明紋側(cè)柏松毛蟲成蟲羽化及生殖行為*

荊小院 閆瑋華 劉紅霞 許勝利 靳 嶸 高 茹 宗世祥 張金桐

(1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院)生命科學(xué)學(xué)院 太谷 030801； 2. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院)基礎(chǔ)部 太谷 030801； 3. 內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市森林病蟲害防治檢疫站 鄂爾多斯 017000； 4. 內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗森林病蟲害防治檢疫站 準(zhǔn)格爾旗 017100； 5. 北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 北京 100083)

明紋側(cè)柏松毛蟲(Dendrolimussuffuscusillustratus)屬鱗翅目(Lepidoptera)枯葉蛾科(Lasiocampidae)松毛蟲屬(Dendrolimus)，為松科(Pinaceae)林木的主要害蟲，分布于我國山西、陜西、河北、內(nèi)蒙古、河南等省區(qū)。該蟲主要以幼蟲取食側(cè)柏(Platycladusorientalis)、杜松(Juniperusrigida)等林木的嫩芽和針葉，危害嚴(yán)重時可將針葉全部吃光，使林木難以正常生長，整片森林呈現(xiàn)枯黃狀態(tài)。目前，對于明紋側(cè)柏松毛蟲的防治方法主要有人工摘取蟲卵，黑光燈誘蟲，施放白僵菌(Beauveriabassiana)粉炮以及噴灑農(nóng)藥除蟲菊酯等(菅美桃， 2015)，這些防治手段均側(cè)重于害蟲暴發(fā)后的殺滅，而松毛蟲屬害蟲群居數(shù)量巨大，危害蔓延迅猛，且松科樹木常分布于邊遠(yuǎn)、地廣人稀的林區(qū)，因而在該類害蟲的防治中，尋求一種快速，準(zhǔn)確，使用方便且成本低廉的監(jiān)測手段顯得較為重要。

昆蟲性信息素具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)、對天敵無害、可保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，作為直接或者間接的害蟲防治手段在國內(nèi)外已被廣泛使用。目前，全世界已鑒定的昆蟲性信息素或類似物達(dá)1 000多種，數(shù)千萬公頃農(nóng)業(yè)作物與林區(qū)在使用性信息素產(chǎn)品進(jìn)行害蟲防治(Witzgalletal., 2010)，我國投入使用的性信息素產(chǎn)品有100多種。明紋側(cè)柏松毛蟲的生物學(xué)特性，生物、化學(xué)及物理防治已有過相關(guān)報道，但關(guān)于其生殖行為及性信息素產(chǎn)生與釋放節(jié)律研究還未見報道。昆蟲生殖行為相關(guān)的生物學(xué)特性研究，不僅可以獲得昆蟲性行為通訊的相關(guān)信息，而且有助于對性信息素的提取時間做出精確判斷。為此，本研究觀察明紋側(cè)柏松毛蟲的羽化、交配、產(chǎn)卵等行為，通過性趨向試驗(yàn)研究其種內(nèi)引誘作用，為其性信息素研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源及飼養(yǎng)

分別于2019年7月2日和2020年7月12日，在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗神山天然次生林林場明紋側(cè)柏松毛蟲危害比較嚴(yán)重的側(cè)柏林中，采集明紋側(cè)柏松毛蟲蟲繭和蛹。取80 cm × 80 cm × 80 cm的紗籠，里面放置新鮮的側(cè)柏枝葉，將收集好的蟲繭平鋪于枝葉上。將養(yǎng)蟲籠置于通風(fēng)口處，保持自然光周期[(L∶D =14∶10, 溫度(29 ± 1) ℃，相對濕度70%～80%])。每隔2天更換1次側(cè)柏枝葉。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 羽化觀察 將采集來的蛹放入養(yǎng)蟲籠內(nèi)，觀察其羽化過程，并將當(dāng)日羽化成蟲按照性別分別放置于2個紗籠內(nèi)。從籠內(nèi)第1頭成蟲羽化開始統(tǒng)計(jì)其數(shù)量，直至所有蛹羽化完成； 在羽化盛期，每小時統(tǒng)計(jì)并記錄羽化成蟲的性別和數(shù)量，調(diào)查羽化的時動態(tài)及性別比例。設(shè)置重復(fù)3組，共查蛹1 200頭(2019年)和1 000頭(2020年)。

