鏈烷技術(shù)檢測(cè)蝗蟲(chóng)食性方法的研究

劉貴河，郝樹(shù)廣，易愛(ài)民，張英俊，汪詩(shī)平

（1.河北北方學(xué)院動(dòng)物科技學(xué)院，河北 張家口075000；2.中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所，北京100080；3.內(nèi)蒙古錫林郭勒盟農(nóng)牧業(yè)局土壤肥料工作站，內(nèi)蒙古 錫林浩特026000；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院草地研究所，北京100193；5.中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所高寒生態(tài)學(xué)和生物多樣性實(shí)驗(yàn)室，北京100101）

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)天然草原中有90%的可利用草地處于不同程度退化[1]，退化草地為蝗蟲(chóng)繁殖創(chuàng)造了有利條件，導(dǎo)致蝗災(zāi)大面積發(fā)生[2]。尤其2002年以來(lái)，西部的內(nèi)蒙古、新疆、青海、西藏和甘肅等地連續(xù)爆發(fā)蝗災(zāi)[3－8]，蝗蟲(chóng)危害形成了 “蝗害－草原退化－蝗害加劇”的惡性循環(huán)，加速了草地退化進(jìn)程[9]。因此蝗蟲(chóng)的食性研究對(duì)進(jìn)一步研究草地退化以及蝗蟲(chóng)防治具有十分重要的意義。

前人總結(jié)了很多的方法來(lái)評(píng)價(jià)蝗蟲(chóng)食性，最常見(jiàn)的方法包括罩籠條件下蝗蟲(chóng)取食習(xí)性的觀察[10，11]、口器結(jié)構(gòu)適應(yīng)性分析[12]、消化道形態(tài)學(xué)研究[13]以及蝗蟲(chóng)糞便形態(tài)特征分析[14]。這些方法和技術(shù)只能將蝗蟲(chóng)的食性做大致的劃分和歸類[15]。雖然嗦囊內(nèi)含物顯微分析技術(shù)被廣泛用于評(píng)價(jià)蝗蟲(chóng)的食性[16－18]，但在實(shí)際應(yīng)用中很難被推廣[19]。

隨著生態(tài)學(xué)的發(fā)展，鏈烷技術(shù)被普遍應(yīng)用，主要應(yīng)用于放牧家畜食性和食量的研究上[20－22]，對(duì)蝗蟲(chóng)食性的研究未見(jiàn)報(bào)道。由于鏈烷技術(shù)理論上可以研究蝗蟲(chóng)的食性[23，24]，需要對(duì)其研究方法進(jìn)行探討和完善。本研究選擇內(nèi)蒙古典型草原克氏針茅（Stipakrylovii）群落為研究對(duì)象，選用優(yōu)勢(shì)植物羊草（Leymus chinensis）、糙隱子草（Cleistegenessquarrosa）和克氏針茅（Stipakrylovii）3種主要牧草飼喂蝗蟲(chóng)，確定鏈烷技術(shù)估測(cè)優(yōu)勢(shì)種亞洲小車蝗（Oedaleusasiaticus）食性的精確性，旨在為蝗災(zāi)防治及草原保護(hù)提供理論和實(shí)踐依據(jù)，同時(shí)也為鏈烷技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用提供科學(xué)的理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2007年7月20日至7月23日選擇在內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟南部太仆寺旗貢寶拉嘎蘇木（鄉(xiāng)）哈夏圖嘎查（村）東側(cè)天然草地（北緯41°35′47″，東經(jīng)115°07′18″，海拔1 380m）進(jìn)行。該區(qū)屬溫帶半干旱大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季溫暖濕潤(rùn)。年平均氣溫2℃，最冷月1月平均氣溫－17.6℃，最熱月7月平均氣溫17.8℃，大于10℃的有效積溫為1 790～2 198℃。年平均降水350mm，受季風(fēng)氣候影響，降水量分布季節(jié)性明顯，主要集中在6、7、8月。年均蒸發(fā)量1 900mm，是降水量5倍左右，春、夏、秋季常發(fā)生干旱。平均日照時(shí)數(shù)2 900h，平均風(fēng)速4m/s，無(wú)霜期約115d。試驗(yàn)地草地長(zhǎng)期處于自由放牧狀態(tài)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在試驗(yàn)地天然草地上扎12個(gè)網(wǎng)籠（0.5m×0.5m×0.8m），除去網(wǎng)籠內(nèi)所有的草種，清理干凈地面并壓實(shí)。用掃網(wǎng)法確定優(yōu)勢(shì)蝗蟲(chóng)種為亞洲小車蝗，并用掃網(wǎng)法捕捉健康的亞洲小車蝗成蟲(chóng)360只，每個(gè)網(wǎng)籠中放入30只蝗蟲(chóng)，用鮮羊草、糙隱子草和克氏針茅各500g飼喂蝗蟲(chóng)，第1d預(yù)試驗(yàn)，從第2d起正式試驗(yàn)，第3d起每天7∶00稱取食剩的牧草，經(jīng)水分損失校正后計(jì)算蝗蟲(chóng)采食量，并用鏈烷技術(shù)估測(cè)采食牧草比例。

