短時(shí)低溫對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)種群增長(zhǎng)的影響

廖江花, 劉 娟, 劉 霞, 胡恒志, 牛 平, 韓露露, 孫函函, 李 超

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 自治區(qū)教育廳農(nóng)林有害生物監(jiān)測(cè)與安全防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830052)

馬鈴薯甲蟲(chóng)Leptinotarsadecemlineata是馬鈴薯生產(chǎn)中的毀滅性害蟲(chóng)，為我國(guó)檢疫性有害生物，能夠?qū)︸R鈴薯造成嚴(yán)重危害。馬鈴薯甲蟲(chóng)成蟲(chóng)和幼蟲(chóng)均取食葉片，危害嚴(yán)重時(shí)葉片被吃光，僅剩莖稈，并常常伴隨著傳播馬鈴薯環(huán)腐病菌和褐斑病菌，從而造成馬鈴薯大幅度減產(chǎn)(Alyokhinetal., 2008; Wójtowiczetal., 2013)。馬鈴薯甲蟲(chóng)最初起源于美國(guó)，1993年在我國(guó)新疆伊犁地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)傳播擴(kuò)散，目前已在新疆北疆大部分地區(qū)分布(Lietal., 2014; Khelifietal., 2015; 李紅衛(wèi)等, 2020)。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2019年5月印發(fā)的《全國(guó)農(nóng)業(yè)植物檢疫性有害生物分布行政區(qū)名錄》顯示，馬鈴薯甲蟲(chóng)目前已在我國(guó)的3個(gè)省(區(qū)、市)，45個(gè)縣(區(qū)、市)分布(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳, 2019)。新疆作為馬鈴薯甲蟲(chóng)的分布區(qū)，又地處絲綢之路核心地帶，隨著外來(lái)貿(mào)易的頻繁，將加大馬鈴薯甲蟲(chóng)傳播擴(kuò)散的可能(Wangetal., 2020)，馬鈴薯甲蟲(chóng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警變得尤為重要。

幾乎所有流行性、暴發(fā)性、毀滅性的農(nóng)作物重大病蟲(chóng)害的發(fā)生、發(fā)展、流行都和氣象條件密切相關(guān)，氣候變化下昆蟲(chóng)的發(fā)生危害情況將直接影響到國(guó)家的糧食安全與生態(tài)安全(張平平, 2017)。IPCC評(píng)估報(bào)告指出，在全球變暖的背景下，極端氣候事件頻發(fā)(Seneviratneetal., 2012; Stockeretal., 2013; 王岱等, 2016)，極端溫度事件的強(qiáng)度和頻率出現(xiàn)了顯著的變化(Zhouetal., 2018)，有研究表明，1990-2000年全球?yàn)?zāi)難級(jí)別極端天氣發(fā)生是20世紀(jì)中期的6倍，我國(guó)極端低溫總年數(shù)出現(xiàn)較大的增長(zhǎng)(林婧婧, 2015)。昆蟲(chóng)屬于變溫動(dòng)物，會(huì)受到周?chē)h(huán)境的影響，低溫影響昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育(高桂珍等, 2012; Duanetal., 2013; Cervantèsetal., 2018; Michaudetal., 2018)、繁殖能力(黃旭光, 2018)、結(jié)繭次數(shù)(Cervantèsetal., 2018)、越冬(Duanetal., 2020)等。盡管許多昆蟲(chóng)都進(jìn)化出有效的機(jī)制，去應(yīng)對(duì)正常季節(jié)溫度的變化(Fang and Sommer, 2017)，但是非正常的季節(jié)溫度仍對(duì)昆蟲(chóng)有影響(Duanetal., 2020)。

