許 鑫, 魏洪媛, 豐國蕊, 邵淑霞, 楊子祥

(中國林業(yè)科學(xué)研究院高原林業(yè)研究所, 國家林業(yè)和草原局資源昆蟲培育與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 昆明 650224)

角倍蚜Schlechtendaliachinensis屬于半翅目(Hemiptera)蚜科(Aphididae)綿蚜亞科(Eriosomatinae)五節(jié)根蚜族(Fordini)，其生活史為異寄主全周期型，以若蚜在側(cè)枝匐燈蘚Plagiomniummaximoviczii等蘚類植物上越冬，春季羽化為有翅蚜，遷飛到鹽膚木Rhuschinensis上取食寄生并形成蟲癭，稱為角倍。秋季蟲癭自然爆裂，癭內(nèi)有翅蚜形成并遷飛到蘚類植物上，開始新的生活史循環(huán)(張廣學(xué)和鐘鐵森, 1983; Blackman and Eastop, 2007)。角倍是經(jīng)濟(jì)價值最高的五倍子種類，其產(chǎn)量占五倍子總量的70%以上，對五倍子生產(chǎn)具有決定性的作用，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、電子和礦冶等行業(yè)(張宗和, 1991; 李志國等, 2003; 楊子祥, 2011)。

國內(nèi)外對角倍蚜的生活史和各蟲態(tài)的生物學(xué)特性進(jìn)行過研究，但對越冬若蚜的研究較少。角倍蚜的世代包括春遷蚜、性蚜、干母、干雌、秋遷蚜和越冬若蚜等(唐覺, 1976)，其中干母和干雌在癭內(nèi)生活和繁殖，封閉的蟲癭為其提供了穩(wěn)定的營養(yǎng)來源、較高的濕度和較好的保護(hù)，種群數(shù)量隨著蟲癭體積的增加而快速增加，每個蟲癭內(nèi)的干雌可達(dá)5 000～6 000頭(Shaoetal., 2013)，但秋季蟲癭成熟，第3代干雌發(fā)育成秋遷蚜遷飛到蘚上后，由于失去了蟲癭的保護(hù)，加上秋冬季的低溫和降雨等，秋遷蚜及其生殖的若蚜死亡率極高，僅1齡若蚜的死亡率就高達(dá)90%以上(賴永祺等, 1990)，因此秋遷蚜的數(shù)量雖然很大，但春遷蚜數(shù)量常常不足，造成角倍產(chǎn)量低且不穩(wěn)定，嚴(yán)重制約了五倍子生產(chǎn)的發(fā)展。賴永祺等(1990)對越冬若蚜的生物學(xué)特性及數(shù)量變動進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了越冬若蚜的死亡率極高，但未對越冬若蚜的轉(zhuǎn)移取食和形態(tài)特征等進(jìn)行調(diào)查。

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用數(shù)碼顯微系統(tǒng)對角倍蚜越冬若蚜的行為習(xí)性、形態(tài)特征、種群動態(tài)和群體齡期結(jié)構(gòu)等進(jìn)行系統(tǒng)研究，并結(jié)合寄主側(cè)枝匐燈蘚蘚層厚度和覆蓋率的變化，探尋越冬若蚜種群數(shù)量變動的影響因子，旨在闡明角倍越冬若蚜的生物學(xué)習(xí)性，為角倍蚜種蟲培育技術(shù)的改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1供試?yán)ハx: 供試?yán)ハx角倍蚜和冬寄主側(cè)枝匐燈蘚均采自四川省峨眉山市川主鎮(zhèn)荷葉村(29°37′N, 103°24′E，海拔1 010 m)。8月上旬將側(cè)枝匐燈蘚定植于濕潤的無紡布表面，10月上旬采集成熟并自然爆裂的角倍蚜蟲癭，讓秋遷蚜自然遷飛到無紡布蘚塊上(1 m2蘚塊平均約4萬頭)，保濕培育。從10月至翌年3月，每月中旬定期采集田間的有蚜蘚塊，帶回實(shí)驗(yàn)室，用數(shù)碼顯微系統(tǒng)連續(xù)觀察和記錄越冬若蚜的發(fā)育情況。

