白蠟窄吉丁對高溫高濕的耐受性*

黨英僑 張彥龍 王小藝 魏 可 楊忠岐

(中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所 國家林業(yè)和草原局森林保護學重點實驗室 北京 100091)

氣候條件對生物的分布范圍具有一定影響。與寄主植物相比，植食性昆蟲在不同緯度或海拔地區(qū)受氣候的影響更大(Liangetal., 2014)、氣候通過影響昆蟲的發(fā)育速率和分布擴張等對其產(chǎn)生直接作用，并通過改變昆蟲與寄主或天敵三者之間的關(guān)系產(chǎn)生間接作用(Duanetal., 2014)。昆蟲的發(fā)育和生殖需要滿足適宜的溫濕度條件(Liangetal., 2014)，溫濕度通常相互作用共同影響昆蟲的生存和繁殖，研究不同溫濕度條件下昆蟲的生存特性對于明確其種群動態(tài)、預(yù)測分布范圍、指導(dǎo)害蟲防治均具有重要意義(王艷敏等， 2010)。

白蠟窄吉丁(Agrilusplanipennis)原分布于包括我國在內(nèi)的東北亞國家，主要危害木犀科(Oleaceae)白蠟屬(Fraxinus)樹木。該蟲自20世紀60年代被報道在我國東北地區(qū)嚴重危害以來，逐漸在北方其他省份發(fā)現(xiàn)有分布和危害(王小藝等， 2015)。21世紀初，白蠟窄吉丁先后在北美洲和俄羅斯歐洲部分被發(fā)現(xiàn)，并在入侵十幾年間擴散至美國35個州(USDA, 2019)和加拿大5個省(CFIA, 2019)，在俄羅斯歐洲部分分布到北部特維爾市(約56.78°N)(Selikhovkinetal., 2017)，已經(jīng)成為國內(nèi)外嚴重威脅白蠟樹健康的重要害蟲。目前，有關(guān)白蠟窄吉丁的研究主要集中在其傳播擴散規(guī)律、環(huán)境適應(yīng)特性、寄主植物抗性、天敵繁育和利用、所造成的危害及有效防控等方面(Morinetal., 2017; Murphyetal., 2018)，關(guān)于溫濕度對白蠟窄吉丁的影響雖有一些報道，但多集中在不同溫度下其生長發(fā)育狀況(Duanetal., 2013)、卵對干旱的適應(yīng)性(Rigsbyetal., 2013)、幼蟲的耐寒性(Crosthwaiteetal., 2011)以及成蟲在不同溫度下的飛行擴散(Tusseyetal., 2018)等方面，白蠟窄吉丁在極端溫濕度條件下的耐受性研究并不多。

白蠟窄吉丁幼蟲期在樹干內(nèi)蛀食，卵期和成蟲期則相對暴露，受外界環(huán)境變化的影響更大。本研究以白蠟窄吉丁成蟲和卵為研究對象，通過測定極端溫濕度環(huán)境下雌雄成蟲的存活率、雌蟲成熟蟲卵量以及新鮮卵粒的孵化情況，明確該蟲對高濕熱環(huán)境的耐受能力，以期為預(yù)測白蠟窄吉丁在我國南方高溫高濕地區(qū)定殖的可能性提供科學依據(jù)，進而確定其潛在適生范圍和分布界限，指導(dǎo)其有效防控。