馬鈴薯甲蟲(chóng)的最適發(fā)育溫度是25～30℃(Hurst, 1975; Hare, 1990)，在嚴(yán)酷和不適宜生長(zhǎng)的環(huán)境下馬鈴薯甲蟲(chóng)能夠利用其遺傳多樣性、較低的有效積溫或滯育、休眠越冬等生物學(xué)特性來(lái)適應(yīng)環(huán)境(Hare, 1990; Boman, 2008; 吐?tīng)栠d·阿合買(mǎi)提等, 2010)，但極端溫度仍對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)有著不利影響，馬鈴薯甲蟲(chóng)的發(fā)育最低溫度為6～11.5℃(Hurst, 1975)，馬鈴薯甲蟲(chóng)過(guò)冷點(diǎn)為-5.7～-6.15℃(Minder and Chesnek, 1970)，在-5.8℃下處理馬鈴薯甲蟲(chóng)卵24 h，會(huì)導(dǎo)致50%的馬鈴薯甲蟲(chóng)卵死亡(Hiiesaaretal., 2014)。雖然在季節(jié)性氣候中，馬鈴薯甲蟲(chóng)能夠利用有效的機(jī)制去應(yīng)對(duì)環(huán)境變化，但在極端溫度下馬鈴薯甲蟲(chóng)會(huì)受到不利影響，那么非季節(jié)性溫度(如倒春寒短時(shí)低溫或夏季短時(shí)高溫)是否會(huì)對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)有影響，又受到怎樣的影響，值得研究。

馬鈴薯甲蟲(chóng)整個(gè)世代的發(fā)育起點(diǎn)溫度為8.1℃(洪波等, 2009)；當(dāng)4月份溫度達(dá)到8℃以上，有效積溫達(dá)50日·度時(shí)，成蟲(chóng)開(kāi)始出土(吐?tīng)栠d·阿合買(mǎi)提等, 2010)，補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)和產(chǎn)卵(郭文超等, 2011)，因此本研究選擇8℃作為試驗(yàn)研究溫度。通過(guò)研究在8℃下馬鈴薯甲蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育變化，可為倒春寒短時(shí)低溫等這類(lèi)天氣出現(xiàn)時(shí)，馬鈴薯甲蟲(chóng)的發(fā)生情況提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 寄主及蟲(chóng)源

寄主植物：馬鈴薯種薯來(lái)自于甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所，品種為“荷蘭15”，將馬鈴薯種薯于室外試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行種植(除澆水外，不施加任何的肥料、藥劑)，當(dāng)馬鈴薯植株生長(zhǎng)至15～20 cm時(shí)采集植株中上部的馬鈴薯葉片飼養(yǎng)馬鈴薯甲蟲(chóng)。

蟲(chóng)源：馬鈴薯甲蟲(chóng)成蟲(chóng)于2020年6月采集于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)十二師西山農(nóng)牧場(chǎng)(43.6132°N, 87.3831°E，海拔1 357 m)，采集后放置在人工氣候箱內(nèi)(溫度27±1℃，相對(duì)濕度70%±5%，光周期16L∶8D)，利用前期種植的馬鈴薯葉片進(jìn)行飼養(yǎng)，飼養(yǎng)2代后，收集第2代馬鈴薯甲蟲(chóng)成蟲(chóng)產(chǎn)的卵塊進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 8℃低溫短時(shí)處理后馬鈴薯甲蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的測(cè)定