1.3 樣品采集和處理

飼喂蝗蟲(chóng)前，每天準(zhǔn)確稱取3種鮮草各150g，65℃烘干，測(cè)牧草干鮮比，飼喂后取出食剩的牧草，準(zhǔn)確稱量每種牧草150g，65℃烘干測(cè)干鮮比，計(jì)算每種牧草每天實(shí)際采食的干物質(zhì)量和比例；同時(shí)把試驗(yàn)期所取同種牧草分別混合均勻、粉碎，過(guò)1mm篩，備測(cè)鏈烷含量。

試驗(yàn)期內(nèi)每天上午7∶30開(kāi)始收集一次糞便，第1d收集的糞便棄掉，糞便收集順延1d，糞便在65℃烘箱中烘干稱重，將同一網(wǎng)籠內(nèi)3d的糞樣混合均勻，過(guò)1mm篩粉碎，備測(cè)鏈烷含量。另外取5%的糞樣置于105℃烘箱中烘干，稱干重，用干鮮比計(jì)算蝗蟲(chóng)每天實(shí)際干物質(zhì)排糞量。

1.4 樣品分析

鏈烷提取、分析、色譜條件以及食性食量測(cè)定參考劉貴河等[25]方法。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS11.5軟件進(jìn)行單因素方差分析、相關(guān)分析和回歸分析，所有數(shù)據(jù)用Excel計(jì)算并形成圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種牧草鏈烷模式

3種牧草的鏈烷特征模式是不同的，每種牧草的奇數(shù)鏈烷含量均高于相鄰偶數(shù)鏈烷含量，且優(yōu)勢(shì)鏈烷均為C29、C31和C33，鏈烷模式存在種間差異（表1）。

表1 植物種鏈烷模式（mg/kg干物質(zhì)）

2.2 糞便中鏈烷的回收率

從圖1可以看出，不同長(zhǎng)度的鏈烷回收率不同，鏈烷從C21到C35，回收率從90%線性增加到100%，且相鄰奇數(shù)鏈烷的回收率差異不顯著（P＞0.05）。

圖1 鏈烷回收率與碳鏈長(zhǎng)度的關(guān)系

2.3 蝗蟲(chóng)的采食量和排糞量

以30頭蝗蟲(chóng)為一個(gè)處理，每天實(shí)際采食每種牧草的數(shù)量及其排糞量差異不顯著（P＞0.05），見(jiàn)表2。

表2 30只蝗蟲(chóng)每天采食每種牧草的數(shù)量及排糞量（g）

2.4 蝗蟲(chóng)采食牧草比例

蝗蟲(chóng)采食牧草比例實(shí)際值和估測(cè)值間存在顯著正相關(guān)，羊草、糙隱子草和克氏針茅的相關(guān)系數(shù)分別為0.925 5、0.956 6和0.978 2，三者的回歸直線斜率介于0.77～0.96之間（圖2）；蝗蟲(chóng)采食3種牧草的測(cè)定比例分別為羊草（41.3%±0.34%）、 糙 隱 子 草（17.1%±0.35%）、克氏針茅（41.6%±0.32%），實(shí)際牧草比例和測(cè)定比例分別進(jìn)行t檢驗(yàn)，差異均不顯著（P＞0.05），說(shuō)明鏈烷技術(shù)可以準(zhǔn)確測(cè)定蝗蟲(chóng)采食3種牧草的比例。

圖2 羊草采食實(shí)際與估測(cè)比例比較

圖3 糙隱子草采食實(shí)際與估測(cè)比例比較

圖4 克氏針茅采食實(shí)際與估測(cè)比例比較

3 結(jié)論與討論

由于亞洲小車蝗主要是以禾草為食[17，18，26]，因此本研究采用3種禾草飼喂亞洲小車蝗。由于蝗蟲(chóng)個(gè)體采食量小，為減小誤差，本試驗(yàn)以蝗蟲(chóng)群體（30只）作為單元來(lái)研究其食性。考慮到蝗蟲(chóng)在捕捉過(guò)程以及網(wǎng)籠內(nèi)飼養(yǎng)過(guò)程中易受傷或死亡，因此每天飼喂前要檢查死亡蝗蟲(chóng)數(shù)量并補(bǔ)充。本試驗(yàn)后2個(gè)處理籠內(nèi)飼養(yǎng)的蝗蟲(chóng)只用于補(bǔ)充其它處理中死亡的蝗蟲(chóng)，不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