1 材料與方法

1.1 試蟲采集 2019年4月，從北京市平谷區(qū)馬昌營鎮(zhèn)東雙營村(40.14°N，116.98°E)絨毛白蠟(F.velutina)林(樹齡均為16年，平均胸徑約11 cm)中采集受白蠟窄吉丁危害的白蠟樹，將其主干截取為80～100 cm的木段置于實驗室養(yǎng)蟲籠內(nèi)。每日8、14和20時各收集1次羽化成蟲，將同日齡的成蟲按不同性別分別置于玻璃養(yǎng)蟲罐內(nèi)(高20 cm、直徑10 cm)，每日提供新鮮絨毛白蠟葉片供其補充營養(yǎng)。環(huán)境條件為溫度(25±1) ℃，相對濕度75%±5%，光周期L∶D=14∶10 h。同時，在白蠟窄吉丁羽化期于林間采集成蟲，帶回室內(nèi)飼養(yǎng)，得到新鮮卵粒后保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 高溫高濕下雌雄成蟲存活率測定 預(yù)試驗發(fā)現(xiàn)，當環(huán)境溫度接近40 ℃時，白蠟窄吉丁雌雄成蟲可存活3天以上；當環(huán)境溫度超過41 ℃時，雌雄成蟲存活時間則顯著縮短； 當環(huán)境溫度達44 ℃時，雄蟲僅能存活不足14 h。因此，本研究共設(shè)置38、41、42、43、44和45 ℃共6個恒定溫度梯度，以28 ℃為對照。選擇1日齡經(jīng)補充營養(yǎng)但未交配的雌雄成蟲置于玻璃培養(yǎng)皿(直徑10 cm)中，并提供新鮮絨毛白蠟葉片供其繼續(xù)取食。將裝有試蟲的培養(yǎng)皿置于上述溫度的人工氣候箱(PRX-250B，寧波賽福實驗儀器有限公司)內(nèi)，不同溫度處理的相對濕度均設(shè)置為80%，光強為9 600 lx，L∶D=24 h∶0 h。試驗開始后的前12 h每小時記錄1次白蠟窄吉丁存活情況，隨后每12 h記錄1次，持續(xù)記錄至72 h。每個培養(yǎng)皿內(nèi)包括5～6頭成蟲記為1次重復(fù)，每種溫度條件重復(fù)3次。

1.3 高溫高濕下雌蟲成熟蟲卵量測定 預(yù)試驗發(fā)現(xiàn)，當環(huán)境溫度超過44 ℃時，白蠟窄吉丁雌蟲體內(nèi)的卵無法發(fā)育至成熟。因此，本研究設(shè)置38、41、42、43和44 ℃共5個恒定溫度梯度，以28 ℃為對照。選擇1日齡經(jīng)補充營養(yǎng)但未交配的雌雄成蟲各1頭置于玻璃培養(yǎng)皿中(直徑10 cm)，并提供新鮮絨毛白蠟樹葉供其繼續(xù)取食。72 h后取出所有供試雌雄成蟲，將雌蟲分別置于體視顯微鏡下(SZ66連續(xù)變倍，重慶奧特光學儀器有限責任公司)解剖，記錄蟲體卵巢內(nèi)成熟蟲卵量。不同溫度處理的相對濕度均設(shè)置為80%，光強為9 600 lx，L∶D=24 h∶0 h。卵巢內(nèi)呈淡黃色的卵粒記為成熟卵(王小藝， 2005)，每對成蟲記為1次重復(fù)，每種溫度條件重復(fù)8次。

1.4 高溫高濕下卵粒孵化情況測定 在白蠟窄吉丁羽化期于林間采集成蟲，帶回室內(nèi)按照10♀∶10分別置于玻璃養(yǎng)蟲罐內(nèi)，在室溫、有強太陽光照射的室內(nèi)條件下飼養(yǎng)。每日提供新鮮絨毛白蠟葉片供其補充營養(yǎng)，用細紗網(wǎng)罩住罐口后再罩上白色濾紙供白蠟窄吉丁雌蟲產(chǎn)卵。每日清理養(yǎng)蟲罐并更換葉片，同時檢查濾紙上有無卵粒，如有則更換新濾紙。將有白蠟窄吉丁新鮮卵粒(1日齡卵粒)的濾紙剪成塊狀，置于玻璃培養(yǎng)皿(直徑10 cm)中，玻璃培養(yǎng)皿置于38、41、42和43 ℃的人工氣候箱內(nèi)，以28 ℃為對照，每24 h記錄1次卵粒孵化情況，持續(xù)觀察30天。不同溫度處理的相對濕度均設(shè)置為80%，光強為9 600 lx，L∶D=24 h∶0 h。每20粒卵記為1次重復(fù)，每種溫度條件重復(fù)3次。

