雙條杉天牛幼蟲(chóng)齡數(shù)的劃分(鞘翅目：天牛科)

蔣 琦，任利利，駱有慶

(北京林業(yè)大學(xué)林木有害生物防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

雙條杉天牛SemanotusbifasciatusMotschulsky屬鞘翅目Coleoptera天?？艭erambycidae天牛亞科Cerambycinae扁天牛族Callidiini，屬東洋、古北區(qū)系共有種，主要危害圓柏Sabinachinensis、側(cè)柏Platycladusorientalis、檜柏Junaperuscommunis等柏類樹(shù)種(陳世鑲等, 1959; 王婷, 2005; 高蘇嵐等, 2007)。該蟲(chóng)主要以幼蟲(chóng)在樹(shù)木韌皮部和木質(zhì)部取食危害，造成樹(shù)勢(shì)衰弱甚至死亡，嚴(yán)重威脅著城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)和古柏類樹(shù)種的保護(hù)，1996年曾被列為我國(guó)森林植物檢疫對(duì)象。雙條杉天牛在我國(guó)北京、遼寧、內(nèi)蒙古、甘肅、河北、河南、山東、山西、陜西、江蘇、上海、湖北、四川、江西、浙江等地均有分布。

雙條杉天牛分布較廣，生活隱蔽，防治難度大，是園林綠化中柏類樹(shù)種的毀滅性蛀干害蟲(chóng)。國(guó)內(nèi)外對(duì)其生物學(xué)特性、發(fā)生規(guī)律及防治措施等相關(guān)研究都較詳細(xì)。劉遠(yuǎn)(2002)連續(xù)兩年研究了雙條杉天牛的產(chǎn)卵量和卵期的發(fā)育起點(diǎn)溫度、有效積溫。王婷(2005)初步研究了雙條杉天牛的生物學(xué)特性，并測(cè)定了側(cè)柏?fù)]發(fā)物對(duì)該蟲(chóng)的引誘能力。高蘇嵐(2008)觀察分析了雙條杉天牛的各蟲(chóng)態(tài)歷期、成蟲(chóng)生活習(xí)性及發(fā)生規(guī)律。Iwata(2007)等在雙條杉天牛和紅翅小扁天牛CallidiellumrufipenneMotschulsky的成蟲(chóng)期和幼蟲(chóng)期，研究了兩種天牛共存時(shí)造成相互隔離的因素；Wickham(2016)對(duì)包括雙條杉天牛在內(nèi)的幾種天?？坪οx(chóng)的聚集信息素進(jìn)行分析，研究它們可能共有的組分。

但是，以往研究均未涉及幼蟲(chóng)齡數(shù)的劃分。觀察昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)的齡數(shù)和齡期是研究幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的重要內(nèi)容(彩萬(wàn)志等, 2011)，且幼蟲(chóng)齡數(shù)的確定是進(jìn)一步研究生物生態(tài)學(xué)習(xí)性、發(fā)生規(guī)律及制定防治技術(shù)的基礎(chǔ)。由于雙條杉天牛幼蟲(chóng)隱蔽生活，無(wú)法直接觀察來(lái)確定幼蟲(chóng)齡數(shù)，本試驗(yàn)通過(guò)木段飼養(yǎng)和統(tǒng)計(jì)測(cè)量的方法對(duì)不同發(fā)育階段的雙條杉天牛幼蟲(chóng)進(jìn)行研究，以確定幼蟲(chóng)齡數(shù)及最佳分齡指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲(chóng)源

