兩種模型擬合藥材甲幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育與環(huán)境溫度的關(guān)系

摘要：為了比較兩種常見數(shù)學(xué)模型擬合昆蟲發(fā)育與環(huán)境溫度之間的關(guān)系，以儲(chǔ)藏期中藥材甘遂為寄主食料，在人工氣候?qū)嶒?yàn)室，研究了藥材甲（Stegobium paniceum L.）幼蟲的生長(zhǎng)發(fā)育，計(jì)算分析昆蟲發(fā)育速率與溫度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。通過Logistic模型及“王-蘭-丁”模型對(duì)溫度與藥材甲各齡期幼蟲發(fā)育之間的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行擬合，分析溫度對(duì)藥材甲幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育影響。結(jié)果表明，研究共優(yōu)化擬合溫度與藥材甲幼蟲發(fā)育關(guān)系的Logitsic方程5個(gè)，溫度與藥材甲幼蟲發(fā)育關(guān)系的“王-蘭-丁”方程5個(gè)。從兩類數(shù)學(xué)模型擬合結(jié)果來看，“王-蘭-丁”模型擬合對(duì)研究較寬溫度幅度的昆蟲發(fā)育與溫度之間的關(guān)系擬合效果優(yōu)于Logistic模型。

關(guān)鍵詞：中藥材；藥材甲；溫度；發(fā)育；數(shù)學(xué)模型

中圖分類號(hào)：Q968.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.01.023

Mathematical Models of Temperature and Development of Larvae Stegobium paniceum L. in Stored Chinese Medicine Material

LI Can

（Department of Biology and Engineering of Environment, Laboratory of Pest Control and Resource Utilization, Guiyang University, Guiyang,Guizhou 550005, China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ: Mathematical models expressed the relationship between temperature and development larvae of Stegobium paniceum L. in stored Chinese medicine material were studied at 17, 20, 23, 26, 29, 32 and 35 ℃ in control conditional laboratory. The mathematical equations expressed the relationship between development and temperature was carried out with Logistic model and “Wang-Lan-Ding” model separately. Results showed that, the higher temperature was profitably condition to the development of S. paniceum L.Five Logistic models and five “Wang-Lan-Ding” models were carried out to express to the relationship between the temperature and development speed of larvae of S. paniceum L. The “Wang-Lan-Ding” models was better than Logistic models to express the relationship between the temperature and development speed of S. paniceum L. in such research with larger range of experimental temperature.

Key words: Chinese medicine material；Stegobium paniceum L.；temperature；development；mathematical models

藥材甲（Stegobium paniceum L.）屬昆蟲綱(Isecta)鞘翅目(Coleoptera)竊蠹科(Anobiidae)，是一種世界性的倉儲(chǔ)害蟲。藥材甲為美國(guó)南部各洲[1]、德國(guó)柏林[2]儲(chǔ)藏物中發(fā)生較多的害蟲之一。食性復(fù)雜，寄主多樣，是我國(guó)中藥材儲(chǔ)藏期頭號(hào)大害蟲，在我國(guó)主要中藥材產(chǎn)區(qū)的倉庫昆蟲群落中，藥材甲均為優(yōu)勢(shì)種群[3-6]。因該蟲近年在貴陽地區(qū)爆發(fā)成災(zāi)，給當(dāng)?shù)刂兴幉漠a(chǎn)業(yè)造成極大的損害。本研究組已從生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)多學(xué)科角度，對(duì)藥材甲的發(fā)生、危害、生物學(xué)特性、發(fā)育起點(diǎn)溫度和有效積溫、氣調(diào)毒理等開展了系統(tǒng)的研究 [3-6]。根據(jù)前期工作得知，幼蟲期是藥材甲造成危害的主要發(fā)育階段，對(duì)其發(fā)生危害進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)顯得尤為重要。筆者研究了溫度與藥材甲幼蟲發(fā)育之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，研究結(jié)果將對(duì)藥材甲種群發(fā)生預(yù)測(cè)及發(fā)展綜合控制技術(shù)有潛在意義和價(jià)值。

1材料和方法

1.1試驗(yàn)材料和設(shè)備

供試?yán)ハx藥材甲為實(shí)驗(yàn)室馴化飼養(yǎng)20代以上的實(shí)驗(yàn)種群，寄主藥材為采集試蟲時(shí)的寄主藥材甘遂，采購于貴陽市藥材公司和貴州中草藥醫(yī)院，藥材經(jīng)過殺蟲處理，備用。

主要儀器設(shè)備有人工氣候箱(LRH250-GS智能人工氣候箱，廣東醫(yī)療器械廠生產(chǎn))、亞都超聲波加濕器(YC-D202型，北京亞都科技股份有限公司生產(chǎn))、連續(xù)變倍體視顯微鏡(解剖鏡，XTS20，太克儀器公司生產(chǎn))等。

1.2研究方法與數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)觀察在人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)溫度17，20，23，26，29，32 ℃(誤差±1℃)，相對(duì)濕度RH75％(誤差為5％)，光照L∶D=14∶10，光照強(qiáng)度3 500 lx，每個(gè)處理50粒以上卵，保證觀察集中孵化出的30頭幼蟲，設(shè)3個(gè)重復(fù)。隔日觀察記錄藥材甲的發(fā)育進(jìn)展，記錄各蟲態(tài)發(fā)育歷期、存活數(shù)、死亡數(shù)以及成蟲壽命等。

