呂　亮,　常向前,　張　舒,　楊小林,　袁　斌

(農(nóng)業(yè)部華中農(nóng)作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所, 武漢　430064)

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褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)的耐熱性比較

呂亮,常向前,張舒,楊小林,袁斌

(農(nóng)業(yè)部華中農(nóng)作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所, 武漢430064)

溫度是昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的重要影響因子之一。本研究以室內(nèi)25℃、L∥D=16 h∥8 h、80%RH條件下終年飼養(yǎng)的褐飛虱1日齡初孵若蟲(chóng)、10日齡高齡(4～5齡)若蟲(chóng)、羽化1日齡短翅型和長(zhǎng)翅型雌雄成蟲(chóng)為研究對(duì)象,采用持續(xù)升溫和恒溫相結(jié)合的方法,研究比較了褐飛虱各蟲(chóng)態(tài)耐熱性。研究結(jié)果表明:長(zhǎng)翅雄成蟲(chóng)對(duì)溫度變化的適應(yīng)能力較弱,耐熱性差;短翅型雌成蟲(chóng)耐熱性強(qiáng);成蟲(chóng)的耐熱性強(qiáng)于若蟲(chóng)。開(kāi)展對(duì)昆蟲(chóng)的耐熱性研究可為害蟲(chóng)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防治提供重要的理論依據(jù)。

褐飛虱;臨界高溫(CTMax,℃);耐熱性

褐飛虱[Nilaparvatalugens(St?l)]目前是我國(guó)及東南亞國(guó)家水稻生產(chǎn)上的重要害蟲(chóng),具遠(yuǎn)距離遷飛習(xí)性,成蟲(chóng)有明顯的翅二型(wing dimorphism)現(xiàn)象[1],分為長(zhǎng)、短翅型,長(zhǎng)翅型適于遷飛擴(kuò)散,短翅型屬居留型,繁殖能力較強(qiáng)。褐飛虱成、若蟲(chóng)以口器刺吸水稻莖基部維管束組織,消耗稻株?duì)I養(yǎng)和水分,從而引起稻株枯萎,造成“穿頂”或“虱燒”等田間癥狀,導(dǎo)致水稻嚴(yán)重減產(chǎn),甚至顆粒無(wú)收,為害損失十分巨大[2]。

溫度是昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的重要影響因素之一[3]。適宜的溫度是昆蟲(chóng)正常生長(zhǎng)發(fā)育的必要條件,過(guò)高溫度或過(guò)低溫度脅迫均對(duì)昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育等造成不利影響。目前,高溫和低溫脅迫研究多是在恒溫條件下進(jìn)行的,對(duì)于短時(shí)溫度刺激或持續(xù)動(dòng)態(tài)升溫等對(duì)昆蟲(chóng)的影響方面研究較少。另外,全球氣候變化是廣為關(guān)注的問(wèn)題,昆蟲(chóng)對(duì)氣候異常變化的適應(yīng)性研究亦成為當(dāng)前熱點(diǎn)[46]。為了更好地掌握氣候變暖對(duì)褐飛虱生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律、地理分布、種群動(dòng)態(tài)等方面的影響,本文采用持續(xù)動(dòng)態(tài)升溫和恒溫相結(jié)合的方法,進(jìn)行了褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)的耐熱性比較研究,以期為氣候異常條件下褐飛虱的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和科學(xué)合理防治提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試?yán)ハx(chóng)

供試?yán)ハx(chóng)為室內(nèi)25℃、L∥D=16 h∥8 h、80% RH條件下,于水稻品種‘TN1’上飼養(yǎng)的褐飛虱種群。連續(xù)飼養(yǎng)40代以上。

1.2持續(xù)動(dòng)態(tài)升溫加熱裝置

采用常向前等[7]改進(jìn)的加熱試驗(yàn)儀器,整個(gè)容器長(zhǎng)31 cm,寬24 cm,高12 cm,浴池長(zhǎng)22.7 cm,寬10 cm,高5.5 cm,該加熱裝置的升溫速率可在0.1～99℃/min內(nèi)調(diào)節(jié)。

