稻縱卷葉螟幼蟲馴化產(chǎn)生的熱適應(yīng)能力的繼代效應(yīng)

李明珠,劉向東

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院昆蟲學(xué)系,南京 210095)

全球氣溫呈明顯上升趨勢(shì)，與1850-1900年間相比，全球地表溫度在2001-2020年的20年間升高0.99℃，在2011-2020年的10年間升高1.09℃，預(yù)計(jì)2021-2040年間將上升1.5℃(IPCC,2021)。全球變暖影響生物種群的分布、數(shù)量和發(fā)生時(shí)間等；相應(yīng)地，生物也在快速進(jìn)化以適應(yīng)溫度的變化(Parmesan and Yohe,2003;Bradshaw and Holzapfel,2006;Geertsetal.,2015)。多世代經(jīng)歷高溫可提高昆蟲的耐熱能力(Cavicchietal.,1995;Guetal.,2019;Quanetal.,2020)。在連續(xù)多年的高溫脅迫下，昆蟲會(huì)發(fā)生相對(duì)快速的耐受性進(jìn)化和種群間分化(Cavicchietal.,1995)。用高于環(huán)境溫度4℃的高溫連續(xù)選擇處理水蚤Daphniamagna，2年后水蚤的耐高溫能力顯著提高；測(cè)定1955-1965年間沉積于湖底的水蚤的臨界高溫值CTMax也顯著低于1995-2005年間沉積的水蚤，表明自然水蚤種群也隨全球變暖發(fā)生了耐熱能力提高的進(jìn)化(Geertsetal.,2015)。煙粉虱Bemisiatabaci對(duì)熱選擇也有很強(qiáng)的反應(yīng)，其熱耐受性的狹義遺傳力在0.47～0.51之間(Maetal.,2014)。在全球變暖背景下，英國(guó)兩種灌木蟋蟀Conocephalusdiscolor和Metriopteraroeselii的分布區(qū)域在不斷由南向北和由海邊向內(nèi)地?cái)U(kuò)張，并且種群中長(zhǎng)翅或超長(zhǎng)翅型個(gè)體比率顯著提高，從而有利于種群采用快速擴(kuò)散方式應(yīng)對(duì)氣候變暖的脅迫(Thomasetal.,2001)。這些研究結(jié)果表明部分生物在遺傳進(jìn)化上發(fā)生了應(yīng)對(duì)溫度升高的明顯變化。但是也有物種不能在極端環(huán)境中獲得適應(yīng)力并將其遺傳給后代。例如，高海拔地區(qū)的果蠅Drosophilanigrosparsa不能通過產(chǎn)生進(jìn)化上的遺傳變化來適應(yīng)熱脅迫，種群受全球變暖的影響大(Kinzneretal.,2019)。熱帶地區(qū)的一些果蠅物種的遺傳變異也較低，體內(nèi)缺少與熱適應(yīng)相關(guān)的遺傳變異，鍛煉后提高的熱適應(yīng)能力僅是一種表型可塑性，沒有傳代能力(Kellermannetal.,2009)。昆蟲能否產(chǎn)生熱適應(yīng)性與昆蟲種類和所處地理環(huán)境有關(guān)(Maetal.,2014;Kinzneretal.,2019)。水稻是亞洲熱帶地區(qū)廣泛種植的糧食作物，危害水稻的害蟲常年會(huì)受到高溫的脅迫，但是水稻害蟲，特別是遷飛性種類，是否具有耐熱能力提高的遺傳與進(jìn)化，這還不完全清楚。

