意大利蝗對(duì)溫度耐受力的初探

任金龍，趙 莉，趙 炎，葛 婧

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 新疆農(nóng)林有害生物監(jiān)測(cè)與安全防控自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊830052）

意大利蝗廣泛分布于沿地中海的北部和東部邊緣、中歐、北非、中亞、西伯利亞平原西部、蒙古西北部、中國(guó)（新疆、內(nèi)蒙古、青海、甘肅）［1－2］，具有分布廣泛、潛在危害大、擴(kuò)散遷徙的特性。近年來意大利蝗頻繁越境危害我國(guó)新疆毗鄰哈薩克斯坦的阿勒泰、塔城、伊犁等邊境地區(qū)，為害草地面積達(dá)249 萬h m2。意大利蝗在我國(guó)潛在分布地域?yàn)殚L(zhǎng)江以北地區(qū)［3］，隨著全球性氣候變化、水熱季節(jié)性分配失調(diào)及草原沙化等生態(tài)條件的變化，其潛在分布范圍、種群適宜水平將有所增加。

溫度為生物極為重要的生態(tài)因子，任何一種生物的生存和發(fā)育均受外界溫度的影響和控制，其中高溫或低溫均會(huì)影響其正常生活。在不良的低溫環(huán)境中，昆蟲耐寒能力的高低是種群存在與發(fā)展的重要前提，同時(shí)決定種群生殖、擴(kuò)散、分布及下一季節(jié)的發(fā)生動(dòng)態(tài)［4］，其中過冷卻點(diǎn)（Supercooling Point，SCP）常作為界定昆蟲耐寒性強(qiáng)弱的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)［5－9］；在高溫環(huán)境中，昆蟲耐高溫能力則決定其生存及發(fā)育。同時(shí)，溫度亦為影響有機(jī)體體溫的主要因素，而體溫的高低又決定了動(dòng)物新陳代謝的強(qiáng)弱及動(dòng)物種群的數(shù)量、繁殖、生長(zhǎng)發(fā) 育 速 度、分 布 和 行 為 等［10］。據(jù)Blanford 和Tho mas［11］的研究，金龜子綠僵菌生物殺蟲劑防治蝗蟲效果差的主要原因之一為環(huán)境溫度和蝗蟲的體溫調(diào)節(jié)，致使微孢子毒力降低或失效。對(duì)意大利蝗已有的研究集中于取食特性、草地?fù)p失估計(jì)、生 態(tài) 型 等［11－18］，而 溫 度 與 生 物 學(xué) 相 關(guān) 性 研 究 較少［19］。因此，本研究首次測(cè)定意大利蝗不同蟲態(tài)過冷卻點(diǎn)、成蟲耐高溫能力及體溫調(diào)節(jié)行為，初步探究意大利蝗對(duì)溫度的耐受力，以期為意大利蝗分布、潛在危害區(qū)提供基礎(chǔ)理論，尤其為探明意大利蝗體溫調(diào)節(jié)機(jī)理適生性分析提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

2012－2013年間于新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯縣大 陽(yáng) 山（43.928 510°N，86.155 213°E，海拔1 292 m）采集意大利蝗蝗蝻，將其置于瑪納斯南山試驗(yàn)區(qū)（43.905 063°N，86.129 871°E，海拔1 297.8 m）飼養(yǎng)，收集羽化成蟲及卵，并在試驗(yàn)區(qū)5個(gè)地點(diǎn)放置Microlab EC650溫濕度記錄儀（距地高度10 c m，外置氣象罩）。

1.2 過冷卻點(diǎn)測(cè)定

利用溫度記錄儀（Toprie TP700，Tai wan）測(cè)定意大利蝗卵（卵體近孵化已解除滯育），1、2、3、4、5齡蝗蝻，雌成蟲，雄成蟲的過冷卻點(diǎn)SCP 及冰點(diǎn)（Freezing Point，F(xiàn)P），每個(gè)處理樣本量30頭。測(cè)定時(shí)用膠帶將蟲體與探頭緊密固定，置于超低溫冰箱（Espec MT3030，廣東愛斯佩克環(huán)境儀器有限公司），由5 ℃開始降溫，以1 ℃·min－1降溫速率降至－40 ℃停止收錄數(shù)據(jù)［20］。

