桃蛀螟卵巢發(fā)育過程及其與溫度的關系

張勝男 李國平 田彩紅 黃建榮 封洪強

摘要 本文明確了桃蛀螟的雌性生殖系統(tǒng)由1對卵巢、1對側輸卵管、1根中輸卵管、1個交配囊和1個受精囊組成。依據雌性生殖系統(tǒng)發(fā)育的典型特征，即卵巢小管形態(tài)、卵粒的成熟度、脂肪體的多少及形態(tài)，將卵巢發(fā)育過程分為乳白透明期（Ⅰ級）、卵黃沉積期（Ⅱ級）、成熟待產期（Ⅲ級）、產卵盛期（Ⅳ級）及產卵末期（Ⅴ級）5個發(fā)育時期。在溫度為20、25℃和30℃下，桃蛀螟初羽化成蟲完成卵巢發(fā)育的全部過程（Ⅰ級～Ⅴ級）所需時間分別為11.43、938、8.62 d。經推算，桃蛀螟卵巢各級（Ⅰ級～Ⅴ級）的發(fā)育起點溫度分別為22.88、21.1、16.55、18.44、1119℃，有效積溫分別為0.37、4.45、23.22、35.10日·度和125.91 日·度。根據不同溫度下卵巢發(fā)育的速度，建立了卵巢發(fā)育速率的預測模型，這為桃蛀螟的短期精準預報提供了科學依據。

關鍵詞 桃蛀螟; 卵巢解剖; 分級標準; 卵巢發(fā)育速率預測模型

中圖分類號： S 435.132

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020370

Ovarian development of Conogethes punctiferalis （Guenée） and its relationship with temperature

ZHANG Shengnan， LI Guoping， TIAN Caihong， HUANG Jianrong*， FENG Hongqiang*

（Henan Key Laboratory of Crop Pest Control， Key Laboratory of Integrated Pest Management on Crops in

Southern Part of Northern China， Ministry of Agriculture and Rural Affairs; International Joint Research

Laboratory for Crop Protection of Henan; Institute of Plant Protection， Henan Academy of Agricultural

Sciences， Postgraduate T&R Base of Zhengzhou University， Zhengzhou 450002， China）

Abstract

This article clarified the female reproductive system of Conogethes punctiferalis， which was composed of a pair of ovaries， a pair of lateral oviducts， one middle oviduct， one copulatory pouch and one bursa copulatrix. According to the typical characteristics of the developing female reproductive system， including the fine morphology of the ovarian tubules， the maturity of eggs， the number and morphology of the fat body， the ovarian developmental process was divided into five developmental stages： the transparent stage （level Ⅰ）， the vitellogenesis stage （level Ⅱ）， the egg maturation stage （level Ⅲ）， the egg-laying stage （level Ⅳ） and the late egg-laying stage （level Ⅴ）. At the temperatures of 20， 25℃ and 30℃， the developmental durations of level Ⅰ to level Ⅴ were 11.43， 9.38， 8.62 d， respectively. After calculation， the developmental temperature thresholds and sum of degree-day accumulation required for level Ⅰ- level Ⅴ of ovarian development were 22.88， 21.11， 1655， 1844， 11.19℃， and 0.37， 4.45， 23.22， 35.10， 125.91 degree-days， respectively. According to the speed of ovarian development at different temperatures， an ovarian development prediction model was established， which provides a scientific basis for the accurate short-term forecast of C.punctiferalis.

Key words

Conogethes punctiferalis; ovary anatomy; grading standards; ovary development model

害蟲測報是進行害蟲精準防控的基礎，而燈誘、性誘、卵巢解剖及田間調查等技術是進行害蟲測報的有效措施[1]。卵巢解剖不僅能確定害蟲種群的卵巢發(fā)育級別，判斷產卵高峰期，推斷害蟲的防治時期，還可以確定種群的繁殖能力，明確害蟲的遷飛潛力，是害蟲短期預測的關鍵技術[2-3]。

在1957年初農業(yè)部制定的黏蟲 Mythimna separata 測報辦法中把解剖雌蛾、觀察其卵巢發(fā)育進度作為測報的常規(guī)方法，這是卵巢解剖工作應用于我國害蟲測報工作的開端[4]。通過近幾十年來不斷研究，已確定了黏蟲、棉鈴蟲 Helicoverpa armigera、亞洲玉米螟 Ostrinia furnacalis、二點委夜蛾 Athetis lepigone、褐飛虱 Nilaparvata lugens 和稻縱卷葉螟 Cnaphalocrocis medinalis 等多種農業(yè)害蟲的卵巢分級標準[5-10]，構建了卵巢解剖應用技術的短期預測預報系統(tǒng)，已成為我國害蟲測報的常規(guī)技術手段。