1.1.2儀器:數(shù)碼顯微系統(tǒng)：Keyence VHX-1000(日本)；體式顯微鏡：Olympus SZX16(日本)。

1.2 角倍蚜生物學(xué)特性和形態(tài)觀察

1.2.1秋遷蚜的行為觀察：取秋遷蚜剛遷飛后的蘚塊，裁剪成10 cm×10 cm大小，置于數(shù)碼顯微系統(tǒng)下，連續(xù)觀察和記錄秋遷蚜在蘚枝上的搜尋、爬行和繁殖行為。

1.2.2越冬若蚜的行為觀察及形態(tài)特征：從越冬若蚜在蘚上爬行和尋找蘚枝取食開始，連續(xù)觀察若蚜的搜尋、取食、泌蠟、蛻皮和移動等特性，直到春遷蚜產(chǎn)生。從蘚枝上定期挑取各齡若蚜(若蚜齡期根據(jù)蠟球內(nèi)蛻皮的數(shù)量判斷)，利用數(shù)碼顯微系統(tǒng)測量各齡若蚜的體長和體寬等。每個齡期30個重復(fù)。蠟球內(nèi)和蠟球外若蚜數(shù)量的統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)是：蠟球完全成形且從外部看不見蟲體的，統(tǒng)計為蠟球內(nèi)若蚜；沒有或者未完全成形，從外部可看見蟲體的，統(tǒng)計為蠟球外若蚜。

1.2.3越冬若蚜的種群動態(tài)和齡期分布：從10月至翌年3月，每月中旬在蘚塊上設(shè)置10 cm×10 cm的樣方，按5點(diǎn)取樣法取樣，每個樣點(diǎn)取4 cm2，統(tǒng)計樣點(diǎn)上所有若蚜的齡期和數(shù)量，分析齡期組成和數(shù)量動態(tài)。重復(fù)3次。

1.2.4蠟球內(nèi)若蚜數(shù)量調(diào)查：從10月至翌年3月，每月中旬在蘚塊上設(shè)置10 cm×10 cm的樣方，在每個樣方內(nèi)隨機(jī)選取20個完整的蠟球，統(tǒng)計每個蠟球內(nèi)的若蚜數(shù)量。重復(fù)3次。

1.2.5蘚層覆蓋率和厚度調(diào)查：從10月至翌年3月，每月中旬在蘚塊上設(shè)置10 cm×10 cm的樣方，隨機(jī)測量不同部位的蘚層厚度，每個樣方測10次，取平均值；并用網(wǎng)格法測量每個樣方的蘚層覆蓋率。重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用生物統(tǒng)計學(xué)分析軟件SPSS 22.0進(jìn)行相關(guān)性分析以及使用鄧肯氏新復(fù)極差檢驗(yàn)(Duncan’s new multiple range test, DMRT)法進(jìn)行差異顯著性分析。若蚜死亡率的計算公式為：(當(dāng)月中旬若蚜數(shù)-下月中旬若蚜數(shù))/當(dāng)月中旬若蚜數(shù)×100%。

