檸條綠虎天牛幼蟲齡期的劃分

張燕如, 李玨聞, 趙婷婷, 潘 龍, 金樹磊, 許姝婧, 駱有慶*

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 呼和浩特 010019; 2. 北京林業(yè)大學(xué)省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083; 3. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院研究生部, 北京 100091; 4. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所森林病原整合 生物學(xué)研究室, 北京 100091; 5. 內(nèi)蒙古武警森林總隊(duì), 呼和浩特 010010)

檸條綠虎天牛ChlorophoruscaraganaXie & Wang屬鞘翅目Coleoptera天?？艭erambycidae綠虎天牛屬Chlorophorus,是荒漠檸條灌木林的重要蛀干害蟲,主要為害中間錦雞兒CaraganaintermediaKuangetH. C.Fu和小葉錦雞兒CaraganamicrophyllaLam.。該蟲在寧夏地區(qū)1年1代,近年來(lái)檸條綠虎天牛在西北地區(qū)對(duì)檸條的為害程度逐年加重,其幼蟲在樹木韌皮部和木質(zhì)部取食為害,隱蔽性強(qiáng),因此,很難系統(tǒng)地觀察幼蟲的生活習(xí)性。雖然目前對(duì)該蟲的生物學(xué)特性有過一些報(bào)道[1-3],但均未涉及幼蟲的分齡以及齡期的劃分問題。本研究通過林間采樣并結(jié)合數(shù)據(jù)分析的方法,測(cè)定自然條件下檸條綠虎天牛幼蟲的齡數(shù),明確各齡幼蟲形態(tài)指標(biāo),為進(jìn)一步研究其發(fā)生規(guī)律、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和林間防控奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查地描述

檸條綠虎天牛于2013-2014年采自寧夏靈武雁知山荒漠林內(nèi),38°5′N,106°23′E,海拔1 263 m。在荒漠林內(nèi)隨機(jī)調(diào)查受害嚴(yán)重的中間錦雞兒,樹齡5～15年,平均地徑約為2 cm,平均樹高145 cm。

1.2 供試蟲源

為確保采集到初齡幼蟲,2013年6月下旬在檸條綠虎天牛產(chǎn)卵高峰期觀察成蟲產(chǎn)卵,雌蟲將卵產(chǎn)在周皮縫隙中,解剖后收集卵置于濾紙雙面保濕的培養(yǎng)皿中,室溫下遮光培養(yǎng),待其自然孵化后,收集初孵幼蟲(1齡)。自檸條綠虎天牛幼蟲孵化時(shí)起,每月從林間采集2次受害嚴(yán)重的中間錦雞兒枝干,室內(nèi)解剖獲得幼蟲,采樣截至幼蟲越冬期。第2年(2014年)在生長(zhǎng)季節(jié)每周取樣一次,直到幼蟲全部化蛹為止。

1.3 檸條綠虎天牛幼蟲分齡特征

選取檸條綠虎天牛幼蟲身體骨化程度較高的部位及體長(zhǎng)作為分齡形態(tài)指標(biāo):(1)前胸背板寬(Y1:前胸背板“凸”形斑寬度);(2)觸角孔間距(Y2:頭殼上觸角基部堅(jiān)硬的觸角環(huán)之間的最短距離);(3)體長(zhǎng)(Y3:從口器至腹末的長(zhǎng)度)(圖1)。為保證測(cè)量指標(biāo)的準(zhǔn)確性,將蟲體裝入移液槍槍頭內(nèi),使蟲體平展,然后將槍頭垂直插入碎冰塊中冷凍,降低幼蟲活躍度,待蟲體不扭動(dòng)時(shí)進(jìn)行拍照。應(yīng)用雙目連續(xù)變倍體視顯微鏡(LEICA-EZ4HD,Singapore)進(jìn)行圖像拍攝,使用Leica LAS EZ圖像處理軟件進(jìn)行測(cè)定分析。測(cè)量體長(zhǎng)參數(shù)是為了在林間調(diào)查中便于快速判斷幼蟲的大致發(fā)育進(jìn)度。

圖1 檸條綠虎天牛幼蟲分齡的3個(gè)測(cè)量指標(biāo)Fig.1 Three variables measured for defining larval instars

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)Dyar規(guī)律劃分幼蟲蟲齡。首先利用不同形態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行頻次分布分析,并繪制每項(xiàng)指標(biāo)相應(yīng)的頻數(shù)分布圖,確定幼蟲蟲齡。齡期劃分后,利用Excel軟件計(jì)算各項(xiàng)形態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差及變異系數(shù)等。利用Crosby生長(zhǎng)法則、回歸分析進(jìn)行篩選,判斷幼蟲齡期和所測(cè)部位的相關(guān)性,獲得最佳分齡構(gòu)造。使用Crosby指數(shù)驗(yàn)證劃分齡期的合理性,當(dāng)Crosby指數(shù)小于10%分齡期劃分分組合理,當(dāng)Crosby指數(shù)大于10%分齡指標(biāo)分組不合理[4],Crosby指數(shù)和Brooks指數(shù)按照如下公式計(jì)算。各齡幼蟲指標(biāo)之間的差異統(tǒng)計(jì)采用LSD檢驗(yàn)的多重比較法進(jìn)行。所有統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 21.0分析軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 檸條綠虎天牛幼蟲齡期的確定

