馬鈴薯甲蟲自然種群抗寒能力測定

張云慧， 張 智， 何 江， 吐爾遜， 程登發(fā)＊

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，植物病蟲害生物學國家重點實驗室，北京 100193；2.新疆農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，烏魯木齊 830000）

馬鈴薯甲蟲自然種群抗寒能力測定

張云慧1， 張 智1， 何 江2， 吐爾遜2， 程登發(fā)1＊

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，植物病蟲害生物學國家重點實驗室，北京 100193；2.新疆農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，烏魯木齊 830000）

為明確馬鈴薯甲蟲自然種群的抗寒性，利用熱敏電阻測定儀對馬鈴薯甲蟲不同蟲態(tài)過冷卻點和冰點進行了測定。結果表明：不同蟲態(tài)過冷卻點和冰點之間存在顯著性差異，其中以卵和成蟲的過冷卻點最低，分別為：（－13.73±0.93）℃和（－7.89±0.07）℃，顯著低于其他蟲態(tài)。3齡幼蟲的過冷卻點和冰點最高，分別為：（－6.21±0.08）℃和（－2.80±0.08）℃；過冷卻點由低到高順序為：卵＜成蟲＜1齡幼蟲＜蛹＜4齡幼蟲＜2齡幼蟲＜3齡幼蟲；冰點由低到高的順序為：卵＜1齡幼蟲＜成蟲＜2齡幼蟲＜蛹＜4齡幼蟲＜3齡幼蟲；同一蟲態(tài)個體間的過冷卻點頻次分布出現(xiàn)不同程度的變異，但均服從正態(tài)分布。研究結果為制定馬鈴薯甲蟲在我國潛在分布和風險分析提供了科學依據(jù)。

馬鈴薯甲蟲； 抗寒性； 過冷卻點； 結冰點

昆蟲是變溫動物，溫度對其影響是不言而喻的，尤其低溫作為一個重要的因素影響著它們的發(fā)生、分布、生殖和擴散［1］。因此，明確昆蟲的耐寒性對于其在一個國家和地區(qū)的分布，能否向北擴散并建立穩(wěn)定的種群，以及成功預測預報和根治其危害都起著至關重要的作用［2］。對昆蟲耐寒性的研究最早可追溯至18世紀30年代，Bachmetjew發(fā)現(xiàn)了昆蟲的過冷卻點，這一發(fā)現(xiàn)為昆蟲在低溫環(huán)境下的適應能力，以及許多有關實踐問題的研究開辟了廣闊的前景［3］。吳孔明等研究了我國不同地理種群棉鈴蟲的抗寒性，并首次提出我國棉鈴蟲越冬的北界，提高了我國棉鈴蟲預報的準確性，為建立我國的棉鈴蟲區(qū)域性災變預警技術體系奠定了基礎［4］。韓蘭芝等通過測定甜菜夜蛾不同地理種群的過冷卻點和結冰點，結合田間埋蛹越冬試驗和氣溫分析，得出甜菜夜蛾的常年越冬區(qū)范圍應在南京以南［5］。一般情況下昆蟲的過冷卻能力越強，其抗寒能力就越強。因而在許多昆蟲耐寒性的研究中，過冷卻點成為界定其耐寒性強弱的重要指標之一［6－7］。因此，測定昆蟲的過冷卻點，對于了解其抗寒能力，預測越冬死亡率和種群變動規(guī)律，確定科學防控措施，以及深入研究該蟲的低溫生態(tài)學，都具有理論和生產(chǎn)的雙重意義。

