松墨天牛進(jìn)食及其繁殖過程的飛行行為特征

楊書林，吳夢林,2

(1.貴州師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 貴州 貴陽 550025；2.福州樹德學(xué)校， 福建 連江 350500)

近年來，我國松材線蟲病，即松樹萎蔫病(Pine wilt disease)擴(kuò)散加劇，呈暴發(fā)式發(fā)生態(tài)勢，防治形勢嚴(yán)峻。國家林業(yè)局公告2017年第4號指出，2016年遼寧省大連市的松材線蟲病疫情將該病在我國的發(fā)生北限向北推移了200余km。國家林業(yè)和草原局公告2021年第5號和第14號則表明，2016年以來新增松材線蟲病疫區(qū)559個，其中2021年3-7月新增疫區(qū)7個，目前共有729個疫區(qū)分布于19個省、市、自治區(qū)。該病發(fā)生區(qū)域突破了傳統(tǒng)理論提出的年均氣溫10℃以上的適生界線，危害對象由過去的馬尾松、黑松擴(kuò)大到紅松、落葉松等松樹種類，傳播媒介增加了新種類云杉花墨天牛MonochamussaltuariusGebler，對松林威脅加大、危害損失加重，威脅我國近6 000萬hm2松林資源安全。

除人為活動外，松材線蟲病病原——松材線蟲Bursaphelenchusxylophilus主要通過傳播媒介在松樹間傳播，而在亞洲其主要傳播媒介為松墨天牛MonochamusalternatusHope。為應(yīng)對松材線蟲病的威脅，學(xué)者們對病原及其傳播媒介展開了全面深入研究，但某些重要科學(xué)問題尚有待深入研究，如傳播媒介的飛行行為，而該項研究可能為松材線蟲病提供新的防治方式[1]。松墨天牛成蟲羽化后需飛行擴(kuò)散以完成其三個生命活動：覓食補(bǔ)充營養(yǎng)、交配和產(chǎn)卵，即成蟲羽化后需在健康松樹上取食松枝樹皮補(bǔ)充營養(yǎng)以達(dá)到性成熟，性成熟后尋找異性交配，交配之后雌成蟲尋找新死亡或衰弱近死松樹產(chǎn)卵。松材線蟲則在成蟲羽化前進(jìn)入松墨天牛氣管內(nèi)，在后者羽化后補(bǔ)充營養(yǎng)取食松枝時從傷口進(jìn)入健康寄主[2]。在上述三個活動過程中，天牛成蟲從羽化寄主飛至營養(yǎng)補(bǔ)充寄主、尋找異性交配及產(chǎn)卵寄主過程中的飛行方向及路線、尋找、停留探查、停留或繼續(xù)飛行和直至最終完成選擇等一系列的飛行行為決定天牛的最終飛行擴(kuò)散結(jié)果，也是松材線蟲病的自然傳播擴(kuò)散結(jié)果。對松墨天牛成蟲飛行擴(kuò)散過程中的飛行行為及其機(jī)理的清晰認(rèn)識有助于深入了解天牛成蟲的擴(kuò)散及松材線蟲病的傳播過程，有助于控制松材線蟲病的傳播。

當(dāng)前對松墨天牛飛行的研究主要集中于其飛行擴(kuò)散能力方面，研究結(jié)果表明松墨天牛飛行擴(kuò)散范圍從數(shù)十米[3]到5.4 km[4]不等。有研究者提出松墨天牛有可能借助風(fēng)力做長距離擴(kuò)散[4-5]，或松墨天牛成蟲屬于善飛但不愿飛的昆蟲，在環(huán)境資源不足時其飛行潛力才被激發(fā)[4]，而該天牛的長距離飛行是松材線蟲病傳播擴(kuò)散的重要因素[6]。松墨天牛的飛行受多種因素影響，如成蟲補(bǔ)充營養(yǎng)所需食物和產(chǎn)卵寄主的數(shù)量及分布，以及溫度、濕度、光照、降水量、林分密度、林內(nèi)成蟲密度和日齡等[6]，松墨天牛飛行能力研究結(jié)果差異可能是由于天牛在不同環(huán)境條件下飛行行為的具體表現(xiàn)所致。