1.2.2 成蟲壽命 將羽化后未交配的雌蟲和雄蟲分別放置于2個紗籠內(nèi)，每籠15頭。再將交配后的雌蟲和雄蟲各取15頭放置于2個同樣的紗籠內(nèi)。每個紗籠內(nèi)懸掛1個用10%蜂蜜水浸泡過的脫脂棉球以供給試驗(yàn)昆蟲所需營養(yǎng)，并放入新鮮的側(cè)柏樹枝。每日觀察其生命活動跡象，記錄成蟲從羽化到死亡的時間。設(shè)置3個重復(fù)，共查蟲180頭。

1.2.3 求偶行為觀察 將初羽化的雌蛾30頭放置在紗籠內(nèi)，籠內(nèi)懸掛10%蜂蜜水浸泡過的脫脂棉球并放入新鮮的側(cè)柏樹枝。在暗期每隔30 min觀察記錄明紋側(cè)柏松毛蟲的求偶行為(預(yù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)明紋側(cè)柏松毛蟲求偶時間僅發(fā)生在暗期，因此求偶行為的觀察只需要在暗期進(jìn)行)，直至籠中所有雌蛾死亡，試驗(yàn)重復(fù)3次，共計(jì)90頭雌蛾。觀察所用光源為紅色燈泡，照度為0.5 lx。

1.2.4 交配行為觀察 將羽化后的雌、雄蛾各30只放置于紗籠內(nèi)，在進(jìn)入暗期后，每1 h觀察1次，連續(xù)觀察6天。設(shè)置3個重復(fù)，共計(jì)90對。

1.2.5 產(chǎn)卵行為及孵化率 將未交配的雌蛾和交配后的雌蛾分別放置于20 cm × 20 cm × 20 cm的紗籠內(nèi)，每籠各1只。紗籠里放置10%蜂蜜水浸泡過的脫脂棉球及新鮮的枝葉以供雌蛾產(chǎn)卵，連續(xù)觀察并記錄雌蛾的產(chǎn)卵數(shù)量及卵的孵化率，共觀察20頭雌蛾。

1.2.6 林間誘蛾活性試驗(yàn) 采用規(guī)格為長30 cm，寬20 cm的三角形誘捕器，底部為白色塑料板，用大頭針將膠板固定在誘捕器底部。將1～6日齡處女蛾放置在小紗籠里(4 cm×4 cm×4 cm)，將小紗籠用鐵絲固定在誘捕器距離誘捕器底部2～3 cm處。采用空白紗籠和未交配的雄蛾作為空白對照。將三角形誘捕器懸掛在危害較嚴(yán)重的側(cè)柏林里，誘捕器間隔30 m以上，隨機(jī)分布。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，共24個誘捕器。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

采用SPSS25.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析(Duncan’s)，圖表用Excel2010制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 羽化行為及動態(tài)節(jié)律

2.1.1 羽化行為 明紋側(cè)柏松毛蟲剛開始羽化時，用頭頂破繭殼，蠕動身軀，直至爬出繭體。初出繭的成蟲渾身皺縮，在紗籠內(nèi)壁緩慢爬行，待蟲體逐漸變干后，開始奮力攀爬，頻繁振翅，直至雙翅完全展開后靜伏于紗籠內(nèi)壁上，羽化完成，整個過程可持續(xù)30～60 min(圖1)。

