溫度和光周期對蜀柏毒蛾滯育的影響

楊遠亮,曾全,肖銀波,賈玉珍,范成志

四川省林業(yè)科學(xué)研究院森林保護研究所，四川成都 610081

滯育是指昆蟲生長、發(fā)育和繁殖暫時停滯的一種生命現(xiàn)象[1-2]。昆蟲普遍存在滯育現(xiàn)象，在長期的演化過程中，昆蟲為了適應(yīng)周圍環(huán)境的變化，滯育成為其渡過不良環(huán)境的主要對策。同時，滯育能夠使昆蟲的生長、發(fā)育與季節(jié)、寄主物候等保持一致，有利于昆蟲的活動、取食，確保其種群數(shù)量，有利于其種族延續(xù)[3]。研究表明，昆蟲滯育的主要誘導(dǎo)因素有溫度、濕度、光周期、食物質(zhì)量及種群密度等，滯育的解除除了需要一定的時間之外[4]，采取一些特殊的方法如高溫、低溫、光照、化學(xué)刺激和物理刺激等也能有效的解除滯育[4-5]。滯育以及滯育的調(diào)節(jié)機理研究是昆蟲學(xué)研究的一個重要領(lǐng)域[1]，研究分析滯育因子對于探索有關(guān)昆蟲滯育理論、昆蟲飼養(yǎng)中有效地誘導(dǎo)和解除滯育以及害蟲預(yù)測防控等具有重要意義。

蜀柏毒蛾（Parocneria orientaChao），屬于鱗翅目（Lepidoptera）毒蛾科（Lymantriidae）柏毒蛾屬（Parocneria），分布于我國四川、福建、湖北和浙江等省。蜀柏毒蛾是四川省柏木林區(qū)最重要的食葉害蟲，周期性爆發(fā)危害，常造成嚴重的經(jīng)濟、生態(tài)損失，給長江中上游生態(tài)屏障建設(shè)成果之一的柏木防護林構(gòu)成威脅，因此其一直是四川省主要的森林害蟲防治對象。許多學(xué)者先后進行過其生物學(xué)[6]、分布規(guī)律與抽樣技術(shù)[7-8]、種群動態(tài)[9]、防治時期和防治方法[10]等方面的研究。蜀柏毒蛾在四川地區(qū)1年發(fā)生2代，越冬代有明顯的滯育現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為越冬代卵期和幼蟲期滯育[11]，但針對蜀柏毒蛾滯育還未見更深入的研究報道。蜀柏毒蛾越冬代發(fā)生期是其防治的關(guān)鍵時期，研究蜀柏毒蛾的滯育機制對于蟲害的預(yù)測預(yù)報以及防控有重大意義。同時，探明滯育關(guān)鍵因子，將為實現(xiàn)人為調(diào)控蜀柏毒蛾滯育，解決蜀柏毒蛾人工飼養(yǎng)中因滯育問題引起的傳代難題，建立蜀柏毒蛾人工飼養(yǎng)種群起到關(guān)鍵性作用。因此，本文將從溫度和光周期兩個方面對蜀柏毒蛾幼蟲的滯育影響進行研究，為該蟲種群發(fā)生動態(tài)的預(yù)測防控以及人工種群繁育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗昆蟲

在德陽市中江縣、綿陽市鹽亭縣和南充市南部縣等蜀柏毒蛾常發(fā)柏木林區(qū)，設(shè)立林間調(diào)查樣地，采取林間定點不定期抽樣調(diào)查的方式觀察蜀柏毒蛾越冬代和第1代的生長發(fā)育進度。分別于2019年1月和5月以及2020年5月，蜀柏毒蛾越冬代和第1代的卵期、幼蟲期（1齡），進行跟蹤、采集，以獲得試驗用蟲。

1.2 實驗器材

人工氣候箱（寧波江南儀器廠，RXZ型）；溫濕度記錄儀（江蘇省精創(chuàng)電氣股份有限公司，型號RC-4HA）；飼養(yǎng)盒（口徑15 cm，底徑7.5，高7 cm，紗網(wǎng)孔盒蓋）；飼養(yǎng)盒遮光罩；培養(yǎng)皿；定性濾紙；毛筆等。