收集室內(nèi)馬鈴薯甲蟲(chóng)種群同一天產(chǎn)的卵塊(一個(gè)卵塊25～30粒卵)，將卵塊放置在9 cm的培養(yǎng)皿中后，放置在冰箱(BCD-515WEFA1，TCL)內(nèi)低溫8℃處理，27℃處理為對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)3次。分別處理1, 3和5 d后將卵取出放置在人工氣候箱內(nèi)(溫度27±1℃，相對(duì)濕度70%±5%，光周期16L∶8D)進(jìn)行孵化，孵化后利用馬鈴薯葉片(利用脫脂棉蘸取蒸餾水，包裹馬鈴薯葉基部進(jìn)行保濕)進(jìn)行群體飼養(yǎng)(秦建洋等, 2017)，當(dāng)4齡老熟幼蟲(chóng)停止取食時(shí)將其轉(zhuǎn)移在塑料碗中化蛹、羽化，塑料碗內(nèi)放入距碗口3 cm的沙土，并噴灑適量的蒸餾水，保證土壤濕度使其能夠羽化為成蟲(chóng)(李超等, 2013)。羽化后的成蟲(chóng)按照雌雄1∶1的比例進(jìn)行配對(duì)，試驗(yàn)中同一時(shí)期羽化的雌雄蟲(chóng)優(yōu)先進(jìn)行配對(duì)，如果沒(méi)有雄蟲(chóng)再選擇同一處理?xiàng)l件下飼養(yǎng)的雄蟲(chóng)進(jìn)行配對(duì)，如果雄蟲(chóng)死亡，則選擇同一條件下飼養(yǎng)的雄蟲(chóng)進(jìn)行補(bǔ)充，停止記錄雄蟲(chóng)的存活天數(shù)，如果雌蟲(chóng)死亡則停止記錄雌蟲(chóng)產(chǎn)卵與存活天數(shù)(楊紹佳等, 2018)。試驗(yàn)過(guò)程中每日觀察馬鈴薯甲蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育，馬鈴薯甲蟲(chóng)幼蟲(chóng)齡期判斷參照馬鈴薯甲蟲(chóng)疫情監(jiān)測(cè)規(guī)程(王福祥等, 2009)，并記錄各蟲(chóng)態(tài)的存活情況及成蟲(chóng)的產(chǎn)卵情況。

1.3 8℃低溫短時(shí)處理后馬鈴薯甲蟲(chóng)的種群參數(shù)分析

利用1.2節(jié)中記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立試驗(yàn)種群生命表，并計(jì)算種群參數(shù)[內(nèi)稟增長(zhǎng)率(r)、周限增長(zhǎng)率(λ)、凈增殖率(R0)、平均世代周期(T)、特定年齡存活率(lx)、特定年齡生殖力(mx)，x為特定年齡(d)]。主要種群參數(shù)計(jì)算公式如下：

周限增長(zhǎng)率(λ)：λ=er;

通過(guò)以上種群參數(shù)，來(lái)評(píng)估馬鈴薯甲蟲(chóng)種群的增長(zhǎng)潛力(鄭曉敏等, 2016; 齊心等, 2019)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS21.0軟件對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)各發(fā)育階段的卵孵化率、發(fā)育歷期、存活率和馬鈴薯甲蟲(chóng)種群參數(shù)進(jìn)行單因素方差分析，并采用LSD多重比較，評(píng)估低溫處理不同天數(shù)下的各參數(shù)的差異顯著性(杜軍利等, 2018)。

2 結(jié)果

2.1 低溫處理對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)發(fā)育歷期的影響

馬鈴薯甲蟲(chóng)卵經(jīng)8℃低溫處理不同天數(shù)后，卵期存在顯著差異(F=94.943,df=5,P=0.000)，隨著低溫處理天數(shù)的增加，各處理卵期顯著延長(zhǎng)(P<0.05)。8℃低溫處理3 d和5 d時(shí)的1齡幼蟲(chóng)發(fā)育歷期均顯著長(zhǎng)于對(duì)照(P<0.05)，但兩者間無(wú)顯著差異(P>0.05)，處理1 d時(shí)的1齡幼蟲(chóng)的發(fā)育歷期長(zhǎng)于對(duì)照，但其差異未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。2齡幼蟲(chóng)(F=2.175,df=4,P=0.179)，3齡幼蟲(chóng)(F=1.170,df=4,P=0.387)，4齡幼蟲(chóng)(F=1.557,df=4,P=0.283)，蛹(F=0.792,df=4,P=0.495)的發(fā)育歷期在各處理組間均無(wú)顯著差異(表1)。