1.5 統(tǒng)計分析 白蠟窄吉丁雌雄成蟲在不同溫度下的存活率分性別進行統(tǒng)計。采用單因素方差分析檢驗不同溫度下雌雄成蟲存活率和雌蟲成熟卵量的差異，Tukey法進行多重比較； 利用獨立樣本t檢驗對不同溫度下卵粒的孵化情況進行比較。差異性檢驗運用SPSS 21.0軟件完成(SPSS Institute, 2012)。不同溫濕度下雌雄成蟲存活情況和雌蟲成熟蟲卵量隨溫度的變化用SigmaPlot 12.5軟件(Systat Software, 2011)繪圖。高溫高濕對雌雄成蟲的致死率采用DPS 6.55軟件中的時間-劑量-死亡率模型(TDM模型)進行擬合分析，以Hosmer & Lemeshow檢驗評價模型擬合情況(唐啟義等， 2006)。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫高濕下雌雄成蟲存活狀況 白蠟窄吉丁對高溫高濕具有較強耐受性。環(huán)境相對濕度為80%，溫度超過41 ℃時成蟲存活率才會在短時間內(nèi)明顯下降(雌蟲： df=6, 112,F=19.04,P<0.000 1； 雄蟲： df=6, 112,F=50.47,P<0.000 1)。與28 ℃對照相比，當環(huán)境溫度為38 ℃時，雌雄成蟲均能存活72 h以上；當環(huán)境溫度為41 ℃時，雌蟲的耐受時間仍然可超過72 h，而雄蟲則在第3天開始出現(xiàn)死亡。28、38和41 ℃處理的存活曲線大致相同(圖1)，圖中體現(xiàn)的數(shù)據(jù)基本重疊。當環(huán)境溫度達到42 ℃及以上時，雌雄成蟲3天內(nèi)均全部死亡。雄蟲對高溫高濕的耐受能力較雌蟲弱，當環(huán)境溫度為42 ℃時，雌蟲在24 h后開始逐漸死亡，而雄蟲僅在4 h后就開始出現(xiàn)死亡。當環(huán)境溫度達到43 ℃以上時，雌蟲可存活24 h以下，而雄蟲僅能存活12 h以下(圖1)。

圖1 高溫高濕下白蠟窄吉丁雌雄成蟲的存活率

2.2 高溫高濕下雌蟲成熟蟲卵量 相對濕度為80%時，白蠟窄吉丁雌蟲在28、38～43 ℃下體內(nèi)均有卵發(fā)育成熟。與28 ℃對照相比，38和41 ℃下白蠟窄吉丁雌蟲成熟蟲卵量明顯增多(df=5, 42,F=13.32,P<0.000 1)。當環(huán)境溫度超過41 ℃時成熟蟲卵量隨溫度升高而下降，44 ℃時，卵無法發(fā)育成熟(圖2)。

圖2 高溫高濕下白蠟窄吉丁雌蟲成熟蟲卵量

2.3 高溫高濕下卵粒孵化情況 相對濕度為80%時，28～43 ℃下卵粒均會被霉菌感染，但僅溫度低于41 ℃才有卵粒孵化(表1)。與28 ℃對照相比，1日齡卵粒在高溫高濕處理條件下孵化率顯著降低(t=6.72, df=4,P=0.003)。

表1 不同溫度下白蠟窄吉丁卵粒孵化情況

3 討論

目前，白蠟窄吉丁在我國的自然分布區(qū)僅包括黑龍江、吉林、遼寧、北京、天津、河北、新疆和山東等地(Orlova-Bienkowskajaetal., 2018)，在36°N以南的大陸地區(qū)未發(fā)現(xiàn)自然分布種群。本研究發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)高溫高濕(41 ℃，相對濕度80%)條件下，白蠟窄吉丁雌雄成蟲可存活3天以上，且即使持續(xù)38 ℃高溫，也有部分卵可以孵化，因此，推斷白蠟窄吉丁具備向我國南方高溫高濕地區(qū)傳播和定殖的可能性。另外，不同于本研究設(shè)置的恒溫條件，自然環(huán)境一般是白天高溫，夜間溫度有所降低，這樣白天因高溫昏迷的昆蟲夜間會恢復(fù)正常。而且昆蟲對不利環(huán)境也具有一定的抵抗性和耐受性，其會通過躲避、逃逸等行為或形態(tài)、生理特征等改變適應(yīng)環(huán)境的變化(陳兵等， 2005)。所以，與真實的林間環(huán)境相比，本研究設(shè)置的持續(xù)高溫高濕屬于極端環(huán)境。這些客觀的環(huán)境因子，更可能成為白蠟窄吉丁順利在我國南方高濕熱地區(qū)定殖的有利條件。