1.3 幼蟲滯育判斷

通過前期飼養(yǎng)觀測發(fā)現(xiàn)，蜀柏毒蛾越冬代滯育個體表現(xiàn)為：初孵幼蟲靜伏不動，不取食，亦不蛻皮，即滯育1齡幼蟲。同時，前人研究表明，蜀柏毒蛾第1代非滯育個體卵期約15 d、1齡幼蟲期約25 d，而其越冬代在自然條件下，卵滯育個體卵期約110 d、1齡幼蟲期28 d；幼蟲滯育個體卵期約24 d、1齡幼蟲期約144 d[11]。本試驗以蜀柏毒蛾1齡幼蟲為實驗對象，因此，在統(tǒng)計滯育個體數(shù)量時，以滯育個體表現(xiàn)結(jié)合1齡幼蟲發(fā)育歷期，來判斷滯育幼蟲個體，確認其數(shù)量。

1.4 溫度和光周期對蜀柏毒蛾（第1代）滯育誘導(dǎo)的影響

試驗運用人工氣候箱進行，溫度梯度設(shè)置為12℃、15℃、18℃、22℃、25℃和28℃，并組合光周期2L:22D（光:暗，下同）、4L:20D、12L:12D、14L10D、18L:6D。光周期的控制通過暗期處理采用不透光黑色卡紙遮光罩進行人工遮光，光期移除遮光罩來實現(xiàn)。光照強度為15 000 lx，濕度75%±5%，共30個處理。以蜀柏毒蛾的第1代初孵幼蟲（1齡）作為實驗材料，將初孵幼蟲放入底部墊有保濕濾紙和新鮮柏木鱗葉的塑料養(yǎng)蟲盒內(nèi)，每盒約30頭左右。每個處理重復(fù)3次。定期更換保濕濾紙與新鮮柏木鱗葉以保持養(yǎng)蟲盒清潔干凈。觀察和記錄滯育個體的數(shù)量，統(tǒng)計不同處理中的滯育率。

1.5 溫度和光周期對蜀柏毒蛾（越冬代）滯育解除的影響

以蜀柏毒蛾越冬代滯育1齡幼蟲作為實驗材料，實驗于人工氣候箱內(nèi)進行。試驗溫度梯度設(shè)置為18℃、22℃、25℃、28℃和30℃，并組合光周期10L:14D、12L:12D、14L:10D，濕度均為75%±5%，共15個處理。將滯育幼蟲放入底部墊有保濕濾紙和新鮮柏木鱗葉的養(yǎng)蟲盒內(nèi)，置于各處理條件下進行滯育解除試驗，幼蟲開始活動、取食視為滯育解除，統(tǒng)計各處理的滯育解除率。

1.6 數(shù)據(jù)處理

實驗所得數(shù)據(jù)均用SPSS20.0軟件進行統(tǒng)計分析，結(jié)果用平均數(shù)（Mean）±標準誤（SE）來表示。對蜀柏毒蛾幼蟲在不同恒溫溫度和不同光周期條件下的滯育率，以及不同溫度和光周期條件下的滯育解除率進行單因素方差分析，采用Ducan’s法進行差異顯著性檢驗；對蜀柏毒蛾幼蟲在不同溫度和光照下的滯育率進行二因子隨機設(shè)計方差分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進行多重比較檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對蜀柏毒蛾滯育誘導(dǎo)的影響

在相同光周期條件下，不同恒定溫度處理的蜀柏毒蛾幼蟲滯育率存在極顯著差異（P<0.01），見表1。在各光周期處理下，蜀柏毒蛾幼蟲滯育率均隨著溫度的降低而升高。在中性光周期（12L:12D）下，25℃和28℃處理下，無滯育個體，滯育率為0%；22℃處理，滯育率為15.31%；當溫度降低到18℃時，滯育率上升為30.23%；在12℃和15℃條件下，滯育率高達80%以上.。短光照和長光照處理下，溫度對滯育率的影響也表現(xiàn)出相同的規(guī)律。此結(jié)果表明，蜀柏毒蛾幼蟲滯育率與溫度呈負相關(guān)，低溫會抑制蜀柏毒蛾生長，誘導(dǎo)其進入滯育。

