短时低温对柑橘大实蝇1～4级蛹恒温代价的弥补效应

王福莲, 李再园, 马跃坤, 邵 瑞, 李传仁*, 张桂芬

(1.长江大学农学院, 长江大学昆虫研究所, 荆州 434025; 2. 中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室, 北京 100193)

短时低温对柑橘大实蝇1～4级蛹恒温代价的弥补效应

王福莲1#, 李再园1#, 马跃坤1, 邵 瑞1, 李传仁1*, 张桂芬2

(1.长江大学农学院, 长江大学昆虫研究所, 荆州 434025; 2. 中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室, 北京 100193)

柑橘大实蝇Bactroceraminax(Enderlein)为我国重要的柑橘类害虫。为了解短时低温对柑橘大实蝇1～4级蛹恒高温代价的弥补效应,以25℃恒高温为基础,研究了相对低温10、15、20℃短时(2、4、8 h)变温处理柑橘大实蝇1～4级蛹后其成虫羽化情况。相对于恒温25℃,经15℃和20℃短时(2～8 h)变温处理1级蛹后成虫羽化增长率为14%～47%,经10℃和15℃短时(2、4、8 h)变温和20℃短时(4 h)变温处理2～3级蛹后成虫羽化增长率为2%～45%,经10、15℃和20℃短时(2、4、8 h)变温处理4级蛹后成虫羽化增长率为28%～46%,均表现为正增长,产生了恒温代价弥补正效应。4级蛹经10、15、20℃变温处理2 h和8 h,对其恒温代价弥补正效应均较2～3级蛹的大。总之,特定时长低温对特定蛹级产生恒温弥补正效应,不同蛹级间效应有差异。本研究结果为室内柑橘大实蝇保存,及春季快速回暖或田间倒春寒情况下柑橘大实蝇种群动态的预测预报提供依据。

柑橘大实蝇; 短时低温; 1～4级蛹; 恒温代价; 弥补效应

柑橘大实蝇Bactroceraminax(Enderlein),俗称“柑蛆”,隶属于双翅目Diptera，实蝇科Tephritidae,果实蝇属BactroceraMacquart,是柑橘生产上主要害虫之一[1-2]。其专性为害柑橘类果实,严重影响柑橘果实的产量与品质[3]。柑橘大实蝇为一化性昆虫[4],以蛹越冬。蛹在土壤中历经160～170 d[5],温度是影响其存活的主要因子之一[5-7]。当温度过高(30℃以上)或过低时(10℃以下)均不利于柑橘大实蝇蛹的存活,成虫不能羽化[8]。

有研究发现在人为设定的25℃持续恒温条件下(温度处理从化蛹到羽化)柑橘大实蝇蛹的历期(113.7 d)显著短于自然(变温)条件下的(200.9 d)[7]。然而,持续恒温处理柑橘大实蝇蛹可以促进成虫提前羽化却以降低其存活率为代价。柑橘大实蝇在持续恒温下存活率等下降的现象,我们称之为恒温代价现象。这种恒温代价现象在昆虫中普遍存在,例如,相对于自然变温条件,烟蚜茧蜂AphidiusgifuensisAshmaed、小菜蛾Plutellaxylostella(Linnaeus)等昆虫,在持续恒温下存活率降低,存活时间缩短,成虫繁殖力和寿命减少[9-11]。

昆虫在特定的低温变化的刺激下,其存活率、成虫繁殖力、种群内禀增长率等较持续恒温条件下有所提高[9,12-13],其恒温代价得到缓解,可称之为恒温代价弥补效应。变温可提高柑橘大实蝇蛹的存活率。在自然变温条件下存放(长期或短期),其羽化率与25℃恒温相比有显著提高[7]。如柑橘大实蝇化蛹后经自然变温处理0、30、90、150 d后移入25℃的恒温条件下至羽化,羽化率随着低温时间的延长而升高(39.36%、42.77%、48%、61%)[7]。