昆蟲生長發(fā)育受周圍溫濕度等氣候條件的影響，雖然不同氣候條件產(chǎn)生的作用方式不同，但最終均會通過影響蟲體內(nèi)環(huán)境(體溫和含水量)來發(fā)揮作用(王智翔等， 1989； Singhetal., 2009)。昆蟲的環(huán)境耐受能力因性別、發(fā)育階段等不同而存在差異，白蠟窄吉丁雌蟲對高溫高濕的耐受性較雄蟲更強，成蟲可在相對濕度80%、41 ℃下持續(xù)存活超過3天，而卵在該溫濕度條件下則無法孵化。同樣，Chiu等(2015)發(fā)現(xiàn)桃蚜(Myzuspersicae)若蟲、繁殖階段的成蟲和繁殖后的成蟲對持續(xù)高溫具有不同的耐受性，前2種發(fā)育狀態(tài)下的生存和繁殖效率受高溫的抑制作用更明顯。Duan等(2013)對恒定高溫條件下白蠟窄吉丁卵和幼蟲的發(fā)育進行研究，發(fā)現(xiàn)相對濕度為60%時， 20～35 ℃下隨著溫度升高卵的孵化速率逐漸加快，而幼蟲則在35 ℃時發(fā)育減慢，生物量積累也受到一定限制。不同性別和發(fā)育階段的昆蟲對不利環(huán)境條件的耐受性差異，可能與其在長期適應(yīng)性進化過程中形成的應(yīng)對策略不同有關(guān)(Sim?esetal., 2016)。如在高溫和低溫脅迫條件下，西花薊馬(Frankliniellaoccidentalis)雌蟲熱激蛋白基因Fohsp703的表達量始終高于雄蟲(秦晶等， 2017)；甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)不同發(fā)育階段體內(nèi)熱激蛋白(heat shock proteins，HSPs)的表達同樣存在差異(Xuetal., 2011)。因此，白蠟窄吉丁的溫濕度耐受性差異很大程度上與其體內(nèi)抗逆性物質(zhì)的響應(yīng)和表達情況不同有關(guān)。

昆蟲受溫度或水分脅迫時，可通過機體的一系列反應(yīng)進行體溫調(diào)節(jié)和滲透壓調(diào)節(jié)，以達到正常生命活動所需的“平衡溫濕度條件”(王智翔等， 1989)。與僅存在溫度或濕度脅迫相比，溫濕度協(xié)同作用對昆蟲的生長和發(fā)育影響更大。通常，昆蟲調(diào)節(jié)體內(nèi)水分平衡主要通過從周圍不飽和空氣中吸收水分等途徑實現(xiàn)(王智翔等， 1989)，但當環(huán)境相對濕度較大時，原先正常的水分調(diào)節(jié)過程受到限制，一些昆蟲對高溫的抵御或調(diào)節(jié)能力可能會因此而減弱，最終導(dǎo)致耐受性降低。如袁瑞玲等(2016)發(fā)現(xiàn)，相對濕度為75%時，30～35 ℃下桔小實蠅(Bactroceradorsalis)雌雄蟲的飛行距離和飛行時間隨溫度升高明顯縮短；高溫高濕時螟黃足盤絨繭蜂(Cotesiaflavipes)雌雄成蟲的壽命均明顯短于其在10～30 ℃下的壽命(Emana, 2007)。本研究預(yù)試驗發(fā)現(xiàn)，相對濕度為80%時，白蠟窄吉丁成蟲在44 ℃以上的高溫環(huán)境中存活不足24 h，而相對濕度為60%時，該蟲則可以抵御46 ℃持續(xù)高溫，存活長達24 h以上。