圖1 明紋側(cè)柏松毛蟲羽化過程Fig. 1 Eclosion process of D. suffuscus illustratus

2.1.2 羽化動態(tài)節(jié)律 明紋側(cè)柏松毛蟲羽化日動態(tài)如圖2所示： 2019年養(yǎng)蟲籠內(nèi)的蛹7月初開始羽化，7月29日左右到達(dá)羽化高峰，總羽化率為88.5%，之后逐漸減少。2020年養(yǎng)蟲籠內(nèi)的蛹7月中旬開始羽化，8月11日左右到達(dá)羽化高峰，總羽化率為83.8%，之后逐漸減少。羽化高峰之前，雄蟲羽化數(shù)較多，之后，雌蟲羽化數(shù)多于雄蟲。明紋側(cè)柏松毛蟲的羽化時動態(tài)如圖3所示： 19:00—2:00都可以觀察到成蟲羽化，羽化高峰為21:00，雌蟲羽化率為16.3%，雄蟲羽化率16.9%。

圖2 明紋側(cè)柏松毛蟲羽化日動態(tài)節(jié)律Fig. 2 Daily rhythm of the emergence of D.suffuscus illustratus

2.2 明紋側(cè)柏松毛蟲雌雄性比

由表1可知，雄成蟲數(shù)量略多于雌成蟲，雌雄比例分別為1∶1.04 (2019年)和1∶1.01 (2020年)。

圖3 明紋側(cè)柏松毛蟲羽化時動態(tài)Fig. 3 Hour-dynamics of D. suffuscus illustratus during emergence相同類型柱上所標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P﹤0.05)，下同。 Histograms of the same type with different small letters indicate significant difference (P﹤0.05). The same below.

表1 明紋側(cè)柏松毛成蟲雌、雄比例(2019和2020年)Tab.1 Ratio of male and female pine hairs of D. suffuscus illustratus (2019, 2020)

2.3 明紋側(cè)柏松毛蟲的壽命

由表2可知：未交配雌蛾平均壽命為4.05天，最長壽命為5天； 未交配的雄蛾平均壽命為5.84天，最長壽命為8天。交配后的雌蛾平均壽命為3.69天，最長為4天； 交配后的雄蛾平均壽命為5.33天，最長壽命為8天。

表2 不同處理成蟲的壽命①Tab.2 Lifespan of adults in different treatments

2.4 明紋側(cè)柏松毛蟲求偶行為及時辰節(jié)律

明紋側(cè)柏松毛蟲在羽化當(dāng)天可以觀察到求偶行為，求偶前期雙翅振動，腹部末端經(jīng)幾次伸縮后，露出腺體，性腺翹起與腹部成一定角度，之后靜伏于紗籠內(nèi)壁，如果沒有交尾可保持此狀態(tài)1～2 h(圖 4)。若受到強(qiáng)光刺激或外界觸碰，雌蛾腺體將縮回，停止求偶。由圖5可知，未交配雌蛾在進(jìn)入暗期0～8 h內(nèi)有求偶行為，1日齡和2日齡成蟲在進(jìn)入暗期8 h內(nèi)均有求偶行為。隨著雌蛾日齡的增長，雌蛾的求偶行為會提前。其中，1日齡和2日齡雌蛾求偶高峰期在暗期6～8 h，分別為40%和 45.5%。3日齡雌蛾求偶高峰期在暗期4～6 h，4日齡和5日齡雌蛾求偶高峰期在進(jìn)入暗期的2～4 h，6日齡雄蛾求偶高峰期在暗期0～2 h。

圖4 明紋側(cè)柏松毛蟲雌蛾召喚狀態(tài)Fig. 4 Calling behavior of D. suffuscus illustratus

圖5 明紋側(cè)柏松毛蟲求偶百分率Fig. 5 The courtship percentage of D. suffuscus illustratus

2.5 明紋側(cè)柏松毛蟲的交配行為

雌雄成蟲的交配行為多呈“一”字型(圖 6)，平均交配時間為10.1 h，未見多次交配。1～6日齡的成蟲都具有交配能力。其中2日齡成蟲交配率最高。交配行為發(fā)生在暗期的0～8 h內(nèi)，1日齡成蟲在進(jìn)入暗期第6～8 h內(nèi)交配率最高為39%； 2日齡成蟲在進(jìn)入暗期第6～8 h內(nèi)交配率最高為45%； 3日齡成蟲在進(jìn)入暗期第4～6 h內(nèi)交配率最高為26%，4日齡成蟲進(jìn)入暗期2～4 h內(nèi)交配率最高為25.6%，5日齡成蟲在進(jìn)入暗期第0～2 h內(nèi)交配率最高為16%(圖 7)，6日齡成蟲交配率較其他日齡差異顯著，交配率降低。