1.3臨界高溫的定義

在對(duì)昆蟲(chóng)耐熱性研究中,Lutterschmidt 和Hutchison[8]首次研究了昆蟲(chóng)受熱達(dá)到臨界高溫時(shí)的標(biāo)志行為,進(jìn)而定義了臨界高溫(critical thermal maximum, CTMax,℃),即在持續(xù)動(dòng)態(tài)升溫過(guò)程中,致使昆蟲(chóng)達(dá)到痙攣或不能活動(dòng)時(shí)的溫度。本研究中,以毛筆輕觸褐飛虱成、若蟲(chóng),若蟲(chóng)體不能自由移動(dòng),僅可見(jiàn)足部的輕微活動(dòng),即判斷為痙攣(據(jù)預(yù)備試驗(yàn),通常試蟲(chóng)在達(dá)到痙攣后約數(shù)秒才死亡,如蟲(chóng)體腹部朝上,足部亦停止輕微活動(dòng))。

1.4褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)的CTMax(℃)測(cè)定

選取褐飛虱室內(nèi)25℃飼養(yǎng)種群1日齡長(zhǎng)短翅型雌雄成蟲(chóng)、1日齡若蟲(chóng)和10日齡(4～5齡)若蟲(chóng)為試驗(yàn)對(duì)象。分別設(shè)定了短時(shí)熱激(35℃,1 h)、短時(shí)冷激(15℃,1 h)以及無(wú)冷熱刺激等3種測(cè)定前的溫度處理。然后用加熱試驗(yàn)儀器進(jìn)行持續(xù)動(dòng)態(tài)升溫,分批測(cè)定各蟲(chóng)態(tài)各處理單頭褐飛虱的CTMax。參照常向前等[7]的方法,結(jié)合武漢當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,并根據(jù)預(yù)備試驗(yàn),本研究中均選擇設(shè)定升溫速度為0.25℃/min,升溫起點(diǎn)溫度為25℃。每蟲(chóng)態(tài)每處理共測(cè)定60頭,分別測(cè)定和記錄各頭試蟲(chóng)的CTMax。

1.5恒溫條件下,不同高溫對(duì)褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)的存活影響

選取褐飛虱室內(nèi)25℃飼養(yǎng)種群1日齡長(zhǎng)、短翅型雌雄成蟲(chóng)、1日齡若蟲(chóng)和10日齡(約4～5齡)若蟲(chóng)為試驗(yàn)對(duì)象。于HP300GS-C型人工智能氣候箱中,采用試管內(nèi)置稻苗飼養(yǎng)方法,設(shè)定30、33、36、39℃共4個(gè)恒溫溫度梯度,比較接蟲(chóng)后3、6、12、24和48 h不同蟲(chóng)態(tài)的存活率。每處理蟲(chóng)數(shù)為60頭。

1.6數(shù)據(jù)處理與分析

采用DPS v7.05版對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和Duncan氏新復(fù)極差多重比較,比較處理間差異顯著性。

2　結(jié)果與分析

2.1持續(xù)動(dòng)態(tài)升溫下,褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)臨界高溫(CTMax,℃)的比較

對(duì)事前未經(jīng)冷熱刺激處理的褐飛虱25℃飼養(yǎng)種群的測(cè)定結(jié)果表明,褐飛虱1日齡初孵若蟲(chóng)的平均CTMax最低,僅為42.83℃,長(zhǎng)翅雄成蟲(chóng)的平均CTMax最高,達(dá)到47.32℃,10日齡高齡若蟲(chóng)、長(zhǎng)翅雌成蟲(chóng)、短翅雌成蟲(chóng)、短翅雄成蟲(chóng)的平均CTMax分別為43.59、44.42、44.58℃和44.88℃。由此說(shuō)明,事先未經(jīng)刺激處理情況下,褐飛虱成蟲(chóng)的CTMax顯著地高于若蟲(chóng)的,長(zhǎng)翅雄成蟲(chóng)的CTMax顯著高于其他蟲(chóng)態(tài)(P<0.05)。

短時(shí)熱激處理(35℃,1 h)后,褐飛虱各蟲(chóng)態(tài)的CTMax均有變化。1日齡初孵若蟲(chóng)、10日齡高齡若蟲(chóng)、短翅雌成蟲(chóng)、短翅雄成蟲(chóng)、長(zhǎng)翅雌成蟲(chóng)和長(zhǎng)翅雄成蟲(chóng)的平均CTMax分別為42.27、43.33、45.89、45.36、44.19、42.93℃。其中,長(zhǎng)翅雄成蟲(chóng)的平均CTMax下降幅度很大,而短翅成蟲(chóng)的平均CTMax則有所上升,說(shuō)明適度熱刺激有利于短翅型成蟲(chóng)對(duì)高溫變化的適應(yīng)能力提高。比較長(zhǎng)翅型雌雄成蟲(chóng)的CTMax,雌成蟲(chóng)高于雄成蟲(chóng)(P<0.05),說(shuō)明長(zhǎng)翅雄成蟲(chóng)的耐熱能力差于雌成蟲(chóng)。