2018年3月初，在北京市大東流林場(chǎng)取39段直徑10～12 cm，長(zhǎng)30 cm的無(wú)蟲(chóng)害側(cè)柏木段，每段木段分別置于單獨(dú)籠內(nèi)。在雙條杉天牛越冬成蟲(chóng)咬破樹(shù)皮出孔活動(dòng)時(shí)，收集大量成蟲(chóng)，按雌雄成蟲(chóng)1 ∶1的數(shù)量放入各個(gè)有側(cè)柏木段的籠內(nèi)(由尼龍網(wǎng)制成的長(zhǎng)25 cm、寬25 cm、高50 cm的長(zhǎng)方體網(wǎng)籠)。待成蟲(chóng)交配產(chǎn)卵后，在樹(shù)皮縫中取出部分卵。將卵置于雙層濾紙(底層濾紙沾水用于保濕)的培養(yǎng)皿中，室溫下遮光培養(yǎng)，待其孵化后，收集初孵幼蟲(chóng)(30頭)。自雙條杉天牛幼蟲(chóng)孵化起，每周從1段木段中至少剝出幼蟲(chóng)30頭，每頭幼蟲(chóng)單獨(dú)放于指形管中，將同一日期的幼蟲(chóng)收集于一個(gè)密封袋內(nèi)，貼上標(biāo)簽注明采集日期存放在-80℃冰箱內(nèi)。采樣至幼蟲(chóng)化蛹階段(8月中旬)為止。

1.2 試驗(yàn)方法

選取雙條杉天牛幼蟲(chóng)身體骨化程度較高的部位作為分齡形態(tài)指標(biāo)：前胸背板寬(Y1：前胸背板后緣最寬距離)、頭殼寬(Y2：測(cè)量頭部骨化區(qū)最寬距離)和上顎寬(Y3：背面觀的右上顎寬度)(如圖1)(張海濱, 2011; 王小藝等, 2012; 潘龍, 2015; 張燕如, 2018)。為避免因幼蟲(chóng)活動(dòng)造成測(cè)量上的誤差，所以幼蟲(chóng)在測(cè)量前會(huì)存放在-80℃冰箱中。各項(xiàng)指標(biāo)均用變焦體視顯微鏡(ZEISS, Axio Zoom.V16, Germany)進(jìn)行拍照、測(cè)量。

圖1 雙條杉天牛幼蟲(chóng)分齡的3個(gè)測(cè)量指標(biāo)Fig.1 3 variables measured for separating instars of larval Semanotus bifasciatus注：Y1，前胸背板寬；Y2，頭殼寬；Y3，上顎寬。Note：Y1，Prothoracic plate width；Y2，Head capsule width；Y3，Mandible width。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)Dyar法則劃分幼蟲(chóng)蟲(chóng)齡。首先利用GraphPad Prism 7.00 (GraphPad software, America)軟件對(duì)測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)分別進(jìn)行頻數(shù)分析，并繪制每項(xiàng)指標(biāo)相應(yīng)的頻次分布圖，確定幼蟲(chóng)齡數(shù)。齡數(shù)劃分后，根據(jù)測(cè)定值，利用IBM SPSS Statistics 24(IBM, America)計(jì)算各齡幼蟲(chóng)上述3項(xiàng)指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差、變化幅度及變異系數(shù)。Crosby指數(shù)用于驗(yàn)證劃分齡數(shù)是否合理，當(dāng)Crosby指數(shù)小于10%時(shí)，表明齡數(shù)劃分合理。Crosby指數(shù)和Brooks指數(shù)按照如下公式計(jì)算：

Brooks指數(shù)=Xn/Xn-1(Xn和Xn-1分別表示n齡和n-1齡幼蟲(chóng)各個(gè)測(cè)量指標(biāo)的平均值)。

Crosby指數(shù)=(bn-bn-1)/bn-1(bn和bn-1分別表示第n個(gè)和n-1個(gè)Brooks指數(shù))

最后，利用統(tǒng)計(jì)分析軟件R語(yǔ)言將幼蟲(chóng)各形態(tài)指標(biāo)測(cè)量值取對(duì)數(shù)并與相應(yīng)齡數(shù)進(jìn)行線性擬合，計(jì)算回歸方程及相關(guān)系數(shù)(r)以進(jìn)一步驗(yàn)證分齡的合理性，確定最佳分齡指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙條杉天牛幼蟲(chóng)齡數(shù)的確定

