椰子織蛾不育技術的生物學基礎

呂寶乾， 金啟安， 溫海波， 彭正強*， 閻　偉， 唐真正， 陳紅松

1中國熱帶農業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所，海南 ?？?571101； 2廣西農業(yè)科學院植物保護研究所，

廣西 南寧 571339; 3中國熱帶農業(yè)科學院椰子研究所，海南 文昌 571339；

4海南省儋州市森林植物檢疫站,海南 儋州 571737

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椰子織蛾不育技術的生物學基礎

呂寶乾1,2， 金啟安1， 溫海波1， 彭正強1*， 閻偉3， 唐真正4， 陳紅松2

1中國熱帶農業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所，海南 ?？?571101；2廣西農業(yè)科學院植物保護研究所，

廣西 南寧 571339;3中國熱帶農業(yè)科學院椰子研究所，海南 文昌 571339；

4海南省儋州市森林植物檢疫站,海南 儋州 571737

摘要:【背景】椰子織蛾是新入侵我國海南島的棕櫚害蟲，昆蟲不育技術是控制該害蟲的潛在措施?！痉椒ā客ㄟ^研究椰子織蛾生殖、發(fā)育、存活等特性，探討椰子織蛾不育技術的生物學基礎。【結果】在(28±2) ℃、(70±10)% RH、以椰子老葉飼養(yǎng)的條件下，每雌產卵量約170粒，凈增值率約55.4，倍增時間約9.6 d，表明椰子織蛾可在室內大量飼養(yǎng)，為輻射不育提供蟲源。椰子織蛾雌雄比為1∶1.04，雄蟲先熟，產卵前期短，產卵期集中，表明該害蟲交配行為相對簡單，有利于不育雄蟲發(fā)揮效能。雌蛹顯著重于雄蛹，有利于不育過程中雌雄蟲的分離。發(fā)育起點溫度11.5 ℃，有效積溫996.9日度,在海南島每年發(fā)生4～5代，這些數據可用來預測椰子織蛾種群動態(tài)，便于釋放不育雄蟲。【結論與意義】本研究從生物學角度表明椰子織蛾可用昆蟲不育技術進行防控，為其進一步的不育技術研發(fā)提供相關信息。

關鍵詞:椰子織蛾； 生物學； 昆蟲不育技術

椰子織蛾OpisinaarenosellaWalker是棕櫚科植物的重要害蟲，原產地為印度和斯里蘭卡(Howardetal., 2001)，現(xiàn)已擴散到緬甸、泰國、孟加拉國、馬來西亞、印度尼西亞和巴基斯坦等國家和地區(qū)(呂寶乾等,2013; Cock & Perera,1987; Pereraetal.,1988)。2013年，海南省萬寧市首次報道椰子織蛾危害，隨后海南的?？?、三亞、陵水、儋州、澄邁、保亭和文昌，廣東的順德和中山，以及廣西的防城港等地相繼發(fā)現(xiàn)該害蟲(閻偉等,2013、 2015b)。

椰子織蛾危害多種棕櫚科植物，幼蟲取食寄主葉片，造成葉片枯萎，危害嚴重時可導致寄主植物死亡(閻偉等,2015a)。椰子織蛾的擴散危害急需有效的防控措施。曾成功滅除島嶼入侵害蟲(Koyamaetal.,2004)的昆蟲不育技術(sterile insect technology, SIT)可考慮用來控制該害蟲。昆蟲不育技術通過不同手段(輻射不育、化學不育、基因改良等)使害蟲不能產生后代，降低種群數量，從而達到控制害蟲的目的 (趙善歡,1981; 王玉生等,2015; Dycketal.,2005)。昆蟲不育技術旨在不影響非靶標生物的前提下減少靶標害蟲的繁殖數量，是對環(huán)境最友好的防治策略之一。輻射不育是昆蟲不育技術的常見措施，通過輻射獲得不育雄蟲后，釋放不育雄蟲，使其自行尋找雌蟲交配，產生無效卵，從而阻斷種群的繁育和增殖。昆蟲不育技術已有令人鼓舞的成功案例。例如，20世紀50年代，美國首次利用昆蟲不育技術結合大面積害蟲綜合治理，成功消滅了在其東南部發(fā)生的一種對牲畜具有致命作用的寄生蟲——新大陸螺旋蠅Cochliomyiahominivorax(Coquerel)(Dycketal.,2005)。20 世紀八九十年代，日本科學家利用昆蟲不育技術根除了在沖繩及其全部西南島嶼上發(fā)生的瓜實蠅Bactroceracucurbitae(Coquillett) (Koyamaetal.,2004)。

