賀睿智 李澤林 吳健楨 解丹 賈妮婭 孫凡
(東北林業(yè)大學(xué),哈爾濱,150040)
近兩年來,黑龍江省的紅松(Pinuskoraiensis)原始林和人工林中,先后發(fā)現(xiàn)了多種球果種實(shí)害蟲的危害,部分地區(qū)受害嚴(yán)重,造成紅松種子產(chǎn)量和質(zhì)量下降,給苗木繁育及松籽產(chǎn)業(yè)帶來巨大的影響和損失。如林口縣通天一林場(chǎng),近三年來結(jié)實(shí)人工紅松林球果的受害率近100%,致使部分林分種實(shí)顆粒無收。
害蟲種類鑒定是種群控制工作的基礎(chǔ),幼蟲鑒定是制定防治方案和蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。與昆蟲成蟲形態(tài)相比,有關(guān)幼蟲形態(tài)特征的研究和記載較少。雖然鱗翅目幼蟲的形態(tài)分類特征較少,但具有一定的穩(wěn)定性,是種類鑒別的重要依據(jù)[1-2]。DNA條形碼是生物分類學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù),其本質(zhì)是利用一段含有生物信息的DNA片段進(jìn)行物種鑒別。在昆蟲分類領(lǐng)域,主要采用線粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞單元Ⅰ基因(COⅠ)進(jìn)行DNA標(biāo)記。COⅠ基因容易利用通用引物進(jìn)行聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)擴(kuò)增,同時(shí)在近緣種間基因的差異又足夠大,所以該基因鑒定可以快速標(biāo)記物種的分子特征,對(duì)依據(jù)形態(tài)特征的昆蟲鑒定有輔助和驗(yàn)證作用[3]。
球果害蟲幼蟲生活隱蔽,多種害蟲混合發(fā)生,致使種群鑒定較為困難。關(guān)于紅松球果幼蟲形態(tài)研究的文獻(xiàn)較少,上世紀(jì)80年代白九維[4]進(jìn)行了為害針葉樹的幾種卷蛾幼期研究,包含了部分紅松球果害蟲;2002年,樸美花等[5]描述了3種韓國紅松球果害蟲的幼蟲形態(tài)特性。2020年,盧孟等[6-7]采用毛位圖展示球果害蟲幼蟲的形態(tài)特征,使幼蟲鑒定更為直觀和簡便。本研究于2020年6—9月份在黑龍江省七臺(tái)河市林口縣持續(xù)采集受害球果,收集球果害蟲的幼蟲,發(fā)現(xiàn)不同月份球果內(nèi)害蟲的種類和數(shù)量明顯不同。本研究利用幼蟲形態(tài)特征并結(jié)合線粒體COⅠ對(duì)比進(jìn)行種類鑒定,對(duì)幼蟲形態(tài)特別是毛位特征進(jìn)行了更加詳細(xì)的描述,分析了不同害蟲在紅松球果內(nèi)發(fā)生時(shí)序,旨在為紅松球果害蟲的種群鑒定和精準(zhǔn)防控提供參考。
蟲源:2020年6月6日、7月10日、8月10日、9月15日,在黑龍江省七臺(tái)河市林口縣通天一林場(chǎng)40~50年紅松林內(nèi)采集2年生受害球果,每次采集受害球果50個(gè)左右。球果下樹后立即移到實(shí)驗(yàn)室內(nèi),陰干2~3 d后剝開球果檢出所有球果害蟲,浸泡在體積分?jǐn)?shù)為85%的酒精中保存。
幼蟲形態(tài)鑒定與描述:在體視顯微鏡下觀察幼蟲外部形態(tài),幼蟲頭部朝向觀察者左側(cè)。首先依據(jù)陸近仁等[1]、Capps[8]編寫的鱗翅目幼蟲檢索表鑒定至科,再與已知松屬植物球果害蟲幼蟲形態(tài)特征進(jìn)行比對(duì),確定樣本的種類;描述幼蟲形態(tài)并繪制幼蟲毛位圖,繪制方法及毛序的命名借鑒文獻(xiàn)[2]、[6]。