1.3 意大利蝗成蟲耐高溫能力測(cè)定

分別設(shè)置人工氣候箱（PQX－28 OB－22 H，寧波萊?？萍加邢薰荆?1、44、47和50 ℃共4個(gè)溫度處理，箱內(nèi)控溫誤差為±1 ℃，培養(yǎng)條件（40%～50%相對(duì)濕度，光照強(qiáng)度1 530 l x，光周期（光照／黑暗，14 h／10 h），每個(gè)處理雌雄各20頭，重復(fù)5次，每隔一定時(shí)間（41和44 ℃每隔24 h檢查一次，47和50℃每隔2 h檢查一次）檢查其死亡情況，并及時(shí)飼喂試蟲［21］。

1.4 意大利蝗體溫與環(huán)境溫度的關(guān)系

使用兩種測(cè)定方法，一組將探頭插入試蟲著生翅胸節(jié)內(nèi)測(cè)定體溫，參照岳梅等［21］的測(cè)定方法；另一組將探頭緊貼著生翅胸節(jié)體壁測(cè)定體壁溫度，均置于超低溫冰箱設(shè)置箱內(nèi)溫度，使其從24 ℃開始，以2℃為一梯度升至48℃，每個(gè)溫度梯度保持一定的時(shí)間（大于1 h）以保證蟲體溫度穩(wěn)定，測(cè)定在一特定溫度下的體溫和體壁溫度，每個(gè)處理雌雄成蟲各20頭。

1.5 意大利蝗體溫隨環(huán)境溫度的變化速率、致死時(shí)間及致死溫度

將測(cè)溫探頭插入試蟲生翅胸節(jié)內(nèi)，置于超低溫冰箱，以30 ℃為起點(diǎn)保持0.5 ℃·min－1升溫速率，利用溫度記錄儀收錄試蟲體溫（Tb）和箱內(nèi)環(huán)境溫度（Ta），直至試蟲死亡，記錄致死時(shí)間及致死溫度，雌雄成蟲各測(cè)20頭［21］。

1.6 數(shù)據(jù)處理及分析

數(shù)據(jù)均采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS Statistics（SPSS 19.0，Inc.，Chicago，USA）分析，其中不同蟲態(tài)過冷卻點(diǎn)及成蟲耐高溫?cái)?shù)據(jù)間的差異采用方差分析（Duncan Test）；不同蟲態(tài)過冷卻點(diǎn)的頻次分布特征采用單樣本Kol mogor ov－Smir nov檢驗(yàn)分析；而成蟲耐高溫能力的LT50、LT90（分別表示50%和90%供試蟲死亡的致死溫度）利用Polo Pl us 1.0計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 意大利蝗各蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)測(cè)定

2.1.1 各蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)頻次分布 意大利蝗各蟲態(tài)的SCP分布范圍有所差異，卵、1齡蝗蝻、2齡蝗蝻、3齡蝗蝻、4齡蝗蝻、5齡蝗蝻、雌成蟲、雄成蟲的SCP分布范圍分別為－15.3～－5.6、－6.9～－4.0、－9.9～

－3.1、－6.8～－3.1、－8.0～－4.1、－9.1～－4.4、－8.3～－3.5 和－11.3～－4.7 ℃（圖1）。SCP分布范圍最寬為卵，最低值與最高值相差9.7 ℃；其次為雄成蟲，最低值與最高值相差6.6 ℃；1齡蝗蝻的最小，最低值與最高值相差2.9 ℃。各蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)均服從正態(tài)分布（P＞0.05）。

圖1 意大利蝗各蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)頻次分布Fig.1 Frequency distribution of supercooling points in different stage of Calliptamus italicus

