廖江花, 劉 娟, 劉 霞, 胡恒志, 牛 平, 韓露露, 孫函函, 李 超

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 自治區(qū)教育廳農(nóng)林有害生物監(jiān)測與安全防控重點實驗室, 烏魯木齊 830052)

馬鈴薯甲蟲Leptinotarsadecemlineata是馬鈴薯生產(chǎn)中的毀滅性害蟲，為我國檢疫性有害生物，能夠?qū)︸R鈴薯造成嚴重危害。馬鈴薯甲蟲成蟲和幼蟲均取食葉片，危害嚴重時葉片被吃光，僅剩莖稈，并常常伴隨著傳播馬鈴薯環(huán)腐病菌和褐斑病菌，從而造成馬鈴薯大幅度減產(chǎn)(Alyokhinetal., 2008; Wójtowiczetal., 2013)。馬鈴薯甲蟲最初起源于美國，1993年在我國新疆伊犁地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過傳播擴散，目前已在新疆北疆大部分地區(qū)分布(Lietal., 2014; Khelifietal., 2015; 李紅衛(wèi)等, 2020)。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2019年5月印發(fā)的《全國農(nóng)業(yè)植物檢疫性有害生物分布行政區(qū)名錄》顯示，馬鈴薯甲蟲目前已在我國的3個省(區(qū)、市)，45個縣(區(qū)、市)分布(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳, 2019)。新疆作為馬鈴薯甲蟲的分布區(qū)，又地處絲綢之路核心地帶，隨著外來貿(mào)易的頻繁，將加大馬鈴薯甲蟲傳播擴散的可能(Wangetal., 2020)，馬鈴薯甲蟲的監(jiān)測預(yù)警變得尤為重要。

幾乎所有流行性、暴發(fā)性、毀滅性的農(nóng)作物重大病蟲害的發(fā)生、發(fā)展、流行都和氣象條件密切相關(guān)，氣候變化下昆蟲的發(fā)生危害情況將直接影響到國家的糧食安全與生態(tài)安全(張平平, 2017)。IPCC評估報告指出，在全球變暖的背景下，極端氣候事件頻發(fā)(Seneviratneetal., 2012; Stockeretal., 2013; 王岱等, 2016)，極端溫度事件的強度和頻率出現(xiàn)了顯著的變化(Zhouetal., 2018)，有研究表明，1990-2000年全球災(zāi)難級別極端天氣發(fā)生是20世紀中期的6倍，我國極端低溫總年數(shù)出現(xiàn)較大的增長(林婧婧, 2015)。昆蟲屬于變溫動物，會受到周圍環(huán)境的影響，低溫影響昆蟲生長發(fā)育(高桂珍等, 2012; Duanetal., 2013; Cervantèsetal., 2018; Michaudetal., 2018)、繁殖能力(黃旭光, 2018)、結(jié)繭次數(shù)(Cervantèsetal., 2018)、越冬(Duanetal., 2020)等。盡管許多昆蟲都進化出有效的機制，去應(yīng)對正常季節(jié)溫度的變化(Fang and Sommer, 2017)，但是非正常的季節(jié)溫度仍對昆蟲有影響(Duanetal., 2020)。

馬鈴薯甲蟲的最適發(fā)育溫度是25～30℃(Hurst, 1975; Hare, 1990)，在嚴酷和不適宜生長的環(huán)境下馬鈴薯甲蟲能夠利用其遺傳多樣性、較低的有效積溫或滯育、休眠越冬等生物學(xué)特性來適應(yīng)環(huán)境(Hare, 1990; Boman, 2008; 吐爾遜·阿合買提等, 2010)，但極端溫度仍對馬鈴薯甲蟲有著不利影響，馬鈴薯甲蟲的發(fā)育最低溫度為6～11.5℃(Hurst, 1975)，馬鈴薯甲蟲過冷點為-5.7～-6.15℃(Minder and Chesnek, 1970)，在-5.8℃下處理馬鈴薯甲蟲卵24 h，會導(dǎo)致50%的馬鈴薯甲蟲卵死亡(Hiiesaaretal., 2014)。雖然在季節(jié)性氣候中，馬鈴薯甲蟲能夠利用有效的機制去應(yīng)對環(huán)境變化，但在極端溫度下馬鈴薯甲蟲會受到不利影響，那么非季節(jié)性溫度(如倒春寒短時低溫或夏季短時高溫)是否會對馬鈴薯甲蟲有影響，又受到怎樣的影響，值得研究。