桃蛀螟 Conogethes punctiferalis （Guenée） 寄主植物有100余種，既為害桃、蘋果、石榴、板栗等果樹，也為害玉米、向日葵、高粱、蓖麻等農作物，是一種分布廣泛的多食性農業(yè)害蟲[11]。由于農業(yè)產業(yè)結構調整及氣候變化等原因，致使該蟲在國內很多地區(qū)的為害逐年加重，已成為多種果樹和農作物上的一種重要害蟲[12]。為準確預測桃蛀螟的發(fā)生趨勢，本文將詳細描述不同溫度下桃蛀螟卵巢發(fā)育的形態(tài)變化過程，確定桃蛀螟卵巢發(fā)育的分級標準，構建基于溫度的卵巢發(fā)育預測模型，研究結果對準確預測桃蛀螟種群動態(tài)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源和飼養(yǎng)條件

幼蟲于2019年9月在河南省農業(yè)科學院現(xiàn)代農業(yè)研究開發(fā)基地監(jiān)測點（35.02°N，113.69°E）的玉米上采集，帶回實驗室后將幼蟲放置在溫度為（26±1）℃、濕度為（75±5）%、光周期為 L∥D=16∥8 h的培養(yǎng)箱內，每天使用玉米穗飼養(yǎng)至第二代初羽化成蟲備用。

1.2 成蟲的飼養(yǎng)和卵巢解剖

將每250頭初羽化的成蟲（雌雄比為1∶1.5）置于30 cm×30 cm×30 cm的養(yǎng)蟲籠中，并為其提供10%的白糖水，將養(yǎng)蟲籠分別置于20、25℃和30℃的培養(yǎng)箱內飼養(yǎng)，每日從3個養(yǎng)蟲籠中各隨機選取10頭雌蛾對其卵巢進行解剖，同時記錄不同溫度和不同日齡雌蛾的卵巢發(fā)育特征，試驗設置3次重復。解剖時先將桃蛀螟雌蛾用乙醚麻醉，去除翅和足，轉入培養(yǎng)皿，再用解剖鑷子從胸腹連接處向尾部逐步撕開體壁，使卵巢完整地暴露在外面，去除多余脂肪體，浸泡至蒸餾水中，最后使用超景深三維顯微鏡系統(tǒng)（VHX200，KEYENCE）進行顯微觀察和拍照。卵巢的觀察參照蘇德明等[4]的方法，確定桃蛀螟雌蛾生殖系統(tǒng)的結構組成，觀察這些結構的形態(tài)變化特征，依據典型的特征確定卵巢的分級標準。

1.3 卵巢發(fā)育速率的預測模型

先將不同溫度下桃蛀螟成蟲卵巢發(fā)育到Ⅰ至Ⅴ級的歷期進行加權平均，求出發(fā)育到各級別的平均發(fā)育歷期D，將其換算成相應溫度下的平均發(fā)育速率V（V=1/D），然后根據有效積溫法則，采用最小二乘法計算桃蛀螟成蟲卵巢發(fā)育各級別的發(fā)育起點溫度C和有效積溫K[13]。公式如下：

C=∑V2∑T-∑V∑VTn∑V2-（∑V）2

K=n∑VT-∑V∑Tn∑V2-（∑V）2

式中，T為環(huán)境溫度;C為發(fā)育起點溫度;K為有效積溫常數;V為發(fā)育速率（1/D）;n為試驗溫度組數。

卵巢發(fā)育至Ⅰ～Ⅴ級歷期經對數轉換后采用Tukey多重比較法比較其在不同溫度下發(fā)育歷期的差異。使用一元線性回歸法建立不同溫度下成蟲卵巢各級別的發(fā)育速率的預測模型（V=a+bT，a、b為模型參數，V為各發(fā)育階段的發(fā)育速率，T為溫度），通過F檢驗確定線性模型的擬合效果，所有分析均使用R 3.5.3軟件完成。

2 結果與分析

2. 1 桃蛀螟卵巢的基本構造與分級

桃蛀螟雌蛾的生殖系統(tǒng)主要由1對卵巢、1對側輸卵管、1根中輸卵管、1個交配囊和1個受精囊組成（圖1）。1對卵巢分別位于腹腔消化道的兩側，被脂肪體包圍粘連在一起，每個卵巢由4根卵巢小管組成，卵巢小管開口于側輸卵管，兩根側輸卵管匯集為1根中輸卵管，中輸卵管開口于第九腹節(jié)。在中輸卵管前端著有1個短而彎曲的受精囊，在中輸卵管末端處連接著長圓形的交配囊，陰道位于排卵口前端，受精囊開口于陰道頂部，受精囊根部連接一根較長的附腺（圖1）。

