暗期5 h不同波長LED光照對斜紋夜蛾生長發(fā)育及繁殖的影響

鐘春蘭, 陳蘇泓, 周小妹, 翁如玉, 肖國權(quán), 鄭歡歡, 涂小云

(江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 南昌 330022)

發(fā)光二極管(light emitting diode, LED)是繼火光、白熾燈、熒光燈之后的新型照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、適用性強(qiáng)、波長類型豐富等多種優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于草坪燈、交通信號燈、景觀燈、水下燈和地埋燈等。已有資料表明，LED光照對昆蟲的多種行為會產(chǎn)生影響，如毛健夜蛾Brithyscrini幼蟲的假死等行為(涂小云等, 2012)、棉鈴蟲Helicoverpaarmigera的飛行行為(蔣月麗等, 2008)及茄二十八星瓢蟲Henosepilachnavigintioctopunctata成蟲的取食等行為(方梅等, 2017)。此外，LED光照對昆蟲的繁殖生物學(xué)特性亦會產(chǎn)生影響，如LED影響冬尺蠖蛾Operophterabrumata的交配率(van Geffenetal., 2015)、綠盲蝽Apolyguslucorum的存活率(張敏, 2018)及茄二十八星瓢蟲產(chǎn)卵量(方梅, 2018)等。因此，了解LED對昆蟲的影響有助于了解LED光環(huán)境下的昆蟲種群動態(tài)，為害蟲預(yù)測預(yù)報提供參考和理論依據(jù)，或可為益蟲的繁育提供幫助。

斜紋夜蛾P(guān)rodenialitura是世界性分布的多食性農(nóng)業(yè)害蟲，具有世代多、抗藥性強(qiáng)等特點(diǎn)，寄主植物多達(dá)109科、389種(變種)(秦厚國等, 2006)。生物因子如寄主植物(蔣立奔等, 2019)和非生物因子如溫度(郝強(qiáng)等, 2016)、光照(利廣規(guī)等, 2013; 黃玲燕, 2017)等均對其生物學(xué)特性及種群動態(tài)有顯著影響。夜行性昆蟲對人工光源不同波長(顏色)的敏感性和光照強(qiáng)度的反應(yīng)，可導(dǎo)致其時空紊亂、被光吸引(趨光性)、脫敏反應(yīng)、目標(biāo)定位或辨認(rèn)錯誤等，進(jìn)而導(dǎo)致人工光源對生物多樣性和生物圈產(chǎn)生不良后果(Owens and Lewis, 2018)，其生態(tài)效應(yīng)取決于它的強(qiáng)度、光譜組成以及閃爍頻率(Ingeretal., 2014)。LED光源因耗電量低、壽命長等諸多特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物增產(chǎn)補(bǔ)光和城市亮化工程。斜紋夜蛾作為典型的夜行性昆蟲，各蟲態(tài)均可暴露于夜間不同顏色(波長)的LED光照下，且暴露時間長短不一，少則每晚數(shù)小時，多則通宵達(dá)旦，其生物學(xué)特性等易受夜間人工照明的影響，并呈現(xiàn)多樣性和復(fù)雜性。因此，廣泛應(yīng)用的LED照明對斜紋夜蛾生長發(fā)育和繁殖的影響亟待研究。本研究在實(shí)驗室條件下測試了暗期5 h 不同波長 LED 照明對斜紋夜蛾生長發(fā)育及繁殖的影響，以期探明LED光照對該蟲種群動態(tài)的影響，也為其他害蟲的測報和防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1供試蟲源及管理：自南昌市艾溪湖濕地公園荷葉上采集斜紋夜蛾低齡幼蟲，室溫26±1℃下置于透明長方形塑料盒(長×寬×高=15.00 cm×8.00 cm×6.00 cm)用新鮮荷葉飼養(yǎng)，幼蟲化蛹后分辨雌雄，并置于六孔塑料板(孔徑×深度=3.50 cm×1.66 cm)內(nèi)待羽化。所得成蟲在光周期14L∶10D下用10%蜂蜜水飼喂，待其交配、產(chǎn)卵。