稻縱卷葉螟Cnaphalocrocismedinalis廣泛分布于東亞地區(qū)，是我國(guó)水稻上的重要遷飛性害蟲，在我國(guó)華南、華中、華北及云貴高原都有發(fā)生記載。稻縱卷葉螟主要以幼蟲縱向卷起水稻葉片取食的方式影響水稻葉片葉綠素、光系統(tǒng)Ⅱ活性以及改變劍葉水分，從而造成水稻產(chǎn)量的損失(Padmavathietal.,2013)。21世紀(jì)以來，稻縱卷葉螟在我國(guó)頻頻暴發(fā)，嚴(yán)重威脅我國(guó)水稻生產(chǎn)。溫度對(duì)稻縱卷葉螟種群影響較大(陳永年等,1981;吳進(jìn)才和張孝羲,1984)。稻縱卷葉螟成蟲期受到高溫脅迫后，其繁殖力降低；蛹期經(jīng)歷高溫，歷期顯著縮短，羽化率降低；幼蟲經(jīng)高溫處理后存活率顯著下降；卵受到極端高溫后干癟，不能孵化(方源松等,2013;廖懷建等,2013;Liaoetal.,2014;Qianetal.,2016)。雖然稻縱卷葉螟受高溫的影響較大，但是已有的研究也表明稻縱卷葉螟成蟲可通過遷飛和選擇產(chǎn)卵場(chǎng)的方式應(yīng)對(duì)高溫(吳進(jìn)才,1985;Bodlahetal.,2016,2017)，幼蟲可改變?nèi)~苞結(jié)構(gòu)和建苞速度、產(chǎn)生熱適應(yīng)性來應(yīng)對(duì)高溫(Bodlahetal.,2019;Guetal.,2019)。稻縱卷葉螟具有多種熱應(yīng)對(duì)策略，但是幼蟲的熱適應(yīng)能力的遺傳特性如何還不清楚。因此，本研究以經(jīng)鍛煉后產(chǎn)生的稻縱卷葉螟熱鍛煉品系為對(duì)象，通過雜交試驗(yàn)、耐熱能力測(cè)定，闡明幼蟲熱適應(yīng)的繼代效應(yīng)。研究結(jié)果將充實(shí)昆蟲熱適應(yīng)能力的遺傳進(jìn)化理論，同時(shí)為全球變暖形勢(shì)下依據(jù)溫度指標(biāo)進(jìn)行稻縱卷葉螟發(fā)生趨勢(shì)預(yù)測(cè)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

稻縱卷葉螟種群采自江蘇南京稻田，并在室內(nèi)采用小麥苗繼代飼養(yǎng)(朱阿秀等,2015)。飼養(yǎng)溫度為27±1℃，相對(duì)濕度為60%±10%，光周期為14L∶10D。飼養(yǎng)用小麥為常規(guī)品種蘇麥188。

1.2 幼蟲熱鍛煉

南京7-8月歷史最高溫為39～40℃，IPPC(2021)預(yù)計(jì)未來20年全球地表氣溫將升高1.5℃，因此本研究選用39℃和41℃進(jìn)行稻縱卷葉螟幼蟲的熱鍛煉。室內(nèi)27℃飼養(yǎng)的稻縱卷葉螟3齡幼蟲連苗帶蟲轉(zhuǎn)移至27℃光照培養(yǎng)箱中，然后每天上午9:00時(shí)開始對(duì)培養(yǎng)箱以每30 min升高3℃的方式進(jìn)行升溫操作，分別升到39℃或41℃，保持3 h；然后按每30 min降低3℃的方式，將箱內(nèi)溫度降回至27℃并保持。連續(xù)3 d處理后，在27℃條件下飼養(yǎng)。當(dāng)下一代幼蟲發(fā)育到3齡時(shí)，進(jìn)行與上一代相同的熱鍛煉處理。經(jīng)39℃或41℃連續(xù)鍛煉30代后，獲得熱鍛煉品系HA39和HA41。兩品系3齡幼蟲經(jīng)39℃或41℃每天3 h、連續(xù)3 d熱擊后的存活率與其在27℃條件下無顯著差異(Guetal.,2019;Quanetal.,2020)。以一直飼養(yǎng)在27℃下的同樣來源種群HA27為對(duì)照。每品系幼蟲均在2 000頭以上。HA39和HA41品系經(jīng)30代以上熱鍛煉后用于實(shí)驗(yàn)。