雌蛾從初羽化至死亡，其卵巢小管由光滑細小發(fā)育至粗大充滿卵粒而后萎縮，附著在卵巢小管上的脂肪體由豐富至逐漸消失，側輸卵管和中輸卵管由透明光滑至畸形，交配囊由乳白色球狀至不規(guī)則扁球狀。參考亞洲玉米螟、稻縱卷葉螟等螟蛾科昆蟲按腹腔顏色、器官特征、脂肪體形態(tài)等各種器官發(fā)育特征把卵巢發(fā)育過程劃分為5個級別（Ⅰ～Ⅴ級），本文也把桃蛀螟卵巢發(fā)育過程劃分為5個級別。以卵巢小管細小透明作為Ⅰ級卵巢的典型特征;卵巢小管內有成熟卵粒作為Ⅱ級卵巢的典型特征;側輸卵管充滿卵粒作為Ⅲ級卵巢的典型特征;整個卵巢充滿卵粒作為Ⅳ級卵巢的典型特征;卵巢周圍幾乎沒有脂肪體和卵粒作為Ⅴ級卵巢的典型特征（表1、圖2）。

2.2 不同溫度下桃蛀螟卵巢的發(fā)育歷期

根據桃蛀螟卵巢的分級標準，判斷初羽化成蟲在不同溫度下卵巢的發(fā)育進度。結果表明，20℃下桃蛀螟雌蛾卵巢完成Ⅰ至Ⅴ級的平均天數分別為（0.49±0.087）、（1.95±0.18）、（4.06±0.24）、（6.62±0.23）d和（11.43±0.24）d;25℃下桃蛀螟雌蛾完成Ⅰ至Ⅴ級的平均天數分別為（0.34±0.045）、（1.50±0.15）、（2.93±2.72）、（579±023）d和（9.38±0.21）d;30℃下桃蛀螟卵巢完成Ⅰ至Ⅴ級的平均天數分別為（030±0.05）、（1.29±016）、（2.73±0.30）、（4.86±020）d和（8.62±0.18）d。3個不同溫度下卵巢達到Ⅰ級的歷期差異不顯著（P =0.2834），達到Ⅱ 級至Ⅴ級卵巢發(fā)育的歷期差異均顯著（P <0.05;P <0.001;P <0.001;P <0.001），在30℃下桃蛀螟卵巢發(fā)育最快（圖3）。

2.3 桃蛀螟雌蛾卵巢各級別發(fā)育起點溫度和有效積溫

桃蛀螟卵巢發(fā)育至Ⅰ級～Ⅴ級的發(fā)育起點溫度分別為（22.88±1.41）、（21.1±1.20）、（16.55±172）、（18.44±1.23）、（11.19±1.52）℃，有效積溫分別為（0.37±0.34）、（4.45±1.42）、（23.22±500）、（35.10±6.33）日·度和（125.91±14.46）日·度。結果表明，桃蛀螟卵巢發(fā)育到各個級別的發(fā)育起點溫度和所需要的有效積溫不同。

2.4 卵巢發(fā)育的溫度模型及預測

應用線性模型擬合桃蛀螟卵巢發(fā)育級別的發(fā)育速率（V）與溫度（T）的關系，模型參數如表2所示，桃蛀螟卵巢達到各級別的發(fā)育速率與溫度顯著相關（P<0.05），這表明可以根據溫度使用線性回歸模型預測出桃蛀螟卵巢發(fā)育各個級別的發(fā)育歷期。