牧草中鏈烷種類和含量的差異是評(píng)價(jià)蝗蟲(chóng)采食牧草種類組成的依據(jù)，這也是推廣運(yùn)用鏈烷技術(shù)評(píng)價(jià)食草動(dòng)物食性的理論基礎(chǔ)[24]。供試3種牧草鏈烷模式存在種間差異，與前人研究結(jié)果一致[27，28]。糞便中鏈烷的回收率是運(yùn)用鏈烷技術(shù)精確測(cè)定食草動(dòng)物食性的前提[29]，牧草鏈烷通過(guò)動(dòng)物消化道后的回收率存在差異[30，31]。由于動(dòng)物種類不同，糞便中鏈烷的回收率也存在較大的差異，有的線性增加[32，33]，有的線性下降[34]。本研究蝗蟲(chóng)糞便中鏈烷的回收率隨鏈烷長(zhǎng)度增加而線性增加，鏈烷從C21到C35，回收率從90%增加到100%。

鏈烷技術(shù)測(cè)定食草動(dòng)物牧草采食比例是通過(guò)牧草鏈烷含量與經(jīng)回收率校正后的糞便中鏈烷含量建立聯(lián)立方程來(lái)計(jì)算的[11]，但隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，最小平方和優(yōu)化程序[35]被廣泛應(yīng)用，在測(cè)定牧草采食比例時(shí)更為簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確[36]，其中使用比牧草種類數(shù)多的鏈烷數(shù)量測(cè)定的結(jié)果與使用和牧草種類數(shù)相等的鏈烷數(shù)量測(cè)定的結(jié)果存在差異，但不顯著[37]。本研究如果用C28以下短鏈烷估測(cè)蝗蟲(chóng)的食性與實(shí)際測(cè)定值差異顯著（P＜0.05），用C28以上長(zhǎng)鏈烷估測(cè)蝗蟲(chóng)食性與實(shí)際測(cè)定值差異不顯著（P＞0.05），尤其采用優(yōu)勢(shì)鏈烷C29、C31和C33的估測(cè)值與實(shí)際測(cè)定值最為接近，因此，鏈烷技術(shù)可以精確測(cè)定蝗蟲(chóng)采食牧草的比例。

[1]李鳳霞，張德罡.草地退化指標(biāo)及恢復(fù)措施[J].草原與草坪，2005，（01）：24－28.

[2]顏忠誠(chéng)，陳永林.草原蝗蟲(chóng)的棲境選擇[J].動(dòng)物學(xué)報(bào)，1997，43（01）：110－111.

[3]潘建梅.內(nèi)蒙古草原蝗蟲(chóng)發(fā)生原因及防治對(duì)策[J].中國(guó)草地，2002，（06）：66－69.

[4]陳永林.認(rèn)識(shí)草原蝗害[J].大自然探索，2003，（12）：20.

[5]孫濤，龍瑞軍.我國(guó)草原蝗蟲(chóng)生物防治技術(shù)及研究進(jìn)展[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2008，30（03）：88－93.

[6]方毅才.甘肅草原蝗蟲(chóng)現(xiàn)狀與防治對(duì)策[J].草業(yè)科學(xué)，2009，26（11）：157－160.

[7]趙玲，王登元，趙莉，等.新疆蝗蟲(chóng)的研究進(jìn)展[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，49（07）：1212－1213.

[8]白月明，劉玲，樂(lè)章燕，等.20世紀(jì)以來(lái)中國(guó)蝗蟲(chóng)監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)研究動(dòng)態(tài)進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（26）：281－290.

[9]邱星輝，康樂(lè)，李鴻昌.內(nèi)蒙古草原主要蝗蟲(chóng)的防治經(jīng)濟(jì)閾值[J].昆蟲(chóng)學(xué)報(bào)，2004，47（05）：595－598.

[10]Gangwere S K.A monograph on food selection in Orthoptera[J].Transact Amer Entom Society，1961，（87）：67－230.

[11]李鴻昌，席瑞華，陳永林.內(nèi)蒙古典型草原蝗蟲(chóng)食性的研究1.罩籠供食下的取食特性[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1983，3（03）：214－228.

[12]Gangwore.The Structural adaptations of mouthparts in Orthoptera and allies[J].Eos 1965，41：67－96.