2.1.2 各蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)及冰點(diǎn) 意大利蝗各蟲態(tài)SCP與FP的變化趨勢(shì)不同（圖2）。SCP由高到低依次為3齡蝗蝻、雌成蟲、1齡蝗蝻、4齡蝗蝻、2齡蝗蝻、5齡蝗蝻、雄成蟲和卵，依次為－5.67、－6.11、－6.17、－6.36、－6.61、－6.68、－6.90、－8.28 ℃。各蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)不同，其中卵的過冷卻點(diǎn)最低（P＜0.05），3齡蝗蝻過冷卻點(diǎn)最高（－5.67 ℃）。各齡蝗蝻之間，以5齡（－6.68℃）最低，顯著低于3齡；其他各齡蝗蝻過冷卻點(diǎn)差異不顯著。成蟲雌雄之間過冷卻點(diǎn)無顯著差異。FP由高到低依次為雌成蟲、雄成蟲、1齡蝗蝻、2齡蝗蝻、5齡蝗蝻、3齡蝗蝻、4齡蝗蝻、卵，分別為－1.10、－1.11、－1.21、－1.28、－1.29、－1.31、－1.36、－5.60℃。

2.2 意大利蝗成蟲耐高溫能力

意大利蝗成蟲在41～50 ℃恒溫范圍內(nèi)，LT50和LT90隨著環(huán)境溫度（Ta）的升高逐漸變短，即耐熱力逐漸降低（表1）。Ta為41℃，雌成蟲和雄成蟲的LT50、LT90均 最 長(zhǎng)，雌 成 蟲LT50、LT90分 別為623.83、1 604.98 h；雄 成 蟲LT50、LT90分 別為459.52、1 181.97 h；在41～50 ℃間，除44 ℃外其他溫度雌成蟲LT50、LT90均高于雄成蟲，但兩者間無顯著性差異（P＞0.05）。

2.3 意大利蝗成蟲體溫隨環(huán)境溫度的變化

意大利蝗成蟲體溫（Tb）均隨著Ta的升高顯著升高（P＜0.05）（表2）。28 ℃＜Ta＜30 ℃，Tb和Ta溫差在1.9～3.2 ℃；Ta＞30 ℃時(shí)，Tb和Ta溫差在0.3～1.1 ℃；表明28 ℃＜Ta＜32 ℃，可能受體溫調(diào)節(jié)作用；Ta＞30 ℃，意大利蝗成蟲將減弱或喪失體溫調(diào)節(jié)作用。意大利蝗成蟲Tb與Ta擬合方程分別為：雄成蟲Tb＝－1.056 9Ta－3.023，R2＝0.991 8；雌成蟲Tb＝－1.018 1Ta－1.557 4，R2＝0.992 5，意大利蝗成蟲的Tb與Ta呈極顯著的線性關(guān)系（P＜0.01）。

當(dāng)環(huán)境溫度在30～38℃范圍內(nèi)，雄成蟲體溫高于雌成蟲（圖3），僅30～34 ℃范圍內(nèi)，雄成蟲體溫顯著高于雌成蟲（P＜0.05）；當(dāng)環(huán)境溫度在38～48℃范圍內(nèi)，雄成蟲體壁溫度低于雌成蟲，但無顯著差異（P＞0.05）。當(dāng)環(huán)境溫度為30和32 ℃時(shí)，雄成蟲體壁溫度顯著高于雄雌成蟲體溫，而雌成蟲體溫顯著低于雌成蟲體壁溫度和雄成蟲體壁溫度與體溫。當(dāng)環(huán)境溫度為34℃時(shí)，雌成蟲體溫顯著低于雌成蟲體壁溫度和雄成蟲體壁溫度與體溫。當(dāng)環(huán)境溫度在36～48℃，雄成蟲體溫和體壁溫度和雌成蟲體溫和體壁溫度無顯著差異。

