張燕如, 李玨聞, 趙婷婷, 潘 龍, 金樹(shù)磊, 許姝婧, 駱有慶*

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 呼和浩特 010019; 2. 北京林業(yè)大學(xué)省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083; 3. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院研究生部, 北京 100091; 4. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所森林病原整合 生物學(xué)研究室, 北京 100091; 5. 內(nèi)蒙古武警森林總隊(duì), 呼和浩特 010010)

檸條綠虎天牛ChlorophoruscaraganaXie & Wang屬鞘翅目Coleoptera天?？艭erambycidae綠虎天牛屬Chlorophorus,是荒漠檸條灌木林的重要蛀干害蟲(chóng),主要為害中間錦雞兒CaraganaintermediaKuangetH. C.Fu和小葉錦雞兒CaraganamicrophyllaLam.。該蟲(chóng)在寧夏地區(qū)1年1代,近年來(lái)檸條綠虎天牛在西北地區(qū)對(duì)檸條的為害程度逐年加重,其幼蟲(chóng)在樹(shù)木韌皮部和木質(zhì)部取食為害,隱蔽性強(qiáng),因此,很難系統(tǒng)地觀察幼蟲(chóng)的生活習(xí)性。雖然目前對(duì)該蟲(chóng)的生物學(xué)特性有過(guò)一些報(bào)道[1-3],但均未涉及幼蟲(chóng)的分齡以及齡期的劃分問(wèn)題。本研究通過(guò)林間采樣并結(jié)合數(shù)據(jù)分析的方法,測(cè)定自然條件下檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)的齡數(shù),明確各齡幼蟲(chóng)形態(tài)指標(biāo),為進(jìn)一步研究其發(fā)生規(guī)律、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和林間防控奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查地描述

檸條綠虎天牛于2013-2014年采自寧夏靈武雁知山荒漠林內(nèi),38°5′N(xiāo),106°23′E,海拔1 263 m。在荒漠林內(nèi)隨機(jī)調(diào)查受害嚴(yán)重的中間錦雞兒,樹(shù)齡5～15年,平均地徑約為2 cm,平均樹(shù)高145 cm。

1.2 供試蟲(chóng)源

為確保采集到初齡幼蟲(chóng),2013年6月下旬在檸條綠虎天牛產(chǎn)卵高峰期觀察成蟲(chóng)產(chǎn)卵,雌蟲(chóng)將卵產(chǎn)在周皮縫隙中,解剖后收集卵置于濾紙雙面保濕的培養(yǎng)皿中,室溫下遮光培養(yǎng),待其自然孵化后,收集初孵幼蟲(chóng)(1齡)。自檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)孵化時(shí)起,每月從林間采集2次受害嚴(yán)重的中間錦雞兒枝干,室內(nèi)解剖獲得幼蟲(chóng),采樣截至幼蟲(chóng)越冬期。第2年(2014年)在生長(zhǎng)季節(jié)每周取樣一次,直到幼蟲(chóng)全部化蛹為止。

1.3 檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)分齡特征

選取檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)身體骨化程度較高的部位及體長(zhǎng)作為分齡形態(tài)指標(biāo):(1)前胸背板寬(Y1:前胸背板“凸”形斑寬度);(2)觸角孔間距(Y2:頭殼上觸角基部堅(jiān)硬的觸角環(huán)之間的最短距離);(3)體長(zhǎng)(Y3:從口器至腹末的長(zhǎng)度)(圖1)。為保證測(cè)量指標(biāo)的準(zhǔn)確性,將蟲(chóng)體裝入移液槍槍頭內(nèi),使蟲(chóng)體平展,然后將槍頭垂直插入碎冰塊中冷凍,降低幼蟲(chóng)活躍度,待蟲(chóng)體不扭動(dòng)時(shí)進(jìn)行拍照。應(yīng)用雙目連續(xù)變倍體視顯微鏡(LEICA-EZ4HD,Singapore)進(jìn)行圖像拍攝,使用Leica LAS EZ圖像處理軟件進(jìn)行測(cè)定分析。測(cè)量體長(zhǎng)參數(shù)是為了在林間調(diào)查中便于快速判斷幼蟲(chóng)的大致發(fā)育進(jìn)度。

