低溫和外源水分對(duì)中國(guó)梨木虱耐寒性和存活率的影響

趙龍龍，張未仲，胡增麗，劉朝紅

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 果樹研究所，山西晉中 030815)

中國(guó)梨木虱Cacopsyllachinensis屬半翅目木虱科昆蟲，是梨樹生產(chǎn)中的主要害蟲，廣布于中國(guó)各大梨果產(chǎn)區(qū)[1]。中國(guó)梨木虱(梨木虱)相對(duì)于其他梨樹害蟲，具有為害期長(zhǎng)，發(fā)生隱蔽、蟲口基數(shù)大、易成災(zāi)等特點(diǎn)。近年來，隨著化學(xué)防治頻次的增加和用藥種類的頻繁更替，致使梨木虱抗藥性明顯提升，現(xiàn)已成為當(dāng)前梨樹生產(chǎn)中的主要防控對(duì)象。春季，梨木虱成蟲、幼蟲多聚集在嫩葉或嫩枝上吸食，除造成葉片畸形外，還可引起嫩枝傷流。夏秋季梨木虱多在葉背為害，所分泌蜜露粘連葉片或果實(shí)，滋生霉污影響葉片光合作用，重發(fā)生時(shí)則致使提前落葉[2]。此外，因梨木虱具有喜陰特性，部分梨木虱轉(zhuǎn)入套袋梨果進(jìn)行為害，明顯影響到梨果品質(zhì)和商品性。梨木虱隨季節(jié)變化表現(xiàn)出明顯的兩型特征，分別為冬型和夏型[3]。夏型梨木虱主要發(fā)生于梨樹生長(zhǎng)期，冬型梨木虱只有成蟲一種蟲態(tài)，主要發(fā)生于梨樹休眠期，是梨木虱度過不良環(huán)境和越冬的主要蟲態(tài)[4]。

昆蟲屬變溫動(dòng)物，溫度對(duì)其生存、代謝、繁殖、壽命等生命活動(dòng)具有重要影響，昆蟲對(duì)溫度的適應(yīng)能力也決定了它的分布時(shí)空和存活情況[5-6]。在溫帶地區(qū)，受季節(jié)變化影響，昆蟲需經(jīng)歷冬季低溫過程，變溫前，一些昆蟲開始轉(zhuǎn)入越冬場(chǎng)所或進(jìn)入某一發(fā)育階段(如滯育狀態(tài))以降低低溫帶來的不利影響，另一些昆蟲則通過調(diào)整生理狀態(tài)或體內(nèi)物質(zhì)成份以提高自身耐寒性來適應(yīng)低溫環(huán)境，如昆蟲體內(nèi)水分降低、脂肪和糖類等物質(zhì)含量在越冬期間普遍提高[7-9]。在評(píng)價(jià)昆蟲耐寒性過程中，通常將過冷卻點(diǎn)溫度作為一項(xiàng)重要指標(biāo)，另根據(jù)昆蟲在不同低溫下的存活特點(diǎn)，將其劃分為不同耐寒類型，通常分為三大類型：①避免結(jié)冰型；②耐結(jié)冰型；③防冷凍脫水型[10]。

冬型梨木虱主要于樹皮裂縫、枯葉、雜草處越冬，所處越冬微環(huán)境易受低溫、降水的影響，冬型梨木虱對(duì)這種不利環(huán)境的適應(yīng)能力大小則直接關(guān)系到其冬季存活情況及次年的蟲口基數(shù)大小。目前，關(guān)于中國(guó)梨木虱的耐寒性及外源水分對(duì)其存活的影響卻鮮見報(bào)道，因此，本研究通過測(cè)定冬型梨木虱耐寒性指標(biāo)及在有無外源水分條件下的低溫存活能力，以探究其低溫適應(yīng)性，為預(yù)測(cè)其種群發(fā)生程度和指導(dǎo)防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試蟲源：試驗(yàn)用蟲采自山西省晉中市太谷區(qū)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所梨樹試驗(yàn)基地，梨樹株行距3 m×4 m，樹齡≥20 a，樹形自由紡錘型，樹勢(shì)中等偏旺。10月和翌年3月，在梨樹枝條下方撐開白布，用塑料錘敲擊枝條，將冬型梨木虱振落于白布上進(jìn)行收集或用毛筆直接刷取停落在枝條上的冬型梨木虱。根據(jù)冬型梨木虱喜好于梨樹粗皮裂縫越冬特點(diǎn)，10月下旬前，刮除梨樹粗皮或進(jìn)行枝干涂白惡化冬型梨木虱的自然越冬場(chǎng)所后，在枝干纏繞瓦楞紙人工模擬梨木虱的越冬場(chǎng)所，誘集梨木虱鉆入越冬。11、12月及翌年1、2月，用小型毛筆刷取在瓦楞紙內(nèi)越冬的冬型梨木虱，備用。