從2018年4月12日至2018年8月22日，共對(duì)785頭雙條杉天牛幼蟲(chóng)進(jìn)行3項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量，對(duì)測(cè)量值作頻次分布圖。由頻次分布圖可看出，前胸背板寬、頭殼寬和上顎寬均有5個(gè)分布區(qū)，前胸背板寬的5個(gè)峰值分別在0.55、1.15、1.75、2.95和3.25 mm(圖2-A)；頭殼寬的5個(gè)峰值分別在0.35、0.95、1.30、2.15和2.60 mm(圖2-B)；上顎寬的5個(gè)峰值分別在0.27、0.63、0.9、1.44和1.62 mm(圖2-C)。根據(jù)Dyar氏法則可以判斷，雙條杉天牛幼蟲(chóng)分為5齡。

圖2 雙條杉天牛幼蟲(chóng)前胸背板寬(A)、頭殼寬(B)、上顎寬(C)頻次分布圖Fig.2 Frequency distribution of the prothoracic plate width (A), head capsule width (B)and mandible width (C)in Semanotus bifasciatus larvae

各齡幼蟲(chóng)前胸背板寬、頭殼寬和上顎寬3項(xiàng)指標(biāo)的平均值、變化幅度、變異系數(shù)及Brooks指數(shù)和Crosby指數(shù)見(jiàn)表1。3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%，表明將雙條杉天牛幼蟲(chóng)劃分為5個(gè)齡是合理的。

表1 雙條杉天牛幼蟲(chóng)分齡3項(xiàng)指標(biāo)測(cè)量結(jié)果

2.2 雙條杉天牛幼蟲(chóng)各齡測(cè)量指標(biāo)與齡數(shù)之間的擬合關(guān)系

對(duì)前胸背板寬、頭殼寬和上顎寬3個(gè)分齡指標(biāo)測(cè)定值的對(duì)數(shù)值與相應(yīng)齡數(shù)進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果顯示，3項(xiàng)指標(biāo)(Y)與齡數(shù)(X)之間均符合Dyar氏法則所描述的指數(shù)關(guān)系(表2)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，回歸曲線均達(dá)到了極顯著水平(P<0.0001)(表2)，進(jìn)一步驗(yàn)證了雙條杉天牛幼蟲(chóng)劃分為5齡的合理性。其中，前胸背板寬的相關(guān)系數(shù)最高，擬合效果最好，可作最佳分齡指標(biāo)。

表2 雙條杉天牛幼蟲(chóng)各分齡指標(biāo)與齡數(shù)之間的關(guān)系擬合結(jié)果

3 結(jié)論與討論

Dyar(1890)指出，昆蟲(chóng)的骨化部位隨周期性蛻皮而呈現(xiàn)跳躍式增長(zhǎng)。幼蟲(chóng)每次蛻皮時(shí)，其骨化部位在尚未硬化前經(jīng)歷一個(gè)快速生長(zhǎng)的過(guò)程，隨后在同一齡數(shù)內(nèi)生長(zhǎng)趨于緩慢，直至下次蛻皮前幾乎停止生長(zhǎng)。因此，在以往天牛類幼蟲(chóng)的齡數(shù)劃分的研究中，常將頭殼、口器、前胸背板等穩(wěn)定且骨化程度較高的部分作為最佳分齡形態(tài)指標(biāo)(陳永年等, 1988; 王小藝, 2005)。

