昆蟲耐饑餓能力評估指標的計算與比較

摘要：對在完全不提供食物條件下褐飛虱不同齡期若蟲的饑餓耐受性進行了測定：計算了昆蟲耐受饑餓總時長，繪制了各齡若蟲隨饑餓時間延長的存活率曲線，分析了各齡若蟲階段死亡率與饑餓時間的關系，并進行回歸方程擬合以及計算對饑餓反應的半數致死時間。此外，還采用評估昆蟲耐饑餓能力的指標對其饑餓能力進行比較分析。推薦參照農藥致死中量的計算方法，將劑量變量替換為時間變量，計算出半數致死時間，用于評估昆蟲耐饑餓能力，該計算方法具有統計學理論支撐，且更加方便快捷，易于不同文獻間昆蟲耐饑力的相互比較。

關鍵詞：昆蟲;耐饑力;半數致死時間;褐飛虱

中圖分類號： S435.112+.3 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0129-02

收稿日期：2014-04-27

基金項目：長江大學博士啟動基金（編號：801100010124）。

作者簡介：常菊花 （1982—），女，陜西榆林人，博士，講師，主要從事農藥毒理學研究。E-mail：Juhua1756@163.com。

食物是昆蟲所需營養物質的主要來源，是昆蟲賴以生存的重要外在條件。如果長期缺乏食物，會影響昆蟲的生長發育、繁殖，甚至死亡。昆蟲在面臨惡劣的自然條件如食物短缺或種群數量過多時，較耐饑餓的昆蟲個體往往會優先生存下來。一些學者認為，昆蟲主要可以通過3種途徑來提高耐饑性：（1）儲存更多的能量;（2）在饑餓條件下降低能量的消耗;（3）降低容許存活所需的最低能量水平[1]。耐饑餓特性是昆蟲長期適應自然界的結果。耐饑性昆蟲種群往往與其他抗逆性緊密相關，如耐干旱性、耐氧脅迫性及耐寒性等。現有報道中通常采用耐受饑餓總時長和半數致死時間（也稱致死中時間，LT50）等指標來評估昆蟲的耐饑餓能力[2-7]。

褐飛虱（Nilaparvata lugens Stl）是我國及亞洲水稻上的主要害蟲之一。褐飛虱為典型的刺吸式害蟲，主要通過口針刺吸韌皮部汁液對水稻植株造成為害，嚴重時呈虱燒現象。隨著吡蚜酮類具有抑制取食導致昆蟲饑餓死亡的新型殺蟲劑的出現，關于對褐飛虱等刺吸式昆蟲的耐饑餓能力的研究越來越受到重視。

現有對褐飛虱耐饑力測定的報道主要是對褐飛虱成蟲進行測定[2，4]，因此本研究對褐飛虱不同齡期若蟲對饑餓處理的死亡反應進行了觀察，并基于這些數據，對昆蟲耐饑餓能力的各種評估指標進行比較，旨在推薦一種能較準確反映昆蟲耐饑能力，具有統計意義且方便快捷的指標計算方法。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

采用室內長期飼養褐飛虱品系為供試蟲源。采用TN1水稻品種飼養。飼養條件為溫度（26±1） ℃，光-暗周期 16 h-8 h。

1.2 試驗方法

在大試管內放入濕棉球，接入褐飛虱1～5齡若蟲10頭，用紗布封口后移入26 ℃的光照培養箱中，光周期16 h ∶ 8 h。每個處理重復6次。每隔6 h調查1次死亡蟲數，直至全部死亡。褐飛虱平均耐受饑餓時長計算方法：將每管中供試蟲的饑餓死亡時間取平均值，再將6管的平均饑餓時間取平均值和標準誤。

1.3 數據分析

采用SAS軟件的PROC MEANS程序算出試驗數據的平均值和標準誤（SE），并用PROC GLM程序采用新復極差法（DUNCAN）檢驗處理間差異的顯著性。采用SigmaPlot 10.0軟件進行回歸分析。采用PoloPlus程序，參照農藥致死中量的計算方法，計算半數致死時間LT50和LT95。