3 討論

研究昆蟲生殖系統(tǒng)，確定卵巢發(fā)育進度是害蟲預測預報的一種常用手段。鱗翅目昆蟲卵巢按照發(fā)育特征一般分為5個級別，分別為乳白透明期（Ⅰ級）、卵黃沉積期（Ⅱ級）、成熟待產期（Ⅲ級）、產卵盛期（Ⅳ級）及產卵末期（Ⅴ級），例如：草地貪夜蛾 Spodoptera frugiperda[14]、棉鈴蟲[15]。歐洲玉米螟 Ostrinia nubilalis 卵巢則分為6個發(fā)育級別，分別為無卵黃階段（Ⅰ級）、卵黃沉積階段（Ⅱ級）、卵成熟期（Ⅲ級）、產卵前期（Ⅳ級）、產卵高峰期（Ⅴ級）、產卵末期（Ⅵ級）[16]。也有部分昆蟲卵巢發(fā)育的乳白透明期在羽化前已經完成，因此將卵巢發(fā)育分為4個級別，如甜菜夜蛾 Spodoptera exigua[17]。草地螟 Loxostege sticticalis 的卵巢發(fā)育也分為4級，分別是初羽化期、產卵前期、產卵期和產卵末期[18]。本研究雖然沒有研究蛹期的卵巢形態(tài)及發(fā)育，但研究發(fā)現(xiàn)初羽化桃蛀螟雌蛾已經具有成熟的卵巢小管，但無成熟的卵粒，卵粒的形成、發(fā)育及產出均在羽化后完成[19]。本研究參照鱗翅目昆蟲卵巢的發(fā)育級別，根據卵巢管內有無卵粒、腹腔顏色、器官特征、脂肪體形態(tài)將桃蛀螟的卵巢發(fā)育情況分為5個等級。不同溫度下，桃蛀螟卵巢發(fā)育到產卵盛期的時間不同，20℃下，需要662 d;25℃下，需要5.79 d;30℃下僅需4.86 d，溫度對桃蛀螟卵巢發(fā)育有顯著影響。

發(fā)育起點溫度和有效積溫反映了昆蟲最基本的生物學特性，可用于推測其在某一地區(qū)的發(fā)生時間、世代以及各發(fā)育階段的歷期[20]。本研究得到的桃蛀螟雌蛾不同卵巢級別的發(fā)育起點溫度分別為（2288±1.41）、（21.1±1.20）、（16.55±1.72）、（18.44±123）、（11.19±1.52）℃，有效積溫為（037±0.34）、（445±1.42）、（23.22±5.00）、（3510±6.33）日·度和（125.91±14.46）日·度，已有研究顯示桃蛀螟蛹、產卵前期和整個世代的發(fā)育起點溫度分別為 14.27、7.47℃和11.85℃，有效積溫依次為118.42、58.33日·度和 509.06日·度[21]，與本研究結果存在一定差異，這可能由于二者試驗條件和統(tǒng)計方法不同所致。本研究得到的桃蛀螟雌蛾卵巢各發(fā)育級別的發(fā)育起點溫度和有效積溫不同，是否環(huán)境溫度低于發(fā)育起點溫度，卵巢發(fā)育停止或發(fā)育緩慢，還需要后續(xù)更為細致的研究。

研究溫度變化對昆蟲生長發(fā)育的影響可以構建溫度與昆蟲增長速率的關系模型，用于解釋溫度對其發(fā)育速率的影響[22]。而研究鱗翅目昆蟲卵、幼蟲、蛹和成蟲及全世代的發(fā)育歷期，可以構建不同發(fā)育階段的預測模型，進而還可根據溫度對該蟲的發(fā)生時期進行準確預測[21， 23-24]。但溫度與鱗翅目昆蟲雌蛾卵巢發(fā)育級別速率的關系并沒有詳細研究，無法準確預測鱗翅目昆蟲卵巢發(fā)育至各個級別的時期，本文研究了3個溫度下桃蛀螟卵巢的發(fā)育進度，建立了雌蛾羽化后卵巢各個級別的發(fā)育速率的預測模型，用于不同溫度下桃蛀螟卵巢各發(fā)育等級的發(fā)育速率預測，這為準確預測產卵盛期及防治時期提供科學的依據。

雷達觀測到黏蟲、棉鈴蟲、甜菜夜蛾等多種昆蟲具有遷飛習性，桃蛀螟也有跨海遷飛的習性[25]。昆蟲的遷飛與卵巢發(fā)育程度密切相關，一般而言，昆蟲的遷飛行為多發(fā)生在卵巢未成熟時，即本地遷出蟲源卵巢發(fā)育級別及交配率均較低，卵巢發(fā)育為Ⅰ級的個體比例極高，多數未交配;昆蟲的遷入種群的卵巢發(fā)育級別、交配數及交配率均較高，卵巢多為高級別[3]。因此，通過對遷飛昆蟲卵巢解剖及卵巢發(fā)育進度觀察，可對遷飛昆蟲的蟲源性質進行判別。本文在室內研究了溫度對桃蛀螟卵巢發(fā)育的影響，對桃蛀螟的預測預報具有重要的參考價值，后續(xù)將進一步對桃蛀螟是否具有遷飛能力，其遷飛路徑和蟲源性質等進行研究。

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（責任編輯：楊明麗）