1.3 熱鍛煉品系幼蟲的耐熱能力測(cè)定

將HA27,HA39和HA41三品系的1-5齡幼蟲飼養(yǎng)在36℃或41℃條件下，依據(jù)各齡期的耐熱能力高低測(cè)定經(jīng)歷1～144 h不等時(shí)長(zhǎng)后的存活率，以27℃下HA27的存活率為對(duì)照，確定熱鍛煉品系的耐熱能力。剪取30株約25 cm高的小麥苗，用濕潤(rùn)的脫脂棉將其莖基部包裹保鮮，然后置于塑料杯(上口直徑8.5 cm，底部直徑5.5 cm，高17.5 cm)中，將幼蟲接于杯中麥苗上，每杯20頭，然后用保鮮膜將杯口密封，并用在膜上戳洞以保持透氣。接蟲后苗杯轉(zhuǎn)移至36℃或41℃培養(yǎng)箱。每處理重復(fù)5次。處理后的前6 h中每小時(shí)調(diào)查一次存活率，以后每天查一次存活率直到全部死亡或7 d，以相同溫度下處理相同時(shí)長(zhǎng)后的存活率高低表示幼蟲的耐熱能力大小。

1.4 熱鍛煉品系與非鍛煉品系雜交后的繁殖力及后代幼蟲耐熱能力測(cè)定

將HA27和39℃下經(jīng)35代熱鍛煉品系HA39進(jìn)行正反交和自交，設(shè)4種組合：HA27♀×HA27♂,HA39♀×HA39♂,HA27♀×HA39♂和HA39♀×HA27♂。每種組合15對(duì)，每對(duì)成蟲飼養(yǎng)在一個(gè)產(chǎn)卵杯中。產(chǎn)卵杯上口徑7 cm、下口徑5 cm、高10.5 cm，杯底墊有一層約0.5 cm厚的脫脂棉，并滴加0.5%的蜂蜜水濕潤(rùn)，為成蟲補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，杯口用塑料薄膜封口并戳孔。產(chǎn)卵杯放在溫度為27±1℃、相對(duì)濕度為60%±10%、光周期為14L∶10D的溫室內(nèi)。每天更換薄膜并統(tǒng)計(jì)產(chǎn)卵量，直至雌蛾死亡，計(jì)算總產(chǎn)卵量。在每個(gè)組合所產(chǎn)卵中隨機(jī)取50粒，置于27,33和36℃下孵化，計(jì)算各配對(duì)組合所產(chǎn)卵在不同溫度下的孵化率，以明確雜交后代卵的耐熱性。重復(fù)5次。

將不做孵化率測(cè)定的卵連薄膜放于小麥苗上，自然孵化。孵化后幼蟲的飼養(yǎng)參照朱阿秀等(2015)的方法。當(dāng)幼蟲發(fā)育至3齡時(shí)，測(cè)定其在36℃和41℃高溫下處理3～120 h不等時(shí)長(zhǎng)后的存活率，以確定雜交后代幼蟲的耐熱能力。測(cè)定方法如1.3節(jié)，每處理20頭幼蟲，重復(fù)5次。

1.5 熱鍛煉停止后幼蟲的耐熱能力測(cè)定

將39℃熱鍛煉38代后的HA39品系飼養(yǎng)在27℃下，不再進(jìn)行熱鍛煉，然后按1.3節(jié)的方法測(cè)定停止鍛煉2代后3齡幼蟲在36,39和41℃下暴露1～168 h不同時(shí)長(zhǎng)后的存活率，并以HA27在同樣溫度處理相同時(shí)長(zhǎng)下的存活率為對(duì)照。每處理測(cè)定20頭幼蟲，重復(fù)5次。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析利用SPSS V20.0軟件進(jìn)行。高溫處理后各品系間存活率的差異采用ANOVA單因素方差分析，并用Tukey氏法進(jìn)行平均值間差異的多重比較。幼蟲品系與熱擊時(shí)長(zhǎng)對(duì)存活率的影響采用雙因素方差分析。比率數(shù)據(jù)經(jīng)反正弦平方根轉(zhuǎn)換后進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果