張海濱等(2011)通過(guò)人工飼養(yǎng)方法收集星天牛AnoplophorachinensisForster幼蟲(chóng)，并測(cè)量該幼蟲(chóng)的9個(gè)形態(tài)指標(biāo)，結(jié)果表明額寬是最佳分齡指標(biāo)，其次是上顎長(zhǎng)和上顎寬。王小藝等(2012)在栗山天牛MassicusraddeiBlessig幼蟲(chóng)齡數(shù)劃分的研究中，選擇上顎長(zhǎng)、主單眼間距、前胸背板寬、中胸氣門(mén)長(zhǎng)和體長(zhǎng)5項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上顎長(zhǎng)、主單眼間距和前胸背板寬均可用于分齡。潘龍(2015)測(cè)定了青楊脊虎天牛Xylotrechusrusticus幼蟲(chóng)6項(xiàng)骨化程度較高的形態(tài)指標(biāo)，結(jié)果表明前胸背板寬可作為最佳分齡指標(biāo)。張燕如等人(2018)在對(duì)檸條綠虎天牛ChlorophoruscaraganaXie & Wang幼蟲(chóng)齡數(shù)劃分時(shí)發(fā)現(xiàn)觸角孔間距和前胸背板可作為齡數(shù)劃分的重要指標(biāo)，體長(zhǎng)不宜用于分齡。本研究選擇雙條杉天牛幼蟲(chóng)的前胸背板寬(Y1)、頭殼寬(Y2)和上顎寬(Y3)3個(gè)骨化程度較高部位作為分齡形態(tài)指標(biāo)具備理論依據(jù)。同時(shí)，根據(jù)Crosby生長(zhǎng)法則和線性回歸進(jìn)行驗(yàn)證分析后也發(fā)現(xiàn)上述3個(gè)測(cè)量指標(biāo)均是較理想的分齡指標(biāo)。

自然情況下，影響昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)的齡數(shù)、齡期和生長(zhǎng)率因素有很多(Hutchinsonetal., 1997)，如溫度、光照、幼蟲(chóng)密度、寄主植物、物理?yè)p傷等。不同研究者測(cè)定同種昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)的齡數(shù)，其結(jié)果可能存在差異。造成差異的主要原因在于實(shí)驗(yàn)條件不同。賀萍等(1992)測(cè)定光肩星天牛AnoplophoraglabripennisMotschulsky幼蟲(chóng)有5齡，而李孟樓(1989)和Keena(2010)將光肩星天牛幼蟲(chóng)均劃分為9齡。Sáenz-de-Cabezón 等(2006)發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)葡萄花翅小卷蛾LobesiabotranaDenis and Schiffermüller幼蟲(chóng)的頭寬值具有顯著影響，頭寬值與溫度呈負(fù)相關(guān)，但未影響其齡數(shù)和生長(zhǎng)率。Calvo和Molina(2008)發(fā)現(xiàn)一種枯葉蛾StreblotepandaHübner幼蟲(chóng)的齡數(shù)與其取食寄主植物種類有關(guān)，寄主不同齡數(shù)亦不同。在本研究中，雙條杉天牛幼蟲(chóng)被劃分為5齡，但曾有研究報(bào)道在安徽省該幼蟲(chóng)有6齡(高蘇嵐, 2007)，但其研究方法和分齡指標(biāo)未詳細(xì)說(shuō)明。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)木段飼養(yǎng)得到的雙條杉天牛幼蟲(chóng)個(gè)體與野外受害木內(nèi)的幼蟲(chóng)相比較小，除了生存環(huán)境有差異外，這也可能是前期人為在各木段上接種的成蟲(chóng)數(shù)量較多，從而導(dǎo)致后期幼蟲(chóng)在生存空間和食物資源上存在競(jìng)爭(zhēng)。盡管如此，在野外采集供試蟲(chóng)源時(shí)，由于受到寄主和環(huán)境等復(fù)雜外界因素的影響，幼蟲(chóng)的差異性大，不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。相比之下，本研究采用木段飼養(yǎng)法得到的幼蟲(chóng)在形體方面具有高度的一致性，數(shù)據(jù)分析結(jié)果更為可靠。

對(duì)鉆蛀性害蟲(chóng)而言，準(zhǔn)確區(qū)分幼蟲(chóng)蟲(chóng)齡是掌握其生物學(xué)特性、發(fā)生規(guī)律和種群動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)，也是進(jìn)一步研究幼蟲(chóng)發(fā)育歷期、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)成蟲(chóng)發(fā)生時(shí)間進(jìn)而采取防控措施的重要前提。本研究明確了雙條杉天牛幼蟲(chóng)的齡數(shù)及最佳分齡形態(tài)指標(biāo)，為進(jìn)一步研究該蟲(chóng)的生物生態(tài)學(xué)特性打下了基礎(chǔ)。