圖1 檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)分齡的3個(gè)測(cè)量指標(biāo)Fig.1 Three variables measured for defining larval instars

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)Dyar規(guī)律劃分幼蟲(chóng)蟲(chóng)齡。首先利用不同形態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行頻次分布分析,并繪制每項(xiàng)指標(biāo)相應(yīng)的頻數(shù)分布圖,確定幼蟲(chóng)蟲(chóng)齡。齡期劃分后,利用Excel軟件計(jì)算各項(xiàng)形態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差及變異系數(shù)等。利用Crosby生長(zhǎng)法則、回歸分析進(jìn)行篩選,判斷幼蟲(chóng)齡期和所測(cè)部位的相關(guān)性,獲得最佳分齡構(gòu)造。使用Crosby指數(shù)驗(yàn)證劃分齡期的合理性,當(dāng)Crosby指數(shù)小于10%分齡期劃分分組合理,當(dāng)Crosby指數(shù)大于10%分齡指標(biāo)分組不合理[4],Crosby指數(shù)和Brooks指數(shù)按照如下公式計(jì)算。各齡幼蟲(chóng)指標(biāo)之間的差異統(tǒng)計(jì)采用LSD檢驗(yàn)的多重比較法進(jìn)行。所有統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 21.0分析軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)齡期的確定

根據(jù)對(duì)546頭檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)3項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其中觸角孔間距和前胸背板寬度的測(cè)定數(shù)據(jù)出現(xiàn)頻次相對(duì)集中的7個(gè)區(qū)域,觸角孔間距的7個(gè)峰值分別在0.30、0.60、0.80、1.10、1.40、1.60和1.80 mm左右(圖2a)。前胸背板寬度的7個(gè)峰值分別在0.80、1.50、2.00、2.30、2.70、3.10和4.10 mm左右(圖2b)。由此,根據(jù)Dyar氏法則可以斷定,檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)為7個(gè)齡期。觸角孔間距和前胸背板寬度的均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差、變化幅度和變異系數(shù)見(jiàn)表1。這兩項(xiàng)指標(biāo)在不同齡數(shù)之間的平均值具有顯著差異,分齡指標(biāo)的變異系數(shù)均小于20%,Crosby指數(shù)均小于10%,表明將檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)劃分為7個(gè)齡期是合理的。觸角孔間距和前胸背板寬度是比較理想的分齡指標(biāo)。

體長(zhǎng)的測(cè)定數(shù)據(jù)出現(xiàn)頻次相對(duì)集中的7個(gè)區(qū)域。其中體長(zhǎng)的Crosby指數(shù)大于10%,蟲(chóng)齡分組情況不合理,表明體長(zhǎng)不宜用于幼蟲(chóng)齡期的劃分。

2.2 檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)各齡測(cè)量指標(biāo)與齡期之間的關(guān)系擬合

對(duì)檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)各項(xiàng)分齡指標(biāo)的實(shí)測(cè)平均值與齡期之間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析,結(jié)果顯示,3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)數(shù)值(lgYi)與齡期(X)之間呈直線關(guān)系,符合Dyar氏定律。經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),回歸曲線均達(dá)到極顯著水平(表2)。進(jìn)一步驗(yàn)證了檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)劃分為7個(gè)齡期是合理的。

圖2 檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)觸角孔間距(a)、前胸背板寬度(b)和體長(zhǎng)(c)分布頻次圖Fig.2 Frequency distribution of the distance between antennal rings (a), prothoracic plate width (b) and body length (c) in Chlorophorus caragana larvae