低温变化有利于柑橘大实蝇0级蛹的存活,缓解其恒温代价,0级蛹(初化蛹)在低温(6、8、10、12℃)下,经过30 d低温锻炼后转于22℃保存,蛹存活率显著高于持续放置在22℃下蛹的存活率[5]。柑橘大实蝇滞育蛹(0级)与滞育解除蛹(1级、2级、3级、4级)对低温的耐受性有差异[14]。但不同级别滞育解除蛹(1级、2级、3级、4级)之间的温度反应差异尚不明确。柑橘大实蝇蛹发育起点温度为10.57℃[8],此时春季回暖与寒潮并存,温度变化迅速和频繁。为了明确短时变温对柑橘大实蝇1～4级蛹恒温(自然日均温25℃)代价的弥补效应差异,研究了变温温度10、15、20℃条件下,处理2、4、8 h,1～4级蛹的存活(成虫羽化)情况,以期为室内柑橘大实蝇保存,及春季快速回暖或田间倒春寒情况下柑橘大实蝇种群动态的预测预报提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

2014年10月下旬在湖北省松滋市收集柑橘大实蝇老熟幼虫,保存于含水量15%左右的细沙之中,化蛹后转存于10℃冷库备用。

1.2 短时变温处理

翌年3月30日,当外界温度高于柑橘大实蝇发育起点温度(10.57℃)[8]时,将蛹从冷库取出,置于25℃人工气候箱(RZH-260A型,杭州汇尔仪器设备有限公司),待蛹发育至1级(1级蛹比例95%),2～3级(2～3级蛹比例70%)和4级(4级蛹比例70%)时[15],进行短时变温处理。短时变温模式为各级蛹分别采用10、15、20℃处理2、4、8 h,处理后转入25℃培养箱继续发育。每天观察记录成虫羽化情况。以恒温25℃下的1级、2～3级、4级蛹为对照。所有处理均设5个重复,每重复30头蛹。处理后每天观察成虫羽化情况,至连续10 d没有成虫羽化时结束观察。

1.3 数据分析

羽化增长率=(短时变温处理各级蛹后相应的成虫羽化率-恒温25℃下各级蛹相应的成虫羽化率)/恒温25℃下各级蛹相应的成虫羽化率×100%。数据在SPSS 17.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)中进行单因素方差分析,平均数差异均采用LSD法多重比较。

2 结果与分析

2.1 10℃短时低温对柑橘大实蝇1～4级蛹恒温代价弥补效应的差异

与在恒温25℃下的成虫羽化率相比较,10℃短时低温处理1级蛹2、4、8 h,成虫羽化增长率分别为-22%、-5%、-1%(图1),均小于0,为负增长。可见10℃短时(2、4、8 h)变温对柑橘大实蝇1级蛹的恒温代价无弥补作用,却加剧伤害。10℃变温处理2～3级和4级蛹2、4、8 h,成虫羽化增长率均大于0,表现为正增长,产生了恒温代价弥补正效应。

10℃短时低温处理2～3级和4级蛹2 h和8 h,成虫羽化增长率分别为9%和31%、21%和45%,4级蛹的增长率显著高于2～3级蛹(P=0.036、0.039)。变温处理2～3级和4级蛹4 h时成虫羽化增长率分别为29%和28%,2～3级和4级蛹间成虫羽化率无显著差异(P=0.809)。可见,10℃变温处理2 h和8 h对4级蛹的恒温代价弥补正效应较大,处理4 h对2～3级和4级蛹的恒温代价弥补作用均较大。

图1 10℃短时低温处理柑橘大实蝇1～4级蛹后的成虫羽化增长率Fig.1 The increasing eclosion rate of 1st-4th stage pupae treated by short-term exposure at 10℃