短時(shí)冷激處理(15℃,1 h)后,褐飛虱各蟲(chóng)態(tài)的平均CTMax亦有所變化。1日齡、10日齡若蟲(chóng)、短翅雌成蟲(chóng)、短翅雄成蟲(chóng)、長(zhǎng)翅雌成蟲(chóng)和長(zhǎng)翅雄成蟲(chóng)的平均CTMax分別為42.72、42.65、44.70、43.09、42.92、42.08℃?？梢?jiàn),短時(shí)冷刺激后,褐飛虱長(zhǎng)翅型雄成蟲(chóng)的平均CTMax下降幅度仍為最大,長(zhǎng)翅型雄成蟲(chóng)對(duì)冷刺激反應(yīng)敏感,耐受力較差。各蟲(chóng)態(tài)中,短翅型雌成蟲(chóng)的平均CTMax最高,高于其他各種蟲(chóng)態(tài)(P<0.05),且長(zhǎng)翅雌成蟲(chóng)的平均CTMax亦高于長(zhǎng)翅雄成蟲(chóng),因此說(shuō)明雌成蟲(chóng)對(duì)溫度變化的耐受能力較強(qiáng)。詳見(jiàn)表1。

表1　褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)的臨界高溫值測(cè)定結(jié)果1)

1) 表中同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05). Different letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level.

2.2不同恒溫溫度梯度對(duì)褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)存活率的影響

不同溫度梯度對(duì)褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)的存活率影響試驗(yàn)結(jié)果表明,在接蟲(chóng)3～6 h內(nèi),各蟲(chóng)態(tài)在不同溫度下的存活率變化基本不大,接蟲(chóng)6 h后,不同蟲(chóng)態(tài)在高溫下的存活率差異才漸漸趨于明顯(P<0.05)。長(zhǎng)翅型雄成蟲(chóng)在36℃以上高溫時(shí),于接蟲(chóng)12 h后存活率下降很快,在39℃高溫下,接蟲(chóng)48 h后存活率降至0。在39℃高溫時(shí),其他各蟲(chóng)態(tài)存活率亦有明顯下降,但48 h后的存活率基本保持在30%～50%間。詳見(jiàn)圖1～6。

恒溫試驗(yàn)結(jié)果亦說(shuō)明,長(zhǎng)翅型雄成蟲(chóng)在39℃高溫下存活率明顯低于其他各蟲(chóng)態(tài),對(duì)高溫的耐受能力明顯差于其他各蟲(chóng)態(tài)。

圖1　不同溫度對(duì)褐飛虱長(zhǎng)翅型雄成蟲(chóng)存活率的影響Fig.1　Survival rates of macropterous male adults of the brown planthopper treated under several temperatures

圖2　不同溫度對(duì)褐飛虱長(zhǎng)翅型雌成蟲(chóng)存活率的影響Fig.2　Survival rates of macropterous female adults of the brown planthopper treated under several temperatures

圖3　不同溫度對(duì)褐飛虱短翅型雄成蟲(chóng)存活率的影響Fig.3　Survival rates of brachypterous male adults of the brown planthopper treated under several temperatures

圖4　不同溫度對(duì)褐飛虱短翅型雌成蟲(chóng)存活率的影響Fig.4　Survival rates of brachypterous female adults of the brown planthopper treated under several temperatures

圖5　不同溫度對(duì)褐飛虱10日齡若蟲(chóng)存活率的影響Fig.5　Survival rates of 10 d-old nymphs of the brown planthopper treated under several temperatures

3　結(jié)論與討論

本研究首次通過(guò)持續(xù)動(dòng)態(tài)升溫與恒溫相結(jié)合的方法研究和比較了褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)的耐熱性。綜上結(jié)果表明,褐飛虱長(zhǎng)翅型雄成蟲(chóng)的耐熱性明顯較差,雌成蟲(chóng)特別是短翅型雌成蟲(chóng)對(duì)溫度變化的適應(yīng)能力較強(qiáng)。由于長(zhǎng)翅型成蟲(chóng)適合遠(yuǎn)距離遷飛,而短翅型成蟲(chóng)屬居留型,繁殖力較強(qiáng),因此可設(shè)想,耐熱性的差異是否與此有關(guān)？因?yàn)殚L(zhǎng)翅型成蟲(chóng)能夠通過(guò)遷飛來(lái)躲避高溫,而雌成蟲(chóng)特別是短翅型雌成蟲(chóng)由于擔(dān)負(fù)著種群繁殖的責(zé)任,從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐熱性。具體原因尚需進(jìn)一步的遺傳學(xué)與分子生物學(xué)方面的研究。