2 結(jié)果

2.1 角倍蚜秋遷蚜及越冬若蚜的行為習(xí)性

秋遷蚜產(chǎn)越冬若蚜：角倍蚜秋遷蚜遷飛到側(cè)枝匐燈蘚蘚枝，約1 h開始產(chǎn)越冬若蚜，可連續(xù)產(chǎn)蚜或間隔產(chǎn)蚜。產(chǎn)若蚜前，秋遷蚜在蘚枝上呈“之”字形爬行，并不停地上下擺動觸角，尋找合適的產(chǎn)蚜部位。一旦找到合適的產(chǎn)蚜部位，便停止爬行，通過腹部的蠕動產(chǎn)出若蚜，時間持續(xù)約30 s。初產(chǎn)若蚜為淡黃色，外包一層薄薄的半透明黏膜，以腹部末端黏在蘚上，其體位方向與在母體內(nèi)一致。隨后，被黏膜包裹的若蚜通過觸角、前足、中足和后足的扭動和前后搖晃，黏膜從若蚜頭部頂端向腹部末端滑落并與蟲體分離，約20 min后若蚜可自由爬行，尋找合適的蘚枝取食。初產(chǎn)若蚜爬行能力較強(qiáng)，24 h后，若蚜體表便可看到明顯的白色蠟粉，但仍可爬行，通常產(chǎn)出3 d后固定取食，即使有輕微驚擾也不移動。

越冬若蚜的取食和轉(zhuǎn)移：角倍蚜越冬若蚜通常在擬葉基部，即擬葉與擬莖的夾角處分泌棉絮狀的蠟絲包裹自身，并持續(xù)分泌蠟絲形成疏松的蠟球，在蠟球內(nèi)取食并越冬(圖1: A)。在越冬期間若蚜通常不移動，但遇到不良的環(huán)境條件，如蘚枝生長不良、擬葉枯黃等，若蚜?xí)谙炃騻?cè)面或頂端破開一個洞口，爬出并尋找新的蘚枝取食，并重新分泌蠟絲形成新的蠟球，但在移動過程中約有80%的若蚜?xí)劳?。表明若蚜雖然具有轉(zhuǎn)移取食并重新形成蠟球的能力，但轉(zhuǎn)移過程中死亡率較高。

圖1 角倍蚜越冬若蚜在側(cè)枝匐燈蘚上形成的蠟球Fig. 1 Wax balls formed by the overwintering nymphs of Schlechtendalia chinensis on the moss Plagiomnium maximovicziiA: 蠟球中的角倍蚜若蚜A nymph in a wax ball of P. maximoviczii； B: 角倍蚜若蚜群集取食后側(cè)枝匐燈蘚枯黃Withered mosses after being fed by a colony of S. chinensis nymphs.

越冬若蚜泌蠟形成蠟球：角倍蚜若蚜通常在靠近地面的新萌發(fā)的匐匍枝上取食并形成蠟球，通常1頭若蚜形成1個蠟球，但當(dāng)秋遷蚜遷飛數(shù)量大，若蚜數(shù)量較多時，會形成緊密相連的密集蠟球，甚至1個蠟球內(nèi)有2頭若蚜，導(dǎo)致蘚枝上的擬葉皺縮、卷曲，甚至枯萎(圖1: B)；或者當(dāng)匐匍枝直立生長，離開土表時蘚枝也通常會生長不良，造成若蚜轉(zhuǎn)移，或在蠟球內(nèi)死亡。蠟球內(nèi)的若蚜可持續(xù)分泌蠟絲，使蠟球保持白色；當(dāng)蠟球顏色變黃或變暗時，挑開蠟球會發(fā)現(xiàn)若蚜通常已經(jīng)死亡，因此可通過蠟球的顏色來判斷若蚜的生存狀態(tài)。

2.2 角倍蚜越冬若蚜和春遷蚜形態(tài)特征

角倍蚜越冬若蚜各齡期之間的體型大小差異較大(表1)。隨著齡期的增加，越冬若蚜體長和體寬顯著增加，同時觸角和口器的長度也在增加，其中4齡若蚜的體長和體寬分別為1齡若蚜的2.18和2.01倍。除了1齡若蚜的觸角為4節(jié)，2-4齡若蚜和春遷蚜的觸角均為5節(jié)。雖然1齡若蚜的口器長度最短，但其占體長的比達(dá)到0.28，可達(dá)后足基節(jié)，而2-4齡若蚜的口器僅達(dá)中足基節(jié)或前中足間。