2.4 意大利蝗成蟲體溫隨環(huán)境溫度的變化速率、致死時(shí)間及致死溫度

從30 ℃起，Ta以0.5 ℃·min－1速率上升時(shí)，Tb升高速率為0.30～0.36 ℃·min－1（表3）。成蟲死亡標(biāo)志為體溫和環(huán)境溫度保持相同的升溫速率，對(duì)于致死體溫、致死時(shí)間、致死環(huán)境溫度和體溫升高幅度，成蟲雌雄之間均無顯著差異（P＞0.05）。體溫升高速率，雄成蟲（0.36 ℃·min－1）顯著高于雌成蟲（0.30 ℃·min－1）（P＜0.05）。

圖2 意大利蝗各蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)及冰點(diǎn)Fig.2 Supercooling points and freezing points in different stages of Calliptamus italicus

表1 意大利蝗成蟲耐高溫曲線及LT 50、LT 90Table 1 The curve of withstanding high temperature of Calliptamus italicusadults and L T50 and LT 90

表2 意大利蝗成蟲在不同環(huán)境溫度（Ta）的體溫（Tb）Table 2 Body temperature（Tb）of Calliptamus italicus adult at different ambient temper ature（Ta）

3 討論與結(jié)論

3.1 意大利蝗耐寒性

過冷卻點(diǎn)常作為昆蟲耐寒性強(qiáng)弱的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，過冷卻點(diǎn)越低，其耐寒力越強(qiáng)?；认x的蟲態(tài)不同，耐寒性不同，且越冬蟲態(tài)的耐寒性最強(qiáng)，如西藏飛蝗（Locusta tibetensis）各蟲態(tài)耐寒性由強(qiáng)至弱依次為孵前卵（越冬蟲態(tài)）、1齡蝗蝻、2齡蝗蝻、5齡蝗蝻、雄成蟲、雌成蟲、3齡蝗蝻、4齡蝗蝻［20］。本研究表明，意大利蝗各蟲態(tài)耐寒性由強(qiáng)至弱分別為孵前越冬卵（－8.28 ℃）、雄成蟲（－6.90 ℃）、5齡蝗蝻（－6.68 ℃）、2齡蝗蝻（－6.61 ℃）、4齡蝗蝻（－6.36 ℃）、1齡蝗蝻（－6.17℃）、雌成蟲（－6.11 ℃）、3齡蝗蝻（－5.67 ℃）。意大利蝗各蟲態(tài)與耐寒性相關(guān)的生理生化物質(zhì)（甘油、赤蘚糖、葡萄糖、甘露醇、山梨醇、肌醇和海藻糖等）有待進(jìn)一步深入研究。

3.2 意大利蝗成蟲對(duì)溫度的耐受力

意大利蝗成蟲對(duì)溫度的耐受力表現(xiàn)為耐寒性和耐熱性，其中意大利蝗雄成蟲（－6.90 ℃）的耐寒性略強(qiáng)于雌成蟲（－6.11 ℃），但無顯著差異，與西藏飛蝗雌成蟲（－7.86 ℃）、雄成蟲（－7.96 ℃）研究結(jié)果［20］一致。意大利蝗成蟲在41～50 ℃范圍內(nèi)，LT50和LT90隨著環(huán)境溫度（Ta）的升高逐漸變短，即耐熱力逐漸降低。Ta為41 ℃時(shí)，意大利蝗雌成蟲和雄成蟲的LT50、LT90均最長(zhǎng)，雌成蟲LT50和LT90分別達(dá)623.83、1 604.98 h；雄成蟲LT50和LT90分別為459.52、1 181.97 h；除44 ℃外的其他溫度處理LT50、LT90，雌成蟲均高于雄成蟲，但無顯著差異。

圖3 意大利蝗成蟲體壁溫度和體溫Fig.3 The integument temperature and body temperature（Tb）of Calliptamus italicus adults

表3 意大利蝗成蟲體溫上升至死亡過程的測(cè)定指標(biāo)Table 3 Measurement parameters during the increasing process of body temperature of Calliptamus italicus adults until death