[13]Tyrkus M.The feasibility of use of caecal and diverticular coloration in field determination of grasshopper diet[J].Mich Entom，1971，4：14－22.

[14]Tyrkus M，Gangwere S K.Studies on the feculae of selected Michigan Acridities[J].Mich Entom，1970，61：118－128.

[15]Nelson M L，Gangwere S K.A key to grasshopper food plants based on anatomical features[J].Mich Boian，1981，20：11－126.

[16]康樂(lè)，陳永林.草原蝗蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位的研究[J].昆蟲(chóng)學(xué)報(bào)，1994，37（02）：178－189.

[17]賀達(dá)漢，鄭哲民.荒漠草原蝗蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位及種間食物競(jìng)爭(zhēng)模型的研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1997，8（06）：605－611.

[18]王世貴，馬小梅.浙江杭州地區(qū)紅褐斑腿蝗的食性選擇及其取食生態(tài)位[J].植物保護(hù)，2009，35（04）：39－43.

[19]Norbury G L，Sanson G D.Problems with measuring diet selection of terrestrial，mammalian herbivores[J].Austr J Ecol，1992，17：1－7.

[20]Valiente O L，Delgado P，Vega A D，et al.Validation of the n－alkane technique to estimate intake，digestibility and diet composition in sheep consuming mixed grain：roughage diets[J].Austr J Agric Res，2003，54：693－702.

[21]Kuzyk G W，Hudson R J.Using n－alkane markers to estimate forage intake of mule deer[J].J Zool，2006，84：1576－1583.

[22]劉貴河，汪詩(shī)平，張英俊，等.鏈烷技術(shù)估測(cè)典型草原放牧牛食性食量方法研究[J].草地學(xué)報(bào)，2009，17（06）：693－698.

[23]Dove H.Using the n－alkanes of plant cuticular wax to estimate the species composition of herbage mixtures[J].Austr J Agric Res，1992，43：1711－1724.

[24]Dove H，Mayes R W.The use of plant wax alkanes as marker substances in studies of the nutrition herbivores：a review[J].Austr J Agric Res，1991，42：913－952.

[25]劉貴河，林立軍，張英俊，等.飽和鏈烷技術(shù)測(cè)定綿羊食性食量精確性研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，39（07）：1472－1479.

[26]盧輝，余鳴，張禮生，等.不同齡期及密度亞洲小車蝗取食對(duì)牧草產(chǎn)量的影響[J].植物保護(hù)，2005，31（04）：55－58.

[27]Dove H，Mayes R W，F(xiàn)reer M.Effects of species，plant part，and plant age on the concentrations in the cuticular wax of pasture plants[J].Austr J Agric Res，1996，47：1333－1347.

[28]Zhang Y Y，Togamura，Otsuki K.Study on the n－alkane patterns in some grasses and factors affecting the n－alkane patterns[J].J Agric Sci，2004，142：469－475.

[29]Brosh A，Henkin Z，Rothman S J，et al.Effects of fecal n－alkane recovery in estimates of diet composition[J].J Agric Sci，2003，140：93－100.

[30]Unal Y，Garnsworthy P C.Estimation of intake and digestibility of forage－based diets in group－fed dairy cows using alkanes as markers[J].J Agric Sci，1999，133：419－425.

[31]Smit H J，Taweel H Z，Tas B M，et al.Comparison of techniques for estimating herbage intake of grazing dairy cows[J].J Agric Sci，2005，88：1827－1836.

[32]劉貴河，張英俊，汪詩(shī)平，等.影響內(nèi)蒙古典型草原3種牧草飽和鏈烷回收率的因素研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2006，15：109－114.

[33]Mayes R W，Lamb C S，Colgrove M.The use of dosed and herbage n－alkanes as markers for the determination of herbage intake[J].J Agric Sci，1986，107：161－170.

[34]Vulich S A，O’riordan E G，Hanrahan J P.Use of n－alkanes for the estimation of herbage intake in sheep：accuracy and precision of the estimates[J].J Agric Sci，1991，116：319－323.

[35]Dove H，Moore A D.Using a least－squares optimization procedure to estimate botanical composition based on the alkanes of plant cuticular wax[J].Austr J Agric Res，1995，46：1535－1544.

[36]Newman J A，Thompson W A，Penning P D，et al.Least－squares estimation of diet composition from n－alkanes in herbage and faeces[J].Austr J Agric Res，1995，46：793－805.

[37]Newman J A，Cribari－neto，Jensen M J.The sensitivity of n－alkane analysis to measurement error：implications for use in the study of diet composition[J].J Agric Sci，1998，131：465－476.