不同溫度梯度及頻率的凍融對冬型中國梨木虱存活的影響

趙龍龍　劉朝紅　胡增麗等

中圖分類號：S 436. 612 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16688/j. zwbh. 2020272

中國梨木虱Psylla chinensis又名中國梨喀木虱，屬半翅目木虱科，廣布于我國各大梨樹產(chǎn)區(qū)，對梨樹生產(chǎn)影響明顯，是目前梨樹蟲害管理中的主控對象。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國梨木虱隨季節(jié)會呈現(xiàn)明顯的兩型變化，分別為冬型和夏型，夏型梨木虱主要發(fā)生于梨樹生長期，冬型只有唯一蟲態(tài)成蟲，主要發(fā)生于梨樹休眠期，為中國梨木虱的越冬蟲態(tài)。翌年，隨著環(huán)境氣溫升高，梨樹樹液流動時(shí)，冬型梨木虱逐漸解除滯育，卵巢開始發(fā)育，隨后出蟄交配，所產(chǎn)卵孵化后則發(fā)育成第一代夏型梨木虱。

自然條件下，非生物和生物因子共同決定了昆蟲的存活情況等。中國梨木虱越冬過程中，梨園其他生物因素（天敵）少見發(fā)生，決定冬型梨木虱存活并能影響到其種群數(shù)量的主要為非生物環(huán)境因素——低溫，冬型梨木虱對低溫的耐受性也反映出其生存適應(yīng)能力的高低。在已有關(guān)于昆蟲耐低溫的研究中，通常引入過冷卻點(diǎn)來描述昆蟲的耐寒性，另根據(jù)昆蟲對低溫的耐受特點(diǎn)將其耐寒性劃分為耐結(jié)冰型和避免結(jié)冰型等。中國梨木虱不同于地表土層以下越冬的昆蟲，有土層或者雪被的保護(hù)，越冬點(diǎn)的微環(huán)境溫度相對恒定，其主要選擇在梨樹皮裂縫、枯枝落葉等部位進(jìn)行越冬，多暴露于外，受外界環(huán)境、太陽輻射、溫度突變等影響明顯，其越冬的微環(huán)境溫度多處于較大的變幅當(dāng)中，既有晝夜規(guī)律性的周期變化，也有極端天氣影響的無規(guī)律突變。在全球氣候變化的影響下，近幾十年我國冬季溫度均有所增加，降雪相對減少，突然增溫和降溫等極端天氣事件頻發(fā)。在這些變化的影響下，冬型梨木虱越冬點(diǎn)的微環(huán)境可能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈的溫度變化，即露于地表外越冬的冬型梨木虱可能會經(jīng)歷反復(fù)的凍融過程。

研究表明，鞘翅目皮甲科Perimylopidae昆蟲Hydromedion sparsutum的幼蟲經(jīng)周期性凍融后，耐寒能力降低，死亡率升高;但黃腿食蚜蠅Syr-phusribesii經(jīng)過周期性凍融后，一些蟲體的耐寒性明顯提高;白蛾周氏嚙小蜂Chouioia cunea反復(fù)凍融對過冷卻點(diǎn)等無明顯影響。而關(guān)于冬型中國梨木虱經(jīng)歷迅速凍融后的存活情況尚未見報(bào)道，鑒于此，本試驗(yàn)通過在測試?yán)婺臼倪^冷卻點(diǎn)及低溫下不同時(shí)長死亡情況的基礎(chǔ)上，設(shè)置不同溫度梯度及頻率的凍融循環(huán)，來研究冬型中國梨木虱的存活情況，旨在揭示冬型中國梨木虱適應(yīng)逆境及突變溫度的能力，為預(yù)測中國梨木虱及指導(dǎo)防控提供理論借鑒。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)種群

試驗(yàn)所用冬型中國梨木虱（后文簡稱冬型梨木虱）野生種群采自山西省晉中市太谷區(qū)山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所梨樹試驗(yàn)基地。梨樹品種為山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所培育的‘玉露香梨，樹齡≥15年，樹形高光開心形。試蟲獲取方式為用小型軟毛筆刷取樹皮裂縫或樹干捆綁瓦楞紙縫隙中的冬型梨木虱帶回實(shí)驗(yàn)室并移入冷藏柜中（5℃）保存供試，冷藏柜提前放置有梨樹盆栽小苗（休眠期），測試用蟲在冷藏柜保存時(shí)間不超過5d。試驗(yàn)時(shí)，選取體型大小一致，無殘肢，發(fā)育健康的冬型梨木虱作為試蟲。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1越冬場所與環(huán)境溫度采集

