草地貪夜蛾幼蟲(chóng)耐饑力及饑餓對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的影響

曾 智，賀華良,2，邱 林,2，李有志,2，丁文兵*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2.植物病蟲(chóng)害生物學(xué)與防控湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410128)

昆蟲(chóng)的變態(tài)發(fā)育除受內(nèi)部遺傳因素控制外，也受環(huán)境因子的影響(叢林等, 2015)。食物作為昆蟲(chóng)主要的環(huán)境因素之一，可影響個(gè)體的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。食物短缺是昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)階段普遍存在的一種生存脅迫。不同昆蟲(chóng)的耐饑性不同，不同昆蟲(chóng)饑餓后復(fù)食對(duì)其生長(zhǎng)繁殖的影響也有所不同。蘋(píng)果綿蚜Eriosomalanigerum在饑餓條件下的存活率隨饑餓時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，呈初期緩慢、中間較快、后期緩慢的下降趨勢(shì)，其中4齡若蚜的耐饑餓能力最強(qiáng)(陳建建等, 2013)；美國(guó)白蛾Hyphantriacunea約70%的老熟幼蟲(chóng)因饑餓提前化蛹，長(zhǎng)時(shí)間饑餓后復(fù)食仍可繼續(xù)發(fā)育進(jìn)而繁殖(鞠珍等, 2008)；黑水虻Hermetiaillucens7日齡幼蟲(chóng)的耐饑力較強(qiáng)，饑餓30 d時(shí)存活率仍然達(dá)到了95%，饑餓幼蟲(chóng)復(fù)食后預(yù)蛹重顯著增加(鄧文輝等, 2019)。以上與饑餓相關(guān)的昆蟲(chóng)生物學(xué)特性的研究結(jié)果，為害蟲(chóng)的防治開(kāi)展、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和益蟲(chóng)開(kāi)發(fā)利用等方面提供了重要參考。

草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda(J.E. Smith)，隸屬于鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae灰翅夜蛾屬Spodoptera(Todd & Poole, 2018)，原產(chǎn)于美洲熱帶和亞熱帶地區(qū)，其幼蟲(chóng)可為害玉米、水稻、高粱、甘蔗，以及野生雜草和種植牧草等350多種植物(Montezanoetal., 2018; Prasannaetal., 2018)。該蟲(chóng)是一種遷飛性的重大害蟲(chóng)，自2019年1月被發(fā)現(xiàn)入侵我國(guó)以來(lái)，已成為威脅我國(guó)糧食安全的重大害蟲(chóng)(王磊等, 2019)。草地貪夜蛾具有繁殖力強(qiáng)、適應(yīng)性廣、暴發(fā)性為害、擴(kuò)散蔓延迅速等特點(diǎn)(何莉梅等, 2019)。草地貪夜蛾幼蟲(chóng)數(shù)量眾多時(shí)，大量幼蟲(chóng)集體在田間爬行，暴食沿途作物，行軍般地轉(zhuǎn)移取食，由此得名“行軍蟲(chóng)”(孔德英等, 2019)。成蟲(chóng)通過(guò)遷飛進(jìn)行遠(yuǎn)距離入侵傳播，而國(guó)際貿(mào)易、交通運(yùn)輸、人員貨物往來(lái)等也是草地貪夜蛾傳播的潛在途徑(邱良妙等, 2019)。因此，草地貪夜蛾遷入玉米零碎種植區(qū)后幼蟲(chóng)暴發(fā)或在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸過(guò)程中夾帶幼蟲(chóng)，其都會(huì)面臨由于食物短缺導(dǎo)致的饑餓過(guò)程。而草地貪夜蛾幼蟲(chóng)耐饑力如何，幼蟲(chóng)在生長(zhǎng)過(guò)程中經(jīng)歷饑餓脅迫對(duì)后續(xù)發(fā)育和繁殖有哪些影響，目前尚無(wú)研究報(bào)道。本文旨在明確草地貪夜蛾幼蟲(chóng)的耐饑力，及幼蟲(chóng)饑餓脅迫后復(fù)食對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖力的影響，為草地貪夜蛾幼蟲(chóng)的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移和科學(xué)防治提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲(chóng)源