2.2 15℃短时低温对柑橘大实蝇1～4级蛹恒温代价弥补效应的差异

15℃短时低温处理1级、2～3级和4级蛹2、4、8 h,成虫羽化增长率均大于0(图2),表现为正增长。可见,15℃短时(2、4、8 h)变温对1级、2～3级、4级蛹的恒温代价均存在弥补正效应。对于不同级别蛹来说,相同处理时长,弥补程度不同。1级、2～3级和4级蛹经15℃变温处理2 h和8 h,成虫羽化增长率分别为47%、2%、36%和28%、12%、46%,4级蛹的成虫羽化增长率与1级蛹间无显著差异(P=0.336、0.144),而显著高于2～3级蛹(P=0.003、0.012)。经15℃变温处理4 h,成虫羽化增长率为37%、45%、33%,各蛹级间无显著差异(P=0.586)。可见,15℃短时处理2、4 h和8 h,对1级、4级蛹的恒温代价弥补正效应相当,对2～3级蛹的恒温弥补正效应较小。处理4 h,对2～3级蛹的恒温弥补正效应与1级、4级蛹的相当。

图2 15℃短时低温处理柑橘大实蝇1～4级蛹后的成虫羽化增长率Fig.2 The increasing eclosion rate of 1st-4th stage pupae treated by short-term exposure at 15℃

2.3 20℃短时低温对柑橘大实蝇1～4级蛹恒温代价弥补效应的差异

20℃短时低温处理1级蛹和4级蛹2、4、8 h,成虫羽化增长率分别为39%和33%、14%和33%、14%和31%,均表现为正增长,且1、4级蛹间成虫羽化增长率无显著差异(P=0.723、0.175、0.272)(图3)。20℃变温处理2～3级蛹2 h和8 h时,成虫羽化增长率为-4%、-9%,均表现为负增长,无弥补作用。20℃处理2～3级蛹4 h时,成虫羽化增长率(12%)表现为正增长,且与1级、4级蛹羽化增长率无显著差异(P=0.882、0.073)。20℃短时处理2、4 、8 h,对1级、4级蛹的恒温代价弥补正效应相当。处理4 h,对2～3级蛹的恒温弥补正效应与1级、4级蛹的相当。

图3 20℃短时低温处理柑橘大实蝇1～4级蛹后的成虫羽化增长率Fig.3 The increasing eclosion rate of 1st-4th stage pupae treated by short-term exposure at 20℃

3 结论与讨论

柑橘大实蝇为一化性昆虫,与冬季的低温相比,人为恒高温对其滞育蛹的存活有影响,也就是说,柑橘大实蝇的越冬滞育蛹需要为相对恒高温付出存活代价,而相对的低温变化对其存活有利[5,7]。低温变化产生的恒温弥补正效应,在纹皮蝇Hypodermalineatum(De Villers)中存在。其蛹在15/25℃(12 h变温一次)变温时,蛹羽化率较20℃提高6%,纹皮蝇北方品系在14～26℃和16～24℃变温(12 h变温一次)条件时蛹羽化率较20℃的55%提高到77%[16]。对于柑橘大实蝇1～4级蛹(滞育解除蛹)来说,即使是一次短时(2、4、8 h)的低温变化,也可能产生明显的恒温弥补效应。如10、15℃和20℃短时(2、4、8 h)变温对4级蛹均具有恒温弥补的正效应,15℃和20℃短时(2、4、8 h)变温,对1级蛹同样有恒温弥补的正效应。