2.1 熱鍛煉品系各齡幼蟲的耐熱能力

2.1.11齡幼蟲：熱鍛煉可提高稻縱卷葉螟1齡幼蟲的耐熱能力(圖1:A,B)。1齡幼蟲的耐熱能力較差，在36和41℃下處理4 h后全部死亡。在36℃下處理1～3 h時(shí)HA41 1齡幼蟲的存活率均顯著高于HA27 1齡幼蟲的(P<0.05)，處理1 h時(shí)HA39 1齡幼蟲的存活率顯著高于HA27 1齡幼蟲的(P<0.05)(圖1:A)；在41℃下處理1～3 h時(shí)HA41 1齡幼蟲的存活率顯著高于HA27 1齡幼蟲的(P<0.05)，處理3 h時(shí)HA39 1齡幼蟲的存活率顯著高于HA27 1齡幼蟲的(P<0.05)(圖1:B)。

圖1 稻縱卷葉螟熱鍛煉品系HA39和HA41和非鍛煉品系HA27的1齡幼蟲在36℃(A)和41℃(B)下處理不同時(shí)長(zhǎng)的存活率Fig.1 Survival rates of the 1st instar larvae of Cnaphalocrocis medinalis from the heat-acclimated strains HA39 and HA41 and the unacclimated strain HA27 exposed to 36℃ (A) and 41℃ (B) for different time.CK:27℃下飼養(yǎng)的HA27品系HA27 strain reared at 27℃;HA39:39℃連續(xù)熱鍛煉30代獲得的熱鍛煉品系Heat-acclimated strain after acclimation to 39℃ for 30 generations;HA41:41℃連續(xù)熱鍛煉30代獲得的熱鍛煉品系Heat-acclimated strain after acclimation to 41℃ for 30 generations.39和41℃熱鍛煉在3齡幼蟲期進(jìn)行，每天9:00時(shí)溫度從27℃以3℃/30 min速率逐漸升至39或41℃后保持3 h，然后以同樣速率降至27℃并保持，第2和3天以同樣方式處理后該世代的熱鍛煉結(jié)束，下一代以同樣方式進(jìn)行。圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；柱上不同字母表示經(jīng)Tukey氏HSD檢驗(yàn)比較各品系或交配組合在同一暴露時(shí)長(zhǎng)差異顯著(P<0.05)。Heat acclimation to 39℃ and 41℃ was performed at the 3rd instar larval stage.Temperature increased to 39℃ or 41℃ from 27℃ at 9:00 by 3℃ per 30 min and maintained for 3 h,and then decreased to 27℃ with the same rate and maintained till the treatment next day.The same treatment was performed in 3 d.The same heat treatment was carried out in the next generation.Data in the figure are means±SE.Different lowercases above bars mean significant differences between strains or mating combinations for the same exposure duration at P<0.05 using Tukey’s HSD post hoc test.圖2-5和圖7同The same for Figs.2-5 and Fig.7.