表1 馬鈴薯甲蟲(chóng)卵經(jīng)8℃低溫處理不同天數(shù)后各發(fā)育階段歷期

2.2 低溫處理對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)卵孵化率和存活率的影響

馬鈴薯甲蟲(chóng)卵經(jīng)8℃低溫處理1 d后，卵孵化率低于對(duì)照，但與對(duì)照間差異未達(dá)到顯著水平(P>0.05)；處理3 d和5 d時(shí)的卵孵化率顯著低于對(duì)照(P<0.05)。8℃低溫處理5 d時(shí)的1齡幼蟲(chóng)存活率顯著低于對(duì)照和處理1 d時(shí)(P<0.05)；處理3 d和5 d時(shí)由卵發(fā)育至成蟲(chóng)的存活率顯著低于對(duì)照和處理1 d時(shí)(P<0.05)；與對(duì)照相比，2齡幼蟲(chóng)(F=0.428,df=5,P=0.738)，3齡幼蟲(chóng)(F=0.287,df=5,P=0.833)，4齡幼蟲(chóng)(F=0.389,df=5,P=0.764)和蛹的存活率(F=0.604,df=5,P=0.631)在各處理組均無(wú)顯著性差異(表2)。

表2 馬鈴薯甲蟲(chóng)卵經(jīng)8℃低溫處理不同天數(shù)后的卵孵化率和各發(fā)育階段存活率

2.3 低溫處理對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)的種群參數(shù)的影響

馬鈴薯甲蟲(chóng)卵經(jīng)8℃低溫處理3 d后，內(nèi)稟增長(zhǎng)率顯著低于對(duì)照(P=0.020)和處理1 d時(shí)(P=0.030)，而處理1 d時(shí)的內(nèi)稟增長(zhǎng)率與對(duì)照無(wú)顯著性差異(P=0.886)。馬鈴薯甲蟲(chóng)在8℃低溫脅迫3 d時(shí)的周限增長(zhǎng)率顯著低于對(duì)照(P=0.019)和處理1 d時(shí)(P=0.029)，而處理1 d時(shí)的周限增長(zhǎng)率與對(duì)照無(wú)顯著性差異(P=0.884)。馬鈴薯甲蟲(chóng)在8℃低溫3 d時(shí)的凈增殖率顯著低于對(duì)照(P=0.004)和處理1 d時(shí)(P=0.032)，而處理1 d時(shí)的凈增殖率與對(duì)照無(wú)顯著性差異(P=0.077)。馬鈴薯甲蟲(chóng)在8℃低溫脅迫1 d(46.1925)和3 d(50.1707)的平均世代時(shí)間(T)均低于對(duì)照(52.2366)，但三組間無(wú)顯著性差異(F=0.923,df=5,P=0.468)(表3)。

表3 馬鈴薯甲蟲(chóng)卵經(jīng)8℃低溫處理不同天數(shù)后的種群參數(shù)

3 結(jié)論與討論

低溫下昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育將會(huì)減緩，短時(shí)低溫對(duì)昆蟲(chóng)的繁殖率、存活率和性比能造成影響(陳卓等, 2020; Huangetal., 2020; Scaccinietal., 2020)，低溫出現(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)昆蟲(chóng)發(fā)育影響不同(Hiiesaaretal., 2014; Duanetal., 2020)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)短時(shí)低溫不利于馬鈴薯甲蟲(chóng)種群生長(zhǎng)發(fā)育，馬鈴薯甲蟲(chóng)卵在8℃低溫處理1, 3和5 d后卵期較對(duì)照均顯著延長(zhǎng)(表1)，處理3和5 d時(shí)卵孵化率較對(duì)照顯著降低(表2)，處理3 d時(shí)內(nèi)稟增長(zhǎng)率、周限增長(zhǎng)率和凈增殖率均顯著低于對(duì)照(表3)。