从变温与时长的组合效应来看,特定温度和时长对特定蛹级的蛹具有恒温弥补效应,不同蛹级的蛹对不同的短时变温反应差异较大。原因可能是:1)昆虫属于变温动物,温度的改变将直接影响昆虫的体温和新陈代谢速度的变化[9],柑橘大实蝇也不例外。2)柑橘大实蝇各级蛹自身的耐寒性有差异[14]。10℃短时(2、4、8 h)变温处理,对于1级蛹的恒温代价不仅无弥补作用,反而加剧其死亡。这可能就与柑橘大实蝇的耐寒性有关。柑橘大实蝇蛹发育起点温度为10.57℃[8]。在其1级蛹期,外界环境温度均高于10℃。因此,10℃对于柑橘大实蝇1级来说属于相对不利存活的低温。而10℃短时(2、4、8 h)变温处理2～3级蛹和4级蛹对其恒温代价反而有弥补作用。由于柑橘大实蝇不同级别发育蛹(1～4级别蛹)的耐寒性强弱为:4级蛹>2～3级蛹>1级蛹(本实验室研究结果,尚未发表)。即4级蛹和2～3级蛹的耐寒性强于1级蛹。那么,10℃短时处理对其来说便具有了弥补恒温代价的作用。3)不同级别蛹发育速度差异较大。本研究发现15℃和20℃短时(2、4、8 h)变温处理,对2～3级蛹的恒温代价均有弥补作用,但以处理4 h最为理想,弥补作用最大。20℃短时变温处理4 h,对2～3级蛹的恒温代价有弥补作用,而处理2 h和8 h,却存在负效应。从蛹的发育速度来看,1级蛹期约12 d,2级蛹期约10 d,3级蛹期约7 d,4级蛹期约2 d[15],而2～3级蛹发育速度总体较慢,所以恒高温(25℃)或者变温温度和时长作用下,引起的代谢等反应差异较大。这或许与15℃和20℃作用不同时长对2～3级蛹的弥补效应正负变化较大,且20℃各时长对2～3级蛹的恒温代价弥补正效应不足相关。对于相对恒高温和短时变温对柑橘大实蝇蛹的恒温代价弥补机制有待进一步研究。

对于柑橘大实蝇的滞育蛹来说,长期低温利于其存活[7],即长期低温对滞育蛹的恒温代价有良好的弥补作用。对柑橘大实蝇滞育解除蛹(1～4级蛹)来说,特定组合的短时低温对其恒温代价有弥补作用。各级别滞育解除蛹对恒温代价弥补温度需求有差异。因此,可以根据不同级别或发育期蛹的特定需求,设置长期、短时低温来提高蛹的存活率。同时本文结果还可为春季快速回暖或田间倒春寒情况下柑橘大实蝇成虫发生测报提供参考。

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(责任编辑： 田 喆)

Recoveryeffectsonconstanttemperaturecostof1st-4thstagepupaeofBactroceraminaxbrieflyexposedtolowertemperature

Wang Fulian1, Li Zaiyuan1, Ma Yuekun1, Shao Rui1, Li Chuanren1, Zhang Guifen2

(1.CollegeofAgriculture&InstituteofEntomologicalScience,YangtzeUniversity,Jingzhou434025,China;2.StateKeyLaboratoryforBiologyofPlantDiseases&InsectPests,InstituteofPlantProtection,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China)

Bactroceraminax(Enderlein) is an important citrus pest in southern China. To demonstrate the recovery effects on constant temperature cost of the 1st-4th stage pupae ofB.minax, the pupae were exposed to a series of lower temperatures (10℃, 15℃, 20℃, based on constant temperature of 25℃) for 2 h, 4 h and 8 h and the adult eclosion was observed. The results showed that the eclosion growth rate was 14%-47% when the 1st stage pupae were exposed to 15℃or 20℃ for 2 h, 4 h and 8 h, while it was 2%-45% when the 2nd-3rd stage pupae were exposed to 10℃ or 15℃ for 2 h, 4 h and 8 h and 20℃ for 4 h; it was 28%-46% when the 4th-stage pupae were exposed to 10℃, 15℃ or 20℃ for 2 h, 4 h, 8 h, with a positive growth. It indicated that there were recovery effects on the constant temperature cost. The recovery effect of the 4th-stage pupae exposed to 10℃, 15℃ and 20℃ for 2 h and 8 h was significantly higher than those of the 2nd-3rd stage pupae. It was concluded that the pupae at certain stages exposed to exact lower temperatures with particular exposure time could produce recovery effects on constant temperature cost and there was significant recovery difference between pupae of different stages. The results could provide reference for the preservation ofB.minaxpupae in the laboratory and adult population forecasting in the field with rapid warm-up in early spring or cold spell in later spring.

Bactroceraminax; short-term lower temperature; 1st-4th stage pupae; constant temperature cost; recovery effect

S 436.661

： ADOI： 10.3969/j.issn.0529-1542.2017.05.014

2016-11-10

： 2017-01-14

国家自然科学基金(31572010);长江大学大学生创新计划项目(2014031)

* 通信作者 E-mail: lichuanren@163.com

#为并列第一作者