圖6　不同溫度對(duì)褐飛虱1日齡若蟲(chóng)存活率的影響Fig.6　Survival rates of 1 d-old nymphs of the brown planthopper treated under several temperatures

前人的研究[910]表明,昆蟲(chóng)對(duì)溫度脅迫的反應(yīng)與蟲(chóng)體內(nèi)熱激蛋白的表達(dá)密切相關(guān)。褐飛虱長(zhǎng)翅型成蟲(chóng)的耐熱能力要高于短翅型成蟲(chóng),氣溫高有利于長(zhǎng)翅型成蟲(chóng)的形成。但本研究在動(dòng)態(tài)升溫結(jié)合恒溫條件下的結(jié)果表明,褐飛虱長(zhǎng)翅型雄成蟲(chóng)對(duì)溫度變化的適應(yīng)耐受能力較差,且短翅型成蟲(chóng)的耐受能力強(qiáng)于長(zhǎng)翅型,成蟲(chóng)的耐熱性亦強(qiáng)于若蟲(chóng)。由此說(shuō)明,受某種刺激后,褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)體內(nèi)熱激蛋白的表達(dá)呈現(xiàn)不同程度的變化,從而反映出蟲(chóng)體對(duì)溫度的耐受能力有差異。引起熱激蛋白差異表達(dá)的機(jī)制還有待日后進(jìn)行相關(guān)熱激蛋白的分子機(jī)理研究。有研究[11]表明,一種應(yīng)激因子能增強(qiáng)昆蟲(chóng)對(duì)其他應(yīng)激因子的耐受能力,即對(duì)昆蟲(chóng)的適度低溫鍛煉有助于其耐熱性提高,存在交叉保護(hù)效應(yīng)。但本研究中,經(jīng)短時(shí)冷刺激后,長(zhǎng)翅型雄成蟲(chóng)對(duì)溫度的耐受能力仍較差。因此對(duì)于褐飛虱雄成蟲(chóng)而言,不一定存在上述交叉保護(hù)效應(yīng)?？傊T多差異還需進(jìn)一步的研究探討。

另外關(guān)于全球氣候變暖對(duì)昆蟲(chóng)的影響研究,人工模擬自然條件是關(guān)鍵所在,亦是難點(diǎn)。本研究首次采用持續(xù)動(dòng)態(tài)升溫裝置研究比較了褐飛虱不同蟲(chóng)態(tài)的耐熱性,在某種程度上能解釋氣候變暖對(duì)褐飛虱生長(zhǎng)發(fā)育的影響,具有生態(tài)學(xué)意義,但事實(shí)上,氣候

變暖不是簡(jiǎn)單的持續(xù)升溫,其變化的無(wú)規(guī)則性增加了模擬的難度,而這些無(wú)規(guī)則性的變化又造成了對(duì)昆蟲(chóng)至關(guān)重要的影響。隨著研究方法和研究手段的改進(jìn)和創(chuàng)新,這些難題或?qū)⒌玫浇鉀Q。

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(責(zé)任編輯：田喆)

Comparison of the thermal tolerance of several forms of the brown planthopper,Nilaparvatalugens(St?l)

Lü Liang,Chang Xiangqian,Zhang Shu,Yang Xiaolin,Yuan Bin

(Key Laboratory of Huazhong Agricultural Pests Integrated Control, Founded by Ministry of Agriculture, P.R. China; Institute for Plant Protection & Soil Fertilizer of Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan430064, China)

Temperature is one of the most important factors affecting the growth and development of insects. In this study, the thermal tolerance of the brown planthoppers (BPHs) was compared under continuous heating and constant temperature, by using several forms of BPHs, including male or female brachypterous and macropterous adults of 1 day after eclosion, 1 and 10 d-old nymphs, which were all reared for a long time under the conditions of 25℃,L∥D=16 h∥8 h and 80% relative humidity. The results showed that BPH adults had stronger thermal tolerance than nymphs, and female brachypterous adults had stronger adaptability to temperature change than male macropterous adults. This study on insect thermal tolerance may be helpful to prediction and control of pests.

Nilaparvatalugens;critical thermal maximum;thermal tolerance

20150407

20150515

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD19B03)

Q 968.1

A

10.3969/j.issn.05291542.2016.03.008

聯(lián)系方式E-mail:lvlianghbaas@126.com