微光環(huán)境下草地貪夜蛾的顏色視覺行為反應(yīng)

蔣月麗, 楊小凡, 黃求應(yīng), 李 彤, 梅詩瓊, 魯傳濤*, 武予清*

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 河南省農(nóng)作物病蟲害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北南部有害生物治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 鄭州 450002; 2.河北省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 保定 071000; 3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 武漢 430070)

昆蟲在尋找寄主、定位、取食、求偶及產(chǎn)卵等行為過程中,視覺發(fā)揮著巨大作用[1-6]。大多數(shù)昆蟲種類尤其日出型昆蟲具有良好的顏色視覺辨別能力。比如,蜜蜂、蝴蝶等能夠利用顏色信號快速、準(zhǔn)確地定位到不同顏色的花朵,取食、采集花粉和花蜜[7-8];一些日出型昆蟲種類對不同顏色粘蟲板的趨性存在差異,且對不同顏色表現(xiàn)出不同程度偏好性的行為反應(yīng)[9-14]。Bullas-Appleton等[15]發(fā)現(xiàn)馬鈴薯小綠葉蟬Empoascafabae對化學(xué)氣味的刺激反應(yīng)不明顯,在寄主尋找過程中視覺作用遠(yuǎn)大于嗅覺,對光譜上綠光波段刺激有明顯的偏好,對藍(lán)色和黃色波譜刺激有避光反應(yīng)。

一般認(rèn)為,由于夜間微光環(huán)境的限制,多數(shù)夜出型昆蟲與人類一樣只能看到目標(biāo)物的灰色影子,無法識別顏色。事實(shí)上,夜間自然環(huán)境中的顏色信息和白天一樣豐富多彩,差異明顯,可以強(qiáng)烈刺激某些夜出型昆蟲的顏色視覺[16]。比如,夜出型蛾類昆蟲可以感知特定光譜范圍的光刺激,表現(xiàn)出不同程度的趨性[17-18];在產(chǎn)卵過程中其對特定顏色表現(xiàn)出強(qiáng)烈偏好性[19-21],但是夜出型昆蟲微光視覺的概念并未明確定義。Kelber等[22]首次提出夜出型昆蟲和日出型昆蟲一樣具有強(qiáng)大的顏色視覺能力,在其取食、產(chǎn)卵等行為活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)紅天蛾Deilephilaelpenor能在昏暗的夜晚準(zhǔn)確分辨花朵顏色,經(jīng)過訓(xùn)練、學(xué)習(xí),即使星光條件下(0.000 1 cd/m2)仍能在一系列灰色中識別出藍(lán)色和黃色,進(jìn)而覓食,其選擇準(zhǔn)確率高達(dá)80%以上。同等條件下,人類則無微光識別顏色能力。目前,利用昆蟲顏色視覺的光反應(yīng)特性,研發(fā)的燈光和色板誘驅(qū)技術(shù),已成為農(nóng)林害蟲綠色防控的重要措施之一,深入研究昆蟲光色視覺及其行為特別是夜間微光環(huán)境下的顏色視覺反應(yīng)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda隸屬鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae灰翅夜蛾屬Spodoptera,是聯(lián)合國糧農(nóng)組織全球預(yù)警的重大遷飛性農(nóng)業(yè)害蟲之一,尤其近幾年來在全球各國迅速蔓延,已成為熱點(diǎn)害蟲之一。目前,對草地貪夜蛾的研究,主要涉及生物學(xué)習(xí)性、預(yù)警技術(shù)、遷飛規(guī)律、化學(xué)生態(tài)學(xué)及分子生物學(xué)等方面，而關(guān)于顏色視覺的研究甚少,草地貪夜蛾屬夜出型昆蟲,是否與大多數(shù)夜出型蛾類昆蟲一樣,能夠在微光環(huán)境下識別顏色、定位寄主、取食、交配和產(chǎn)卵等生物學(xué)活動(dòng),這些尚不清楚。因此,本研究通過室內(nèi)行為學(xué)測試,研究了微光環(huán)境下(光亮度為0.004 3 cd/m2)草地貪夜蛾對5種顏色卡紙的行為響應(yīng),試圖為進(jìn)一步揭示草地貪夜蛾微光視覺的行為機(jī)理提供理論基礎(chǔ),也為利用其顏色視覺進(jìn)行物理防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