草地貪夜蛾種群于2019年5月采于湖南省郴州市。成蟲(chóng)產(chǎn)卵后，收集卵塊，待卵孵化后，用細(xì)狼毫筆挑至飼養(yǎng)盒(直徑18.5 cm，高11.5 cm，蓋子中央挖空，并粘上網(wǎng)紗)內(nèi)用新鮮玉米葉進(jìn)行飼養(yǎng)。在飼養(yǎng)過(guò)程中，每天上午轉(zhuǎn)移幼蟲(chóng)至新鮮玉米葉片上。為減少其自相殘殺，4日齡時(shí)將幼蟲(chóng)挑出，80頭/盒進(jìn)行飼養(yǎng)；8日齡時(shí)將幼蟲(chóng)挑至塑料培養(yǎng)皿(直徑9.0 cm、高1.5 cm)內(nèi)單頭飼養(yǎng)直至化蛹。待成蟲(chóng)羽化后飼喂10%蜂蜜水補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，產(chǎn)卵后收集卵塊。卵、幼蟲(chóng)、蛹和成蟲(chóng)均飼養(yǎng)于人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)(溫度26±0.5℃、相對(duì)濕度65%±5%、光周期16 L ∶8 D、光照強(qiáng)度12 000 lx)培養(yǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1不同日齡幼蟲(chóng)的耐饑力

選取草地貪夜蛾初孵幼蟲(chóng)(幼蟲(chóng)孵化1 h內(nèi))、生長(zhǎng)發(fā)育相近的2、4、6、8和10日齡幼蟲(chóng)進(jìn)行饑餓處理，40頭為1重復(fù)，每日齡設(shè)4個(gè)重復(fù)。初孵幼蟲(chóng)和2日齡幼蟲(chóng)蟲(chóng)體較小，為防止幼蟲(chóng)逃逸，將相應(yīng)幼蟲(chóng)挑至滅菌的培養(yǎng)皿后，每皿20頭用消毒紙巾和橡皮筋扎緊；4日齡及后續(xù)幼蟲(chóng)耐饑實(shí)驗(yàn)，均將幼蟲(chóng)單頭挑出置于培養(yǎng)皿中進(jìn)行饑餓處理。每隔6 h統(tǒng)計(jì)饑餓幼蟲(chóng)存活情況，并移除死亡個(gè)體(細(xì)狼毫筆輕觸蟲(chóng)體，蟲(chóng)體不動(dòng)者判為死亡)，直至各處理幼蟲(chóng)全部死亡。

1.2.210日齡幼蟲(chóng)饑餓對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖力的影響

本實(shí)驗(yàn)室前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大部分10日齡幼蟲(chóng)在饑餓脅迫過(guò)程中也能化蛹，因此本次試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行跟蹤測(cè)定饑餓對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖力的影響。每隔1 d觀察其化蛹的時(shí)間，統(tǒng)計(jì)其幼蟲(chóng)歷期，并對(duì)其化蛹率、蛹重、羽化率和單雌產(chǎn)卵量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。單雌產(chǎn)卵量參照王世英等(2019)的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：將待羽化的蛹放置于A4紙對(duì)折制成的紙筒中(直徑9 cm、高10.5 cm)，兩端蓋上塑料培養(yǎng)皿，每個(gè)處理放置1頭雄蟲(chóng)和1頭雌蟲(chóng)，每處理10個(gè)重復(fù)，每個(gè)紙筒中放置裝有足量10%蜂蜜水飼喂，統(tǒng)計(jì)草地貪夜蛾的產(chǎn)卵情況。

1.2.3幼蟲(chóng)饑餓后復(fù)食對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖力的影響

幼蟲(chóng)飼養(yǎng)至8日齡后將幼蟲(chóng)單頭挑至培養(yǎng)皿中，分別設(shè)置饑餓時(shí)長(zhǎng)為0(正常飼養(yǎng)，作為對(duì)照CK)、1、2、3和4 d。挑取各饑餓處理后仍存活的幼蟲(chóng)，再用玉米葉繼續(xù)飼養(yǎng)直至幼蟲(chóng)化蛹，30頭為1重復(fù)，每饑餓時(shí)長(zhǎng)設(shè)3個(gè)重復(fù)。蛹的處理等同上節(jié)所述，分別統(tǒng)計(jì)其幼蟲(chóng)歷期、化蛹率、蛹重、羽化率和單雌產(chǎn)卵量。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤表示，兩組數(shù)據(jù)間比較用SPSS 20.0軟件進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)；多組數(shù)據(jù)比較用Duncan’s新復(fù)極差統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行顯著性差異分析；圖形用Graphpad Prism 8.0軟件進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地貪夜蛾幼蟲(chóng)的耐饑力