采用輕松連UBIBOT-WS1智能溫濕光度采集儀（大連云動力科技有限公司）收集冬型梨木虱越冬場所及環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。采集時(shí)將外接測溫探頭插入越冬場所樹皮裂縫中收集越冬場所溫度，另一端懸掛于樹干外收集環(huán)境溫度。

1.2.2冬型中國梨木虱過冷卻點(diǎn)測定

使用SUN-Ⅱ型智能昆蟲過冷卻點(diǎn)測定儀（北京鵬程電子科技有限公司）測定冬型梨木虱過冷卻點(diǎn)。采集過冷卻點(diǎn)前，用牙簽尖蘸取微量膠水，分別點(diǎn)在冬型梨木虱的頭部和腹部末端，將梨木虱的腹部緊貼熱敏探頭，輕壓使頭部和腹部末端與熱敏探頭連接以固定。將接有蟲體的熱敏探頭放入離心管中，置于-30℃低溫冰箱中。過冷卻點(diǎn)測定儀每0.5s采集一次溫度。蟲體體溫的變化經(jīng)采集器端收集并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)自動輸出，從蟲體溫度的變化數(shù)據(jù)中讀出梨木虱的過冷卻點(diǎn)。從2019年10月至2020年3月，每月15日左右，從田間采集1次冬型梨木虱進(jìn)行測定，每次測定不少于150頭。

1.2.3冬型中國梨木虱低溫存活能力的測定

冬型梨木虱在低溫條件下的存活情況測試：根據(jù)冬型梨木虱過冷卻點(diǎn)溫度和前期試驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)設(shè)置的低溫條件為-20℃，時(shí)長設(shè)置為1、2、3、6、12h，測定其死亡率變化。每組處理12個(gè)重復(fù)，每重復(fù)15～20頭冬型梨木虱。

1.2.4冬型中國梨木虱在不同溫度凍融梯度及頻次下存活情況

設(shè)置低溫為-20℃，相對高溫段融化溫度為2、5、10、20℃，緩沖溫度為0℃。共設(shè)4個(gè)溫度梯度，分別為：-20℃/2℃，-20℃/5℃，-20℃/10℃和-20℃/20℃。每個(gè)溫度梯度分別設(shè)3種時(shí)間間斷，1、2、3h，每個(gè)溫度梯度和時(shí)間組合處理下冬型梨木虱經(jīng)歷的低溫-20℃總時(shí)長為6h。以溫度梯度-20℃/2℃和1h間斷為例，將試蟲先置于2℃處理1h，取出置于緩沖溫度0℃處理5min后，轉(zhuǎn)入低溫-20℃條件下1h，再轉(zhuǎn)入緩沖溫度0℃處理5min，再次轉(zhuǎn)入2℃條件處理1h，如此循環(huán)，使低溫-20℃累計(jì)處理總時(shí)長達(dá)到6h則完成處理。-20℃/2℃溫度梯度和2h間斷等處理方法類同前者，相同點(diǎn)是所有不同溫度梯度和時(shí)間間斷處理中，在低溫-20℃下處理的累積時(shí)間均為6h，不同者是溫度梯度和變化頻次有別。對照處理為-20℃持續(xù)6h。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Microsoft Excel 2016對調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)，通過IBM SPSS 21.0分析軟件進(jìn)行相關(guān)分析。對冬型梨木虱在-20℃不同時(shí)長處理下的死亡率差異情況進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，其他處理類似。參照農(nóng)藥致死中時(shí)的計(jì)算方法，將劑量變量替換為時(shí)間變量以計(jì)算本試驗(yàn)低溫條件下冬型梨木虱半致死時(shí)間LT₅₀。

2結(jié)果與分析

2.1冬型梨木虱越冬場所溫度變化特點(diǎn)

冬型梨木虱越冬場所主要以老翹皮、樹皮裂縫為主，12月下旬至1月下旬間樹皮裂縫和外界環(huán)境溫度測量結(jié)果表明，樹干周圍環(huán)境溫度最低為-14℃，越冬場所溫度和環(huán)境溫度變化規(guī)律基本一致。經(jīng)計(jì)算，日出后，越冬場所溫度開始高于環(huán)境溫度，在中午達(dá)到最高，比環(huán)境溫度高出約6℃，日落后，環(huán)境溫度逐漸高于越冬場所溫度（圖1）。