2.1.22齡幼蟲：稻縱卷葉螟熱鍛煉品系2齡幼蟲的耐熱能力明顯提高，在36℃下處理72 h以上稻縱卷葉螟2齡幼蟲才全部死亡，并且41℃下處理5 h時(shí)仍有幼蟲存活(圖2:A,B)。熱鍛煉提高了2齡幼蟲對(duì)特定高溫的耐受力。在36℃下處理1～3 h時(shí)HA41 2齡幼蟲的存活率與HA27 2齡幼蟲的在27℃(CK)下的相同，并且顯著高于HA27 2齡幼蟲經(jīng)歷熱處理1～3 h后的存活率(P<0.05)，但經(jīng)歷4 h及以上時(shí)長(zhǎng)熱處理后HA41與HA27 2齡幼蟲的存活率差異不顯著(P>0.05)。HA39 2齡幼蟲在36℃下處理24和48 h的存活率顯著高于HA27 2齡幼蟲的(P<0.05)；36℃下處理72 h時(shí)，各品系2齡幼蟲的存活率均無顯著差異(P>0.05)(圖2:A)；在41℃下處理1～3 h時(shí)各品系2齡幼蟲的存活率無顯著差異(P>0.05)，但處理4 h時(shí)HA39和HA41 2齡幼蟲的存活率顯著高于HA27 2齡幼蟲的(P<0.05)，處理5 h時(shí)HA39 2齡幼蟲的存活率顯著高于HA27 2齡幼蟲的(P<0.05)(圖2:B)。

2.1.33齡幼蟲:稻縱卷葉螟熱鍛煉品系3齡幼蟲的耐熱能力顯著增強(qiáng)，在36℃下處理5 d各品系3齡幼蟲的存活率仍在50%左右；41℃下處理6 h時(shí)3齡幼蟲存活率接近50%，但24 h時(shí)全部死亡(圖3:A,B)。36℃處理2 d時(shí)HA41 3齡幼蟲的存活率顯著高于HA27 3齡幼蟲的(P<0.05)，其他處理時(shí)長(zhǎng)下HA39和HA41 3齡幼蟲的存活率與HA27 3齡幼蟲的相似(圖3:A)。在41℃下處理3～5 h時(shí)HA41 3齡幼蟲的存活率顯著高于HA27 3齡幼蟲的(P<0.05)，但其他處理時(shí)長(zhǎng)下鍛煉品系與非鍛煉品系3齡幼蟲的存活率差異不顯著(P>0.05)(圖3:B)。

圖2 稻縱卷葉螟熱鍛煉品系HA39和HA41和非鍛煉品系HA27的2齡幼蟲在36℃(A)和41℃(B)下處理不同時(shí)長(zhǎng)的存活率Fig.2 Survival rates of the 2nd instar larvae of Cnaphalocrocis medinalis from the heat-acclimated strains HA39 and HA41 and the unacclimated strain HA27 exposed to 36℃ (A) and 41℃ (B) for different time

圖3 稻縱卷葉螟熱鍛煉品系HA39和HA41和非鍛煉品系HA27的3齡幼蟲在36℃(A)和41℃(B)下處理不同時(shí)長(zhǎng)的存活率Fig.3 Survival rates of the 3rd instar larvae of Cnaphalocrocis medinalis from the heat-acclimated strains HA39 and HA41 and the unacclimated strain HA27 exposed to 36℃ (A) and 41℃ (B) for different time

2.1.44齡幼蟲：熱鍛煉提高了稻縱卷葉螟4齡幼蟲的耐熱能力。在36℃下處理2和4 d時(shí)，HA39的4齡幼蟲的存活率顯著高于HA27 4齡幼蟲的存活率(P<0.05)，但HA41 4齡幼蟲的存活率與HA27 4齡幼蟲的無顯著差異(P>0.05)，41℃熱鍛煉不能提高4齡幼蟲對(duì)36℃高溫的耐受性(圖4:A)；在41℃下處理3～6 h，HA39和HA41 4齡幼蟲的存活率均顯著高于HA27 4齡幼蟲的(P<0.05)(圖4:B)。

圖4 稻縱卷葉螟熱鍛煉品系HA39和HA41和非鍛煉品系HA27的4齡幼蟲在36℃(A)和41℃(B)下處理不同時(shí)長(zhǎng)的存活率Fig.4 Survival rates of the 4th instar larvae of Cnaphalocrocis medinalis from the heat-acclimated strains HA39 and HA41 and the unacclimated strain HA27 exposed to 36℃ (A) and 41℃ (B) for different time