馬鈴薯甲蟲［Leptinotarsadecemlineata（Say）］發(fā)源地為墨西哥北部的洛基山東麓，該蟲分布于歐洲、非洲、亞洲和北美洲的30多個國家和地區(qū)，是一種極具毀滅性的檢疫性害蟲［8］。在我國新疆主要以成蟲、幼蟲進行為害，給馬鈴薯生產(chǎn)造成嚴重的經(jīng)濟損失，一般減產(chǎn)30%～50%，有時高達90%，甚至絕收［9］。1993年，馬鈴薯甲蟲在新疆西部伊犁自治州察布查爾縣、塔城市被首次發(fā)現(xiàn)，在隨后的幾年中，馬鈴薯甲蟲逐漸沿著伊犁河谷向東、向北擴散，最東端到達烏魯木齊的木壘縣，目前分布于新疆的36個縣市，成為新疆馬鈴薯生產(chǎn)的重要害蟲，并對其他馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)形成嚴重威脅［10］。自馬鈴薯甲蟲傳入我國新疆地區(qū)，圍繞馬鈴薯甲蟲的發(fā)生規(guī)律和防控技術開展了大量的研究［11－13］，但是有關馬鈴薯甲蟲抗寒性研究，目前國內仍屬空白。國際方面發(fā)表的相關報道也不多，相關研究綜述和學位論文中引用的多是俄羅斯研究發(fā)表的一篇文獻。該研究結果表明滯育的馬鈴薯甲蟲過冷卻點在－6.15～－5.7℃［14］。本研究團隊自2008年以來，通過對馬鈴薯甲蟲越冬區(qū)的調查和地溫的收集發(fā)現(xiàn)馬鈴薯甲蟲過冷卻點結論與我國新疆馬鈴薯甲蟲的實際的越冬區(qū)有些出入。因此，有必要弄清我國新疆地區(qū)馬鈴薯甲蟲的抗寒性，結合各地氣象數(shù)據(jù)建立馬鈴薯甲蟲在我國的越冬區(qū)劃，為馬鈴薯甲蟲的監(jiān)測預警提供基礎生物學依據(jù)。本研究從馬鈴薯甲蟲的抗寒性入手，測定馬鈴薯甲蟲不同蟲態(tài)的過冷卻點和冰點，為研究馬鈴薯甲蟲在我國潛在分布和風險分析提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

供試馬鈴薯甲蟲成蟲采自烏魯木齊市安寧渠新疆農(nóng)科院試驗場“國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)”（87°28′E，43°56′N）實驗基地馬鈴薯試驗田，直接從田間隨機采集越冬代成蟲，卵、幼蟲、蛹。測試時間為5月上旬馬鈴薯甲蟲越冬代成蟲出土，到6月中旬第1代幼蟲化蛹盛期。

1.2 實驗儀器

DW－40型低溫試驗箱（－40～120℃）由浙江上虞市龍翔精密儀器廠生產(chǎn)，降溫速度1℃／min；SUN－Ⅱ型智能過冷卻點測定儀及配套軟件由中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所和鵬程電子有限公司合作研發(fā)。每處理測定試蟲40頭，5s1次由昆蟲過冷卻儀的數(shù)據(jù)采集器自動采集蟲體溫度變化后輸入計算機，并用相應的軟件對數(shù)據(jù)進行處理，實時繪制蟲體溫度變化曲線，數(shù)據(jù)存儲為txt格式。當降到一定溫度時，昆蟲體液開始結冰，此時的溫度即為過冷卻點，蟲體結冰后釋放出熱量，在溫度變化曲線上顯示為跳躍峰值，峰值即為結冰點［15］。

1.3 過冷卻點和冰點的測試方法

把田間采集的馬鈴薯甲蟲成蟲和幼蟲放置在寬4.5cm，長6cm的塑料透明膠帶上，將過冷卻點測定儀的熱敏電阻感溫探頭與蟲體充分接觸，用膠帶把蟲體與探頭包好，使兩者充分接觸后置于高低溫實驗箱中。蛹和卵置于0.8mL的離心管中，將熱敏電阻感溫探頭深入離心管，使探頭與蟲體充分接觸后，用脫脂棉封口置于高低溫實驗箱中。

1.4 數(shù)據(jù)分析

計算不同蟲期過冷卻點和冰點的平均值和標準差，用Duncan多重比較進行差異顯著性測定，并采用單樣本Kolmogorov－Smirnov檢驗分析不同蟲期過冷卻點的頻次分布特征。所有數(shù)據(jù)處理均采用SPSS 16.0（SPSS Inc.，Chicago）進行。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯甲蟲過冷卻點測定

馬鈴薯甲蟲各蟲態(tài)過冷卻點存在一定的差異，測定結果見表1，以卵的過冷卻點最低為（－13.73±0.93）℃，其次為成蟲和1齡幼蟲分別為：（－7.89±0.07）℃和（－7.87±0.18）℃，成蟲和1齡幼蟲之間無顯著性差異，但顯著低于其他蟲態(tài)（p＜0.05）；其次為蛹（－6.90±0.12）℃，顯著低于2～4齡幼蟲（p＜0.05）；2～4齡幼蟲過冷卻點較高，它們之間沒有顯著性差異（p＞0.05），幼蟲各齡期平均過冷卻點為（－6.66±0.08）℃，幼蟲各齡期中以3齡幼蟲過冷卻點最高（－6.21±0.08）℃。過冷卻點由低到高的具體順序為：卵＜成蟲＜1齡幼蟲＜蛹＜4齡幼蟲＜2齡幼蟲＜3齡幼蟲。