分子標(biāo)記鑒定:選用線粒體COⅠ基因作為分子標(biāo)記,每種幼蟲選取10只待測(cè)樣本。使用天根DNA提取試劑盒(DP304),并參照試劑盒中提供的方法從樣本中提取總DNA。使用通用引物對(duì)線粒體COⅠ基因片段進(jìn)行聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增,上游引物L(fēng)CO1490,5′-GGTCAACAAATCATAAAGATATTGG-3′,下游引物HCO2198,5′-TAAACTTCAGGGTGACCAAAAAATCA-3′[7],由北京睿博興科生物技術(shù)有限公司合成。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)體系含DNA模板1 μL、上游引物2 μL、下游引物2 μL、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)酶系預(yù)混液(Premix Taq)25 μL,加無菌水補(bǔ)至50 μL。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)程序:94 ℃預(yù)變性5 min、94 ℃變性30 s、55 ℃退火30 s、72 ℃延伸1 min,共35個(gè)循環(huán),72 ℃總延伸7 min。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)物用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè),委托北京睿博興科生物技術(shù)有限公司對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行純化和測(cè)序,測(cè)序引物同擴(kuò)增引物,采用正反雙向測(cè)序。測(cè)序結(jié)果用DNAstar v7.1軟件包中Seq Man程序進(jìn)行拼接和校正,并去除序列兩端引物部分。使用NCBI及BOLD數(shù)據(jù)庫中已有的序列進(jìn)行相似性比對(duì)。
害蟲發(fā)生時(shí)序測(cè)定:統(tǒng)計(jì)不同采樣時(shí)間球果幼蟲總數(shù)及不同種類幼蟲的數(shù)量,計(jì)算不同種類占總蟲數(shù)的比例。
2.1.1 油松球果小卷蛾(Gravitarmatamargarotana)
依據(jù)鱗翅目幼蟲分科檢索表鑒定至卷蛾科(Tortricidae)小卷蛾亞科(Olethreutinae);并與白九維[4]、盧孟[6]描述的油松球果小卷蛾幼蟲的形態(tài)特征大體相近。
形態(tài)特征:老熟幼蟲體長15~17 mm,體表肉紅色到紅褐色,頭部及前胸背板深褐色。毛片不明顯,顏色僅略深于體色。由圖1可見:第一胸節(jié)(T1),氣門盾近方形,著生3根剛毛和1個(gè)明顯的毛孔,3根剛毛位置不在一條直線上,呈鈍角三角形排列。第二胸節(jié)(T2)和第三胸節(jié)(T3)背毛和亞背毛均2根,著生在圓形毛片上,毛片相接或略有分離。第一腹節(jié)(A1)至第七腹節(jié)(A7)亞背毛與亞背微毛在一圓形毛片上,與氣門不相連。第八腹節(jié)(A8)亞背毛與亞背微毛位于同一毛片,位置在氣門前側(cè)下方。第九腹節(jié)(A9)背板兩側(cè)中央有缺口。第十腹節(jié)(A10),臀板前2根剛毛上下縱向排列,后2根剛毛橫向排列,位置與前側(cè)2根剛毛中的低位者平齊。
分子標(biāo)記鑒定:將測(cè)序樣本測(cè)序結(jié)果在BOLD數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對(duì),與庫中G.margarotana的序列相似度為99.84%,驗(yàn)證了形態(tài)鑒定的結(jié)果。
2.1.2 小卷蛾未知種(Cydiasp.)
依據(jù)鱗翅目幼蟲檢索表鑒定至卷蛾科(Tortricidae)小卷蛾亞科(Olethreutinae);與盧孟[6]記錄的小卷蛾屬未知種(Cydiasp.)特征大體相近。
形態(tài)特征:老熟幼蟲體長7~9 mm,頭部及背板土黃色,體表淺米色。頭部單眼區(qū)與頰后區(qū)有棕色暗斑。毛片不明顯,顏色僅比體色略深。由圖2可見:第一胸節(jié)(T1),氣門盾月牙形,有3根剛毛,排列不在一條直線上,中間的剛毛最長。第二胸節(jié)(T2)及第三胸節(jié)(T3),背毛和亞背毛均2根,背毛位于一個(gè)長形毛片,亞背毛位于一個(gè)近葫蘆形毛片。第一腹節(jié)(A1)至第七腹節(jié)(A7),亞背毛與亞背微毛在一個(gè)橫向毛片且與氣門相連。第八腹節(jié)(A8),亞背毛和亞背微毛在一個(gè)近圓形毛片,位置在氣門正前方。第十腹節(jié)(A10),臀板前2根剛毛上下縱向排列,后2根剛毛橫向排列,位置與前側(cè)2根剛毛中的低位者平齊。