形態(tài)結(jié)構(gòu)Morphological feature齡數(shù)Instar樣本數(shù)Number of samples變幅/mmRange平均值/mmMean±SE變異系數(shù)/%CVBrooks指數(shù)Brooks’ rationCrosby指數(shù)Crosby’s ration觸角孔間距Distance betweenantennae1110.26～0.35(0.29±0.03)g9.39--2390.37～0.55(0.48±0.05)f10.061.66-31060.55～0.85(0.72±0.08)e10.921.51-0.0941200.85～1.17(1.02±0.09)d8.691.42-0.0651221.18～1.40(1.30±0.06)c4.531.28-0.1061161.41～1.71(1.53±0.08)b5.051.17-0.087321.72～2.55(1.86±0.24)a13.091.220.04前胸背板寬度Prothoracic platewidth1190.59～0.89(0.75±0.10)g13.25--21280.90～1.59(1.35±0.18)f13.151.79-31161.60～2.09(1.83±0.15)e8.081.36-0.244732.10～2.39(2.25±0.08)d3.721.23-0.1051102.40～2.87(2.60±0.12)c4.741.16-0.066372.90～3.34(3.06±0.12)b3.831.180.027243.50～4.89(3.93±0.37)a9.301.28 0.09體長(zhǎng)Body length1151.72～2.92(2.25±0.41)g18.33 --2763.07～5.37(4.48±0.66)f14.801.99-3575.54～6.99(6.28±0.41)e6.611.40-0.3041317.02～9.43(8.30±0.76)d9.081.32-0.0651499.65～12.92(12.12±0.87)c7.151.460.1064013.05～14.48(13.71±0.42)b3.051.13-0.2373414.51～19.94(16.05±1.21)a7.531.170.04

1) 表中同一欄內(nèi)平均值數(shù)據(jù)后不同字母表示經(jīng)多重比較(LSD)在5%水平上具有顯著差異。

Different letters within the same column indicate significant difference between instars based on LSD at 5% level.

表2檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)各分齡指標(biāo)與齡數(shù)之間的關(guān)系擬合結(jié)果1)

Table2RegressionanalysisofthenumberoflarvalinstarsandmeasuredvariablesofChlorophoruscaragana

分齡指標(biāo)Variables回歸方程Regression equation相關(guān)系數(shù)(r)Correlation coefficient統(tǒng)計(jì)參數(shù)Significance觸角孔間距(Y1) Distance between antenna (Y1)lgY1=0.087+0.120X0.957P<0.000 1前胸背板寬度(Y2) Prothoracic plate width(Y2)lgY2=0.230+0.099X0.942P<0.000 1體長(zhǎng)(Y3) Body length(Y3)lgY3=0.393+0.127X0.955P<0.000 1

1)X:幼蟲(chóng)齡數(shù)(1～7齡)。

X:Larval instar number (1-7 instars).

3 結(jié)論與討論

昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)身體生長(zhǎng)具有一定的規(guī)律性,絕大多數(shù)昆蟲(chóng)體長(zhǎng)增長(zhǎng)是連續(xù)性的,身體骨化程度較高的部分伴隨周期性蛻皮而呈跳躍式增長(zhǎng)[5-6]。Dyar早在1890年通過(guò)研究28種鱗翅目昆蟲(chóng)發(fā)現(xiàn)相鄰齡期幼蟲(chóng)頭殼寬度存在一定的幾何級(jí)數(shù)關(guān)系,這一現(xiàn)象被稱(chēng)為戴氏法則[7]。因鉆蛀性害蟲(chóng)具有生活隱蔽、生命周期長(zhǎng)、室內(nèi)飼養(yǎng)困難等特點(diǎn),不易通過(guò)蛻皮觀察研究幼蟲(chóng)蟲(chóng)齡,因此戴氏法則對(duì)于鉆蛀性昆蟲(chóng)齡期的確定具有重要作用。