松墨天牛的性成熟取食和產(chǎn)卵兩個生命過程中的行為可通過偏好-性能假說進(jìn)行研究。PYKE等[7]提出最佳覓食理論用于動物覓食行為研究，而JAENIKE[8]擴(kuò)展出最佳產(chǎn)卵理論用來研究植食昆蟲的產(chǎn)卵行為。該假說及相關(guān)的策略被認(rèn)為適于研究幼蟲無法或很少移動擴(kuò)散、寄主選擇依賴于母親的昆蟲[9]。在最佳產(chǎn)卵策略下，雌成蟲將采用兼顧其本身及其后代的適合度最大化的方式來選擇取食、產(chǎn)卵寄主。而最佳覓食策略下，雌成蟲的寄主選擇只是為自身適合度最大化，而不兼顧其后代適合度最大化[7,10]。雖然由于人類活動的影響及適合度較難衡量等原因使動物的行為不能僅用簡單某種策略來解釋，但許多植食性尤其是食性較窄的昆蟲的產(chǎn)卵行為均符合最佳產(chǎn)卵策略[11]。SCHEIRS等[10]則倡議應(yīng)將覓食策略和產(chǎn)卵策略結(jié)合起來研究植食昆蟲的取食和產(chǎn)卵行為。根據(jù)松墨天牛成蟲的分布是其成蟲和幼蟲營養(yǎng)需要的折中而體現(xiàn)[3]的結(jié)果來推斷松墨天牛雌成蟲可能采取的是最佳產(chǎn)卵策略，即因幼、成蟲食性不同，成蟲覓食不僅要滿足成蟲的營養(yǎng)需要還要兼顧幼蟲的食物分布。

綜上，目前對松墨天牛成蟲的飛行行為尚未進(jìn)行深入研究，現(xiàn)有研究報道多為松墨天牛飛行行為的表現(xiàn)結(jié)果，如松墨天牛成蟲飛行能力及距離、成蟲及卵的空間分布等，而非導(dǎo)致這些結(jié)果的松墨天牛成蟲飛行擴(kuò)散中在不同生活史階段的不同需求及相應(yīng)的應(yīng)對不同寄主、環(huán)境條件的行為反應(yīng)機(jī)制。因此，開展松林間較大范圍松墨天牛成蟲放飛重捕試驗，分析松墨天牛成蟲完成營養(yǎng)補(bǔ)充進(jìn)食、交配和產(chǎn)卵三個生命過程時在松林中的飛行行為特征，為深入了解松墨天牛在林中的飛行和松材線蟲病的自然傳播過程，進(jìn)而為松材線蟲病防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設(shè)在貴州省龍里林場和平工區(qū)桃子沖(面積3 182.0 hm2)，107.05°～107.70°E，26.61°～26.65°N及高枧(面積1 994.5 hm2)，106.97°～106.98°E，26.60°～26.62°N樣地。工區(qū)為人工及天然混合林，以馬尾松為主，面積占比48.44%，華山松為7.93%，濕地松(PinusElliottii)和火炬松(P.taeda)面積約占1%。馬尾松以近熟及成熟林為主(73.72%)，其中天然馬尾松林占馬尾松林面積的7.70%，以幼林及中熟林為主(89.50%)。華山松均是人工林且均為近熟及成熟林。

林場所在龍里縣地處貴州省中部，位于黔中腹地、苗嶺山脈中段，屬于中亞熱帶溫暖濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，熱量充足，雨量充沛，無霜期長，季風(fēng)氣候顯著。春季氣溫回暖早，但不穩(wěn)定，寒潮活動較頻繁；夏熱伏旱多，降雨集中，雨熱同季，局部有洪澇災(zāi)害；秋季降溫快，晚秋多陰雨；冬季較溫暖，多霧寡照，濕度大。近43年平均氣溫14.9℃，年平均降水量1 090.2 mm[12]。

1.2 松墨天牛成蟲標(biāo)記重捕

1.2.1 標(biāo)記方法 使用丙烯顏料在松墨天牛的前胸背板、鞘翅標(biāo)點，以天牛身體的中心線為分界線，前胸背板每側(cè)標(biāo)1個點、鞘翅每側(cè)前中后可標(biāo)3個點，1頭天牛最多可標(biāo)記8個點的方法，按照排列組合的方法，每種顏色可標(biāo)記255頭天牛。