2.2冬型梨木虱過冷卻點(diǎn)分布情況

對冬型梨木虱過冷卻點(diǎn)測定表明，其過冷卻點(diǎn)主要分布在-14℃～-12℃左右，最低為-21.40℃，最高為-5.43℃，過冷卻點(diǎn)≥-20℃占91.6%（圖2）。

2.3冬型梨木虱在-20℃不同處理時(shí)段下的死亡情況

在-20℃條件下，冬型梨木虱的死亡率隨時(shí)間延長呈增長趨勢，在3h內(nèi)，其死亡率均低于20%，各處理之間無顯著差異，處理6h后其死亡率達(dá)到50%，12 h后其死亡率接近90%，除1、2、3h處理外，其他各處理間差異顯著（F_4，56=69. 01，P=0）。在-20℃條件下，其致死中時(shí)LT₅₀為6.9 h，其上限和下限分別為5. 01 h和12. 21 h（圖3）。

2.4不同凍融梯度及頻次下冬型梨木虱的存活情況

冬型梨木虱在不同溫度梯度和頻段處理下，其死亡情況變化如圖4所示。當(dāng)溫度梯度為-20℃/2℃和-20℃/5℃，其死亡率隨著凍融時(shí)間的變長而提高，在以1h時(shí)間間斷即頻繁切換凍融的情況下，其死亡率明顯低于其他時(shí)間間斷（2、3h）和-20℃持續(xù)6h，處理（2℃：F_3，46=13. 53，P=0;5℃：F_3，45=4.34，P=0）。當(dāng)溫度梯度為-20℃/10℃時(shí)，在不同時(shí)間間斷處理下，其死亡率和持續(xù)低溫處理后無顯著差異（F_3，44=0.48，P=0. 70）;當(dāng)溫度梯度為-20℃/20℃時(shí)，冬型梨木虱死亡率明顯低于對照組（-20℃6h持續(xù)低溫處理），隨處理間斷時(shí)長的增加，其死亡率略有提高，但無顯著差異（F_3，41=2. 76，P=0. 05）。如圖5所示以處理時(shí)間間斷為參考，在1h間斷處理?xiàng)l件下，除10℃處理外，其死亡率均顯著低于-20℃6 h持續(xù)低溫處理（F_4，53=3. 73，P=0. 01）;在2h和3h較長間斷處理下，其死亡率隨融化溫度的升高而降低（2h：F_4，56=1. 59， P=0. 19;3 h：F_4，57=7.89，P=0）。表明冬型中國梨木虱經(jīng)凍融轉(zhuǎn)化的時(shí)間越短，頻率越高，越利于生存;處理溫度梯度大，有利于冬型梨木虱存活。

3討論

中國梨木虱屬微小型昆蟲，體表面積比相對較小，易受環(huán)境、溫度等變化的影響。在中國梨木虱的年生活史中，當(dāng)外界環(huán)境不利生存時(shí)，中國梨木虱則由夏型轉(zhuǎn)變成冬型進(jìn)行越冬。除體色、體型等差異外，冬型梨木虱在生理代謝、能源物質(zhì)儲備等方面也有別于夏型梨木虱。研究表明，昆蟲對低溫的耐受性通常受時(shí)間和低溫程度共同作用。本研究測試得到冬型梨木虱的過冷卻點(diǎn)主要分布在-12℃—14℃區(qū)間，過冷卻點(diǎn)<-20℃的個(gè)體僅占8.4%。不同于冷敏感型昆蟲，處理溫度未達(dá)到過冷卻點(diǎn)時(shí)便出現(xiàn)較高死亡率，與此不同的是，冬型梨木虱在-20℃條件下，1h內(nèi)其死亡率僅為7.2%，前期預(yù)試驗(yàn)也表明，冬型梨木虱在-17℃18 h內(nèi)，其死亡率低于20%。說明冬型梨木虱是一種抗寒能力相對較強(qiáng)的昆蟲，短時(shí)間內(nèi)的冷凍狀態(tài)對其存活影響相對較小。