表1 馬鈴薯甲蟲不同蟲態(tài)過冷卻點

2.2 馬鈴薯甲蟲冰點的測定

馬鈴薯甲蟲冰點也存在一定的差異，不同發(fā)育階段的冰點測定結果見表2。冰點由低到高的順序為：卵＜1齡幼蟲＜成蟲＜2齡幼蟲＜蛹＜4齡幼蟲＜3齡幼蟲。冰點平均值最低為卵（－12.57±0.94）℃，其次為1齡幼蟲和成蟲，分別為：（－6.64±0.18）℃和（－6.57±0.79）℃，兩者之間沒有顯著性差異，冰點最高值為3齡幼蟲（－2.80±0.08）℃。不同個體之間冰點極限最低值為卵－15.39℃，最高值為4齡幼蟲－0.51℃，不同蟲態(tài)之間冰點存在較明顯的差異（p＜0.05）。方差分析表明，不同蟲態(tài)冰點的變化趨勢和不同蟲態(tài)過冷卻點的變化趨勢基本一致。

表2 馬鈴薯甲蟲不同蟲態(tài)冰點

2.3 過冷卻點在各蟲態(tài)的頻次分布

馬鈴薯甲蟲各蟲態(tài)個體的過冷卻點出現(xiàn)不同程度的變異（圖1）。各蟲態(tài)個體的過冷卻點分布范圍具有一定寬度。過冷卻點最低值為卵期－16.66℃，最高值出現(xiàn)在2齡幼蟲－3.12℃。卵的過冷卻點分布范圍最寬，最低值與最高值相差5.68℃。3齡幼蟲過冷卻點分布范圍最小，最低和最高值相差3.46℃。具體寬度范圍由大到小為：卵＞1齡幼蟲＞2齡幼蟲＞成蟲＞蛹＞4齡幼蟲＞3齡幼蟲。各蟲期的過冷卻點頻次均服從正態(tài)分布（p＞0.05）。

圖1 馬鈴薯甲蟲各蟲態(tài)過冷卻點頻次分布

3 討論

入侵物種往往能形成極具優(yōu)勢性的暴發(fā)與擴張，很大程度上取決于它強大的競爭以及對惡劣環(huán)境的適應能力［2］。例如南美斑潛蠅向北擴散的過程中同時伴隨著過冷卻點降低的適應機制［16］。早期的研究結果也表明馬鈴薯甲蟲具有極強的生理、生態(tài)適應能力，當新入侵地區(qū)環(huán)境條件不利于其發(fā)育時，該蟲可通過滯育等一系列生物學機制適應不良環(huán)境，在3～5年時間內，種群就能適應新的環(huán)境，并表現(xiàn)出與原始種群不同的生理生態(tài)學特性［17］。在馬鈴薯甲蟲越冬成蟲的抗寒性研究方面不同時間、不同地區(qū)過冷卻點存在很大差異，例如俄羅斯20世紀70年代的結果表明滯育狀態(tài)下的馬鈴薯甲蟲過冷卻點在（－6.15～－5.7）℃［14］，而加拿大專家20世紀90年代研究結果為越冬后馬鈴薯甲蟲平均過冷卻點為－8.8℃，土中滯育狀態(tài)下平均過冷卻點可達－11.7℃，從而保證種群向北延伸到加拿大的新不倫瑞克省［18］。本文測定的馬鈴薯越冬成蟲過冷卻點為（－7.89±0.07）℃，與俄羅斯和加拿大專家的研究結果也存在一定的差異，充分顯示了馬鈴薯甲蟲作為入侵性害蟲超強的生理生態(tài)適應機制。