2.1.55齡幼蟲：熱鍛煉明顯提高了稻縱卷葉螟5齡幼蟲的耐熱能力。在36℃下處理2～5 d HA41 5齡幼蟲的存活率顯著高于HA27 5齡幼蟲的(P<0.05)；在36℃下暴露3和4 d時(shí)HA39 5齡幼蟲的存活率也顯著高于HA27 5齡幼蟲的(P<0.05)(圖5:A)。在41℃下處理5和6 h時(shí)HA39 5齡幼蟲的存活率顯著高于HA27 5齡幼蟲的(P<0.05)，并且與不受熱處理的CK相同，但是HA41 5齡幼蟲的存活率與HA27 5齡幼蟲的無顯著差異(P>0.05)(圖5:B)。3齡幼蟲期在39℃下的熱鍛煉可提高其5齡幼蟲對(duì)41℃高溫的耐受性，但在41℃下的鍛煉卻不能(圖5:B)。

2.2 熱鍛煉與不鍛煉品系雜交后代的耐熱能力

2.2.1不同交配組合的產(chǎn)卵量和卵孵化率：稻縱卷葉螟熱鍛煉品系的產(chǎn)卵量和卵孵化率與非鍛煉品系的相同，兩品系雜交后代的繁殖力與自交后代的一致(圖6:A)。HA39與HA27雜交后雌蟲產(chǎn)卵量均在200～250粒/雌之間，各交配組合的繁殖力無顯著差異(F3，56=1.997,P=0.125)(圖6:A)。各交配組合27℃下卵孵化率為97%～99%(圖6:B)，33℃下為90%～95%(圖6:C)，各組合間無顯著差異(27℃:F3，16=0.705,P=0.563;33℃:F3，16=1.657,P=0.216)。在36℃，所有交配組合所產(chǎn)的卵均不能孵化。

圖6 稻縱卷葉螟高溫鍛煉品系HA39和非鍛煉品系HA27各交配組合的產(chǎn)卵量(A)以及在27℃(B)和33℃(C)下的卵孵化率Fig.6 Numbers of eggs laid by different mating combinations of Cnaphalocrocis medinalis between the heat-acclimated strain HA39 and the unacclimated strain HA27 (A),and egg hatching rates at 27℃ (B) and 33℃ (C)圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；柱上相同小寫字母示差異不顯著(P>0.05,Turkey氏HSD檢驗(yàn))。Data in the figure are means±SE.The same lowercase letter above bars means no significant difference (P>0.05,Tukey’s HSD test).

2.2.2不同交配組合后代3齡幼蟲的耐熱能力：稻縱卷葉螟各交配組合后代的3齡幼蟲在36℃持續(xù)熱脅迫1～5 d的存活率沒有顯著差異(1 d:F3,16=1.385,P=0.284;2 d:F3,16=2.568,P=0.091;3 d:F3,16=1.667,P=0.214;4 d:F3,16=0.920,P=0.454;5 d:F3,16=0.052,P=0.984)(圖7:A)。但是在41℃熱脅迫5 h時(shí)，熱鍛煉品系及其與非鍛煉品系雜交后代的3齡幼蟲的存活率顯著高于非鍛煉品系自交后代的(F3，16=5.742,P=0.007)；41℃處理6 h時(shí)熱鍛煉品系雌蟲與非鍛煉品系雄蟲交配所產(chǎn)后代3齡幼蟲的存活率也顯著高于非鍛煉品系自交后代的(F3，16=7.333,P=0.003)(圖7:B)。結(jié)果說明稻縱卷葉螟幼蟲經(jīng)熱鍛煉產(chǎn)生的耐熱能力可傳給后代。

圖7 稻縱卷葉螟熱鍛煉品系HA39與非鍛煉品系HA27交配組合后代3齡幼蟲在36℃(A)和41℃(B)下處理不同時(shí)間的存活率Fig.7 Survival rates of the 3rd instar larvae of Cnaphalocrocis medinalis from the mating combinations between the heat-acclimated strain HA39 and the unacclimated strain HA27 after exposure to 36℃ (A) and 41℃ (B) for different time