對越冬點(diǎn)環(huán)境溫度監(jiān)測表明，冬型梨木虱越冬場所溫度處于持續(xù)變化中，當(dāng)環(huán)境溫度開始降低時(shí)，越冬場所的溫度和外界相比較只是相對延時(shí);當(dāng)有太陽輻射時(shí)，越冬場所的溫度增幅明顯高于環(huán)境溫度，對外界環(huán)境變化起到一定的緩沖作用，但未形成如雪被或土層等相對穩(wěn)定的保溫效果。監(jiān)測點(diǎn)自然條件下最低溫度記錄為-19.6℃，1月—2月≤-14℃有7d左右，即在監(jiān)測點(diǎn)冬型梨木虱會經(jīng)歷自然的凍融過程。本研究選擇了-20℃條件下，低于絕大多數(shù)冬型梨木虱的過冷卻點(diǎn)值，即在此溫度條件下絕大多數(shù)個(gè)體為冷凍狀態(tài)，隨著處理時(shí)間的延長，這種冷傷害逐漸積累，死亡率增加。如在冬型梨木虱冷卻狀態(tài)中給予間隔th的融化溫度2、5、10、20℃后，雖然冬型梨木虱都累計(jì)經(jīng)歷了-20℃6h的低溫處理，但其死亡率明顯下降，顯著小于-20℃6 h的持續(xù)低溫處理，表明冬型梨木虱可耐受短時(shí)的反復(fù)凍融且有利于其恢復(fù)機(jī)能。隨著凍融間斷時(shí)間的延長和凍融頻次的降低，除10℃、20℃外這種反復(fù)凍融對冬型梨木虱存活的助益作用則降低，其死亡率甚至高于對照持續(xù)低溫處理。冬型梨木虱這種提高蟲體存活率的方式類同于昆蟲迅速冷馴化過程，在置于致死低溫前，給予適當(dāng)?shù)牡蜏仡A(yù)冷處理后，可降低昆蟲的死亡率。以本研究為例，冬型梨木虱置于-20℃處理前，給予適當(dāng)?shù)蜏仡A(yù)冷處理后，其死亡率和對照相比較均有下降，其中2'C和th時(shí)長的前期預(yù)冷處理有利于提高冬型梨木虱的低溫存活能力，但和傳統(tǒng)冷馴化處理不同的是本研究在預(yù)冷過程中采用的是頻段變溫處理，昆蟲在此過程中會經(jīng)歷多次冷馴化過程;也不同于傳統(tǒng)低溫變溫處理研究，其所設(shè)置的最低溫度多高于過冷卻點(diǎn)。

試驗(yàn)觀察表明，冬型梨木虱在2℃、5℃多處于非活動狀態(tài)，在此融化溫度條件下，隨處理間隔時(shí)長的增加，其死亡率呈遞增趨勢。但當(dāng)融化溫度達(dá)到冬型梨木虱可活動和高于梨木虱發(fā)育的溫度時(shí)（10、20℃），相同處理?xiàng)l件下，其死亡率則降低。說明融化溫度越高可能有利于冬型梨木虱自身修復(fù)并恢復(fù)機(jī)能，在此溫度條件下，凍融頻率對死亡率的影響則相對較小。相似的研究也表明，在低溫處理苜蓿切葉蜂Megachile rotundata、黃腿食蚜蠅、紅尾肉蠅Sarcophaga crassipalpis過程中，如給予間斷性的高溫（發(fā)育溫度）可明顯提高其成活率。另在田間監(jiān)測過程中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冬季中午溫度升高后，冬型梨木虱會爬出越冬點(diǎn)，轉(zhuǎn)入樹梢等溫暖區(qū)域進(jìn)行活動，可能是自然條件下冬型梨木虱進(jìn)行修復(fù)或恢復(fù)機(jī)能的一種行為反應(yīng)。

中國梨木虱廣布于我國南北，報(bào)道最北端為黑龍江，最低氣溫可達(dá)到-21℃或更低，對中國梨木虱的生存起到?jīng)Q定性作用。中國梨木虱越冬過程中氣溫均處于頻繁變化過程中，在這種變溫條件下，一方面冬型梨木虱經(jīng)歷相對溫和的冷馴化過程以提高其抗寒性，另一方面變溫可降低低溫帶來的冷傷害作用。本研究所設(shè)置的變溫梯度和轉(zhuǎn)化頻率在自然條件下較少發(fā)生，但也從側(cè)面反映出了冬型梨木虱對惡劣環(huán)境及應(yīng)對突變溫度的能力。在當(dāng)前全球氣候變化的格局下，隨著冬季溫度的升高，對冬型梨木虱的存活將越有利;在極端天氣事件增多的背景下，探索這種溫度陡變等天氣活動對害蟲的影響，對于了解害蟲適應(yīng)能力和預(yù)測其變化具有一定理的論指導(dǎo)意義。