在入侵初始階段的海南島利用不育技術可望根除椰子織蛾。實施椰子織蛾不育項目應先從生物學方面評估其可行性，如椰子織蛾是否能低成本的大量飼養(yǎng)，交配行為是否簡單(Dycketal.,2005)，種群數量及動態(tài)能否被準確估測。針對此，本文研究了椰子織蛾相關的生物學特征，以探討該害蟲不育技術的可行性。

1材料與方法

1.1試驗材料

人工氣候箱(A1000，Conviron, Manitoba, Canada)、指形管(直徑4 cm，長8 cm)、養(yǎng)蟲盒(長25 cm，寬14 cm，高7 cm，盒蓋封有紗網)。

1.2椰子織蛾飼養(yǎng)

椰子織蛾采自儋州市郊區(qū)椰子樹。新羽化椰子織蛾雌雄配對，引入帶有椰子老葉的指形管中，并提供10%蜂蜜水以供應養(yǎng)分。椰子織蛾成蟲產卵于椰子葉片，將帶有卵的葉片放入一養(yǎng)蟲盒中孵化。幼蟲期每4 d更換一次葉片，化蛹后收集蛹于指形管中。蛹羽化為成蟲后配對進行下一世代的飼養(yǎng)，室內連續(xù)飼養(yǎng)2代，獲得足夠蟲源用于試驗。

1.3椰子織蛾雌雄性比、壽命及蛹重

人工氣候箱控制試驗溫度(28±2) ℃,相對濕度(70±10)%，光照12 h。新羽化椰子織蛾雌雄蟲配對(性比1∶1)，讓雌蟲產卵于椰子葉。挑取100粒卵單粒分別放入帶有椰子葉的指形管，按1.2方法飼養(yǎng)，直至幼蟲化蛹。記錄各幼蟲和蛹的發(fā)育，并稱蛹重(精度0.0001 g)。羽化后，分雌雄并記錄成蟲壽命。試驗重復5次。蟲數、幼蟲歷期、蛹歷期、成蟲壽命及蛹重的雌雄差異用單因素方差進行分析。

1.4各蟲態(tài)發(fā)育歷期、發(fā)育起點溫度和有效積溫

5臺人工氣候箱溫度分別設置為20、23、26、29、32、35 ℃，相對濕度均為(70±10)%，光照12 h。每個溫度下放入10個養(yǎng)蟲盒，每個養(yǎng)蟲盒內有新產卵約100粒。按1.3方法飼養(yǎng)1代，每天觀察1次，記錄各蟲態(tài)及整個世代的發(fā)育時間。溫度和蟲態(tài)對發(fā)育歷期的影響用兩因素方差進行分析。用溫度(T)和發(fā)育速率[R(T)]的線型模型R(T)=a+b·T估算發(fā)育起點溫度(T0)和有效積溫(K)(Ikemoto & Takai,2000)。用公式n=(年均溫度-T0)×365/K估算發(fā)生代數(Beck,1983)。采用三階多項式回歸模型(harcourt equation)估算椰子織蛾的最佳發(fā)育溫度(Harcourt & Yee,1982)。

1.5種群生命表

人工氣候箱控制試驗條件同1.3。100粒椰子織蛾卵單粒放于有椰子葉的指形管中。每天觀察1次，記錄每個蟲態(tài)的發(fā)育歷期、存活率及成蟲雌雄比和產卵量。試驗重復3次。用性比、各齡期存活率(lx)和每個齡期的平均雌蟲數(mx)構建種群生命表(Legaspi & Legaspi,2007)。凈增值率R0=∑lxmx，世代周期T=(∑xlxmx)/(∑lxmx)，內稟增長率rm=(lnR0)/T，周限增長率λ=exprm，倍增時間PDT=(ln2)/rm。

2結果與分析

2.1椰子織蛾雌雄比、壽命及蛹重

每批椰子織蛾雌雄蟲數量無顯著差異，即椰子織蛾的雌雄比為1∶1.04(表1)。雄蟲幼蟲的發(fā)育歷期和蛹期顯著短于雌蟲，表現(xiàn)為雄蟲先成熟(protandry)，但是雄成蟲壽命顯著長于雌成蟲。雌蛹顯著重于雄蛹，表明雌蟲個體大于雄蟲(表1)。