草地貪夜蛾蟲源采自河南省信陽市(114.09°E, 32.15°N)玉米田(品種為‘鄭單958’,常規(guī)管理),在溫度(25±1)℃、相對濕度(70±10)%,光周期L∥D=14 h∥10 h條件下飼養(yǎng)至第5代。幼蟲用玉米葉在養(yǎng)蟲籠(長×寬×高=30 cm ×30 cm ×30 cm)內(nèi)飼養(yǎng)至老熟幼蟲,將老熟幼蟲放入裝有蛭石的保鮮盒(20 cm×10 cm×10 cm)內(nèi)。蛹期鑒定雌雄后,分別于養(yǎng)蟲籠內(nèi)羽化(產(chǎn)卵試驗(yàn)的雌雄試蟲混養(yǎng)),成蟲每天飼喂10%蔗糖水。選擇健壯活潑的3～5日齡雌雄成蟲供試。

1.2 主要試驗(yàn)器材

光照培養(yǎng)箱(RXM-358B),寧波江南儀器廠;光纖光譜儀(Avantes AvaSpec-ULS3648),購于北京愛萬提斯科技有限公司;監(jiān)控?cái)z像設(shè)備(螢石EZVIZ),購于杭州?？低晹?shù)字技術(shù)股份有限公司;輻照計(jì)(FZ-A),北京師范大學(xué)光電儀器廠生產(chǎn);5種顏色的彩色卡紙:紫色、藍(lán)色、綠色、黃色和紅色(包括了長波和短波的常規(guī)顏色,光譜值如表1所示),得力集團(tuán)有限公司生產(chǎn);養(yǎng)蟲籠(100目塑料網(wǎng)紗,長×寬×高=90 cm×90 cm×90 cm),塑料杯(直徑10 cm,高6 cm),亞克力長方形透明盒(長×寬×高=30 cm×30 cm×40 cm),亞克力圓管(直徑20 cm,長度20 cm,兩端未封口),一次性培養(yǎng)皿(直徑6 cm)。

表1 不同顏色卡紙的波長峰值

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1不同顏色卡紙對草地貪夜蛾成蟲的引誘效果

試驗(yàn)在暗室中進(jìn)行,溫度(25±1)℃,相對濕度(70±10)%,光亮度為0.004 3 cd/m2。養(yǎng)蟲籠放入暗室內(nèi),塑料杯分別用5種顏色卡紙包裹嚴(yán)實(shí),杯內(nèi)裝入半杯水(用于捕捉趨色落入杯中的試蟲),隨機(jī)放入養(yǎng)蟲籠的4個(gè)角和中間,每日隨機(jī)調(diào)換位置。每日18:00將3～5日齡草地貪夜蛾雌雄成蟲各30頭放入養(yǎng)蟲籠,次日早上8:00統(tǒng)計(jì)每個(gè)杯中的草地貪夜蛾雌雄成蟲數(shù)量。連續(xù)測試7 d,用過的試蟲不重復(fù)使用。

誘集率 = 某種顏色杯子中的成蟲數(shù)量/試蟲總數(shù)×100%。

1.3.2顏色對草地貪夜蛾成蟲取食行為的影響

試驗(yàn)條件同上。5個(gè)培養(yǎng)皿(直徑6 cm)均充滿瓊脂,上面分別覆蓋等徑的5種顏色圓形卡紙,將盛有10%蔗糖水的離心管插入皿中央。此后,將5個(gè)培養(yǎng)皿同樣放入亞克力透明盒中的4個(gè)角和正中心位置,每日隨機(jī)調(diào)換位置。每日18:00 將3～5日齡草地貪夜蛾雌雄成蟲各5頭放入盒中,用監(jiān)控錄像設(shè)備記錄草地貪夜蛾成蟲取食蔗糖水的情況(1頭成蟲每取食1次記為1蟲次),至次日6:00止。連續(xù)測試7 d,統(tǒng)計(jì)其在不同顏色卡紙中取食蔗糖水的蟲次。

