為對照(下同)。4齡后為了避免自相殘殺，轉(zhuǎn)移至體積25 mL的透明塑料杯中單頭飼養(yǎng)，處理期間進入4齡的也及時轉(zhuǎn)移到相同規(guī)格塑料杯中繼續(xù)處理。每天8∶00和20∶00分別觀察1次并根據(jù)情況更換食物，記錄幼蟲各齡期蛻皮、發(fā)育與死亡情況，直至幼蟲全部化蛹。

..高、低溫處理對預蛹和蛹的影響

幼蟲進入預蛹后取出放入300 mL裝有滅菌蛭石的養(yǎng)蟲杯中，與幼蟲期觀察時間相同，觀察記錄預蛹期和化蛹率，待化蛹顏色完全呈棕紅色后用電子天平稱量蛹重(單頭)。

..高、低溫處理對幼蟲耐寒性的影響

試蟲與..處理相同，經(jīng)高、低溫脅迫后，選取存活試驗試蟲及對照試蟲均置于-7 ℃冰柜中1 h，然后轉(zhuǎn)入正常飼養(yǎng)條件下飼養(yǎng)24 h后觀察統(tǒng)計存活情況。每處理10頭試蟲，重復9次。

成蟲期：指初羽化的成蟲一直到其死亡的時期；

死亡率(%)=(此發(fā)育階段死亡的蟲量/進入該階段的蟲量)×100%；

化蛹率(%)=(蛹數(shù)/老熟幼蟲數(shù)量)×100%。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 26軟件先進行正態(tài)性檢驗和方差性檢驗，對通過正態(tài)性檢驗和方差齊性檢驗的數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，用Duncan氏新復極差法進行多重比較，包括各蟲態(tài)的發(fā)育歷期、化蛹率、蛹重和抗寒性；各蟲態(tài)死亡率數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，采用Kruskal-Wallis法進行差異性檢驗，如存在差異則采用Bonferroni校正法進行多重比較，<0.05有統(tǒng)計學意義。利用Sgmaplot 14和GraphPad Prism 8作圖，并用回歸分析擬合生長發(fā)育與其處理時間之間的關系。

2 結果與分析

2.1 高、低溫處理對草地貪夜蛾發(fā)育歷期的影響

..高溫對各齡幼蟲發(fā)育歷期的影響

36 ℃高溫處理8 h后的3齡幼蟲發(fā)育歷期與對照組差異不顯著(圖1)，其余處理組的3齡幼蟲發(fā)育歷期均極顯著延長(=12.035，<0.01)。處理24 h的3齡幼蟲，其4齡幼蟲發(fā)育歷期與對照組差異不顯著，處理8 h、16 h和32 h的發(fā)育歷期分別顯著延長至3.242 d、3.084 d、3.126 d(=3.533，=0.015)。3齡幼蟲經(jīng)高溫處理8 h后，其5齡幼蟲發(fā)育歷期與對照組差異不顯著，分別為1.433 d和1.408 d，其余的處理組比對照組顯著延長(=68.010，<0.01)，3齡幼蟲高溫處理時長與5齡幼蟲發(fā)育歷期呈顯著線性關系(=0.271+1.272，=0.817，=191.906，<0.01)。3齡幼蟲經(jīng)高溫處理8 h和16 h后，其6齡發(fā)育歷期分別顯著延長至4.060 d和3.733 d(=4.108，=0.007)，處理24 h和32 h后與對照組的差異不顯著。高溫處理極顯著延長了3～6齡幼蟲累計發(fā)育歷期，處理32 h的延長至13.496 d (=45.601，<0.01)，二者呈顯著線性關系(=0.719+10.458，=0.807，=180.257，<0.01)。高溫處理不同時長后的預蛹期均極顯著縮短(=107.511，<0.01)，二者呈顯著線性關系(=0.258+2.125，=0.861，=265.689，<0.01)。3齡幼蟲經(jīng)過高溫處理8 h后蛹期顯著縮短為8.428 d，處理32 h的顯著延長為9.313 d (=12.622，<0.01)。高溫處理后成蟲期差異不顯著(=12.622，=0.647)。表明36 ℃高溫處理的3齡幼蟲在隨后的發(fā)育過程中，3～6齡幼蟲累計發(fā)育歷期及預蛹期所受影響較大，其次是5齡幼蟲的發(fā)育歷期，成蟲期受影響較小。