分子標(biāo)記鑒定:將測(cè)序結(jié)果在NCBI數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對(duì),相似度較高的序列均為小卷蛾屬(Cydia),序列相似度最高為92.57%(Cydiasp.,KT142096.1),暫定為小卷蛾屬。
2.1.3 冷杉梢斑螟(Dioryctriaabietella)
依據(jù)鱗翅目幼蟲分科檢索表鑒定至螟蛾科(Pyralidae),與樸美花等[5]、盧孟[6]描述的冷杉梢斑螟幼蟲形態(tài)大體相同。
形態(tài)特征:老熟幼蟲體長18~26 mm,體色變異較大,可分為深色型和淺色型兩種體色,深色型體背棕黑或灰黑色,腹面灰白色,體褶處有斷斷續(xù)續(xù)的深褐色刻點(diǎn);淺色型體背污黃或淺棕色,背中線深棕色,蟲體兩側(cè)背毛和亞背毛之間各有一條線狀斑紋,腹面淺黃微紅。幼齡幼蟲毛片顏色較深,老齡幼蟲氣門以下毛片顏色變淺。由圖3可見:第一胸節(jié)(T1),氣門盾馬蹄形,位置在氣門的正前方,寬度略大于氣門直徑,上下排列著生2根剛毛,上側(cè)剛毛較短。第二胸節(jié)(T2),亞背毛2根,較長者著生在圓形淺色毛片上,外面圍繞著深色骨化環(huán),較短者著生在骨化環(huán)上。第三胸節(jié)(T3),亞背毛2根,著生在一個(gè)葫蘆形毛片上。第八腹節(jié)(A8),亞背毛片淺色,外環(huán)繞一個(gè)深色的骨化環(huán)。第九腹節(jié)(A9),亞背毛2根,著生在2個(gè)圓形毛片上,彼此分離;側(cè)毛群3根,位于一個(gè)長形毛片上。第十腹節(jié)(A10),臀板上第二根剛毛位置低于其他3根剛毛。
分子標(biāo)記鑒定:將測(cè)序結(jié)果在NCBI數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對(duì),與庫中D.abietella(KX046464)的序列相似度為100%,驗(yàn)證了形態(tài)鑒定的結(jié)果。
2.1.4 赤松梢斑螟(D.sylvestrella)
依據(jù)鱗翅目幼蟲分科檢索表鑒定至螟蛾科(Pyralidae),與樸美花等[5]、盧孟等[6]描述的赤松梢斑螟幼蟲形態(tài)一致。
形態(tài)特征:老熟幼蟲體長16~25 mm,頭部黑褐色,前胸背板黑色略有光澤,體背灰黑色,腹面灰白色,體表密布黑色刻點(diǎn),褶皺處居多。各體節(jié)毛片均較大且顏色較深。由圖4可見:第一胸節(jié)(T1),氣門盾較大,位置偏向氣門下方,包圍氣門周長約四分之一,氣門盾上下排列著生2根剛毛,下側(cè)剛毛較長。第二胸節(jié)(T2),亞背毛2根,較長者著生在圓形淺色毛片上,外面圍繞著深色骨化環(huán),較短者著生在骨化環(huán)上。第三胸節(jié)(T3),亞背毛2根,著生在一個(gè)橢圓形毛片上。第八腹節(jié)(A8),亞背毛片外環(huán)繞一個(gè)深色的骨化環(huán)。第九腹節(jié)(A9),亞背毛2根,2個(gè)毛片相接或略有分離;側(cè)毛群3根,位于一個(gè)長形毛片。第十腹節(jié)(A10),臀板上前2根剛毛上下縱向排列,后2根剛毛橫向排列,位置與前2根剛毛中的高位者平齊。
分子標(biāo)記鑒定:將測(cè)序結(jié)果在NCBI數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對(duì),與庫中D.sylvestrella的序列相似度為99.54%(DQ247746.1),驗(yàn)證了形態(tài)鑒定的結(jié)果。
2.1.5 小花尺蛾(Eupitheciaabietariadebrunneata)
依據(jù)鱗翅目幼蟲檢索表鑒定至尺蛾科(Geometridae),與樸美花等[5]、盧孟[6]描述的小花尺蛾幼蟲形態(tài)一致。