另外，對于馬鈴薯甲蟲整個生育期的抗寒性測定結果顯示以卵和成蟲的過冷卻點和冰點最低，其次為1齡幼蟲，符合馬鈴薯甲蟲的抗逆性對策。馬鈴薯甲蟲以成蟲越冬，在我國新疆地區(qū)每年4月下旬越冬代成蟲開始出土，成蟲產(chǎn)卵始期為5月上旬，第1代幼蟲發(fā)生始期為5月中旬［10］。根據(jù)新疆氣象資料4月下旬至5月中旬正是馬鈴薯甲蟲發(fā)生區(qū)氣溫最不穩(wěn)定、常有寒流發(fā)生、晝夜溫差大的時期，生活在這個時期的越冬代成蟲、卵和1齡幼蟲通過更高的耐寒性適應環(huán)境的脅迫。試驗過程中由于卵個體較小，給測試帶來了一定的困難，本試驗共測試200粒卵，只有7粒得到試驗結果。關于卵的耐寒性需要進一步改進實驗儀器進行測定，但從7個成功的測試結果顯示，卵具有較高的抗寒性，這和另一個入侵害蟲扶桑綿粉蚧抗寒對策一致，卵和1齡幼蟲具有更強的抗寒性［19］。

本文對馬鈴薯甲蟲的過冷卻點測定發(fā)現(xiàn)：同一發(fā)育階段的過冷卻點有一定的變異，從頻次分布圖看均符合正態(tài)分布，表明過冷卻點在同一發(fā)育階段的不同個體之間耐寒性存在差異。Klok和Chown認為這種現(xiàn)象是變溫動物的一種適應策略，在遭受突如其來的意外的寒冷情況下，抗逆性強的個體也能存活下來［20］。另外，昆蟲的過冷卻點在很多種類中不是穩(wěn)定和集中的，它會因環(huán)境、營養(yǎng)、發(fā)育階段和蟲體的結構不同而不同，還會受各種環(huán)境因素的影響，例如：如氣候的季節(jié)變化，緯度或海拔的差異等，以及昆蟲自身的發(fā)育階段、滯育發(fā)生等，這種變化與營養(yǎng)、體內化學物質組成、蟲體結構有一定關系［7，21－22］。因此，不少學者將過冷卻點整合到種群在地理分布范圍擴散方面的研究，探討昆蟲在種群擴散過程中過冷卻點變化對種群擴散的生態(tài)學意義［4，15，23］。尤其是研究毀滅性檢疫害蟲種群的耐寒性分化對預測其擴散機會和綜合治理該類害蟲有十分重要的意義，下一步擬從馬鈴薯甲蟲體內抗寒物質入手，通過全面掌握其耐寒機制，在獲得該蟲在不同環(huán)境因子下發(fā)生危害規(guī)律等科學數(shù)據(jù)后，應用CLIMEX等軟件進行預測，獲得更科學的結果。

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Cold hardiness of natural populations of the colorado potato beetle，Leptinotarsadecemlineata

Zhang Yunhui1， Zhang Zhi1， He Jiang2， Tuerxun2， Cheng Dengfa1
（1.InstituteofPlantProtection，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Beijing100193，China；2.InstituteofPlantProtection，XinjiangAcademyofAgriculturalSciences，Urumqi830000，China）

The supercooling points and freezing points of the colorado potato beetle，Leptinotarsadecemlineataat all stages，were measured using a thermocouple.It showed that the supercooling points and freezing points were significantly different between adults，eggs，larvae and pupae，in which the eggs and adults had stronger cold hardness（－13.73±0.93℃and－7.89±0.07℃）than other stages，and the differences were significant.The highest supercooling point and freezing point of the 3rd－instar larvae were－6.21±0.08℃and－2.80±0.08℃，respectively.The sequence of supercooling points from low to high was egg，adult，the 1st－instar larva，pupa，the 4th－instar larva，the 2nd－instar larva and the 3rd－instar larva.And the sequence of freezing points from low to high was egg，the 1st－instar larva，adult，the 2nd－instar larva，pupa，the 4th－instar larva and the 3rd－instar larva.The supercooling point ofL.decemlineatavaried significantly among individuals，but followed a normal distribution.The results provide a scientific basis for the development of risk analysis and potential distribution ofL.decemlineata.

Leptinotarsadecemlineata； cold hardiness； supercooling point； freezing point

S 435.32

A

10.3969／j.issn.0529－1542.2012.05.012

2012－01－18

2012－03－21

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201103026－2）

＊ 通信作者E－mail：dfcheng＠ippcaas.cn