儀器：SUN-Ⅱ型智能昆蟲過冷卻點(diǎn)測(cè)定儀(北京鵬程電子科技有限公司)，冷凍冰箱BCD-320WD11MY(海信容聲(廣東)冰箱有限公司)和低溫生化培養(yǎng)箱LRH-250CB(上海一恒科技有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 冬型梨木虱過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)測(cè)定 冬型梨木虱過冷卻點(diǎn)(Supercooling point，SCP)和結(jié)冰點(diǎn)(Freezing point，F(xiàn)P)采用熱敏電阻法原理進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量前先將裝有冬型梨木虱離心管(25 mL)置于1 ℃冷柜中約20 min，取出置于冰袋上待用。過冷卻點(diǎn)測(cè)定前用牙簽挑取微量粘蟲膠粘在(≤1 mm2)過冷卻點(diǎn)儀的熱敏電阻探頭上，將冬型梨木虱頭部固定于膠上，腹部末端再點(diǎn)微量膠，使其緊貼熱敏探頭。將粘好的冬型梨木虱及熱敏探頭用少量脫脂棉輕裹，再裝入塑料管中待測(cè)。采集數(shù)據(jù)時(shí)，將上述處理好的冬型梨木虱放入-30 ℃的低溫培養(yǎng)箱中，過冷卻點(diǎn)儀一端連接電腦，每0.5 s記錄1次溫度數(shù)值，直到溫度無變化為止。當(dāng)蟲體體液結(jié)冰時(shí)，由于潛熱釋放使記錄儀所記錄的曲線向上回折，根據(jù)回折點(diǎn)讀出過冷卻點(diǎn)值，潛熱釋放后，溫度降低時(shí)的折點(diǎn)為結(jié)冰點(diǎn)值。10、11、12及翌年1、2、3月中旬采集1次冬型梨木虱，每次測(cè)定試蟲不少于150頭。測(cè)試完成后用脫脂棉蘸取酒精(98%)清除熱敏探頭上的蟲體及粘蟲膠等雜物，再用冰水混合物校正溫度以進(jìn)行下組測(cè)試。

1.2.2 無外源水分下冬型梨木虱的低溫存活能力 無外源水分下冬型梨木虱的低溫存活能力選用2月份冬型梨木虱進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)溫度梯度，分別為-10 ℃、-15 ℃、-20 ℃和-25 ℃。根據(jù)不同低溫下的死亡情況，設(shè)置不同時(shí)長(zhǎng)(1 h、3 h、6 h、9 h、12 h等)處理以測(cè)定其低溫存活能力。測(cè)定前，將要測(cè)試的冬型梨木虱裝入2.5 mL尖頭離心管中，每溫度處理重復(fù)10～12次，每重復(fù)10～15頭冬型梨木虱。低溫處理時(shí)，將裝有冬型梨木虱的離心管用報(bào)紙緊裹，裝入塑封袋后置于低溫生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行試驗(yàn)。完成試驗(yàn)處理后，先置于1 ℃冷藏柜中約1 h，再轉(zhuǎn)入室溫條件，倒出離心管中的冬型梨木虱，用勾線毛筆尖觸碰梨木虱，如冬型梨木虱有振翅或足活動(dòng)，則記錄為存活，無此特征者，即死亡。

1.2.3 有外源水分下冬型梨木虱的低溫存活能力 有外源水分條件下對(duì)冬型梨木虱低溫存活能力測(cè)定的試蟲及試驗(yàn)設(shè)置方法同上，所不同的是在每個(gè)離心管中額外加入長(zhǎng)1.5 cm、寬0.6 cm的濕濾紙1張。濾紙用蒸餾水浸濕，再用干濾紙吸掉多于水分后，窄邊對(duì)折成90°放入之前已裝好冬型梨木虱的離心管中并分別于-10 ℃、-15 ℃、-20 ℃不同低溫及時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行處理。因在有外源水分條件下，冬型梨木虱的死亡率明顯高于相同處理的無外源水分條件，因此在不同低溫條件下處理時(shí)長(zhǎng)也有別于無外源水分條件。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 16.0整理并統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)冬型梨木虱在不同低溫條件下的死亡率變化，采用SPSS中PROBIT函數(shù)計(jì)算其致死中時(shí)(LT50)[10]。對(duì)不同月過冷卻點(diǎn)、不同溫度及時(shí)間處理下死亡率用單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬型梨木虱在不同月份的過冷卻點(diǎn)和結(jié) 冰點(diǎn)