注：a～i依次為3齡幼蟲、 4齡幼蟲、5齡幼蟲、6齡幼蟲、3～6齡幼蟲、 預蛹、蛹、成蟲、蛹重。圖中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標準差。不同大、小字母表示同一齡期不同時長處理間經(jīng)Duncan氏新復極差法檢驗在P<0.01和P<0.05水平差異顯著。圖1 經(jīng)36 ℃高溫處理后草地貪夜蛾各齡幼蟲的發(fā)育歷期及蛹重Fig.1 Effects of high temperature 36 ℃ on larval duration of 3rd～6th instars and pupal weight of S. frugiperda

..低溫對各齡幼蟲發(fā)育歷期的影響

3齡幼蟲經(jīng)13 ℃低溫不同時長處理后，隨后各齡及3～6齡幼蟲累計發(fā)育歷期整體呈延長趨勢(圖2)。其中處理8 h后3齡幼蟲發(fā)育歷期與對照組無顯著差異，其余處理的3齡幼蟲發(fā)育歷期均顯著長于對照組，其中處理32 h的延長至3.483 d，是對照組的1.543倍(=34.362，<0.01)。經(jīng)低溫處理8 h、16 h及24 h后4齡幼蟲發(fā)育歷期與對照組差異不顯著，處理32 h的顯著長于對照組(=3.330，=0.019)。低溫處理后5齡幼蟲發(fā)育歷期均顯著長于對照組(=108.116，<0.01)，二者呈顯著線性關系(=0.280+1.592，=0.814，=187.988，<0.01)。3齡幼蟲經(jīng)低溫處理8 h后，其6齡幼蟲發(fā)育歷期與對照組無顯著差異，處理16、24和32 h的顯著長于對照組(=4.370，=0.005)。經(jīng)過低溫處理不同時長后,3～6齡幼蟲累計發(fā)育歷期極顯著延長(=62.002，<0.01)，兩者呈顯著線性關系(=0.544+10.406，=0.808，=180.829，<0.01)。預蛹期差異均不顯著(=0.860，=0.496)，蛹期均極顯著短于對照組(=11.687，<0.01)，成蟲期差異不顯著(=1.935，=0.123)。由結果可知草地貪夜蛾3齡幼蟲經(jīng)短時低溫處理后，3齡幼蟲發(fā)育歷期受影響最大，其次是5齡幼蟲及3～6齡幼蟲的累計發(fā)育歷期，預蛹期和成蟲期受影響較小。

注：a～i依次為3齡幼蟲、4齡幼蟲、5齡幼蟲、6齡幼蟲、3～6齡幼蟲、 預蛹、 蛹、成蟲、蛹重。圖中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標準差。不同大、小字母表示同一齡期不同時長處理間經(jīng)Duncan氏新復極差法檢驗在P<0.01和P<0.05水平差異顯著。圖2 經(jīng)13 ℃低溫處理后草地貪夜蛾各齡幼蟲的發(fā)育歷期及蛹重Fig.2 Effects of low temperature 13 ℃ on larval duration of 3rd～6th instars and pupal weight of S. frugiperda

2.2 高、低溫處理對草地貪夜蛾死亡率的影響

..高溫對各齡幼蟲死亡率的影響

3齡幼蟲經(jīng)36 ℃高溫不同時長處理后，隨后各齡幼蟲的死亡率與對照組差異顯著(圖3)，高溫處理后3齡幼蟲死亡率均顯著高于對照組(<0.05)，其中處理32 h后平均死亡率達到60%～80%，顯著高于對照組及其他處理組。高溫處理16 h和24 h的4齡幼蟲期死亡率顯著高于對照組(<0.05)，其中處理24 h的死亡率在0～60%，多集中在20%～50%之間。5齡幼蟲期死亡率均顯著低于對照組(<0.05)，對照組死亡率在0～30%，多集中在0～15%之間。6齡幼蟲期，處理8 h的死亡率在0～40%，處理16 h的有效死亡率在0～10%。3～6齡幼蟲累計死亡率在高溫處理24 h和32 h下均極顯著高于對照組(<0.01)。結果表明36 ℃高溫處理3齡幼蟲不同時長后，在隨后的發(fā)育過程中，死亡率受影響最大的是3齡、4齡幼蟲，其次是3～6齡幼蟲累計發(fā)育歷期，5齡幼蟲發(fā)育歷期受影響最小。