1.2.2 健康松墨天牛成蟲捕捉-放飛 使用誘捕器于和平工區(qū)高枧及桃子沖(距重捕試驗區(qū)3 km以外)進(jìn)行誘捕，將嫩松枝取2～3枝放入瓶內(nèi)以防止瓶內(nèi)活體自相殘殺(長度不宜超過捕捉瓶的一半，防止捕捉到的活蟲爬出瓶外)。每隔2 d或者3 d收取1次，將捕捉到的活蟲標(biāo)記顏色，并分別記錄其標(biāo)記編號、體長、性別、捕捉時間、捕捉地點，然后于桃子沖工區(qū)重捕試驗區(qū)中心點進(jìn)行放飛。

1.2.3 松墨天牛成蟲重捕 于2017年4月下旬，在和平工區(qū)地桃子沖樣地圍繞中心點安放誘捕器，使用AFP長效型松墨天牛誘芯，收集瓶中使用汽車防凍液作為致死劑和防腐劑。誘捕器盡量圍繞中心點成環(huán)狀分布，因地形或樹林過密則安裝地點作適當(dāng)調(diào)整，誘捕器距離中心點最遠(yuǎn)距離約1.1 km，最近約20 m，并用GPS記錄各個誘捕器的地理坐標(biāo)位置。將當(dāng)天捕捉到的健康松墨天牛在中心點放飛，每3周收取1次該樣地的誘捕器，檢查誘捕瓶內(nèi)被標(biāo)記重捕的松墨天牛，并記錄。

1.3 松樹健康狀態(tài)指標(biāo)測算

使用Landsat 8衛(wèi)星的30 m遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)，計算歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)作為松樹的健康狀態(tài)指標(biāo)。NDVI指數(shù)在不同地區(qū)及不同生長類型的松樹林中與健康松樹狀態(tài)相關(guān)，基于Landsat TM的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)表明亞洲日本及北美洲美國的健康松樹的NDVI值分別介于0.3～0.5及0.55～0.66，高于歐洲波蘭的0.183～0.365，且經(jīng)常營造新林區(qū)域的NDVI指數(shù)值較生長時間較長的次生松林高[13]。試驗使用2013年升空的Landsat 8獲取的遙感數(shù)據(jù)提取NDVI指數(shù)，該數(shù)據(jù)源提取的NDVI值較以往的衛(wèi)星，如Landsat 7提取的NDVI值稍高，但在植被覆蓋較高區(qū)域差異不大[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel進(jìn)行匯總整理，使用ArcGIS進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)處理，使用R軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 重捕天牛成蟲的飛行距離

2017年6-9月共標(biāo)記、釋放1 072頭天牛成蟲，其中雄蟲356頭，雌蟲716頭(雄雌比例1∶2.01)。重捕到107頭,其中雄蟲45頭，雌蟲62頭(雄雌比例1∶1.38)，重捕率9.98%(表1)。放飛點西北向、北向、東向及東南向的誘捕器重捕到的成蟲較多，西北向和北向的6個誘捕器(3、4、6、7、26和34)重捕到49頭成蟲，其中僅7號誘捕器就重捕到19頭，東向及東南向4個誘捕器(28、30、35和37)重捕到36頭成蟲，共85頭，占重捕到成蟲總數(shù)的近80%(79.4%)(圖1、表1)。重捕到的成蟲中多數(shù)距離釋放點200 m以內(nèi)，共74頭；27頭距離釋放點超過500 m，其中1頭超過1 km；其余6頭距離釋放點200～500 m(表1、圖2)。除7號誘捕器以外，重捕的成蟲數(shù)量大致呈隨距離增長而減小的趨勢(圖2)。

表1 松墨天牛成蟲重捕記錄

試驗誘捕器誘捕到的松墨天牛雌蟲數(shù)量多于雄性，性比差異的原因是誘捕所用誘芯的主要成分2-十一烷氧-乙醇[2-(undecyloxy)-ethanol]是松墨天牛雄蟲分泌的聚集素，可同時吸引二種性別的成蟲，且其中含有寄主揮發(fā)物α-蒎烯(α-pinene)等成分[15]，能夠吸引雌成蟲尋找產(chǎn)卵場所，從而導(dǎo)致雌成蟲誘捕數(shù)多于雄成蟲。

2.2 松墨天牛成蟲重捕點的植被歸一化植被指數(shù)

以放飛點為中心的4 km × 4 km區(qū)域內(nèi)，放飛試驗期間(2017年6-9月)從30 m分辨率的Landsat 8遙感數(shù)據(jù)提取的NDVI平均值為0.05～0.50，而重捕點的NDVI值均小于0.33，多數(shù)介于0.2～0.3，僅4個點的NDVI均值達(dá)到或略大于0.3(表1)，表明重捕點所在的松林生長狀況多低于健康水平。