1.3.3顏色對草地貪夜蛾成蟲產(chǎn)卵選擇性的影響

試驗(yàn)條件同上。以白色卡紙為參比色,將1種彩色卡紙和白色卡紙(長×寬=20 cm×10.47 cm)各3塊等面積間隔貼在亞克力圓管(直徑20 cm,長20 cm)內(nèi)壁上,管內(nèi)放入健壯3日齡成蟲10對,飼以浸透10%蔗糖水的脫脂棉,圓管兩開口端內(nèi)用塑料膜(塑料膜上扎數(shù)個(gè)小孔以透氣)外用紗網(wǎng)罩封。每處理各4次重復(fù),每天調(diào)查產(chǎn)卵情況,直到產(chǎn)卵結(jié)束。產(chǎn)卵選擇率 = 某種顏色卡紙上的落卵量/總落卵量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析,作圖。百分比數(shù)據(jù)經(jīng)反正弦轉(zhuǎn)換,用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。不同顏色處理間進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA),并采用Tukey法檢驗(yàn)處理間差異顯著性;雌雄成蟲之間的差異顯著性采用t測驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 5種顏色卡紙對草地貪夜蛾成蟲的引誘效果

不同顏色卡紙對草地貪夜蛾成蟲的誘集效果存在差異(雌:df=4,F=10.028,P<0.001;雄:df=4,F=6.851,P<0.001)其中,藍(lán)色和紫色對草地貪夜蛾雌雄成蟲誘集效果最佳,雌雄蟲對不同顏色的選擇率分別為:藍(lán)色21.43%和18.57%,紫色17.13%和15.70%,顯著高于綠色、黃色和紅色(P<0.05),而藍(lán)色和紫色之間差異不顯著。每種顏色對雌雄成蟲的誘集量無顯著差異(P>0.05)。

圖1 5種顏色卡紙對草地貪夜蛾成蟲的誘集效果

2.2 5種顏色卡紙對草地貪夜蛾成蟲取食偏好性的影響

紫色、紅色、藍(lán)色、綠色、黃色處理組草地貪夜蛾取食選擇蟲次依次為12、9.4、8.87、8.73蟲次和8.4蟲次(圖2)。5種顏色處理之間無顯著差異(P>0.05),表明5種顏色對草地貪夜蛾雌雄成蟲取食無顯著影響。

圖2 5種顏色處理下草地貪夜蛾成蟲取食選擇蟲次

2.3 5種顏色卡紙對草地貪夜蛾產(chǎn)卵選擇性的影響

2.3.1草地貪夜蛾對5種顏色卡紙的產(chǎn)卵選擇率

5種顏色對草地貪夜蛾產(chǎn)卵選擇性存在顯著影響(df=4,F=4.844,P<0.05),以白色作為參比色,各顏色卡紙的產(chǎn)卵選擇率依次為黃色(40.27%)>綠色(40.17%)>紫色(26.10%)>藍(lán)色(24.51%)>紅色(17.38%),其中對黃色和綠色卡紙的選擇率顯著高于紫色、藍(lán)色和紅色,而黃色和綠色之間差異不顯著(P>0.05)。表明草地貪夜蛾產(chǎn)卵偏嗜黃色和綠色。