表1 角倍蚜越冬期間各發(fā)育階段的形態(tài)特征比較Table 1 Comparison of the morphological characteristics of Schlechtendalia chinensisat different developmental stages during overwintering

角倍蚜1-4齡越冬若蚜的體色是由淡黃色逐漸加深至深褐色(圖2)。1齡若蚜初產(chǎn)時為淡黃色，然后逐漸加深至黃褐色，2齡若蚜為黃褐色，3齡若蚜為深黃褐色，4齡若蚜為深褐色，局部黑色。1、2齡若蚜中后胸沒有翅芽，而3和4齡若蚜中后胸有明顯可見的翅芽，因此翅芽的發(fā)育可作為判斷若蚜齡期的依據(jù)。3齡若蚜翅芽為深黃褐色，而4齡若蚜為深褐色，3和4齡若蚜翅芽末端都伸至腹部1-2節(jié)，并且胸部背面隆起。春遷蚜體色為黑褐色，胸部背面隆起，2對翅透明，翅脈明顯，停息時雙翅呈屋脊?fàn)钚鄙w于體背，翅長約為體長的1.5倍。

圖2 角倍蚜越冬若蚜不同齡期的形態(tài)特征Fig. 2 Morphological characteristics of overwintering nymphs of Schlechtendalia chinensis of different instars

2.3 角倍蚜越冬若蚜的種群數(shù)量動態(tài)

角倍蚜越冬期間若蚜的死亡率極高，從10月中旬的13.10萬頭/m2急降至翌年3月中旬的1.05萬頭/m2(圖3)，總死亡率高達(dá)91.98%，每月的死亡率分別為45.29%(月均溫15.02℃)、26.28%(月均溫8.43℃)、49.84%(月均溫4.27℃)、46.54%(月均溫9.05℃)和25.88%(月均溫13.00℃)，其中10月中旬至11月中旬、12月中旬至翌年2月中旬的死亡率高，均超過45%，11月中旬至12月中旬和2月中旬至3月中旬的死亡率相對較低，但仍超過25%(圖4)。

圖3 越冬期間角倍蚜若蚜種群數(shù)量動態(tài)Fig. 3 Population dynamics of Schlechtendalia chinensisnymphs during overwintering圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；柱上不同小寫字母者表示不同時間的若蚜數(shù)量差異顯著(P<0.05, DMRT法)。Data in the figure are mean±SE. Different lowercase letters above bars indicate significant difference in the number of nymphs at different time (P<0.05, DMRT method).

圖4 越冬期間角倍蚜若蚜的死亡率Fig. 4 Mortalities of Schlechtendalia chinensisnymphs during overwintering

角倍蚜越冬若蚜大部分時間在蠟球內(nèi)渡過，但仍有少部分若蚜位于蠟球外。從10月中旬至翌年3月中旬，每月蠟球外若蚜數(shù)占總?cè)粞翑?shù)的比例分別為100.00%, 18.84%, 12.30%, 10.69%, 37.65%和98.41%，蠟球外若蚜數(shù)呈現(xiàn)“兩頭高、中間低”的變化(圖3)，其中10月中旬若蚜仍位于蠟球外(雖有蠟絲包裹但蠟球尚未完全成形，仍可看見若蚜)，11月中旬到翌年2月中旬絕大部分若蚜位于蠟球內(nèi)，且1月中旬蠟球外若蚜比例最低，此時也是一年中氣溫最低的時期，2月中旬若蚜準(zhǔn)備遷飛，部分已經(jīng)轉(zhuǎn)移到蠟球外，3月中旬幾乎全部從蠟球內(nèi)出來，即將遷飛。11月中旬到翌年3月中旬，蠟球外若蚜數(shù)量占總?cè)粞翑?shù)的比例與冬季氣溫變動呈正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.882)，表明蠟球內(nèi)外若蚜數(shù)量的變化與冬季氣溫變化和若蚜的個體發(fā)育與遷飛習(xí)性密切相關(guān)。