2.3 熱鍛煉停止后幼蟲的耐熱能力

在36℃和41℃下，經(jīng)2代恢復(fù)的稻縱卷葉螟熱鍛煉品系(HA39-R2)的存活率與HA27的無顯著差異(36℃:F1，56=0.929,P=0.339;41℃:F1，48=0.868,P=0.356)(圖8:A,C)，但經(jīng)39℃處理后，HA39-R2幼蟲的存活率仍高于非鍛煉品系(F1，56=9.058,P=0.004)(圖8:B)，并且在處理4 h時(shí)差異顯著(t=2.395,df=8,P=0.044)。由此說明，稻縱卷葉螟幼蟲經(jīng)多世代熱鍛煉產(chǎn)生的耐熱能力在停止鍛煉2代后仍能部分保持。

圖8 稻縱卷葉螟HA39品系停止高溫鍛煉2代(HA39-R2)和HA27的3齡幼蟲經(jīng)36℃(A),39℃(B)和41℃(C)處理不同時(shí)長(zhǎng)的存活率Fig.8 Survival rates of the 3rd instar larvae of Cnaphalocrocis medinalis from HA39 after stopping high temperature acclimation for two generations (HA39-R2) and HA27 when exposed to 36℃ (A),39℃ (B) and 41℃ (C) for different time圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤;柱上星號(hào)表示經(jīng)Student氏t測(cè)驗(yàn)差異顯著(P<0.05)，ns表示差異不顯著(P>0.05)。Data in the figure are means±SE.The asterisk above bars in the figure means significant difference (P<0.05),and ns means no significant difference (P>0.05) by Student’s t-test.

3 討論

昆蟲可以通過溫度鍛煉來提高其應(yīng)對(duì)極端溫度脅迫的能力(Angilletta,2009;Colinet and Hoffmann,2012)。赤擬谷盜Triboliumcastaueum成蟲、蛹、幼蟲和卵經(jīng)亞致死溫度36℃和42℃鍛煉后，其對(duì)50℃致死高溫的敏感性明顯降低，高溫鍛煉顯著提高了各蟲態(tài)在極端溫度下的耐受性，且42℃亞致死高溫鍛煉對(duì)赤擬谷盜的耐熱性影響更大(Lü ang Liu,2017)。黑腹果蠅Drosophilamelanogaster的25℃和29℃馴化品系在38℃高溫條件下的存活率顯著高于16.5℃馴化品系(Gilchristetal.,1997)。稻縱卷葉螟每代的3齡幼蟲經(jīng)3 d熱處理，39℃馴化5代后即可適應(yīng)該高溫(Guetal.,2019)。在多變環(huán)境中，快速進(jìn)化是多數(shù)物種長(zhǎng)期存在的重要策略(Hoffmann and Sgrò,2011;Meesteretal.,2018)。多世代的高溫鍛煉可推動(dòng)昆蟲種群發(fā)生適應(yīng)性進(jìn)化。在擬果蠅Drosophilasimulans中發(fā)現(xiàn)保持有大量的適應(yīng)性變異，以便于對(duì)新環(huán)境產(chǎn)生快速進(jìn)化反應(yīng)，形成新的適應(yīng)性表型(Barghietal.,2019)。稻縱卷葉螟的高溫鍛煉品系與非鍛煉品系雜交后代幼蟲的耐熱能力顯著高于非鍛煉品系自交后代的(圖1～5)，表明稻縱卷葉螟幼蟲期熱鍛煉產(chǎn)生的耐熱能力能傳遞給后代，耐熱能力具有遺傳性。這種能被篩選且有遺傳能力的耐熱表型很可能是其種群發(fā)生快速進(jìn)化性適應(yīng)的結(jié)果。同時(shí)，稻縱卷葉螟熱鍛煉品系的繁殖力與非鍛煉品系的無顯著差異(圖6)。幼蟲通過熱鍛煉篩選后表現(xiàn)出的高耐熱能力不會(huì)影響其后續(xù)成蟲的繁殖力，這種耐熱性的產(chǎn)生對(duì)種群在高溫條件下的發(fā)展是有利的。生物經(jīng)歷環(huán)境變化獲得的適應(yīng)性可以通過母系傳遞給子代(Mousseau and Fox,1998)。廣聚螢葉甲Ophraellacommuna母代經(jīng)歷低溫鍛煉后，其子代的耐寒性得到顯著提高(Zhouetal.,2013)。稻縱卷葉螟經(jīng)熱鍛煉篩選獲得的耐熱性不僅可通過雜交方式傳遞給后代，也可通過母代傳遞給子代，表現(xiàn)為停止熱鍛煉后的幼蟲熱適應(yīng)能力仍能部分保持(圖8)。這種熱適應(yīng)性繼代效應(yīng)的存在，意味著其種群在不斷經(jīng)歷熱脅迫后能逐漸適應(yīng)高溫，全球氣候變暖對(duì)種群的影響將較小，這很可能是20世紀(jì)70年代以來雖然全球變暖在加劇，但該蟲暴發(fā)成災(zāi)更為頻繁的原因之一。