1.1.2光源：本實(shí)驗所用光源有：日光燈，光照強(qiáng)度為500 lx；紅(620-625 nm)、黃(580-585 nm)、藍(lán)(465-467 nm)、綠(520-523 nm)和白色(復(fù)合光)LED燈(杭州拓亞光電科技有限公司定制球泡燈，光照強(qiáng)度均為200±5 lx)。

1.2 不同波長LED光照下斜紋夜蛾生長發(fā)育測試

收集1.1節(jié)中當(dāng)日所產(chǎn)卵塊置于不同波長LED光照條件下觀察孵化情況，同一卵塊于孵化后的第3天對未孵化的卵進(jìn)行計數(shù)，統(tǒng)計、計算卵期和卵孵化率。每處理均觀察至少10個卵塊，并以卵塊為單位計算卵期。實(shí)驗組光處理設(shè)14L∶5R∶5D, 14L∶5Y∶5D, 14L∶5B∶5D, 14L∶5G∶5D和14L∶5W∶5D共5個處理，R, Y, B, G和W為暗期開始時分別使用波長范圍不同的紅(620-625 nm)、黃(580-585 nm)、藍(lán)(465-467 nm)、綠(520-523 nm)和白色(復(fù)合光)LED照明，其光照強(qiáng)度根據(jù)前期關(guān)于LED光源對昆蟲影響實(shí)驗而設(shè)置，均為200 lx；對照組光處理的光周期為14L∶10D(其中：L為光期，采用日光燈照明，光照強(qiáng)度為500 lx, D為暗期，不使用任何光照)。光處理的轉(zhuǎn)換采用人工轉(zhuǎn)換的方法；實(shí)驗溫度為26±1℃。

上述處理的初孵幼蟲在各自光溫實(shí)驗條件下置于長方形塑料盒中用新鮮荷葉飼養(yǎng)，每處理觀察100頭初孵幼蟲，重復(fù)3次；每天于光期更換荷葉，直至化蛹，逐個記錄化蛹日期，統(tǒng)計、計算幼蟲期和化蛹率；所得蛹分辨雌雄、稱重后置于六孔塑料板內(nèi)觀察羽化情況，逐個記錄羽化日期，統(tǒng)計、計算蛹期和羽化率。

1.3 不同波長LED光照下斜紋夜蛾繁殖測試

收集1.1節(jié)中當(dāng)日所產(chǎn)卵在14L∶10D條件下孵化，所得幼蟲用荷葉飼養(yǎng)至化蛹，記錄蛹羽化日期，所得成蟲用10%蜂蜜水飼喂，并置于透明長方形塑料盒內(nèi)觀察交配和產(chǎn)卵情況，每天于光期更換塑料盒和蜂蜜水，并對所產(chǎn)卵計數(shù)，記錄成蟲死亡日期，根據(jù)羽化日期和死亡日期計算其壽命。實(shí)驗組光處理和對照組光處理設(shè)置同1.2節(jié)，實(shí)驗溫度為26±1℃，每處理觀察的成蟲成功交配對數(shù)不少于18對。上述試蟲均為室內(nèi)第2代。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗數(shù)據(jù)利用SPSS16.0分析軟件進(jìn)行單因素方差分析或配對樣本t檢驗。

2 結(jié)果

2.1 不同波長LED光照對斜紋夜蛾生長發(fā)育的影響

2.1.1對卵孵化率、化蛹率、成蟲羽化率的影響：暗期不同波長LED光源處理5 h對斜紋夜蛾卵孵化率、化蛹率和成蟲羽化率影響略有不同(表1)。綠光組卵孵化率最低(58.3%)，白光組最高(95.3%)，但各處理組及對照組間差異均不顯著(df1=5,df2=12,F=2.085,P=0.138)；黃光組的化蛹率最低(僅為49.3%)，且各處理組幼蟲的化蛹率均低于對照組，但差異均不顯著(df1=5,df2=12,F= 2.060,P=0.142)；對照組成蟲羽化率最高，為67.5%，其余各組間成蟲羽化率差異不顯著(df1=5,df2=12,F=1.966,P=0.157)，在40%左右，均低于對照組。