馬鈴薯甲蟲整個世代的發(fā)育起點溫度為8.1℃(洪波等, 2009)；當(dāng)4月份溫度達到8℃以上，有效積溫達50日·度時，成蟲開始出土(吐爾遜·阿合買提等, 2010)，補充營養(yǎng)和產(chǎn)卵(郭文超等, 2011)，因此本研究選擇8℃作為試驗研究溫度。通過研究在8℃下馬鈴薯甲蟲生長發(fā)育變化，可為倒春寒短時低溫等這類天氣出現(xiàn)時，馬鈴薯甲蟲的發(fā)生情況提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 寄主及蟲源

寄主植物：馬鈴薯種薯來自于甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所，品種為“荷蘭15”，將馬鈴薯種薯于室外試驗田內(nèi)進行種植(除澆水外，不施加任何的肥料、藥劑)，當(dāng)馬鈴薯植株生長至15～20 cm時采集植株中上部的馬鈴薯葉片飼養(yǎng)馬鈴薯甲蟲。

蟲源：馬鈴薯甲蟲成蟲于2020年6月采集于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團十二師西山農(nóng)牧場(43.6132°N, 87.3831°E，海拔1 357 m)，采集后放置在人工氣候箱內(nèi)(溫度27±1℃，相對濕度70%±5%，光周期16L∶8D)，利用前期種植的馬鈴薯葉片進行飼養(yǎng)，飼養(yǎng)2代后，收集第2代馬鈴薯甲蟲成蟲產(chǎn)的卵塊進行試驗。

1.2 8℃低溫短時處理后馬鈴薯甲蟲的生長發(fā)育和繁殖的測定

收集室內(nèi)馬鈴薯甲蟲種群同一天產(chǎn)的卵塊(一個卵塊25～30粒卵)，將卵塊放置在9 cm的培養(yǎng)皿中后，放置在冰箱(BCD-515WEFA1，TCL)內(nèi)低溫8℃處理，27℃處理為對照，每個處理重復(fù)3次。分別處理1, 3和5 d后將卵取出放置在人工氣候箱內(nèi)(溫度27±1℃，相對濕度70%±5%，光周期16L∶8D)進行孵化，孵化后利用馬鈴薯葉片(利用脫脂棉蘸取蒸餾水，包裹馬鈴薯葉基部進行保濕)進行群體飼養(yǎng)(秦建洋等, 2017)，當(dāng)4齡老熟幼蟲停止取食時將其轉(zhuǎn)移在塑料碗中化蛹、羽化，塑料碗內(nèi)放入距碗口3 cm的沙土，并噴灑適量的蒸餾水，保證土壤濕度使其能夠羽化為成蟲(李超等, 2013)。羽化后的成蟲按照雌雄1∶1的比例進行配對，試驗中同一時期羽化的雌雄蟲優(yōu)先進行配對，如果沒有雄蟲再選擇同一處理條件下飼養(yǎng)的雄蟲進行配對，如果雄蟲死亡，則選擇同一條件下飼養(yǎng)的雄蟲進行補充，停止記錄雄蟲的存活天數(shù)，如果雌蟲死亡則停止記錄雌蟲產(chǎn)卵與存活天數(shù)(楊紹佳等, 2018)。試驗過程中每日觀察馬鈴薯甲蟲的生長發(fā)育，馬鈴薯甲蟲幼蟲齡期判斷參照馬鈴薯甲蟲疫情監(jiān)測規(guī)程(王福祥等, 2009)，并記錄各蟲態(tài)的存活情況及成蟲的產(chǎn)卵情況。

1.3 8℃低溫短時處理后馬鈴薯甲蟲的種群參數(shù)分析

利用1.2節(jié)中記錄的試驗數(shù)據(jù)建立試驗種群生命表，并計算種群參數(shù)[內(nèi)稟增長率(r)、周限增長率(λ)、凈增殖率(R0)、平均世代周期(T)、特定年齡存活率(lx)、特定年齡生殖力(mx)，x為特定年齡(d)]。主要種群參數(shù)計算公式如下：