2.2 光周期對蜀柏毒蛾滯育誘導(dǎo)的影響

光周期對蜀柏毒蛾幼蟲滯育率的影響如表1所示，當溫度在12℃、15℃、18℃、22℃時，光周期對蜀柏毒蛾幼蟲的滯育率有顯著作用（P<0.05），在這些溫度條件下，隨著暗期的增長，蜀柏毒蛾滯育率顯著上升，由此可知蜀柏毒蛾屬于長日照反應(yīng)型昆蟲。18℃時，在長暗期條件下，蜀柏毒蛾幼蟲有超過50%的幼蟲進入滯育，中性光照處理滯育率30%，長光照處理滯育率約25%。25℃時，在短光照條件下極少數(shù)蜀柏毒蛾幼蟲表現(xiàn)出滯育狀態(tài)（該處理下死亡率較高），中性和長光照光周期下滯育率均為0%；28℃時，蜀柏毒蛾幼蟲在短光照、中性和長光照處理下都沒有發(fā)生滯育。說明在環(huán)境溫度較高時，短光照對蜀柏毒蛾無滯育誘導(dǎo)作用。

表1 溫度和光周期對蜀柏毒蛾滯育的影響Tab.1 Effectsof temperature and photoperiod on diapauseof Parocneria orienta Chao

2.3 溫度和光周期對蜀柏毒蛾滯育的交互作用

通過對溫度和光周期誘導(dǎo)蜀柏毒蛾滯育的雙因素方差分析可知（見表2），溫度（F（4，50）＝1476.370，P<0.01）和光周期（F（4，50）＝140.536，P<0.01）對蜀柏毒蛾滯育率的誘導(dǎo)有著顯著影響，溫度與光周期對蜀柏毒蛾滯育誘導(dǎo)的交互作用顯著（F（4，50）＝6.780，P<0.01）。說明，在相同光周期條件下，蜀柏毒蛾的滯育率隨著溫度的降低而升高，溫度越低滯育率的變化越明顯。在溫度和光周期共同作用的誘導(dǎo)效應(yīng)中，光周期只在一定范圍內(nèi)的溫度內(nèi)起作用，說明溫度是主要因子，起決定性作用，光周期是次要因子，起輔助作用。

表2 光周期和溫度對蜀柏毒蛾滯育率的方差分析Tab.2 Variance analysisof temperature and photoperiod on diapause rate of Parocneria orienta Chao

2.4 溫度和光周期對蜀柏毒蛾滯育解除的影響

在光周期為10L:14D、12L:12D、14L:10D的長光照條件下，將滯育幼蟲分別飼養(yǎng)在18℃、22℃、25℃、28℃和30℃的設(shè)置溫度進行滯育解除試驗。結(jié)果表明，除在30℃時，14L:10D光周期下的滯育解除率顯著高于10L:14D和12L:12D處理外，其他相同溫度不同光周期條件處理下，蜀柏毒蛾1齡幼蟲的滯育解除率沒有顯著差異（P<0.05）。相同光周期不同溫度條件下，蜀柏毒蛾幼蟲的滯育解除率有極顯著差異（P<0.01），18～25℃下，蜀柏毒蛾1齡幼蟲的滯育解除率隨溫度上升而逐漸增加，溫度上升至28℃后，滯育率開始下降（見表3）。由此可知，25℃條件下，最有利于蜀柏毒蛾幼蟲滯育解除，光周期對蜀柏毒蛾滯育解除作用不顯著。

表3 不同溫度和光周期對蜀柏毒蛾滯育解除的影響Tab.3 Effectsof temperature and photoperiod on diapausetermination of Parocneria orienta Chao

3 討論

根據(jù)昆蟲滯育特性，滯育可分為專性滯育和兼性滯育兩類。專性滯育多為一化性昆蟲，其滯育的出現(xiàn)有確定的誘導(dǎo)期和特定的蟲齡，滯育啟動獨立于環(huán)境。而多化性昆蟲多為兼性滯育，其滯育的誘導(dǎo)和解除的環(huán)境因素主要有光周期、溫度、食料、密度以及濕度等，其中光周期、溫度或兩者的變化是主要因子[12-13]。蜀柏毒蛾是多化性昆蟲，本文以蜀柏毒蛾1齡幼蟲作為實驗對象，研究了光周期和溫度對其滯育的影響。結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)蜀柏毒蛾滯育率與溫度呈明顯的負相關(guān)；在環(huán)境溫度較低條件下（20℃以下），光周期對滯育率作用明顯，短光照條件下滯育率較長光照高；溫度對滯育解除作用顯著，25℃條件下，蜀柏毒蛾幼蟲滯育解除率最高；光周期對滯育解除率影響不顯著。