本研究發(fā)現(xiàn)在27℃下馬鈴薯甲蟲(chóng)卵期最短為4.68 d(表1)，與周昭旭等(2010)在27℃下研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯甲蟲(chóng)的卵期(4.1 d)時(shí)間基本一致，低溫處理后的馬鈴薯甲蟲(chóng)的卵期明顯長(zhǎng)于未經(jīng)過(guò)低溫處理(對(duì)照)的卵期，這與Hiiesaar等(2014)研究發(fā)現(xiàn)卵期隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而延長(zhǎng)一致，說(shuō)明在經(jīng)過(guò)短時(shí)的低溫處理后馬鈴薯甲蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育延緩。昆蟲(chóng)為了完成各個(gè)發(fā)育階段生命活動(dòng)，需要從外界環(huán)境攝取一定的熱量，各發(fā)育階段所需熱量為一個(gè)常數(shù)(有效積溫)。本研究發(fā)現(xiàn)，短時(shí)低溫延長(zhǎng)了卵的發(fā)育歷期(表1)，黃禹禹等(2021)對(duì)南亞實(shí)蠅Bactroceratau的研究中也發(fā)現(xiàn)短時(shí)低溫會(huì)延遲卵的發(fā)育歷期，李浩等(2015)發(fā)現(xiàn)短時(shí)低溫處理沙蔥螢葉甲Galerucadaurica1齡幼蟲(chóng)后，會(huì)延遲1齡幼蟲(chóng)的發(fā)育歷期，所以短時(shí)低溫處理會(huì)延遲馬鈴薯甲蟲(chóng)卵的發(fā)育歷期，可能原因是在低溫處理過(guò)程中，有效積溫較低，需要更多天數(shù)去累積溫度，達(dá)到發(fā)育階段所需要的積溫，從而延長(zhǎng)了發(fā)育歷期。內(nèi)稟增長(zhǎng)率是反映特定環(huán)境條件下昆蟲(chóng)種群增長(zhǎng)潛力的重要參數(shù)，該值越大，則該昆蟲(chóng)種群發(fā)展越快；反之，昆蟲(chóng)種群發(fā)展緩慢。低溫處理3 d的r值下降，說(shuō)明低溫處理馬鈴薯甲蟲(chóng)將影響其種群的增長(zhǎng)潛力(秦建洋等, 2017)。

前人在-3,-4,-5,-6或-7℃下對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，處理24 h馬鈴薯甲蟲(chóng)的致死溫度為-5.8℃，在-3,-4和-5℃的溫度下處理24 h對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)卵的孵化影響不大，在-6℃下，孵化率顯著下降，-7℃下馬鈴薯甲蟲(chóng)卵將不能孵化，并且在恒定溫度-3℃下處理不同天數(shù)后發(fā)現(xiàn)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)馬鈴薯甲蟲(chóng)卵的孵化率降低(Hiiesaaretal., 2014)，周昭旭等研究發(fā)現(xiàn)在15℃下馬鈴薯甲蟲(chóng)卵的孵化率為52.75%(羅進(jìn)倉(cāng)等, 2010; 周昭旭等, 2010)，F(xiàn)erro等(1985)研究發(fā)現(xiàn)在12℃下，馬鈴薯甲蟲(chóng)不能完成世代發(fā)育。前人已對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)卵在零下溫度的孵化率，及12℃以上的孵化率進(jìn)行了研究，在0～12℃之間的研究較少。

本試驗(yàn)通過(guò)研究8℃短時(shí)低溫脅迫馬鈴薯甲蟲(chóng)的卵后馬鈴薯甲蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育情況和繁殖情況，明確了短時(shí)低溫處理對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)的種群生命參數(shù)可產(chǎn)生不利影響，延緩和降低了馬鈴薯甲蟲(chóng)種群增長(zhǎng)，但實(shí)際農(nóng)田中氣候條件多變，溫度波動(dòng)頻繁，并且天敵、寄主等均可對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)種群增長(zhǎng)造成影響，因此實(shí)際條件下短時(shí)低溫天氣的出現(xiàn)對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)的種群增長(zhǎng)的影響，還需進(jìn)一步驗(yàn)證。