表1 暗期不同波長LED光照5 h對斜紋夜蛾的卵孵化率、化蛹率和成蟲羽化率的影響

2.1.2對發(fā)育歷期的影響：暗期不同波長LED光源處理5 h對斜紋夜蛾卵、幼蟲和蛹發(fā)育歷期的影響不同(表2)。黃光處理組的卵期(4.0 d)顯著長于對照組(3.0 d)，其他光處理組卵期與對照組相等或差異不顯著(df1=5,df2=12,F=4.100,P=0.021)。

表2 暗期不同波長LED光照處理5 h對斜紋夜蛾發(fā)育歷期的影響

暗期不同波長LED光源處理下，斜紋夜蛾雌幼蟲期差異顯著。各色光處理組的雌幼蟲期與對照組相比差異不顯著(P>0.05)，但黃、紅和藍(lán)光下的雌幼蟲期顯著長于綠光下的雌幼蟲期(21.3 d)(df1=5,df2=528,F=2.306,P=0.043)；不同波長LED光處理下雄幼蟲期亦以黃光下最長(22.4 d)，其次是白光組和對照組(均為21.8 d)及紅光和藍(lán)光組(均為21.7 d)，綠光下最短(21.1 d)(df1=5,df2=513,F=4.529,P=0.000)。

暗期不同波長LED光源處理5 h下雌雄蛹的蛹期差異亦顯著。各色光處理組的雌蛹蛹期顯著短于對照組(19.9 d)(P<0.05)，藍(lán)、綠和白光組的雌蛹蛹期又顯著短于紅光組(df1=5,df2=399,F=134.170,P=0.000)；各色光處理組的雄蛹蛹期亦顯著短于對照組(21.7 d)，黃光組的雄蛹蛹期(17.3 d)顯著長于綠光組(僅為16.4 d)(df1=5,df2=325,F=39.433,P=0.000)。

同色光下雌雄幼蟲發(fā)育歷期差異均不顯著(t檢驗，紅光:P=0.325; 黃光:P=0.529; 藍(lán)光:P=0.544; 綠光:P=0.421; 白光:P=0.897; 對照組:P=0.821)，但雄蛹期均極顯著性長于雌蛹期(t檢驗,P=0.000)。

2.1.3對斜紋夜蛾蛹重的影響：暗期不同波長LED光處理5 h對斜紋夜蛾蛹重影響顯著(表3)，暗期給予光照后蛹重均減輕，與對照組有顯著性差異(P<0.05)，尤其是給予紅光時所得蛹重最輕。紅光下雌蛹重僅為0.171 g，其他色光雌蛹重在0.185～0.191 g之間，且均顯著小于對照組(0.203 g)(df1=5,df2=399,F=6.878,P=0.000)；紅光下雄蛹重僅為0.177 g，與黃光和綠光組相比差異顯著(P<0.05)，且各色光處理組雄蛹重均顯著小于對照組(0.208 g)(df1=5,df2=325,F=6.148,P=0.000)。

表3 暗期不同波長LED光照處理5 h對斜紋夜蛾蛹重的影響

紅、黃、藍(lán)、綠光組及對照組的雄蛹重均大于雌蛹重，白光組則相反，但差異均不顯著(t檢驗，紅光:P=0.213; 黃光:P=0.914; 藍(lán)光:P=0.645; 綠光:P=0.155; 白光:P=0.997; 對照組:P=0.305)。

2.2 不同波長LED光照對斜紋夜蛾繁殖的影響

暗期給予各色光均顯著性延長了雌蟲的壽命(表4)(df1=5,df2=114,F=7.261,P=0.000)，藍(lán)光、綠光和白光下壽命最長(均為17.5 d)，其他依次是黃光和紅光(分別為15.4 d和15.0 d)，對照組僅為12.3 d；對于雄成蟲而言，紅光和綠光下壽命最長(均為18.4 d)，其他依次是藍(lán)光(17.9 d)、白光(17.2 d)和黃光(15.0 d)下，對照組僅為14.4 d，但各組間差異不顯著(df1=5,df2=114,F=2.270,P=0.052)。進(jìn)一步比較雌雄蟲壽命，結(jié)果表明紅光組雄蟲壽命顯著長于雌蟲(t檢驗,P=0.006)，其他處理組及對照組雌雄蟲壽命差異不顯著(t檢驗，黃光:P=0.737; 藍(lán)光:P=0.768; 綠光:P=0.514; 白光:P=0.842; 對照組:P=0.073)。