根據(jù)對(duì)546頭檸條綠虎天牛幼蟲3項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其中觸角孔間距和前胸背板寬度的測(cè)定數(shù)據(jù)出現(xiàn)頻次相對(duì)集中的7個(gè)區(qū)域,觸角孔間距的7個(gè)峰值分別在0.30、0.60、0.80、1.10、1.40、1.60和1.80 mm左右(圖2a)。前胸背板寬度的7個(gè)峰值分別在0.80、1.50、2.00、2.30、2.70、3.10和4.10 mm左右(圖2b)。由此,根據(jù)Dyar氏法則可以斷定,檸條綠虎天牛幼蟲為7個(gè)齡期。觸角孔間距和前胸背板寬度的均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差、變化幅度和變異系數(shù)見表1。這兩項(xiàng)指標(biāo)在不同齡數(shù)之間的平均值具有顯著差異,分齡指標(biāo)的變異系數(shù)均小于20%,Crosby指數(shù)均小于10%,表明將檸條綠虎天牛幼蟲劃分為7個(gè)齡期是合理的。觸角孔間距和前胸背板寬度是比較理想的分齡指標(biāo)。

體長(zhǎng)的測(cè)定數(shù)據(jù)出現(xiàn)頻次相對(duì)集中的7個(gè)區(qū)域。其中體長(zhǎng)的Crosby指數(shù)大于10%,蟲齡分組情況不合理,表明體長(zhǎng)不宜用于幼蟲齡期的劃分。

2.2 檸條綠虎天牛幼蟲各齡測(cè)量指標(biāo)與齡期之間的關(guān)系擬合

對(duì)檸條綠虎天牛幼蟲各項(xiàng)分齡指標(biāo)的實(shí)測(cè)平均值與齡期之間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析,結(jié)果顯示,3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)數(shù)值(lgYi)與齡期(X)之間呈直線關(guān)系,符合Dyar氏定律。經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),回歸曲線均達(dá)到極顯著水平(表2)。進(jìn)一步驗(yàn)證了檸條綠虎天牛幼蟲劃分為7個(gè)齡期是合理的。

圖2 檸條綠虎天牛幼蟲觸角孔間距(a)、前胸背板寬度(b)和體長(zhǎng)(c)分布頻次圖Fig.2 Frequency distribution of the distance between antennal rings (a), prothoracic plate width (b) and body length (c) in Chlorophorus caragana larvae

形態(tài)結(jié)構(gòu)Morphological feature齡數(shù)Instar樣本數(shù)Number of samples變幅/mmRange平均值/mmMean±SE變異系數(shù)/%CVBrooks指數(shù)Brooks’ rationCrosby指數(shù)Crosby’s ration觸角孔間距Distance betweenantennae1110.26～0.35(0.29±0.03)g9.39--2390.37～0.55(0.48±0.05)f10.061.66-31060.55～0.85(0.72±0.08)e10.921.51-0.0941200.85～1.17(1.02±0.09)d8.691.42-0.0651221.18～1.40(1.30±0.06)c4.531.28-0.1061161.41～1.71(1.53±0.08)b5.051.17-0.087321.72～2.55(1.86±0.24)a13.091.220.04前胸背板寬度Prothoracic platewidth1190.59～0.89(0.75±0.10)g13.25--21280.90～1.59(1.35±0.18)f13.151.79-31161.60～2.09(1.83±0.15)e8.081.36-0.244732.10～2.39(2.25±0.08)d3.721.23-0.1051102.40～2.87(2.60±0.12)c4.741.16-0.066372.90～3.34(3.06±0.12)b3.831.180.027243.50～4.89(3.93±0.37)a9.301.28 0.09體長(zhǎng)Body length1151.72～2.92(2.25±0.41)g18.33 --2763.07～5.37(4.48±0.66)f14.801.99-3575.54～6.99(6.28±0.41)e6.611.40-0.3041317.02～9.43(8.30±0.76)d9.081.32-0.0651499.65～12.92(12.12±0.87)c7.151.460.1064013.05～14.48(13.71±0.42)b3.051.13-0.2373414.51～19.94(16.05±1.21)a7.531.170.04

1) 表中同一欄內(nèi)平均值數(shù)據(jù)后不同字母表示經(jīng)多重比較(LSD)在5%水平上具有顯著差異。

Different letters within the same column indicate significant difference between instars based on LSD at 5% level.