周限增長率(λ)：λ=er;

通過以上種群參數(shù)，來評估馬鈴薯甲蟲種群的增長潛力(鄭曉敏等, 2016; 齊心等, 2019)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS21.0軟件對馬鈴薯甲蟲各發(fā)育階段的卵孵化率、發(fā)育歷期、存活率和馬鈴薯甲蟲種群參數(shù)進行單因素方差分析，并采用LSD多重比較，評估低溫處理不同天數(shù)下的各參數(shù)的差異顯著性(杜軍利等, 2018)。

2 結(jié)果

2.1 低溫處理對馬鈴薯甲蟲發(fā)育歷期的影響

馬鈴薯甲蟲卵經(jīng)8℃低溫處理不同天數(shù)后，卵期存在顯著差異(F=94.943,df=5,P=0.000)，隨著低溫處理天數(shù)的增加，各處理卵期顯著延長(P<0.05)。8℃低溫處理3 d和5 d時的1齡幼蟲發(fā)育歷期均顯著長于對照(P<0.05)，但兩者間無顯著差異(P>0.05)，處理1 d時的1齡幼蟲的發(fā)育歷期長于對照，但其差異未達到顯著水平(P>0.05)。2齡幼蟲(F=2.175,df=4,P=0.179)，3齡幼蟲(F=1.170,df=4,P=0.387)，4齡幼蟲(F=1.557,df=4,P=0.283)，蛹(F=0.792,df=4,P=0.495)的發(fā)育歷期在各處理組間均無顯著差異(表1)。

表1 馬鈴薯甲蟲卵經(jīng)8℃低溫處理不同天數(shù)后各發(fā)育階段歷期

2.2 低溫處理對馬鈴薯甲蟲卵孵化率和存活率的影響

馬鈴薯甲蟲卵經(jīng)8℃低溫處理1 d后，卵孵化率低于對照，但與對照間差異未達到顯著水平(P>0.05)；處理3 d和5 d時的卵孵化率顯著低于對照(P<0.05)。8℃低溫處理5 d時的1齡幼蟲存活率顯著低于對照和處理1 d時(P<0.05)；處理3 d和5 d時由卵發(fā)育至成蟲的存活率顯著低于對照和處理1 d時(P<0.05)；與對照相比，2齡幼蟲(F=0.428,df=5,P=0.738)，3齡幼蟲(F=0.287,df=5,P=0.833)，4齡幼蟲(F=0.389,df=5,P=0.764)和蛹的存活率(F=0.604,df=5,P=0.631)在各處理組均無顯著性差異(表2)。

表2 馬鈴薯甲蟲卵經(jīng)8℃低溫處理不同天數(shù)后的卵孵化率和各發(fā)育階段存活率

2.3 低溫處理對馬鈴薯甲蟲的種群參數(shù)的影響

馬鈴薯甲蟲卵經(jīng)8℃低溫處理3 d后，內(nèi)稟增長率顯著低于對照(P=0.020)和處理1 d時(P=0.030)，而處理1 d時的內(nèi)稟增長率與對照無顯著性差異(P=0.886)。馬鈴薯甲蟲在8℃低溫脅迫3 d時的周限增長率顯著低于對照(P=0.019)和處理1 d時(P=0.029)，而處理1 d時的周限增長率與對照無顯著性差異(P=0.884)。馬鈴薯甲蟲在8℃低溫3 d時的凈增殖率顯著低于對照(P=0.004)和處理1 d時(P=0.032)，而處理1 d時的凈增殖率與對照無顯著性差異(P=0.077)。馬鈴薯甲蟲在8℃低溫脅迫1 d(46.1925)和3 d(50.1707)的平均世代時間(T)均低于對照(52.2366)，但三組間無顯著性差異(F=0.923,df=5,P=0.468)(表3)。

表3 馬鈴薯甲蟲卵經(jīng)8℃低溫處理不同天數(shù)后的種群參數(shù)