2.3.25種顏色環(huán)境下各介質(zhì)的落卵量及卵總量差異性分析

不同顏色處理組,各介質(zhì)上的草地貪夜蛾落卵量及總落卵量結(jié)果(圖4)顯示,以白色作為參比時(shí),5種顏色卡紙上的落卵量存在顯著差異(df=4,F=4.017,P<0.05);各顏色卡紙的落卵量依次為:黃色(1 411.33粒)>綠色(1 101.33粒)>紫色(917.67粒)>藍(lán)色(780.83粒)>紅色(681粒),在黃色卡紙上的落卵總量顯著高于紫色、紅色和藍(lán)色(P<0.05),紅色紙上落卵量最少。白紙、塑料膜上的落卵量以及落卵總量在不同處理間無顯著差異(P>0.05)。

圖3 草地貪夜蛾對5種顏色卡紙的產(chǎn)卵選擇率

圖4 5種顏色處理中草地貪夜蛾在各介質(zhì)上的落卵量及卵總量

對同種顏色處理組中不同介質(zhì)上的落卵量進(jìn)行的差異顯著性分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),除黃色處理中黃色卡紙、白紙和塑料膜3種介質(zhì)之間的落卵量無顯著差異外,其他4種顏色處理組中不同介質(zhì)上的落卵量均存在顯著差異(紫色:df=2,F=4.224,P<0.05;藍(lán)色:df=2,F=5.006,P<0.05;綠色:df=2,F=13.203,P<0.05;紅色:df=2,F=13.203,P<0.05);其中,綠色處理組中綠色卡紙和白紙上的落卵量顯著高于塑料膜的,但綠色卡紙和白紙二者之間無顯著差異(P>0.05);在紫色、藍(lán)色和紅色處理組,白紙上的落卵量顯著高于色卡紙和塑料膜上的,而色卡紙與塑料膜上落卵量之間無顯著差異。

3 結(jié)論與討論

眾所周知,夜晚微弱光線下人類不能識別顏色,但是昆蟲有著強(qiáng)大的微光視覺(dim-light vision)能力[22]。研究發(fā)現(xiàn),蛾類和蜣螂等夜出型昆蟲的微光視覺能力卓越,能在夜間或低光照強(qiáng)度下清晰、準(zhǔn)確地獲取顏色、大小、偏振光和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等有效的視覺信息,呈現(xiàn)和日出型昆蟲相似的視覺行為活動(dòng)[9,22-25]。楊小凡等[19]認(rèn)為,微光視覺是指光照強(qiáng)度低于0.3 lx(0.020 7 cd/m2)的微光條件下能夠保持良好或較好視覺的能力。本研究測試了光照強(qiáng)度0.004 3 cd/m2的條件下,草地貪夜蛾對不同顏色刺激的行為響應(yīng),結(jié)果表明,與大多數(shù)夜行性動(dòng)物一樣,草地貪夜蛾具有較強(qiáng)的微光顏色視覺能力。

本研究顯示,微光環(huán)境下草地貪夜蛾成蟲能夠辨別不同的顏色,對紫色和藍(lán)色表現(xiàn)出明顯的趨向性,其對紫色的偏好特性與Mitchell等[26]的研究結(jié)論一致。目前,利用顏色誘捕日出型昆蟲的研究報(bào)道較多,但微光環(huán)境下利用顏色誘捕夜出型蛾類害蟲的研究甚少(或未見報(bào)道)。蔣月麗[13]研究發(fā)現(xiàn),藍(lán)色誘盆與性信息素結(jié)合對梨小食心蟲Grapholitamolesta引誘作用略高于其他顏色;李傳仁等[27]研究了無化學(xué)誘劑的條件下,粉紅、藍(lán)和綠色3種誘盆對棉田昆蟲的誘集效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)藍(lán)色誘盆對棉鈴蟲Helicoverpaarmigera和銀紋夜蛾P(guān)lusiaagnatastaudinger具有較好的誘集效果,與本研究草地貪夜蛾對藍(lán)色趨性明顯的結(jié)論類似。這些結(jié)論至少部分說明夜蛾類害蟲在夜間微光活動(dòng)過程中對藍(lán)色刺激較敏感,由此可利用此特性提高蛾類害蟲的監(jiān)測和防控效率,亦可將自發(fā)光的燈具和信息素結(jié)合,最大程度地提升誘集效果。