表2檸條綠虎天牛幼蟲各分齡指標(biāo)與齡數(shù)之間的關(guān)系擬合結(jié)果1)

Table2RegressionanalysisofthenumberoflarvalinstarsandmeasuredvariablesofChlorophoruscaragana

分齡指標(biāo)Variables回歸方程Regression equation相關(guān)系數(shù)(r)Correlation coefficient統(tǒng)計(jì)參數(shù)Significance觸角孔間距(Y1) Distance between antenna (Y1)lgY1=0.087+0.120X0.957P<0.000 1前胸背板寬度(Y2) Prothoracic plate width(Y2)lgY2=0.230+0.099X0.942P<0.000 1體長(zhǎng)(Y3) Body length(Y3)lgY3=0.393+0.127X0.955P<0.000 1

1)X:幼蟲齡數(shù)(1～7齡)。

X:Larval instar number (1-7 instars).

3 結(jié)論與討論

昆蟲幼蟲身體生長(zhǎng)具有一定的規(guī)律性,絕大多數(shù)昆蟲體長(zhǎng)增長(zhǎng)是連續(xù)性的,身體骨化程度較高的部分伴隨周期性蛻皮而呈跳躍式增長(zhǎng)[5-6]。Dyar早在1890年通過研究28種鱗翅目昆蟲發(fā)現(xiàn)相鄰齡期幼蟲頭殼寬度存在一定的幾何級(jí)數(shù)關(guān)系,這一現(xiàn)象被稱為戴氏法則[7]。因鉆蛀性害蟲具有生活隱蔽、生命周期長(zhǎng)、室內(nèi)飼養(yǎng)困難等特點(diǎn),不易通過蛻皮觀察研究幼蟲蟲齡,因此戴氏法則對(duì)于鉆蛀性昆蟲齡期的確定具有重要作用。

柳建定等和任驥對(duì)松褐天牛MonochamusalternatusHope幼蟲齡期進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)頭殼寬和前胸背板寬度可作為蟲齡分級(jí)指標(biāo)[8-9]。張海濱等測(cè)量了人工飼養(yǎng)的星天牛AnoplophorachinensisForster幼蟲的9個(gè)形態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)額寬(觸角孔間距)是最佳的分齡結(jié)構(gòu),其次是上顎長(zhǎng)和上顎寬[10]。王小藝等研究了栗山天牛MassicusraddeiBlessig幼蟲上顎長(zhǎng)、主單眼間距、前胸背板寬、中胸氣門長(zhǎng)和體長(zhǎng)5項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)來(lái)判斷其蟲齡,發(fā)現(xiàn)上顎長(zhǎng)、主單眼間距和前胸背板寬可用于分齡[11]。于永浩等通過測(cè)量蔗根土天牛DorysthenesgranulosusThomson的頭口寬和前胸背板寬判斷幼蟲蟲齡,結(jié)果表明頭口寬是判定蔗根土天牛幼蟲蟲齡的最佳指標(biāo)[12]。潘龍等測(cè)定了青楊脊虎天牛XylotrechusrusticusLinnaeus幼蟲頭殼寬、前胸背板寬、觸角間距、上顎寬、體長(zhǎng)和體寬6項(xiàng)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)前胸背板寬可作為最佳分齡指標(biāo)[13]。以上天牛類鉆蛀性害蟲幼蟲的分齡構(gòu)造有頭殼寬(頭寬或頭口寬)、前胸背板寬、額寬(觸角孔間距)、上顎長(zhǎng)、上顎寬、主單眼間距等。使用最多的是頭殼寬,是由于頭殼骨化強(qiáng)而形態(tài)較穩(wěn)定,但是頭殼?？s于體內(nèi),嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。上顎雖然骨化程度強(qiáng),但是形狀不規(guī)則,不易測(cè)量。前胸背板寬指前胸背板“凸”形斑寬度,觸角孔間距指頭殼上觸角基部堅(jiān)硬的觸角環(huán)之間的最短距離,這兩項(xiàng)指標(biāo)具有骨化程度強(qiáng)、特征明顯、易于觀察、無(wú)伸縮等優(yōu)點(diǎn),是最合理可靠的分齡指標(biāo)。因此本研究以前胸背板和觸角孔間距作為劃分蟲齡的指標(biāo),線性回歸分析合理,說明這兩項(xiàng)指標(biāo)作為劃分檸條綠虎天牛幼蟲蟲齡的標(biāo)準(zhǔn)是可行且可靠的。

為了方便野外快速判斷檸條綠虎天牛蟲齡,本研究還對(duì)體長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行了探索,但Crosby指數(shù)大于10%,蟲齡分組不合理。天牛幼蟲體軀具有伸縮性,導(dǎo)致個(gè)體之間體長(zhǎng)變異較大,對(duì)體長(zhǎng)測(cè)量的準(zhǔn)確性有所影響,另外體長(zhǎng)的增長(zhǎng)是連續(xù)的,各齡幼蟲間體長(zhǎng)有重疊現(xiàn)象,因此不宜作為蟲齡劃分的指標(biāo)和依據(jù)。

不同蟲齡階段的檸條綠虎天牛幼蟲前胸背板寬和觸角孔間距值呈明顯的幾何級(jí)數(shù)變化,研究結(jié)果表明幼蟲前胸背板寬和觸角孔間距依據(jù)發(fā)育時(shí)間呈現(xiàn)7個(gè)峰形,說明檸條綠虎天牛幼蟲可分為7齡。