表4 暗期不同波長LED光照5 h對斜紋夜蛾成蟲壽命和繁殖的影響

與對照組相比，紅光縮短了產(chǎn)卵前期，但差異不顯著；藍(lán)光則顯著性延長了產(chǎn)卵前期，而其他光亦延長了其產(chǎn)卵前期，但與對照組相比差異均不顯著(df1=5,df2=114,F=3.973,P=0.002)。

與對照組相比，紅光顯著增加了雌蟲的單雌產(chǎn)卵量，黃光和白光亦增加了單雌產(chǎn)卵量，但差異均不顯著；綠光和藍(lán)光則降低了其單雌產(chǎn)卵量，但與對照組相比差異亦不顯著(df1=5,df2=114,F=3.554,P=0.005)。

3 結(jié)論與討論

3.1 暗期不同波長LED光照處理對斜紋夜蛾卵孵化率、化蛹率、成蟲羽化率的影響

結(jié)果表明暗期不同波長LED光照5 h處理對斜紋夜蛾卵孵化率、化蛹率、成蟲羽化率影響不同，但差異均不顯著(表1)。

與對照組相比，綠光和藍(lán)光組卵孵化率降幅較大(表1)。綠光降低卵孵化率的現(xiàn)象也見于綠盲蝽(張敏, 2018)；藍(lán)光降低卵孵化率的現(xiàn)象也有報道，如小貫小綠葉蟬Empoascaonukii(陳偉忠等, 2016)。而粘蟲Mythimnaseparata(董婉君, 2018)則有所不同，粘蟲孵化率在365nm波長的處理下達(dá)到最低。除白光外，其余各處理組卵孵化率均低于對照組(表1)，這和董婉君(2018)有關(guān)不同光源對斜紋夜蛾的影響研究一致。

本研究結(jié)果中，黃光組的化蛹率最低(僅為49.3%)(表1)，這與家蠅Muscadomestica、大頭金蠅Chrysomyamegacephala和菜粉蝶Pierisrapae化蛹率受LED光照影響不同(張敏, 2018)。究其原因，對于日間活動的昆蟲來說，具有更多的視覺視蛋白，可以提高顏色辨別能力(Lunau, 2014; Sharkeyetal., 2017; Owens and Lewis, 2018)，光感受器較為敏感；相比之下，夜間活動的昆蟲則會失去一個或多個視蛋白，從而降低它們的視覺能力(Owens and Lewis, 2018)。

各處理組斜紋夜蛾成蟲羽化率均低于對照組(表1)，表明實(shí)驗所用LED光照對斜紋夜蛾成蟲羽化率有影響但差異不大，然而橙黃色LED光照(575 nm)顯著降低了綠盲蝽、菜粉蝶的成蟲羽化率(張敏, 2018)等。

昆蟲的抗氧化酶活性受光波長的影響，如西藏飛蝗Locustamigratoriatibetensis(吳蕾, 2010)和梨小食心蟲Grapholitamolesta(方程, 2015)，LED光照對斜紋夜蛾存活的影響是否也與抗氧化酶活性有關(guān)有待于進(jìn)一步研究。

3.2 暗期不同波長LED光照處理對斜紋夜蛾發(fā)育歷期和蛹重的影響

實(shí)驗結(jié)果表明，不同波長LED光照處理對斜紋夜蛾卵、幼蟲和蛹發(fā)育歷期的影響不同(表2)。黃光處理組的卵期(4.0 d)顯著長于對照組(3.0 d)，這與小貫小綠葉蟬卵(陳偉忠等, 2016)和黃粉蟲Tenebriomolitor卵(張敏, 2018)經(jīng)黃光處理后卵期縮短明顯不同；然而黃光卻明顯地延長了斜紋夜蛾的雌、雄幼蟲期，尤其是雄幼蟲期(表2)，又與小菜蛾P(guān)lutellaxylostella經(jīng)LED黃光處理后幼蟲期縮短(蔣月麗等, 2018)不同。