胡璞[28]研究發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲夜間訪花時(shí)明顯偏好藍(lán)色和黃色的花;煙草天蛾Manducasexta在夜間訪花過程中也先天偏好藍(lán)色,但是訓(xùn)練后其偏好顏色會改變[29]。本研究發(fā)現(xiàn),在5種顏色的趨向試驗(yàn)中,草地貪夜蛾明顯偏好藍(lán)色和紫色,但在取食測試中卻無明顯的顏色偏好,表明在該蛾取食過程中嗅覺信號可能占主導(dǎo)地位,具體原因有待進(jìn)一步深入研究。

視覺線索在昆蟲尋找產(chǎn)卵場所的過程中起著重要的作用[30]。夜蛾類昆蟲在產(chǎn)卵過程中對不同顏色的基質(zhì)表現(xiàn)出不同程度的偏好性,如黏蟲Mythimnaseparata雌蛾偏好在黃褐色紙張上產(chǎn)卵,其產(chǎn)卵量和產(chǎn)卵次數(shù)明顯高于綠色紙張上[20];梨小食心蟲在產(chǎn)卵過程中明顯偏好黃色和綠色基質(zhì)[32];蘋果蠹蛾Cydiapomonella明顯偏嗜粉紅色,其產(chǎn)卵選擇率和產(chǎn)卵量明顯高于其他顏色[21]。本研究發(fā)現(xiàn),以白色作為參比色,在5種顏色中,草地貪夜蛾成蟲在產(chǎn)卵過程中明顯偏好黃色和綠色,其產(chǎn)卵選擇率顯著高于紫色、藍(lán)色和紅色,該結(jié)論與楊小凡等[19]對梨小食心蟲的研究結(jié)論一致。顏色對不同介(基)質(zhì)落卵量和落卵總量的影響分析發(fā)現(xiàn),5種不同顏色環(huán)境下的白紙、塑料膜上的產(chǎn)卵量及產(chǎn)卵總量之間無顯著性差異,說明不同顏色的刺激不會引起該環(huán)境下某種介質(zhì)上產(chǎn)卵量和產(chǎn)卵總量的變化。但在同種顏色不同介質(zhì)之間的落卵量不盡相同,黃色組,3種介質(zhì)之間落卵量無顯著差異;綠色處理組,綠色卡紙和白紙上的落卵量明顯高于塑料膜上的;在紫色、藍(lán)色和紅色處理組,均是白紙上落卵量顯著高于色卡紙和塑料膜上的,色卡紙和塑料膜之間無顯著差異。這些結(jié)果進(jìn)一步說明,草地貪夜蛾成蟲產(chǎn)卵偏嗜黃色和綠色。關(guān)于參比色(白紙)介入上述5種顏色環(huán)境后草地貪夜蛾產(chǎn)卵介質(zhì)選擇性發(fā)生變化的影響因素,還有待更深入的研究。

綜上所述,微光環(huán)境下,5種不同顏色的卡紙對草地貪夜蛾成蟲趨向、取食及產(chǎn)卵活動(dòng)各有不同的影響,在趨向過程中明顯趨向藍(lán)色和紫色,在產(chǎn)卵過程中明顯偏好黃色和綠色,而在取食過程中沒有明顯的顏色偏好,這些不同的影響特性,說明草地貪夜蛾成蟲的微光視覺行為響應(yīng)可能存在復(fù)雜的環(huán)境誘因及內(nèi)在的行為動(dòng)機(jī),甚至兩者兼而有之,具體原因有待于更深層次的系統(tǒng)研究。該研究在理論上豐富了昆蟲微光視覺生態(tài)學(xué)理論,也為深入研究草地貪夜蛾顏色視覺行為機(jī)理提供了基礎(chǔ),應(yīng)用上為利用昆蟲顏色視覺研發(fā)草地貪夜蛾物理防控措施提供了科學(xué)依據(jù)。