不同日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)在饑餓狀態(tài)下的存活時(shí)間差異顯著(P<0.01)(圖1)。初孵幼蟲(chóng)(注：圖中均用0日齡表示)、2、4、6和8日齡幼蟲(chóng)饑餓平均存活時(shí)間分別為1.78、1.54、2.66、3.18和5.70 d。初孵幼蟲(chóng)饑餓下的平均存活時(shí)間(1.78 d)略高于2日齡幼蟲(chóng)饑餓下的平均存活時(shí)間(1.54 d)，兩者沒(méi)有顯著差異；2、4、6和8日齡幼蟲(chóng)隨著日齡的增大，其饑餓下的平均存活時(shí)間相應(yīng)增長(zhǎng)，差異顯著。

圖1 不同日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)在饑餓條件下的平均存活時(shí)間Fig.1 Average longevity of Spodoptera frugiperda larvae of different day-old under starvation

不同日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)隨著饑餓時(shí)長(zhǎng)的不同，其存活率變化不同(圖2)。初孵幼蟲(chóng)、2、4、6和8日齡幼蟲(chóng)在饑餓過(guò)程中開(kāi)始出現(xiàn)死亡的時(shí)間分別為饑餓后的第1.50、1.25、2.00、2.00和3.75天，全部死亡的時(shí)間分別為饑餓后的第2.00、2.50、3.75、5.00和8.50天。

圖2 不同日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)隨饑餓時(shí)間延長(zhǎng)的存活率曲線Fig.2 Survival rate of different day-old larvae of Spodoptera frugiperda under different starvation treatments

2.2 饑餓對(duì)10日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖力的影響

對(duì)10日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)進(jìn)行饑餓處理，有68.3%的幼蟲(chóng)會(huì)在饑餓過(guò)程中化蛹(圖3)。饑餓處理和正常飼養(yǎng)的幼蟲(chóng)化蛹時(shí)間大部分都在14日齡時(shí)。0.6%的10日齡饑餓幼蟲(chóng)在12日齡時(shí)化蛹，此時(shí)正常飼養(yǎng)的幼蟲(chóng)均還未開(kāi)始化蛹；24.4%的饑餓幼蟲(chóng)在13日齡時(shí)化蛹，正常飼養(yǎng)的幼蟲(chóng)化蛹率為5.6%；到14日齡時(shí)饑餓幼蟲(chóng)化蛹率達(dá)到63.1%，正常飼養(yǎng)的幼蟲(chóng)化蛹率為93.3%；當(dāng)幼蟲(chóng)到15日齡時(shí)化蛹率達(dá)到最大值為68.3%，正常飼養(yǎng)的幼蟲(chóng)化蛹率也達(dá)到最大值為96.7%?？梢钥闯?，10日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)在饑餓過(guò)程中的幼蟲(chóng)歷期與正常飼養(yǎng)的幼蟲(chóng)歷期基本吻合。

圖3 10日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)饑餓累計(jì)化蛹率Fig.3 Cumulative pupation rate of the 10 day-old larvae of Spodoptera frugiperda after starvation

10日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)在饑餓過(guò)程中化蛹，其化蛹率、蛹重、羽化率和單雌產(chǎn)卵量較對(duì)照均有顯著差異(表1)。饑餓處理的草地貪夜蛾，其化蛹率(68.3%)、蛹重(0.093 g)、羽化率(60.0%)和單雌產(chǎn)卵量(318.4粒)較對(duì)照指標(biāo)均顯著降低。此外可看出，10日齡幼蟲(chóng)能夠較好地應(yīng)對(duì)饑餓生境，雖然存活率、化蛹率、羽化率、產(chǎn)卵率有所降低，但仍維持較高水平。

2.3 8日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)饑餓后復(fù)食對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的影響

8日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)饑餓1～4 d后復(fù)食，其幼蟲(chóng)歷期受饑餓時(shí)長(zhǎng)影響，化蛹時(shí)幼蟲(chóng)日齡動(dòng)態(tài)結(jié)果見(jiàn)圖4。8日齡幼蟲(chóng)饑餓后復(fù)食，幼蟲(chóng)歷期都較正常飼養(yǎng)組有所增長(zhǎng)。正常飼養(yǎng)組和饑餓1、2、3、4 d復(fù)食組開(kāi)始化蛹時(shí)幼蟲(chóng)的日齡分別是13、15、17、19和18日齡，達(dá)到最大累計(jì)化蛹率分別是在15、18、20、23和22日齡。此外，從圖4可以看出，饑餓4 d后復(fù)食組比饑餓3 d后復(fù)食組幼蟲(chóng)歷期相對(duì)縮短。