每個蠟球內(nèi)通常有1頭角倍蚜若蚜，但由于受不良環(huán)境條件、天敵和若蚜密度等的影響，也會出現(xiàn)蠟球內(nèi)的若蚜為0或2頭的現(xiàn)象。從10月中旬至翌年3月中旬，每個蠟球內(nèi)有2頭若蚜的比例很低，為0～3.33%；每個蠟球內(nèi)有1頭若蚜的數(shù)量逐漸減少，但2月中旬至3月中旬急劇下降；與此相對應(yīng)的是：每個蠟球內(nèi)有0頭若蚜(空蠟球)的數(shù)量逐漸增加，但2月中旬至3月中旬急劇上升(圖5)。反映了越冬期間若蚜極高的死亡率，其中2月中旬至3月中旬，空蠟球的比例從43.33%快速上升到96.67%，表明若蚜大部分轉(zhuǎn)移到蠟球外，準(zhǔn)備遷飛。

圖5 角倍蚜若蚜越冬期間每個蠟球內(nèi)若蚜數(shù)量的比例Fig. 5 Proportions of the number of Schlechtendaliachinensis nymphs in a wax ballduring overwintering

2.4 角倍蚜越冬若蚜的齡期分布

角倍蚜越冬若蚜個體間的發(fā)育進(jìn)度很不整齊，并與當(dāng)?shù)氐臍鉁刈兓芮邢嚓P(guān)。10月中旬全部為1齡若蚜，至11月中旬，有86.05%發(fā)育成2齡若蚜，而至12月中旬僅有18.01%的發(fā)育成3齡若蚜，到1月中旬，3齡若蚜的比例增加到40.25%，表明這2個月若蚜的發(fā)育進(jìn)度較10-11月明顯放緩；到2月中旬，有68.24%的若蚜發(fā)育成4齡若蚜，若蚜的發(fā)育進(jìn)度較 11月-翌年1月明顯加快；到3月中旬，

88.89%的若蚜已經(jīng)發(fā)育成春遷蚜，開始遷飛(表2)?？梢钥闯觯蕉粞猎?1月中旬至翌年1月中旬發(fā)育進(jìn)度較慢，而在10月中旬至11月中旬和1月中旬至3月中旬發(fā)育相對較快。這與當(dāng)?shù)氐臍鉁刈兓?guī)律基本一致，即11月中旬至翌年1月中旬的氣溫較低，10月中旬至11月中旬、1月中旬至3月中旬的氣溫逐漸升高的變化規(guī)律相一致。

表2 越冬期間角倍蚜若蚜不同齡期的百分比Table 2 Percentage of Schlechtendalia chinensis nymphs at different instars during overwintering

2.5 蘚層覆蓋度和厚度變化

角倍蚜若蚜越冬期間側(cè)枝匐燈蘚的厚度和覆蓋率逐步增加。從10月中旬到翌年3月中旬，蘚層厚度從1.13 cm增加到1.52 cm，增加了34.51%，除11月中旬相對于10月中旬顯著增加(P<0.05)外，其余相鄰兩月之間的厚度差異不顯著(P>0.05)(圖6: A)；蘚的覆蓋率從91.81%增加到99.69%，增加了8.58%，其中從10月中旬到11月中旬增加量最多，達(dá)到4.64%，占總增加量的58.88%，以后4個月間僅有小幅增加，相鄰兩月之間的覆蓋率差異不顯著(P>0.05)(圖6: B)。

圖6 角倍蚜若蚜越冬期間側(cè)枝匐燈蘚蘚層厚度(A)和覆蓋率(B)變化Fig. 6 Changes in the thickness (A) and coveragerate (B) of the moss Plagiomnium maximoviczii duringthe overwintering of Schlechtendalia chinensis nymphs圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；柱上不同小寫字母表示不同時間的側(cè)枝匐燈蘚蘚層厚度和覆蓋率差異顯著(P<0.05, DMRT法)。Data in the figure are mean±SE. Different lowercase letters above bars indicate significant difference in the thickness and coverage rate of the moss P. maximoviczii at different time (P<0.05, DMRT method).