已有資料顯示，LED光照對甜菜夜蛾蛹期無顯著影響(劉長營等, 2010)，但藍(lán)光縮短了菜粉蝶蛹期(張敏, 2018)，白光卻延長了棉鈴蟲蛹期(Katsikisetal., 2020)。而本研究結(jié)果表明，各色LED光照處理下蛹期均顯著短于對照組(表2)，這種蛹期明顯縮短的現(xiàn)象是因為蛹期感光的結(jié)果，還是前期光效應(yīng)累計結(jié)果，我們還無法解釋，需要進(jìn)一步研究；本研究結(jié)果還表明，同色光下雄蛹期均極顯著長于雌蛹期(表2)。由此可見，LED光照對昆蟲發(fā)育歷期的影響因昆蟲種類、發(fā)育階段和性別而異。

鱗翅目昆蟲的生長發(fā)育屬于完全變態(tài)發(fā)育，蛹期發(fā)育對成蟲的雌雄、大小、產(chǎn)卵量等均有直接的影響。不同波長LED光照處理對斜紋夜蛾蛹重影響顯著(表3)，暗期給予光照后蛹重均減輕，與對照組有顯著性差異，這與白色LED下棉鈴蟲蛹重增加不同(Katsikisetal., 2020)。

3.3 暗期不同波長LED光照處理對斜紋夜蛾成蟲壽命和繁殖的影響

暗期給予各色光均能延長成蟲壽命，尤其是顯著性延長了雌蟲的壽命(表4)，究其原因可能是延長光照促進(jìn)了成蟲取食，但需要進(jìn)一步研究證實(shí)。LED光照影響成蟲壽命的現(xiàn)象也見于其他昆蟲，如白光和黃光LED能延長甜菜夜蛾成蟲壽命(劉長營等, 2010)，黃光和綠光卻分別縮短小菜蛾(段云等, 2007)和梨小食心蟲(于海利, 2011)雌成蟲壽命。

本研究結(jié)果還表明，不同波長LED光照處理影響斜紋夜蛾的產(chǎn)卵前期和產(chǎn)卵量(表4)。與對照組相比藍(lán)光顯著延長了產(chǎn)卵前期，且單雌產(chǎn)卵量最低(表4)，這種藍(lán)光降低產(chǎn)卵量的現(xiàn)象也見于灰飛虱Laodelphaxstriatellus(朱錦磊等, 2014)。究其原因，可能是由于雌性蛾類性信息素的分泌會受到夜間LED光照的干擾，降低了交配率，從而影響其正常的生殖行為，同時這種影響因不同波長而存在明顯差異(van Geffenetal., 2015)。與對照組相比，紅光處理顯著增加了產(chǎn)卵量，原因可能有二：一是紅光下雌成蟲產(chǎn)卵前期縮短、產(chǎn)卵提前所致，類似的產(chǎn)卵提前、產(chǎn)卵量顯著增加的現(xiàn)象也見于螟蛾稻縱卷葉螟Cnaphalocrocismedinalis(孫貝貝等, 2013)；二是200 lx的光強(qiáng)可能對斜紋夜蛾繁殖有利，因另一種卷葉蛾梨小食心蟲也是在200 lx的光強(qiáng)下繁殖力最大(賈曉婷, 2016)。而蛾類作為紅色盲，紅光本應(yīng)不會影響斜紋夜蛾繁殖，但本研究結(jié)果表明LED紅光顯著提高了斜紋夜蛾產(chǎn)卵量，我們還無法從生理上合理解釋這一現(xiàn)象。

綜上所述，暗期延長5 h不同波長LED光照對斜紋夜蛾生長發(fā)育及繁殖均有影響，主要表現(xiàn)為蛹期延長、蛹重減輕；成蟲壽命延長，尤其是雌蟲。然而，實(shí)驗中觀察到配對的斜紋夜蛾雌成蟲暗期給予連續(xù)日光燈照射仍能產(chǎn)卵，那么，暗期給予連續(xù)LED光照產(chǎn)卵、產(chǎn)卵量有何變化，還有待于進(jìn)一步研究。