圖4 8日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)饑餓及復(fù)食后的累計(jì)化蛹率Fig.4 Cumulative pupation rate of the 8 day-old larvae of Spodoptera frugiperda after starvation and refeeding

8日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)饑餓后復(fù)食對(duì)其化蛹率、蛹重、羽化率和單雌產(chǎn)卵量的影響見(jiàn)表2。饑餓1～3 d的化蛹率與對(duì)照差異不顯著，其化蛹率都在90%以上，饑餓4 d化蛹率(82.2%)較對(duì)照顯著降低；饑餓1 d后復(fù)食其蛹重(0.213 g)顯著增加，饑餓2～4 d其蛹重與對(duì)照相比無(wú)明顯差異；饑餓1～3 d其羽化率差異不顯著，饑餓4 d羽化率(74.4%)較對(duì)照顯著降低；饑餓1～4 d處理間單雌產(chǎn)卵量沒(méi)有顯著性差異，但與對(duì)照相比均顯著降低。

表1 饑餓處理對(duì)10日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)化蛹率、蛹重、羽化率和單雌產(chǎn)卵量的影響

表2 8日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)饑餓不同時(shí)間后復(fù)食對(duì)其化蛹率、蛹重、羽化率和單雌產(chǎn)卵量的影響

3 結(jié)論與討論

在本研究中，26℃飼養(yǎng)下草地貪夜蛾幼蟲(chóng)共有6個(gè)齡期，幼蟲(chóng)歷期為14 d左右，12日齡時(shí)部分幼蟲(chóng)已經(jīng)發(fā)育為老熟幼蟲(chóng)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)中幼蟲(chóng)采用日齡取樣，為更好的適用于田間等情況，根據(jù)對(duì)幼蟲(chóng)所蛻頭殼的觀察，本試驗(yàn)中幼蟲(chóng)日齡與齡期的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：初孵幼蟲(chóng)處于1齡幼蟲(chóng)期，其中2、4、6、8和10日齡幼蟲(chóng)也分別處于其2、3、4、5和6齡幼蟲(chóng)期，為便于討論分析，后文仍用幼蟲(chóng)日齡表示。

食物短缺是昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)階段經(jīng)常會(huì)遭遇的逆境之一。如果長(zhǎng)期缺乏食物，會(huì)影響昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖，甚至導(dǎo)致昆蟲(chóng)死亡。而耐饑餓特性是昆蟲(chóng)長(zhǎng)期適應(yīng)自然的結(jié)果(Rotkopfetal., 2013; 常菊花, 2015)。不同昆蟲(chóng)或處于不同發(fā)育階段的同種昆蟲(chóng)對(duì)食物缺乏表現(xiàn)出不同的適應(yīng)機(jī)制(Nijhout, 2008; 叢林等, 2015)。本研究結(jié)果表明，在饑餓條件下，初孵幼蟲(chóng)饑餓后的平均存活時(shí)間為1.78 d，略高于2日齡幼蟲(chóng)平均存活時(shí)間，幼蟲(chóng)孵化后吃掉卵殼(趙勝園等, 2019)，這可能作為最初的營(yíng)養(yǎng)，使其耐饑力相對(duì)增強(qiáng)。2～8日齡幼蟲(chóng)饑餓后的平均存活時(shí)間隨日齡增大而增長(zhǎng)，約有10%的8日齡幼蟲(chóng)饑餓處理最長(zhǎng)存活時(shí)間可達(dá)7 d以上，但最終在饑餓過(guò)程中均全部死亡。這表明8日齡以內(nèi)幼蟲(chóng)體內(nèi)物質(zhì)能量的積累還不足以支撐其完成世代，這一時(shí)段如果遭遇食物短缺，這對(duì)草地貪夜蛾幼蟲(chóng)存活是致命的。雖然自然條件下很少能達(dá)到試驗(yàn)中饑餓的生境，但饑餓可能導(dǎo)致草地貪夜蛾幼蟲(chóng)間相互殘殺、攻擊等情形(王道通等, 2019)，田間通過(guò)拒食劑結(jié)合玉米栽種期的調(diào)整制造饑餓條件或可有效壓制草地貪夜蛾的種群數(shù)量。