圖1表明，梨木虱月平均過冷卻點(diǎn)從-13 ℃～-20 ℃變化不等，平均過冷卻點(diǎn)為-14.3 ℃，分布于-12 ℃～-15 ℃，多集中在-14 ℃左右；隨月份變化冬型梨木虱的過冷卻點(diǎn)最低出現(xiàn)在2月份，10月、11月、12月份過冷點(diǎn)最高，其次為1月和3月(F(5,122)= 37.043，P=0)，梨木虱結(jié)冰點(diǎn)隨月份變化特點(diǎn)與過冷卻點(diǎn)相似，且不同月間差異顯著(F(5,122)= 135.13，P=0)。

2.2 無外源水分下冬型梨木虱的低溫存活能力

無外源水分條件下，冬型梨木虱死亡率隨處理溫度的降低和處理時(shí)間的延長(zhǎng)而提高。-10 ℃下，在所設(shè)置的處理時(shí)長(zhǎng)條件下對(duì)冬型梨木虱的存活影響極小，其最高死亡率為6.58%，最低為0.61%，其致死中時(shí)為159.6 h(表1)，不同處理間無顯著差異(F(4,54)= 1.42，P=0.24)(圖2-A)。相對(duì)-10 ℃處理，在-15 ℃冬型梨木虱的死亡率明顯提高，且隨處理時(shí)長(zhǎng)的增加死亡率明顯提高(F(5,71)= 30.7,P=0)，12 h時(shí)長(zhǎng)處理范圍內(nèi)，其死亡率低于6%，處理時(shí)長(zhǎng)≥24 h時(shí)，冬型梨木虱死亡率接近50%，在 48～60 h內(nèi)，冬型梨木虱的死亡率約60%(圖2-B)，其致死中時(shí)為37.57 h。-20 ℃下，3 h時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，其死亡率< 20%；6 h、9 h時(shí)長(zhǎng)處理下，其死亡率接近50%；12 h時(shí)長(zhǎng)處理下，死亡率明顯提高，且不同處理組間差異顯著(F(4,57)=52.59,P=0)(圖 2-C)，其致死中時(shí)為6.57 h(表1)。-25 ℃為冬型梨木虱存活的最低溫度，3 h處理時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，梨木虱個(gè)體幾乎全死亡(圖2-D)(表1)。

表1 不同低溫條件下冬型梨木虱的致死中時(shí)間

2.3 有外源水分下冬型梨木虱的低溫存活能力

有外源水分條件下，冬型梨木虱的死亡率均高于無外源水分條件下的相同低溫處理。-10 ℃及不同時(shí)長(zhǎng)處理下，其最低死亡率為 43.4%，最高為63.3%，不同時(shí)長(zhǎng)處理間差異顯著(F(4,54)=7.95,P=0)(圖2-E)，其致死中時(shí)為5.09 h(表1)。-15 ℃ 1 h和3 h時(shí)長(zhǎng)處理?xiàng)l件下其死亡率接近70%，當(dāng)處理時(shí)長(zhǎng)≥6 h時(shí)死亡率高于80%，低溫處理時(shí)長(zhǎng)≥12 h時(shí)，冬型梨木虱幾乎無存活，且不同處理間差異顯著(F(4,58)= 13.9,P=0)(圖2-F)，其致死中時(shí)為0.78 h(表1)。-20 ℃ 1 h時(shí)長(zhǎng)處理下，其平均死亡率約為60%；當(dāng)處理時(shí)長(zhǎng)≥3 h時(shí)，死亡率高于90%，不同時(shí)長(zhǎng)處理間差異顯著(F(2,31)=21.63,P=0)，其致死中時(shí)為0.69 h(圖2-G，表1)。