意大利蝗成蟲的耐受環(huán)境溫度的低溫和高溫上下限分別為－6.90、58.7 ℃，其耐受力表現(xiàn)為較弱的耐寒性和較強(qiáng)的耐高溫能力，預(yù)示其耐寒性和耐熱性的關(guān)系符合耐寒性和耐熱性間存在均衡假說（當(dāng)獲得耐熱性時(shí)，耐寒性會(huì)因此喪失）［22］。據(jù)2012－2013年間新疆瑪納斯縣南山氣象數(shù)據(jù)，意大利蝗成蟲羽化生殖期（6－9月）在7－8月環(huán)境溫度36～41 ℃的高溫下仍可生存，而僅在生長(zhǎng)期（9月）經(jīng)歷零下低溫（該地區(qū)9 月末地表溫度在零攝氏度以下），表明意大利蝗較弱的耐寒性和較強(qiáng)的耐熱性為成蟲羽化生殖期生態(tài)適應(yīng)性表達(dá)的結(jié)果。據(jù)田間觀察，意大利蝗成蟲常喜棲息于植被覆蓋度低、土表裸露的蒿屬植物生境內(nèi)，在田間表現(xiàn)偏喜高溫的習(xí)性與本研究結(jié)果相一致。

昆蟲在高溫脅迫馴化下誘導(dǎo)產(chǎn)生的耐受性機(jī)制較復(fù)雜，包括合成滲透性脅迫物質(zhì)（如多元醇和海藻糖等）、改變細(xì)胞膜脂飽和度、補(bǔ)償性表達(dá)關(guān)鍵酶的同工酶或異性酶、代謝阻抑、產(chǎn)生自由基凈化劑（超氧化歧化酶、谷胱甘肽、細(xì)胞色素酶P45）和熱激蛋白家族（Heat Shock Pr otein Hps）［22］。本研究?jī)H初步分析了意大利蝗成蟲表現(xiàn)較強(qiáng)的高溫耐受力，因此深入研究其高溫脅迫下熱激蛋白家族、自由基凈化劑、關(guān)鍵酶的同工酶和異性酶的表達(dá)及合成滲透性物質(zhì)的變化，將有助于進(jìn)一步闡明意大利蝗高溫耐受機(jī)理和荒漠、半荒漠草原的適生性問題。

3.3 意大利蝗成蟲的體溫調(diào)節(jié)行為

大多數(shù)昆蟲遵循兩種體溫變化規(guī)律，即行為性的調(diào)節(jié)體溫和無行為性調(diào)節(jié)體溫。行為性調(diào)節(jié)體溫表現(xiàn)為體溫與環(huán)境溫度非線性變化，而無行為性體溫調(diào)節(jié)則表現(xiàn)為體溫趨近環(huán)境溫度，與環(huán)境溫度呈線 性關(guān)系［19，21］。如臭 腹 腺 蝗（Zonocer us variegatus Linnaeus，1758）、蔗蝗（Hierogl yp hus daganensis Krauss，1877）成蟲屬于無行為性體溫調(diào)節(jié)［11，19，23］，東亞飛蝗（Locusta migr atoria migr atoria Linnae－us，1758）、亞洲小車蝗（Oedaleus decor us asiaticus Bei－Bienko，1941）、褐 飛 蝗（Locustana par dalina Walker，1870）、摩洛哥戟紋蝗（Dociostaur us maroccanus Thunber g，1815）、紅 翅 蝗（Nomadacris septemf asciata Servilla，1838）、澳洲疫蝗（Chortoicetes ter minifer a Wal ker，1870）成蟲為行為性體溫調(diào)節(jié)［11，23］。本研究表明，意大利蝗成蟲的體溫趨近環(huán)境溫度，與環(huán)境溫度呈線性關(guān)系，而Klass等［19］研究表明，2007年意大利蝗成蟲西班牙地理種成蟲體溫與環(huán)境溫度呈曲線關(guān)系，屬于行為性調(diào)節(jié)體溫。關(guān)于意大利蝗體溫調(diào)節(jié)方式與地理種之間的關(guān)系有待深入研究。

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