昆蟲(chóng)在長(zhǎng)期適應(yīng)自然的進(jìn)化過(guò)程中可通過(guò)個(gè)體代謝狀態(tài)、行為等改變來(lái)維持自身存活以及種群數(shù)量(Tangetal., 2014; 張海平等, 2017)。大多數(shù)昆蟲(chóng)，通過(guò)縮短幼蟲(chóng)發(fā)育歷期、羽化甚至遷飛等方式來(lái)應(yīng)對(duì)不良環(huán)境的脅迫。如美國(guó)白蛾Hyphantriacunea在饑餓脅迫下，幼蟲(chóng)可提前化蛹，但顯著降低了其羽化率、交配率和產(chǎn)卵量(鞠珍等, 2008)；馬鈴薯甲蟲(chóng)Leptinotarsadecemlineata(Say)在短時(shí)間營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)容易造成遷飛(郭文超等, 2012)。有少數(shù)昆蟲(chóng)則可通過(guò)減緩幼蟲(chóng)發(fā)育速率來(lái)等待食物恢復(fù)(Yangetal., 2015)。本研究中，對(duì)10日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)饑餓處理后，68.3%的幼蟲(chóng)可在饑餓處理過(guò)程中化蛹，但蛹重、羽化率和單雌產(chǎn)卵量較對(duì)照均顯著降低。此外，這些化蛹個(gè)體的的幼蟲(chóng)歷期與正常飼養(yǎng)組基本一致，并未觀察到明顯的提前化蛹或推遲化蛹情形，這表明10日齡幼蟲(chóng)已達(dá)到化蛹的最低體重、能量?jī)?chǔ)備閾值。

昆蟲(chóng)遭遇短暫的饑餓后又獲復(fù)食，也是自然生境的常見(jiàn)情形，饑餓后復(fù)食也會(huì)對(duì)昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)和繁殖產(chǎn)生影響(呂楠楠等, 2018; 鄧文輝等, 2019)。本研究中，8日齡草地貪夜蛾幼蟲(chóng)在持續(xù)饑餓處理過(guò)程中全部死亡，而只給予1～4 d的短暫饑餓脅迫后再?gòu)?fù)食，其可恢復(fù)生長(zhǎng)和繁殖，70%以上幼蟲(chóng)能化蛹、羽化并產(chǎn)卵，但其幼蟲(chóng)歷期較正常飼養(yǎng)組延長(zhǎng)，單雌產(chǎn)卵量也較對(duì)照顯著降低。這表明幼蟲(chóng)經(jīng)歷短時(shí)間饑餓對(duì)其生長(zhǎng)繁殖也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。值得注意的是，饑餓4 d復(fù)食組幼蟲(chóng)化蛹時(shí)間較饑餓3 d復(fù)食組相對(duì)提前，幼蟲(chóng)歷期相對(duì)縮短。已有研究報(bào)道，饑餓脅迫會(huì)導(dǎo)致昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)體內(nèi)激素變化而提前化蛹，例如：橘小實(shí)蠅Bactroceradorsalis幼蟲(chóng)在饑餓脅迫條件下，通過(guò)提高胰島素信號(hào)通路基因的轉(zhuǎn)錄水平使體內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)加強(qiáng)，也能通過(guò)提高蛻皮激素滴度，迫使幼蟲(chóng)提前化蛹，相應(yīng)縮短幼蟲(chóng)期來(lái)應(yīng)對(duì)不良環(huán)境脅迫(許抗抗, 2014; 叢林等, 2015)。此外，侯秋莉(2018)研究發(fā)現(xiàn)干擾橘小實(shí)蠅脂動(dòng)激素受體基因的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致幼蟲(chóng)化蛹推遲，而注射脂動(dòng)激素多肽可使幼蟲(chóng)提前化蛹。因此，在本研究中，饑餓4 d復(fù)食組幼蟲(chóng)化蛹時(shí)間較饑餓3 d復(fù)食組相對(duì)提前，是否與其體內(nèi)這些相關(guān)激素水平改變有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

草地貪夜蛾成蟲(chóng)自身具有較強(qiáng)的飛行擴(kuò)散能力和季節(jié)性遷飛習(xí)性，以尋找適宜環(huán)境完成多個(gè)世代的繁殖(Earlyetal., 2018; 吳秋琳等, 2019)。上述10日齡幼蟲(chóng)可在饑餓生境化蛹羽化，8日齡幼蟲(chóng)經(jīng)歷一定時(shí)間饑餓后復(fù)食可恢復(fù)生長(zhǎng)和繁殖，這種幼蟲(chóng)耐饑適應(yīng)性均有利于其尋找新的適宜生境繁殖為害。