3 討論與結(jié)論

昆蟲的耐寒和低溫存活能力在一定程度上決定其時(shí)空分布和種群波動(dòng)特點(diǎn)，通常將過冷卻點(diǎn)、低溫暴露試驗(yàn)作為衡量昆蟲耐寒性的重要指標(biāo)[11]。對(duì)冬型梨木虱過冷卻點(diǎn)測(cè)定表明，其冷卻點(diǎn)主要分布在-14 ℃左右，過冷卻點(diǎn)隨月份也呈明顯變化，1、2月為最冷月份，過冷卻點(diǎn)也最低，冬型梨木虱的結(jié)冰點(diǎn)與其變化特點(diǎn)相似，說明冬型梨木虱在經(jīng)歷秋冬季低溫變化時(shí)類同其他越冬昆蟲，其過冷卻點(diǎn)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化[12-15]。當(dāng)?shù)蜏?-10 ℃)高于過冷卻點(diǎn)溫度時(shí)，對(duì)冬型梨木虱存活幾乎無影響；當(dāng)溫度接近過冷卻點(diǎn)時(shí)(-15 ℃)，12 h內(nèi)對(duì)其影響較小，超過12 h后，其存活開始受影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)-15 ℃ 12 h時(shí)長(zhǎng)處理下，約90%冬型梨木虱可存活，說明大部分冬型梨木虱可耐受過冷卻的臨界狀態(tài)。對(duì)本研究測(cè)定的過冷卻點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表明，約95%的冬型梨木虱過冷卻點(diǎn)溫度≥-20 ℃，幾乎所有冬型梨木虱結(jié)冰點(diǎn)>-20 ℃，當(dāng)處理溫度(-20 ℃)低于其平均過冷卻點(diǎn)(-14.3 ℃)時(shí)，隨處理時(shí)長(zhǎng)的增加，其死亡率明顯提升，但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在-20 ℃ 1 h時(shí)長(zhǎng)處理過程中，約90%冬型梨木虱可存活，表明冬型梨木虱可耐受短時(shí)的冷凍狀態(tài)并從中恢復(fù)。根據(jù)昆蟲對(duì)過冷卻點(diǎn)低溫的耐受特點(diǎn)，冬型梨木虱可抵抗或耐受短時(shí)的體內(nèi)結(jié)冰狀態(tài)，可將其劃分為耐冷凍型昆蟲(Freeze tolerance)[6]；當(dāng)溫度遠(yuǎn)低于其過冷卻點(diǎn)時(shí)，即≤-25 ℃，為冬型梨木虱生存的最低限低溫。

通常昆蟲在越冬前，需調(diào)節(jié)體內(nèi)水分含量，以抵御低溫帶來的影響，而外源水分的引入會(huì)明顯降低其耐寒性[11,16]。與David等[17]研究一致的是，梨木虱Cacopsyllapyricola暴露于水分條件時(shí)，其低溫存活能力明顯下降，當(dāng)處理溫度(-10 ℃)高于過冷卻點(diǎn)時(shí)，其死亡率均明顯高于相同條件下無水分處理組，可能是外源水分通過表皮滲透進(jìn)梨木虱體內(nèi)，引起體液或細(xì)胞結(jié)冰所致[18]；當(dāng)溫度接近冬型梨木虱過冷卻點(diǎn)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)梨木虱開始大量死亡，明顯高出無水分條件下的相同處理組，如無外源水分條件小，-15 ℃ 6 h時(shí)長(zhǎng)處理下其死亡率為4%，有水分條件時(shí)死亡率為82%。當(dāng)處理溫度為-20 ℃，遠(yuǎn)低于平均過冷卻點(diǎn)溫度時(shí)，在有外源水分條件下，這種致死作用更為明顯；當(dāng)處理時(shí)長(zhǎng)≥3 h時(shí)，約90%的蟲體死亡，即低于或等于過冷卻點(diǎn)溫度為有外源水分條件下冬型梨木虱存活的最低限溫度。

梨樹進(jìn)入休眠期后，冬型梨木虱停止取食，隨著環(huán)境溫度的降低冬型梨木虱逐漸轉(zhuǎn)移至越冬場(chǎng)所進(jìn)行越冬。除行為適應(yīng)外，冬型梨木虱在干物質(zhì)含量、體軀大小、體表厚度等方面也明顯高于夏型梨木虱[19]，這些變化均有助于冬型梨木虱抵抗冬季缺少食物和低溫帶來的不利影響。與棲息于地表下越冬昆蟲相對(duì)恒定微環(huán)境不同的是，冬型梨木虱主要于地表上的樹皮裂縫處越冬，所處環(huán)境溫度、濕度等變化明顯[20-21]，而這種變化的環(huán)境通常會(huì)給越冬昆蟲生存帶來負(fù)面影響，如在樹干基部越冬的紅脂大小蠹Dendroctonusvalens其死亡率普遍高于根部[22]，但因梨木虱較強(qiáng)的耐低溫和抗凍融能力[23]，加上其越冬點(diǎn)微環(huán)境的緩沖作用，冬季低溫對(duì)冬型梨木虱的存活影響相對(duì)較低。雖然冬型梨木虱接觸水分后其耐寒能力下降，死亡率提高，但隨著當(dāng)前氣候環(huán)境的變化，冬季普遍升溫和少雨，在此變化下，越冬低溫帶來的影響將降低，自然存活率提高[24-25]，防控難度 加大。

本研究表明，當(dāng)冬型梨木虱接觸外源水分后，其耐寒能力下降，低溫存活能力降低，基于此，可在低溫來臨前，對(duì)冬型梨木虱越冬場(chǎng)所進(jìn)行噴水以降低其越冬蟲口基數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)防治之目的。