2.6 產(chǎn)卵及卵孵化率

卵多產(chǎn)于紗籠四周壁上或寄主枝葉上，塊狀分布。卵呈黃綠色，長1.8～2.0 mm,寬1.2～1.5 mm，橢圓形(圖8)。未交配雌蛾也可產(chǎn)卵，產(chǎn)卵量為160.7粒，卵孵化率為0； 交配后的雌蛾平均產(chǎn)卵數(shù)為154.1粒，卵平均孵化率為94.8%(表3)。

圖6 明紋側(cè)柏松毛蟲交配行為Fig. 6 Mating behavior of D. suffuscus illustratus

圖7 明紋側(cè)柏松毛蟲交配百分率Fig. 7 The mating percentage of D. suffuscus illustratus

圖8 明紋側(cè)柏松毛蟲卵Fig. 8 Eggs of D. suffuscus illustratus

表3 雌蛾的產(chǎn)卵量及卵孵化率Tab.3 Number of eggs laid and hatch rate of female moths

2.7 性趨向試驗(yàn)

林間誘蛾試驗(yàn)的結(jié)果表明，處女蛾可以引誘到雄蛾，空白對照和雄蛾均未引誘到雄蛾。不同日齡雌蛾誘捕到的雄蟲數(shù)量不等，其中以2日齡處女蛾平均誘蛾數(shù)最多，為24頭，與其他日齡處女蛾誘蛾數(shù)對比差異顯著。隨著日齡的增加，處女蛾誘蛾數(shù)逐漸降低(圖 9)。

圖9 不同明紋側(cè)柏松毛蟲野外誘蛾數(shù)量Fig. 9 Number of male moths trapped by different D. suffuscus illustratus in the field

3 討論

明紋側(cè)柏松毛蟲的羽化行為僅發(fā)生在暗期，羽化高峰期集中在21:00，雌雄比接近1∶1(2019年： 1∶1.04； 2020年： 1∶1.01)，雄蛾先羽化。在蛾類昆蟲中，雄蛾較雌蛾早羽化的現(xiàn)象較常見，如六星黑點(diǎn)豹蠹蛾(Zeuzeraleuconotum)(劉金龍等， 2011)、褸裳夜蛾 (Catocalaremissa)(鄭海霞等， 2014)，油松球果螟 (Dioryctriamendacella)(辛海萍等， 2012)，黃野螟(Heortiavitessoides)(王忠等， 2018)等。2019年和2020年明紋側(cè)柏松毛蟲的羽化周期有所不同， 2020年羽化期明顯晚于2019年，這可能是由于2019年和2020年7、8月份溫度氣候相差較大導(dǎo)致， 2019年7月份平均溫度為32 ℃，相較于2020年7月份平均氣溫28 ℃高，加之2020年7月份雨天較多，導(dǎo)致成蟲羽化高峰期延后，這說明明紋側(cè)柏松毛蟲的羽化容易受到溫度和濕度的影響。環(huán)境溫度、濕度和光周期的變化均可從不同角度影響昆蟲的羽化進(jìn)程，溫度、空氣相對濕度過高或過低均不利于蛹的羽化(范立鵬等， 2014； 2018)，如： 氣溫降低可致使松褐天牛(Monochamusaltematus)的羽化數(shù)降低(蔡華等， 2016)，楊小舟蛾(Micromelalophasieversi)、核桃舉肢蛾(Atrijuglanshetaohei)(南小寧等， 2017)的羽化同樣也受到溫度和相對濕度的影響。