3 結(jié)論與討論

低溫下昆蟲生長發(fā)育將會減緩，短時低溫對昆蟲的繁殖率、存活率和性比能造成影響(陳卓等, 2020; Huangetal., 2020; Scaccinietal., 2020)，低溫出現(xiàn)時間長短對昆蟲發(fā)育影響不同(Hiiesaaretal., 2014; Duanetal., 2020)。本試驗發(fā)現(xiàn)短時低溫不利于馬鈴薯甲蟲種群生長發(fā)育，馬鈴薯甲蟲卵在8℃低溫處理1, 3和5 d后卵期較對照均顯著延長(表1)，處理3和5 d時卵孵化率較對照顯著降低(表2)，處理3 d時內(nèi)稟增長率、周限增長率和凈增殖率均顯著低于對照(表3)。

本研究發(fā)現(xiàn)在27℃下馬鈴薯甲蟲卵期最短為4.68 d(表1)，與周昭旭等(2010)在27℃下研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯甲蟲的卵期(4.1 d)時間基本一致，低溫處理后的馬鈴薯甲蟲的卵期明顯長于未經(jīng)過低溫處理(對照)的卵期，這與Hiiesaar等(2014)研究發(fā)現(xiàn)卵期隨著處理時間的延長而延長一致，說明在經(jīng)過短時的低溫處理后馬鈴薯甲蟲的生長發(fā)育延緩。昆蟲為了完成各個發(fā)育階段生命活動，需要從外界環(huán)境攝取一定的熱量，各發(fā)育階段所需熱量為一個常數(shù)(有效積溫)。本研究發(fā)現(xiàn)，短時低溫延長了卵的發(fā)育歷期(表1)，黃禹禹等(2021)對南亞實蠅Bactroceratau的研究中也發(fā)現(xiàn)短時低溫會延遲卵的發(fā)育歷期，李浩等(2015)發(fā)現(xiàn)短時低溫處理沙蔥螢葉甲Galerucadaurica1齡幼蟲后，會延遲1齡幼蟲的發(fā)育歷期，所以短時低溫處理會延遲馬鈴薯甲蟲卵的發(fā)育歷期，可能原因是在低溫處理過程中，有效積溫較低，需要更多天數(shù)去累積溫度，達到發(fā)育階段所需要的積溫，從而延長了發(fā)育歷期。內(nèi)稟增長率是反映特定環(huán)境條件下昆蟲種群增長潛力的重要參數(shù)，該值越大，則該昆蟲種群發(fā)展越快；反之，昆蟲種群發(fā)展緩慢。低溫處理3 d的r值下降，說明低溫處理馬鈴薯甲蟲將影響其種群的增長潛力(秦建洋等, 2017)。

前人在-3,-4,-5,-6或-7℃下對馬鈴薯甲蟲進行研究發(fā)現(xiàn)，處理24 h馬鈴薯甲蟲的致死溫度為-5.8℃，在-3,-4和-5℃的溫度下處理24 h對馬鈴薯甲蟲卵的孵化影響不大，在-6℃下，孵化率顯著下降，-7℃下馬鈴薯甲蟲卵將不能孵化，并且在恒定溫度-3℃下處理不同天數(shù)后發(fā)現(xiàn)，隨著處理時間的延長馬鈴薯甲蟲卵的孵化率降低(Hiiesaaretal., 2014)，周昭旭等研究發(fā)現(xiàn)在15℃下馬鈴薯甲蟲卵的孵化率為52.75%(羅進倉等, 2010; 周昭旭等, 2010)，F(xiàn)erro等(1985)研究發(fā)現(xiàn)在12℃下，馬鈴薯甲蟲不能完成世代發(fā)育。前人已對馬鈴薯甲蟲卵在零下溫度的孵化率，及12℃以上的孵化率進行了研究，在0～12℃之間的研究較少。

本試驗通過研究8℃短時低溫脅迫馬鈴薯甲蟲的卵后馬鈴薯甲蟲的生長發(fā)育情況和繁殖情況，明確了短時低溫處理對馬鈴薯甲蟲的種群生命參數(shù)可產(chǎn)生不利影響，延緩和降低了馬鈴薯甲蟲種群增長，但實際農(nóng)田中氣候條件多變，溫度波動頻繁，并且天敵、寄主等均可對馬鈴薯甲蟲種群增長造成影響，因此實際條件下短時低溫天氣的出現(xiàn)對馬鈴薯甲蟲的種群增長的影響，還需進一步驗證。