表1　椰子織蛾在溫度(28±2) ℃、濕度(70±10)%條件下的雌雄蟲數量、蟲態(tài)發(fā)育歷期、成蟲壽命及蛹重

2.2溫度對椰子織蛾各蟲態(tài)發(fā)育歷期的影響

溫度顯著影響椰子織蛾發(fā)育(F4,156=278.36;P<0.05)，溫度越高發(fā)育歷期越短(表2)。35 ℃下，卵能孵化但不能完成世代發(fā)育。幼蟲歷期顯著長于其他階段(F3,157=2778.86;P<0.05)。

溫度對椰子織蛾發(fā)育速率影響可用線性模型進行模擬，以此模型估算椰子織蛾的發(fā)育起點溫度為11.53 ℃，有效積溫996.93日度(F=571.92,P<0.01)(圖1)。海南省年平均氣溫為24.5 ℃，進而估算出椰子織蛾在海南每年可發(fā)生4～5代,其最佳發(fā)育溫度為32 ℃(F=571.92,P<0.01)(圖2)。

表2　溫度對椰子織蛾各蟲態(tài)發(fā)育歷期(mean±SE)的影響

同行數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Different letters within a line represent significantly different among temperatures (P<0.05).

圖1　溫度對椰子織蛾發(fā)育影響的線性模擬

2.3椰子織蛾在溫度(28±2) ℃、濕度(70±10)%條件下的種群生命表

圖3所示，椰子織蛾在(28±2) ℃、濕度(70±10)%條件下，每雌產卵量170粒，產卵前期約1 d，產卵期3～4 d，產卵峰值在第3天，產卵后期約2 d。

根據表3數據計算，椰子織蛾在(28±2) ℃、相對濕度(70±10)%條件下，凈增值率為55.4±4.6，世代周期為(57.7±1.5) d，內稟增長率為0.07±0.01，周限增長率為1.08±0.01，倍增時間為(9.6±0.7) d。

圖3　椰子織蛾在(28±2) ℃、濕度(70±10)%條件下的產卵動態(tài)(n=30)

蟲態(tài)Stage代表性年齡Ageinterval(d)存活率Survivalrate(%)每雌產雌率Averagenumberoffemales卵Egg6.0±0.61.00-1齡幼蟲1stinstar11.0±0.60.86±0.03-2齡幼蟲2ndinstar16.0±0.60.82±0.02-3齡幼蟲3rdinstar21.5±0.90.78±0.03-4齡幼蟲4thinstar28.3±0.90.74±0.03-5齡幼蟲5thinstar41.7±1.50.71±0.04-蛹Pupa50.7±1.50.68±0.03-成蟲Adult57.7±1.50.63±0.0486.7±4.1

3討論

昆蟲不育技術長期以來被用于預防、控制、滅除鱗翅目害蟲(趙善歡,1981; Dycketal.,2005)。從1946年開始，研究者在加利福尼亞圣杰昆峽谷的棉田釋放不育處理的棉紅鈴蟲Pectinophoragossypiella(Saunders) (Dycketal.,2005)，以防止加利福尼亞南部的棉紅鈴蟲遷移到圣杰昆峽谷建立種群；1994年，在英屬哥倫比亞省的奧克那根持續(xù)釋放輻照處理的蘋果蠹蛾Cydiapomonella(L.)雄性成蟲，以控制整個區(qū)域的蘋果蠹蛾種群(Bloemetal.,2007)。SIT在防治較大的蛾類害蟲獲得成功且常被作為典型時，利用SIT措施滅除相對較小型的蛾類害蟲也取得了成功，如防治南非的蘋果異脛小卷蛾Thaumatotibialeucotreta(Meyrick) (Bloemetal.,2007)、墨西哥和美國的仙人掌螟CactoblastiscactorumBerg(Hightetal.,2005)等。