柳建定等和任驥對(duì)松褐天牛MonochamusalternatusHope幼蟲(chóng)齡期進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)頭殼寬和前胸背板寬度可作為蟲(chóng)齡分級(jí)指標(biāo)[8-9]。張海濱等測(cè)量了人工飼養(yǎng)的星天牛AnoplophorachinensisForster幼蟲(chóng)的9個(gè)形態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)額寬(觸角孔間距)是最佳的分齡結(jié)構(gòu),其次是上顎長(zhǎng)和上顎寬[10]。王小藝等研究了栗山天牛MassicusraddeiBlessig幼蟲(chóng)上顎長(zhǎng)、主單眼間距、前胸背板寬、中胸氣門(mén)長(zhǎng)和體長(zhǎng)5項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)來(lái)判斷其蟲(chóng)齡,發(fā)現(xiàn)上顎長(zhǎng)、主單眼間距和前胸背板寬可用于分齡[11]。于永浩等通過(guò)測(cè)量蔗根土天牛DorysthenesgranulosusThomson的頭口寬和前胸背板寬判斷幼蟲(chóng)蟲(chóng)齡,結(jié)果表明頭口寬是判定蔗根土天牛幼蟲(chóng)蟲(chóng)齡的最佳指標(biāo)[12]。潘龍等測(cè)定了青楊脊虎天牛XylotrechusrusticusLinnaeus幼蟲(chóng)頭殼寬、前胸背板寬、觸角間距、上顎寬、體長(zhǎng)和體寬6項(xiàng)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)前胸背板寬可作為最佳分齡指標(biāo)[13]。以上天牛類(lèi)鉆蛀性害蟲(chóng)幼蟲(chóng)的分齡構(gòu)造有頭殼寬(頭寬或頭口寬)、前胸背板寬、額寬(觸角孔間距)、上顎長(zhǎng)、上顎寬、主單眼間距等。使用最多的是頭殼寬,是由于頭殼骨化強(qiáng)而形態(tài)較穩(wěn)定,但是頭殼?？s于體內(nèi),嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。上顎雖然骨化程度強(qiáng),但是形狀不規(guī)則,不易測(cè)量。前胸背板寬指前胸背板“凸”形斑寬度,觸角孔間距指頭殼上觸角基部堅(jiān)硬的觸角環(huán)之間的最短距離,這兩項(xiàng)指標(biāo)具有骨化程度強(qiáng)、特征明顯、易于觀察、無(wú)伸縮等優(yōu)點(diǎn),是最合理可靠的分齡指標(biāo)。因此本研究以前胸背板和觸角孔間距作為劃分蟲(chóng)齡的指標(biāo),線性回歸分析合理,說(shuō)明這兩項(xiàng)指標(biāo)作為劃分檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)蟲(chóng)齡的標(biāo)準(zhǔn)是可行且可靠的。

為了方便野外快速判斷檸條綠虎天牛蟲(chóng)齡,本研究還對(duì)體長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行了探索,但Crosby指數(shù)大于10%,蟲(chóng)齡分組不合理。天牛幼蟲(chóng)體軀具有伸縮性,導(dǎo)致個(gè)體之間體長(zhǎng)變異較大,對(duì)體長(zhǎng)測(cè)量的準(zhǔn)確性有所影響,另外體長(zhǎng)的增長(zhǎng)是連續(xù)的,各齡幼蟲(chóng)間體長(zhǎng)有重疊現(xiàn)象,因此不宜作為蟲(chóng)齡劃分的指標(biāo)和依據(jù)。

不同蟲(chóng)齡階段的檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)前胸背板寬和觸角孔間距值呈明顯的幾何級(jí)數(shù)變化,研究結(jié)果表明幼蟲(chóng)前胸背板寬和觸角孔間距依據(jù)發(fā)育時(shí)間呈現(xiàn)7個(gè)峰形,說(shuō)明檸條綠虎天牛幼蟲(chóng)可分為7齡。