注：a～e依次為3齡幼蟲、 4齡幼蟲、 5齡幼蟲、 6齡幼蟲、3～6齡幼蟲。利用克魯斯卡爾—沃利斯單因素ANOVA檢驗(k個樣本)，并對多項檢驗結果進行Bonferroni校正法校正。圖3 經(jīng)36 ℃高溫處理后草地貪夜蛾各齡幼蟲死亡率的箱線圖Fig.3 Box plot of mortality rate of each instar larvae of S. frugiperda treated at 36 ℃

..低溫對各齡幼蟲死亡率的影響

3齡幼蟲經(jīng)13 ℃低溫不同時長處理后，對后續(xù)各個齡期死亡率的影響變化見圖4，從檢測數(shù)據(jù)上看，3齡幼蟲死亡率各處理間差異均不顯著(>0.05)，處理16 h后的死亡率在0～30%，處理32 h的死亡率在0～20%。3齡幼蟲低溫處理8 h后4齡幼蟲死亡率顯著高于對照組(=0.027)，在0～20%之間，其余處理組差異不顯著(>0.05)。5齡幼蟲發(fā)育歷期所受影響趨于穩(wěn)定，處理組間差異均不顯著(>0.05)。6齡幼蟲發(fā)育歷期處理組的死亡率在一定空間內(nèi)波動上升。處理組3～6齡幼蟲累計發(fā)育歷期死亡率中位數(shù)值高于對照組，但處理組間差異不顯著(>0.05)。表明3齡幼蟲在經(jīng)過13 ℃低溫處理后，各個發(fā)育過程的死亡率所受影響波動最大的是3、4齡幼蟲發(fā)育歷期幼蟲，其次是3～6齡幼蟲累計發(fā)育歷期，5齡幼蟲受影響最小。

注：a～e依次為3齡幼蟲、 4齡幼蟲、 5齡幼蟲、 6齡幼蟲、3～6齡幼蟲。利用克魯斯卡爾-沃利斯單因素ANOVA檢驗(k個樣本)，并對多項檢驗結果進行Bonferroni校正法校正。圖4 經(jīng)13 ℃處理后草地貪夜蛾各齡幼蟲死亡率的箱線圖Fig.4 Box plot mortality rate of each instar larvae of S. frugiperda treated at 13 ℃

2.3 高、低溫處理對草地貪夜蛾蛹的影響

..高溫對草地貪夜蛾蛹的影響

3齡幼蟲經(jīng)過高溫處理8 h的蛹重與對照組無顯著差異，處理16 h、24 h和32 h后其蛹重顯著低于對照組(=3.281，=0.020)(圖1-i)。經(jīng)高溫處理8 h和處理16 h的3齡幼蟲，其化蛹率與對照組差異不顯著，而高溫處理24 h和處理32 h的3齡幼蟲，其化蛹率極顯著降低(=17.781，<0.01)，分別為49.78%、65.00%(圖5-b)。

注：a為13 ℃化蛹率;b為36 ℃化蛹率。圖中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標準差。不同大、小字母表示同一齡期不同時長處理間經(jīng)Duncan氏新復極差法檢驗在P<0.01和P<0.05水平差異顯著。圖5 高、低溫對草地貪夜蛾蛹的影響Fig.5 The effect of high and low temperature on the pupae of S. frugiperda

..低溫對草地貪夜蛾蛹的影響

3齡幼蟲經(jīng)低溫處理后，其蛹重極顯著低于對照組(圖2-i)，其中處理24 h后蛹重降低至0.140 g(=7.463，<0.01)。經(jīng)過低溫處理后，幼蟲化蛹率與對照組差異顯著，其中處理8 h和16 h后化蛹率顯著低于對照組(=6.384，<0.01)，處理24 h和32 h的3齡幼蟲的化蛹率分別為72.89%和63.33%，均極顯著低于對照組的88.67%(圖5-a)。