溫度是影響昆蟲滯育的重要因素，主要是在昆蟲的夏滯育和冬滯育起到誘導(dǎo)和維持的作用，并且能夠決定一些幼蟲發(fā)育歷期跨度較大的昆蟲種類進入滯育的發(fā)育階段[5]。同時，有研究表明，特定的低溫并維持一定時間的冷刺激是解除某些種類昆蟲冬滯育的必要條件[1][4]。但也有大量研究表明，較多冬滯育昆蟲的滯育解除不需要冷刺激，其滯育在中性溫度條件下就能迅速解除，某些種類滯育解除則需要高溫刺激[14]。蜀柏毒蛾屬于幼蟲發(fā)育歷期較長的類型，滯育個體（越冬代）幼蟲期為208 d，非滯育個體（第1代）幼蟲期為85 d，其滯育屬于冬滯育。本研究中發(fā)現(xiàn)溫度對蜀柏毒蛾滯育的影響顯著，通過調(diào)整環(huán)境溫度能引發(fā)或解除蜀柏毒蛾滯育，其滯育的解除不需要低溫冷刺激。這一結(jié)果與上述規(guī)律一致，即幼蟲發(fā)育歷期長，冬滯育型的昆蟲溫度因子是影響其滯育的關(guān)鍵因子。

光周期誘導(dǎo)的滯育分為長日照反應(yīng)型、短日照反應(yīng)型、短日照—長日照反應(yīng)型和中間型日照反應(yīng)型四種類型[15][16]。鱗翅目昆蟲中，長日照反應(yīng)型有馬尾松毛蟲（Dendrolimus punctatus）[17]、水稻二化螟（Chilo suppressalis）[18]、菜粉蝶（Pieris rapae）[19]和蘋果蠹蛾（Cydia pomonella）[20]等，其滯育發(fā)生在短日照條件下；短日照反應(yīng)型有家蠶（Bombyx mori）和梨小食心蟲（Grapholita molesta）[21]等；歐洲玉米螟（Ostrinia nubilalis）屬于短日照—長日照反應(yīng)型；桃小食心蟲（Carposina niponensis）[16]和黑紋粉蝶（Helicoverpa armigera）[22]屬于中間型日照反應(yīng)型，在中間性光照條件下發(fā)育，其他光周期下滯育。通過對蜀柏毒蛾的林間觀察和室內(nèi)光周期實驗可看出，低溫短日照促進其進入滯育，屬于長日照反應(yīng)型昆蟲。

光周期與溫度共同作用于昆蟲滯育誘導(dǎo)時，光周期反應(yīng)可以分為溫度補償和溫度敏感兩種反應(yīng)類型，光周期決定了溫度補償型反應(yīng)的滯育誘導(dǎo)效果，溫度決定了溫度敏感型光周期反應(yīng)的滯育誘導(dǎo)效果[16]。本次試驗結(jié)果顯示，溫度對蜀柏毒蛾滯育誘導(dǎo)起主導(dǎo)作用，光周期需要在一定的溫度條件下，才能起到加強滯育誘導(dǎo)的作用。28℃時，無論光周期如何變化都無法誘導(dǎo)蜀柏毒蛾進入滯育。由此可知，蜀柏毒蛾的滯育需要低溫和短光照共同作用，其中溫度起主要作用，屬于溫度敏感光周期反應(yīng)型。

多化性昆蟲不同世代間滯育率往往存在差異。如對北京地區(qū)玉米螟的研究發(fā)現(xiàn)，不同世代間的滯育率存在明顯的差異，表現(xiàn)為第3代>第2代>第1代[23]；對樟葉蜂（Mesoneura rufonota）人工飼養(yǎng)種群滯育研究發(fā)現(xiàn)，其第2代的滯育率顯著高于第1代[24]。本次試驗研究由于受諸多條件限制，沒有進行蜀柏毒蛾不同世代之間滯育的對比研究。但前期研究發(fā)現(xiàn)，蜀柏毒蛾越冬代多以1齡幼蟲滯育的方式越冬，而第1代卵期、幼蟲期及蛹期幾乎沒有滯育的現(xiàn)象。分析認為這可能是蜀柏毒蛾在進化過程中為了應(yīng)對環(huán)境變化形成了冬滯育的遺傳特征，其滯育的主要誘導(dǎo)因子除了溫度和光周期等環(huán)境因子外，可能有其他更為重要的因子。而這些因子誘導(dǎo)的滯育機制尚不清楚。因此，對于蜀柏毒蛾的滯育機制仍有待進一步研究，如世代、食料、生理因子等對其滯育的影響，以期能明確各類因子誘導(dǎo)和解除滯育的內(nèi)在機理。