3 討論

目前，生產(chǎn)上采用的無土植蘚方法培育五倍子蚜種蟲，已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的土壤植蘚養(yǎng)蚜，成為五倍子人工培育的主要生產(chǎn)方式。本研究基于無土植蘚養(yǎng)蚜方法，發(fā)現(xiàn)越冬若蚜的總死亡率為91.98%，累計死亡率呈“S”型變化。而賴永祺等(1990)基于傳統(tǒng)的土壤植蘚養(yǎng)蚜方法，發(fā)現(xiàn)越冬若蚜的總死亡率為98.50%，累計死亡率呈“對數(shù)曲線”型變化?？梢?，基于兩種不同的植蘚方法，越冬若蚜的死亡率和數(shù)量動態(tài)變化有差異顯著，其中無土植蘚方法優(yōu)于傳統(tǒng)土壤植蘚方法。這是由于無土植蘚方法更有利于保持蘚塊濕度的穩(wěn)定，提高了若蚜的存活率(查玉平等, 2019)。

越冬若蚜如此高的死亡率，可能與其特殊的生物學(xué)特性和生活微環(huán)境有關(guān)。首先，越冬若蚜自身沒有形成完善的抗寒機(jī)制。多數(shù)昆蟲在長期進(jìn)化過程中，形成了休眠、滯育或以卵越冬等生態(tài)適應(yīng)策略，以抵御冬季低溫、干旱或冰凍等不良環(huán)境條件(匡海源, 1964)。角倍蚜以若蚜越冬，沒有觀察到休眠或滯育的現(xiàn)象(賴永祺等, 1990; 張傳溪等, 1997)，而是靠若蚜分泌蠟絲形成蠟球的方式越冬。其次，越冬時間長，僅靠蠟球不足以適應(yīng)溫濕度等的變化。越冬若蚜的蠟球比較疏松，雖有一定的防水、保溫功能(Weietal., 2020)，但只能部分隔離降水和露水，不足以應(yīng)對越冬期間長達(dá)5個月的溫度和濕度的激烈變化或冰凍等，因此在越冬期間，月平均死亡率均超過25%，尤其是在蠟球未完全形成的10-11月，以及溫度最低的12月-翌年2月，月平均死亡率更是超過了45%。最后，由于越冬若蚜不滯育，需要從蘚枝上持續(xù)取食，但蘚類屬于低等植物，形態(tài)結(jié)構(gòu)簡單，抗旱能力弱，尤其是中后期蘚層厚度和覆蓋度的增加，蘚枝很容易由于缺水或營養(yǎng)不足而枯萎，迫使若蚜離開蠟球轉(zhuǎn)移取食，在轉(zhuǎn)移過程中由于缺乏蠟球保護(hù)而大量死亡。

針對越冬若蚜死亡率高的問題，在五倍子生產(chǎn)過程中，可以通過有針對性的技術(shù)措施，減少降水和溫濕度變化對若蚜生存的影響，從而提高若蚜的存活率和五倍子的產(chǎn)量。例如在10-11月蠟球形成過程中和2-3月若蚜離開蠟球遷飛前，對培育若蚜的蘚塊適時覆蓋薄膜避雨，避免雨水對若蚜的影響，提高若蚜存活率；在若蚜越冬期間，通過控制蘚上若蚜密度、覆蓋遮陽網(wǎng)和薄膜、適時補(bǔ)水等方法，注意調(diào)控蘚枝的正常生長，防止蘚枝過密和過厚，減少若蚜的轉(zhuǎn)移，提高若蚜的存活率，從而提高五倍子產(chǎn)量。