形態(tài)特征:老熟幼蟲體長20~25 mm,體表淺褐色。頭部及背板紅褐色,頭部單眼區(qū)及頰后區(qū)有暗斑。各體節(jié)毛片明顯,顏色較深。由圖5可見:第一胸節(jié)(T1),氣門盾橢圓形,遠(yuǎn)離氣門,著生2根上下排列的剛毛,上長下短。除第一胸節(jié)(T1)和第十腹節(jié)(A10)外,其他體節(jié)的毛片均為圓形,上面只著生1根剛毛,且相互分離。第一腹節(jié)(A1)至第五腹節(jié)(A5),每個(gè)體節(jié)腹毛2根。第八腹節(jié)(A8)腹毛1根。第九腹節(jié)(A9)共有毛片6根,呈縱向直線排列。第十腹節(jié)(A10),臀板上著生5根剛毛,位置可分為上下兩排,上排2根,下排3根。
分子標(biāo)記鑒定:將測(cè)序結(jié)果在BOLD數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對(duì),與庫中E.abietariadebrunneata的序列相似度為99.69%,驗(yàn)證了形態(tài)鑒定的結(jié)果。
由表1可見:油松球果小卷蛾是最先入侵的害蟲,6月初已經(jīng)入侵紅松球果,這個(gè)時(shí)候還沒有見到其它害蟲的蹤跡。7月中旬球果中共發(fā)現(xiàn)4種幼蟲,此時(shí)油松球果小卷蛾因大部分幼蟲化蛹,數(shù)量極少(2.20%);冷杉梢斑螟的個(gè)體最多,占總數(shù)的76.92%;小卷蛾未知種和赤松梢斑螟,各占總數(shù)的13.19%、7.69%。8月份、9月份,球果內(nèi)有3種幼蟲,其中2種梢斑螟的相對(duì)比例變化不大,并在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)(91.80%~94.81%),小花尺蛾的數(shù)量較少(5.19%~9.20%)。
表1 不同采樣時(shí)間球果內(nèi)害蟲種類及其占害蟲總數(shù)比例
同種類的幼蟲個(gè)體間體色、體態(tài)變異較大,但毛序特征具有穩(wěn)定性,以幼蟲的毛序作為形態(tài)特征保證了種類鑒定的準(zhǔn)確性。毛位圖使鑒別特征更加直觀,大幅度提高了鑒定效率。特別是林業(yè)生產(chǎn)單位,只需要實(shí)體顯微鏡就可以依據(jù)毛序特征進(jìn)行幼蟲種類鑒定,方便可行。
分子標(biāo)記物種鑒定,不但對(duì)傳統(tǒng)的形態(tài)鑒定有輔助和驗(yàn)證作用,還可以判斷種群之間的譜系關(guān)系及是否存在復(fù)合種。無論幼蟲形態(tài)鑒定,還是分子標(biāo)記鑒定,都需要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)儲(chǔ)備。本研究中,6月份受害球果中的卷蛾科幼蟲鑒定油松球果小卷蛾,7月份受害球果又出現(xiàn)了另一種卷蛾科幼蟲,現(xiàn)有的資料無法利用形態(tài)對(duì)其進(jìn)行種類鑒定,COⅠ技術(shù)也只能暫定為小卷蛾屬,有待于利用成蟲特征進(jìn)一步確定其種類。
從不同害蟲在球果內(nèi)發(fā)生時(shí)序看出,林口縣小卷蛾類是紅松球果的先鋒種類。在6-7月份,球果體積增長期即入侵球果蛀道取食,雖然這2種害蟲幼蟲歷期較短,但對(duì)球果的生長發(fā)育影響較大。2種梢斑螟在卷蛾之后入侵,并且數(shù)量大、發(fā)育期長,對(duì)球果種實(shí)的營養(yǎng)積累影響較大。小花尺蛾入侵球果較晚,在林口縣發(fā)生的數(shù)量較少,危害相對(duì)較輕。
掌握幼蟲發(fā)生的時(shí)序規(guī)律也有助于幼蟲的鑒定。在林口縣,油松球果小卷蛾6月初已經(jīng)入侵紅松球果,7月份會(huì)出現(xiàn)2種卷蛾和2種梢斑螟,其中卷蛾體色淺、毛片不明顯,而梢斑螟體色深、毛片明顯,故根據(jù)體色即能區(qū)分這2個(gè)類群。因7月初油松球果小卷蛾基本處于老熟幼蟲階段,體色為肉紅色,體長明顯高于另外1種卷蛾,由此可以區(qū)分2種卷蛾。8月份小花尺蛾開始危害,其幼蟲只有2對(duì)腹足,憑借此特征可以快速地與梢斑螟區(qū)分開。但2種梢斑螟發(fā)生時(shí)間相同,體色變異大,需要依據(jù)毛序特征進(jìn)行幼蟲種類鑒定。
本研究表明,冷杉梢斑螟體色,大體可分為深色型和淺色型2類,其中深色型與赤松梢斑螟體色相近,并與后者一樣,在體表有斷斷續(xù)續(xù)的深色刻點(diǎn)。在我國這2種梢斑螟普遍混合發(fā)生[9],并且發(fā)生歷期重合,是否存在復(fù)合種有待進(jìn)一步研究確定。