本文研究結果顯示，椰子織蛾具有可用于不育技術進行防控的基本生物學特性。如其雄蛹顯著小于雌蛹，有利于分離雄蛹進行輻射不育處理。昆蟲雌雄比例影響其交配行為，如地中海實蠅Ceratitiscapitata(Wiedemann)為偏雄性(Shahjahanetal.,2006)，雄蟲存在競爭交配(lek mating)，影響不育雄蟲的效能(Hendrichsetal.,2002)。椰子織蛾雌雄性比為1∶1，雄蟲可能不存在競爭交配，交配行為可能較簡單，這將有利于不育技術的實施。但是，椰子織蛾的交配真實情況如何,還需要通過試驗進一步研究。雄成蟲壽命長于雌蟲，表明雄蛾有更多時間搜索雌蟲，有利于不育雄蟲發(fā)揮效能。但輻射后雄蟲的壽命、交配競爭能力等是否受到影響，還需進一步驗證。同時，試驗表明，椰子織蛾用椰子老葉室內飼養(yǎng)有較高的增值率。椰子老葉容易獲得，成本低，是椰子織蛾大量擴繁的前提。椰子織蛾的發(fā)育起點溫度、發(fā)育最佳溫度及有效積溫可以有效預測該害蟲的發(fā)生動態(tài)，為將來科學釋放不育椰子織蛾提供依據。

椰子等棕櫚科植物是我國熱帶的重要經濟作物，也是維護熱帶海岸線的重要生態(tài)資源。鑒于入侵害蟲椰心葉甲Brontispalongissima(Gestro) 對我國棕櫚科植物造成嚴重危害的先例，防控椰子織蛾的擴散危害迫在眉睫。昆蟲不育技術為控制椰子織蛾提供新途徑，該技術環(huán)境友好，能克服常規(guī)藥劑噴霧的缺陷。椰子織蛾入侵海南時間較短，種群密度相對較低，有利于昆蟲不育技術發(fā)揮效能(Bloemetal.,2007; Cinietal.,2012)。再者，海南島作為島嶼有天然的隔離作用，是釋放不育昆蟲進行區(qū)域防治的理想場所(Dycketal.,2005; Ohnoetal.,2008)。昆蟲不育技術在海南島有好的應用前景，應積極開展相關研發(fā)。獲得技術不僅有助于解決海南當地椰子織蛾危害問題，而且可輸出到其他椰子織蛾發(fā)生國家。

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(責任編輯:郭瑩)

Biological basis for the sterile insect technique ofOpisinaarenosella

Bao-qian Lü1,2， Qi-an JIN1， Hai-bo WEN1， Zheng-qiang PENG1*， Wei YAN3，Zhen-zheng TANG4， Hong-song CHEN2

1EnvironmentandPlantProtectionInstitute,ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences,Haikou,Hainan571101,China；2PlantProtectionInstitute,GuangxiAcademyofAgriculturalSciences,Nanning,Guangxi, 571339,China;3CoconutResearchInstitute,ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences,Wenchang,Hainan571339,China;4ForestQuarantineStation,Danzhou,Hainan571737,China

Abstract:【Background】 The coconut black-headed caterpillar, Opisina arenosella Walker, is one of the significant pests of palm plants. We investigated the biological basis for the sterile insect technique (SIT) of O. arenosella as a potential measure to control this pest. 【Method】 O. arenosella fecundity, development and survival rates were studied under controlled conditions of (28±2) ℃ and (70±10)% relative humidity and fed with mature coconut Cocos nucifera leaves. 【Result】 During the experiment, O. arenosella laid about 170 eggs per female, with a net reproductive rate of 55.4, and doubling time of 9.6 days. These results indicated that O. arenosella could be massively reared in lab conditions, hence become an insect resource for SIT. O. arenosella exhibited protandry with sex ratio of 1∶1.04. Preoviposition and oviposition were short indicating that mating might be simple, thus facilitating male sterilisation. Female pupa was larger than male, which was helpful to separate male and female during SIT. The estimated developmental threshold temperature was 11.5 ℃, and estimated effective accumulated temperature was 996.9 degree days. The predicted number of generations per year in Hainan was 4～5. This ecological information provided more realistic estimates of O. arenosella population and sterile moth ratios needed for desired levels of control. 【Conclusion and significance】 This paper showed the potential for SIT of O. arenosella and provided information for further development of a SIT program.

Key words:Opisina arenosella； biology； SIT

DOI:10. 3969/j.issn.2095-1787.2016.01.010

作者簡介:呂寶乾， 男， 副研究員。 研究方向: 農林有害生物防治。 E-mail: lvbaoqian@hotmail.com*通訊作者(Author for correspondence), E-mail: lypzhq@163.com

基金項目:海南省國際合作項目(KJHZ2015-01)； 廣西作物病蟲害生物學重點實驗室基金(14-045-50-KF-3)； 科技部國際援助項目(KY201301025)； 科技部支撐計劃項目(015BAD08B03)。

收稿日期(Received)： 2015-10-09接受日期(Accepted)： 2015-11-30