全球溫度升高對(duì)昆蟲的影響是系統(tǒng)性的，不僅涉及昆蟲，還涉及其寄主植物等。高溫影響寄主植物后會(huì)間接影響昆蟲。水稻幼苗期和抽穗開花期長(zhǎng)期受到高溫脅迫后，其體內(nèi)與水稻抗逆性相關(guān)的脫落酸含量呈先增加后下降趨勢(shì)，最終降低了水稻的抗逆性(劉曉龍等,2021)。高溫處理顯著提高了水稻葉片中N和P的含量(韓笑等,2019)。隨著溫度從25℃升高到34℃，水稻IR26品種中可溶性糖含量升高、草酸含量下降，對(duì)褐飛虱的抗性減弱(王保菊等,2010)。溫度影響水稻的抗逆性和葉片中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量后，水稻上害蟲種群的適合度會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致害蟲種群數(shù)量和危害程度的變化。在不同水稻品種上稻縱卷葉螟的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖力存在差異(王亭等,2018)，稻縱卷葉螟成蟲對(duì)不同水稻品種的選擇性不同(常曉麗等,2019)。如果高溫改變了水稻的抗蟲性，無疑也會(huì)導(dǎo)致稻縱卷葉螟種群發(fā)生數(shù)量的變化。因此，在全球變暖形勢(shì)下，各水稻品種對(duì)稻縱卷葉螟的抗性變化還值得研究。

稻縱卷葉螟熱鍛煉品系與非鍛煉品系在繁殖力上無顯著差異，幼蟲耐熱能力的提高沒有繁殖代價(jià)，這很可能與本研究中的熱鍛煉只是在3齡幼蟲期進(jìn)行有關(guān)。幼蟲期的熱脅迫對(duì)成蟲的繁殖力影響較小(Qianetal.,2017)。熱鍛煉品系耐熱能力的提高是否存在其他方面的代價(jià)，如藥劑敏感性等，這還需要研究。另外，稻縱卷葉螟幼蟲馴化后得到的熱適應(yīng)品系具有遺傳性，并且熱鍛煉與非鍛煉品系受熱后會(huì)引起熱激蛋白、表皮蛋白和氧化還原酶活性等相關(guān)基因的表達(dá)差異(Quanetal.,2020)。稻縱卷葉螟的耐熱性有其遺傳基礎(chǔ)，耐熱品系很可能發(fā)生了基因型的改變，因此不存在適合度代價(jià)，但是熱適應(yīng)相關(guān)的基因型或突變還需要繼續(xù)研究。