注：三角形處為標(biāo)記后成蟲釋放點；樣式1和樣式2均為重捕誘捕器位置；樣式1藍(lán)色圓點直徑大小與重捕天牛成蟲數(shù)量成正比。

圖2 距放飛點不同距離重捕點的天牛成蟲數(shù)量

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，松墨天牛成蟲可進(jìn)行較長距離的飛行擴(kuò)散，重捕到的天牛成蟲的空間分布表明，其補(bǔ)充營養(yǎng)進(jìn)食和產(chǎn)卵尋找寄主的飛行行為符合最佳產(chǎn)卵理論，即雌成蟲將采用兼顧自身及后代適合度最大化的方式來選擇產(chǎn)卵寄主。試驗重捕點的NDVI值均小于0.33，表明松墨天牛成蟲可能趨向于反復(fù)尋找直至找到最合適寄主才進(jìn)行交配、產(chǎn)卵，而不是找到較衰弱寄主就進(jìn)行上述兩項生命活動，原因可能是受寄主的一些單萜類揮發(fā)物的引誘、定向作用[19]。

多數(shù)成蟲被再捕獲時的飛行距離僅200 m內(nèi)的結(jié)果與許多研究結(jié)果相同。但試驗由于受地形限制，在200 m以外的距離上未能設(shè)置更多的誘捕器，而在距釋放點560 m距離處的7號誘捕器重捕到成蟲高達(dá)19頭，加上1 km距離外的2個誘捕器上也重捕到1頭成蟲，可能本次釋放的許多成蟲擴(kuò)散距離超過500 m，但由于誘捕器空間設(shè)置原因而未能再捕捉到。由于放飛點西南方向松林坡度較大且林下灌叢較密，難以進(jìn)入其中安裝誘捕器，而東北方向則有村民居住及耕作，使這兩個方向上的誘捕器設(shè)置較少。而誘捕器空間設(shè)置可能在一定程度上也是誘捕到成蟲在空間分布上集中在西北、北、東和東南方向的成因，但在距放飛點較近的距離內(nèi)，西南方向的4個誘捕器(11、12、13和32)僅重捕到11頭成蟲。有研究報道剛羽化未取食的性未成熟松墨天牛成蟲離開羽化寄主的飛行方向為隨機(jī)選擇[16]。但該推斷是基于(15～17) m×58 m大小的松林中距放飛點6 m內(nèi)的放飛重捕數(shù)據(jù)得出。而室內(nèi)取食選擇試驗中，松墨天牛成蟲選擇一年生樹枝或已發(fā)育到一定程度的當(dāng)年生樹枝的程度大于兩年生枝條[17]，加之在黑松上進(jìn)行的試驗中雌成蟲取食當(dāng)年生嫩枝時卵巢的發(fā)育速率大于取食一年或兩年生枝條時的發(fā)育速率[18]。因此，對初羽化的天牛成蟲的飛行方向需進(jìn)一步研究其是否存在一定的選擇機(jī)制而非隨機(jī)飛行，可能的飛行方向選擇機(jī)制是寄主的一些單萜類揮發(fā)物的引誘、定向作用[19]。性成熟后松墨天牛雌、雄兩性成蟲均受衰弱近死或新死松樹揮發(fā)物吸引飛向這些樹，可能有助于天牛成蟲找到異性交配，且使成蟲空間分布呈集中分布于近死或新死松樹上及其周圍的健康松樹上。交配后雌成蟲受近死或新死松樹揮發(fā)物吸引飛往這些松樹上產(chǎn)卵[20]。試驗結(jié)果表明，松墨天牛成蟲的飛行可能具有一定的方向性，并且是成蟲尋找適合寄主過程的體現(xiàn)。

試驗受追蹤手段所限，加之重捕對松墨天牛自身的潛在影響導(dǎo)致其行為可能與無干擾狀態(tài)下有所差異，可能會使試驗結(jié)果產(chǎn)生偏差，有待改進(jìn)研究方法后對松墨天牛成蟲的具體飛行行為作進(jìn)一步研究。

致謝

試驗過程得到貴州省龍里林場及林場和平工區(qū)許多工作人員的幫助，特此致謝！