試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)采用Logistic模型[7]V（t）=■擬合溫度與藥材甲發(fā)育速率之間的關(guān)系；根據(jù)發(fā)育起點(diǎn)溫度和最高存活溫度TL和最高溫度TH對(duì)藥材甲發(fā)育速率與溫度之間的關(guān)系利用“王-蘭-丁”模型[8]V（t）=■×1-EXP-■×1-EXP-■進(jìn)行實(shí)驗(yàn)擬合，其中K為高溫下潛在的飽和發(fā)育速率，r是發(fā)育速率隨溫度變化的指數(shù)增長(zhǎng)率；TL、TH各為最高，最低發(fā)育溫度，T0為最適發(fā)育溫度，δ為邊界層寬度。

以上分析處理均在SPSS11.5軟件包下完成。

2結(jié)果與分析

采用Logistic模型擬合溫度與藥材甲幼蟲發(fā)育速率之間的關(guān)系，擬合的發(fā)育速率數(shù)學(xué)模型如表1所示。由表1可見，藥材甲1、2、3、4齡幼蟲和整個(gè)幼蟲期擬合模型的相關(guān)系數(shù)分別為0.915 1，

0.944 5，0.876 8，0.809 8和0.893 3，線性關(guān)系較好。該蟲1、2、3和4齡幼蟲在高溫下的潛在最大發(fā)育速率K分別為0.131 6、0.146 7、0.095 0和0.074 4d-1。

根據(jù)發(fā)育起點(diǎn)溫度TL和生存最高臨界溫度TH，對(duì)藥材甲幼蟲發(fā)育速率與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行“王-蘭-丁” [8]模型擬合（表2）。從表2中可知，藥材甲1、2、3、4齡幼蟲和整個(gè)幼蟲期擬合模型的相關(guān)系數(shù)分別為0.957 1，0.972 3，0.945 7，

0.885 0和0.834 1,與Logistic模型擬合結(jié)果比較，相關(guān)系數(shù)較高。藥材甲1、2、3和4齡期幼蟲發(fā)育臨界低溫TL分別為11.24、15.19、9.40和10.43 ℃，其中3齡幼蟲的發(fā)育臨界起點(diǎn)溫度最低。藥材甲1、2、3和4齡期幼蟲高溫下潛在的飽和發(fā)育速率K分別為0.463 4、0.547 4、0.357 9和0.269 3 d-1,可見，隨著齡期的增長(zhǎng)，藥材甲幼蟲在高溫下潛在的飽和發(fā)育速率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3討 論

溫度是影響昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育的一個(gè)重要生態(tài)因子[9]，研究分析溫度等環(huán)境因子對(duì)昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的影響，就昆蟲對(duì)溫度反應(yīng)的特點(diǎn)可以進(jìn)行發(fā)生期、適生范圍預(yù)測(cè)、成災(zāi)機(jī)制分析等重要研究工作，是害蟲控制技術(shù)實(shí)踐的基礎(chǔ)性工作。本領(lǐng)域經(jīng)典研究工作集中在不同溫度下的昆蟲發(fā)育速率快慢，繁殖能力大小測(cè)定，用實(shí)驗(yàn)種群生態(tài)學(xué)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)、生命表方法等作為主要手段。經(jīng)過大量研究提煉出來的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，則對(duì)害蟲發(fā)育速率有更為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)作用。

Logistic模型符合有機(jī)體發(fā)育速率增長(zhǎng)指數(shù)在低溫下隨溫度增加而升高，高溫下隨著溫度增加而降低的經(jīng)驗(yàn)觀察，迄今為止是表達(dá)溫度與昆蟲發(fā)育速率關(guān)系的許多經(jīng)驗(yàn)公式中最基本的一種形式，但不足之處在于未能反應(yīng)出高溫下發(fā)育速率下降的特性[8]，為此后人給出了很多修正方案?！巴?蘭-丁” 模型應(yīng)為L(zhǎng)ogistic模型的一個(gè)修正。本研究中，與Logistic模型擬合結(jié)果相比較，研究結(jié)果更適合于采用“王-蘭-丁”模型擬合。這可能與試驗(yàn)選用溫度范圍較寬有關(guān)。一般意義下，就溫度對(duì)昆蟲實(shí)驗(yàn)種群發(fā)育和繁殖參數(shù)的影響之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型擬合，若實(shí)驗(yàn)溫度集中在最適溫度范圍內(nèi)，則選用線性模型擬合。若實(shí)驗(yàn)最低溫度接近發(fā)育起點(diǎn)溫度，最高溫度接近高溫臨界值，則選用Logistic 擬合?！巴?蘭-丁”擬合模型的優(yōu)勢(shì)在于在較廣溫度范圍內(nèi)，可擬合計(jì)算出實(shí)驗(yàn)昆蟲的存活起始溫度和臨界致死溫度。

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收稿日期：2011-11-01；修訂日期：2012-01-11

基金項(xiàng)目：貴州省中藥現(xiàn)代化專項(xiàng)項(xiàng)目(黔科合中藥字[2011]5049號(hào))；貴陽市重點(diǎn)科技成果推廣項(xiàng)目（[2010]筑科成合同字第1-推-4號(hào)) ；貴州省2013年度國(guó)際科技合作計(jì)劃項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：李燦（1979-），男，貴州人，副教授，博士，主要從事有害生物治理與資源利用研究。