未交配成蟲平均壽命為(4.05 ± 0.11)天(雌蟲)和(5.84 ± 0.14)天(雄蟲)。交配后的雌蛾雄蛾平均壽命均低于未交配的雌蛾雄蛾壽命，這與黃褐幕枯葉蛾(Malacosomaneustriatestacea)類似(武玉潔等， 2015)，交配使得雌雄蛾壽命均縮短，這可能是由于交配消耗成蟲體內(nèi)能量，致使其壽命變短。小地老虎(Agrotisypsilon)(向玉勇等， 2010)、六星黑點(diǎn)豹蠹蛾(劉金龍等， 2011)、褸裳夜蛾(鄭海霞等， 2014)等也出現(xiàn)類似現(xiàn)象。

明紋側(cè)柏松毛蟲在羽化當(dāng)日有求偶和交配行為，2日齡成蟲求偶與交配率最高，之后隨著日齡的增加，成蟲求偶高峰期會前移，交配率下降，該結(jié)果與沙柳木蠹蛾(Holcocerusarenicola)(Jingetal.， 2010)、六星黑點(diǎn)豹蠹蛾(劉金龍等， 2011)、竹筍基夜蛾(Kumasiakumaso)(舒金平等， 2012)、蘆筍木蠹蛾(Isocerassibirica)(Liuetal.， 2013)、櫟黃枯葉蛾(Trabalavishnougigantina)(劉永華等， 2013)、榆木蠹蛾(Holcocerusvicarius)(楊美紅等， 2010)、小木蠹蛾(Holcocerusinsularis)(張金桐等， 2001)等許多蛾類的求偶與交配情況相一致。Swier等(1977)認(rèn)為老齡處女蛾通過求偶行為的提前來增加與幼齡處女蛾的競爭能力，老齡處女蛾的召喚時間延長，這一點(diǎn)與Mazor等(2005)對Autographagamma和Cornutiplusiacircumflexa的研究結(jié)果一致，通過召喚時間的提前和延長達(dá)到提高對雄蛾引誘機(jī)率的目的，或是為了避免受低溫對求偶和交配的影響，從而使日齡較大的雌蛾有更多的交配機(jī)會。

田間誘蛾試驗(yàn)表明，未交配雌蛾均能引誘到雄蛾，2日齡雌蛾誘蛾量最高，為24 頭，雄蛾與交配后雌蛾的誘捕量為0，此結(jié)果證明明紋側(cè)柏松毛蟲通過雌蛾釋放的化學(xué)信息物質(zhì)—性信息素作為化學(xué)媒介聯(lián)系，且不同日齡雌蛾體內(nèi)性信息素含量不同，隨著日齡的增加誘蛾量減少，該現(xiàn)象與求偶和交配結(jié)果一致，說明雌蛾體內(nèi)性信息素的含量隨著日齡的增加將會逐步降低。

利用昆蟲性信息素防治有害昆蟲是目前生態(tài)防治的途徑之一。如能采用性信息素誘捕技術(shù)或干擾交配技術(shù)防治該害蟲，可極大地減少次年明紋側(cè)柏松毛蟲的蟲口密度，達(dá)到有效防控的目的。而生殖生物學(xué)方面的研究是利用性信息素來防治明紋側(cè)柏松毛蟲的重要內(nèi)容。本研究結(jié)果為下一步利用氣相色譜-觸角電位技術(shù)(Gas chromatography-electroantennographic detection, GC-EAD)及氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)(Gas chromatography-Mass spectrometer, GC-MS)鑒定明紋側(cè)柏松毛蟲的性信息素提供了試驗(yàn)依據(jù)。

4 結(jié)論

明紋側(cè)柏松毛蟲是雌雄交配生殖，雌雄蛾之間的通訊方式為雌蛾釋放性信息素作為媒介引誘雄蛾，而雌性對雌性、雄性對雄性無引誘作用。明紋側(cè)柏松毛蟲的羽化和生殖行為有一定的時辰節(jié)律。