2.4 高、低溫對草地貪夜蛾抗寒性的影響

3齡幼蟲經(jīng)高、低溫處理不同時長后置于-7 ℃下脅迫后存活率由圖6可知，36 ℃和13 ℃處理8 h后再脅迫的幼蟲存活率均顯著高于對照組(=5.515，=0.011)；高、低溫處理16 h后再脅迫的3齡幼蟲存活率與對照組無顯著差異(=2.161，=0.137)，處理24 h和處理16 h的結論一致(=2.167，=0.136)。13 ℃處理32 h后脅迫的幼蟲存活率與對照組差異不顯著，36 ℃處理32 h后脅迫的幼蟲存活率極顯著低于對照組存活率(=7.579，=0.003)?；跀?shù)據(jù)檢測可知，3齡幼蟲經(jīng)過36 ℃和13 ℃處理8 h后可以顯著提高草地貪夜蛾的抗寒性，處理16 h、24 h無顯著影響，高溫處理32 h后再脅迫的抗寒性極顯著下降，低溫處理32 h后再脅迫對草地貪夜蛾抗寒性無顯著差異。

注:圖中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標準差。不同大、小字母表示同一齡期不同時長處理間經(jīng)Duncan氏新復極差法檢驗在P<0.01和P<0.05水平差異顯著。圖6 高、低溫處理后經(jīng)-7 ℃脅迫對草地貪夜蛾存活率的影響Fig.6 Effect of -7 ℃ stress on survival rate of S. frugiperda in control group and different temperature treatments

3 結論與討論

溫度是影響昆蟲生長發(fā)育、繁殖、行為、生活史等生命活動的重要因素，當外界溫度超過昆蟲適生溫度范圍，昆蟲生命活動就會受到一定程度的影響。如麥長管蚜、南亞實蠅、紫斑谷螟及沙蔥螢葉甲經(jīng)不同短時高低溫處理后均不利于生長發(fā)育。本研究中草地貪夜蛾3齡幼蟲經(jīng)36 ℃高溫脅迫后，發(fā)育歷期受到不同程度的影響，其中3齡和4齡幼蟲死亡率顯著上升，預蛹期極顯著縮短，3齡幼蟲經(jīng)高溫處理24 h和32 h后化蛹率顯著降低，隨著高溫處理時長的增加，蛹重顯著下降；經(jīng)13 ℃低溫脅迫后，3齡及隨后各齡發(fā)育歷期整體呈延長趨勢，4齡幼蟲死亡率上升，低溫處理后化蛹率和蛹重均顯著降低。這與前人研究得到15 ℃時蛹存活率低；36 ℃下草地貪夜蛾卵孵化率下降，羽化過程死亡率高，37 ℃時蛹無法正常羽化；不同齡期幼蟲經(jīng)高溫暴露對蛹重有顯著影響等結論相似。表明在初春和夏季，草地貪夜蛾在遭受短時高低溫脅迫后，對其各蟲態(tài)生長發(fā)育與存活率均有不利影響。

昆蟲的抗寒能力能夠影響其來年的發(fā)生量，經(jīng)過適宜的極端溫度處理能提高昆蟲的抗寒能力。本文在13 ℃下低溫處理草地貪夜蛾3齡幼蟲8 h，可提高其抗寒性，這與前人的研究結果一致。例如異色瓢蟲的成蟲經(jīng)5 ℃脅迫一段時間后，再暴露于-5 ℃下，其存活率顯著提高；東亞飛蝗的卵經(jīng)0 ℃和5 ℃馴化后，均能顯著提高其存活率。目前，關于高溫脅迫對昆蟲抗寒性影響的研究較少，本研究得出36 ℃高溫處理草地貪夜蛾3齡幼蟲可提高其幼蟲存活率，這與斜紋夜蛾、黑腹果蠅的研究結果一致，均表明適宜的高溫處理可提高部分昆蟲的抗寒性。

草地貪夜蛾原產(chǎn)地屬于熱帶和亞熱帶地區(qū)，高低溫脅迫對其適應入侵地及種群繁衍有重要意義，本研究結果反映出短時高低溫脅迫草地貪夜蛾對其生長發(fā)育存在不利的影響，但對其存活率有一定的提高作用。因此，在草地貪夜蛾發(fā)生的地區(qū)，當早春和夏季出現(xiàn)短時高低溫后，應對草地貪夜蛾種群采取適當?shù)目刂拼胧?。研究結論對進一步了解草地貪夜蛾生長發(fā)育、分布及遷移規(guī)律提供科學依據(jù)，對短時高低溫頻發(fā)條件下預測預報及防治有一定的參考價值。