昆蟲在不同處理條件下的觀察數(shù)據(jù)存在時間和劑量之間的互作效應(yīng)，為規(guī)避這一風險，“時間-劑量-死亡率模型”(TDM模型)逐漸被采用(Preisleretal., 1989； 馮明光， 1998)。如Wang等(2004)利用該模型檢測了蠟蚧輪枝菌(Verticilliumlecanii)6個菌株對甘薯粉虱(Bemisiatabaci)的毒力效果；白云等(2016)通過構(gòu)建新的“時間-濕度-死亡率”模型等明確了不同溫濕度條件下球孢白僵菌(Beauveriabassiana)對2種昆蟲的侵染作用。本研究中，白蠟窄吉丁在高溫高濕條件下的存活率變化也通過TDM模型進行擬合分析。TDM模型擬合效果會受待測數(shù)據(jù)的冗余度(唐啟義等， 2006)、目標對象適應(yīng)范圍大小(蔣杰賢等， 2004)和待測指標變化規(guī)律(白云等， 2016)等因素影響。為減小誤差，本研究即使剔除掉部分對模型作用不顯著的數(shù)據(jù)以消除其對模型的干擾，但擬合效果仍不好，推測可能是因為本研究設(shè)置的溫濕度條件已超出白蠟窄吉丁的適溫范圍，從而導(dǎo)致該蟲的存活數(shù)據(jù)分散，數(shù)據(jù)的高度異質(zhì)性最終影響模型擬合效果。

昆蟲的環(huán)境耐受性對其適應(yīng)新環(huán)境并實現(xiàn)種群發(fā)展具有重要作用。白蠟窄吉丁原產(chǎn)亞洲東北部，傳入北美后，在美國逐漸向南擴散，最南已到達路易斯安那州(約31°N)(USDA, 2019)。該地區(qū)一年中有81天溫度超過32 ℃，日最高溫度有時可達40 ℃以上，年均相對濕度為66.8%～87.8%(1)https: ∥www. cityrating. com/weather-history/louisiana/.，這表明白蠟窄吉丁可在高溫高濕條件下順利存活。目前，白蠟窄吉丁在我國最南分布到山東青島(約36°N)，而其南部部分地區(qū)(31°N以北： 河南、湖北、四川、安徽、江蘇、浙江等)夏季同樣存在較高的溫濕度條件，由此推測，當白蠟窄吉丁被意外攜帶至我國南方栽植有敏感寄主植物的地區(qū)(如河南、湖北、安徽、江蘇和浙江等)時，該蟲很大程度上可以存活下來并可能建立種群，從而對當?shù)匕紫灅湓斐晌：?。因此，白蠟窄吉丁的各潛在發(fā)生區(qū)應(yīng)定期監(jiān)測并采取嚴格的檢疫措施，嚴禁來自蟲害發(fā)生區(qū)未經(jīng)除害處理的受害白蠟苗木調(diào)運，發(fā)現(xiàn)受害苗木后應(yīng)及時根除，并對周圍白蠟樹進行仔細檢查和處理，以確保消滅所有蟲源。根據(jù)目前已經(jīng)掌握的白蠟窄吉丁在全球的南緣分布位置，結(jié)合我國氣候和寄主植物分布等情況，可對白蠟窄吉丁未來在我國可能擴散到的地區(qū)進行初步判斷，下一步還需根據(jù)白蠟窄吉丁的發(fā)育特性，結(jié)合我國各地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)進行精確的適生區(qū)預(yù)測和風險分析研究。

4 結(jié)論

室內(nèi)恒定高溫高濕條件下對白蠟窄吉丁雌雄成蟲的存活和繁殖狀況等研究表明，白蠟窄吉丁雌雄成蟲對高溫高濕具有較強耐受性，41 ℃時二者均可持續(xù)存活3天，43 ℃時雌蟲體內(nèi)仍有卵發(fā)育成熟。濕度較大時卵粒易被霉菌感染，38 ℃恒溫下仍有部分卵粒孵化。在自然界中，白天和夜間溫度有差異，且因樹蔭以及昆蟲自身躲避不良環(huán)境的能力等白蠟窄吉丁不會長期暴露在高溫高濕條件下，然而該蟲在本研究設(shè)置的持續(xù)高溫高濕條件下仍能生存數(shù)天，這在很大程度上證明該蟲在我國南方林間定殖和正常生存的可能性。此外，我國南方部分地區(qū)有白蠟窄吉丁喜食的寄主植物存在，白蠟窄吉丁一旦擴散至這些地區(qū)，將進一步迅速擴散并發(fā)展種群。因此，加強檢疫，嚴格控制受害白蠟苗木調(diào)運，以及盡可能減少易感寄主植物的栽植，是控制白蠟窄吉丁傳播和擴散的有效手段。