2 結果與分析

2.1 褐飛虱各齡若蟲耐受饑餓總時長

褐飛虱各齡若蟲的平均耐受饑餓時長之間存在明顯差異（F=4.80，P=0.005 2），其中5齡若蟲的耐受總時間（34.84 h）為最長，但與1齡、3齡若蟲的耐受總時間差異不顯著;4齡的若蟲的耐受總時間（28.11 h）為最短，但與2齡、3齡若蟲的耐受總時間差異不顯著。

表1 褐飛虱各齡若蟲耐受饑餓總時長

齡期

耐受饑餓總時長（h）

最小值 最大值 平均值±標準差

1齡 12 48 32.43±1.59a

2齡 12 42 28.34±1.07b

3齡 12 48 31.36±1.52ab

4齡 18 48 28.11±0.87b

5齡 18 72 34.84±1.30a

注：不同小寫字母表示在0.05水平上存在顯著差異。

2.2 褐飛虱各齡若蟲隨饑餓時間延長的存活率曲線

根據不同時間段存活率數據繪制褐飛虱各齡若蟲在不同饑餓處理時間下的存活曲線，從圖1中可以看出各齡若蟲耐饑餓能力存在明顯差異。各齡若蟲在饑餓18 h后存活率開始明顯下降，饑餓48 h后1～4齡若蟲都已死亡;而5齡若蟲較耐饑餓，少量若蟲直到饑餓72 h后才死亡。

2.3 褐飛虱各齡若蟲階段死亡率與饑餓時間的關系

根據褐飛虱若蟲在各個時間階段內的累積死亡數，來計算階段死亡率，繪制褐飛虱若蟲的階段死亡率的時間變化圖。從圖2中可以看出褐飛虱各齡期若蟲不同饑餓處理的階段死亡率變化呈現單峰或雙峰型曲線，在18～24 h時間段各齡若蟲的死亡率均最高，2齡、4齡和5齡若蟲的階段死亡率的變化呈單峰狀，而1齡、3齡若蟲的死亡率在36～42 h時間段還有一個小的峰值。

2.4 褐飛虱各齡若蟲階段死亡率與饑餓時間的回歸方程

圖2中褐飛虱各齡若蟲階段死亡率的時間變化具有正態分布的特點，將階段死亡率轉換成概率值，將饑餓時間轉換成自然對數值，可將圖2的階段死亡率變化曲線擬合成直線，并算出擬合的直線回歸方程（表2）。結果發現階段褐飛虱各齡若蟲的階段死亡率概率值和饑餓時間對數值的直線相關性非常高，卡平方值都在0.95以上。本次試驗中褐飛虱4齡若蟲的階段死亡率概率值和饑餓時間對數值的回歸斜率最高，說明4齡褐飛虱對饑餓處理的反應均一性較好。endprint

表2 褐飛虱各齡若蟲的階段死亡率概率值和

饑餓時間自然對數值的直線回歸擬合

齡期 擬合方程 r F值 P值

1齡 y=-4.04+6.24x 0.992 1 251.5 <0.000 1

2齡 y=-4.39+6.75x 0.994 7 281.5 0.000 5

3齡 y=-3.53+5.97x 0.980 7 100.5 0.000 6

4齡 y=-7.89+9.27x 0.996 1 387.0 0.000 3

5齡 y=-2.72+5.26x 0.985 2 231.5 <0.000 1

2.5 褐飛虱各齡若蟲的半數致死時間的計算

根據“2.3”和“2.4”節中對階段死亡率和饑餓時間的關系分析，發現這種關系類似于農藥處理后昆蟲死亡率與藥劑劑量的關系（死亡率概率值和劑量對數的直線回歸）。Robertson 等提出如果昆蟲死亡率和時間之間也存在這種回歸關系，可以參照農藥致死中量的計算方法，將劑量變量替換為時間變量，采用Polo軟件計算致死時間（如LT50和LT95等）[8]。采用該方法，對本試驗饑餓反應數據的致死時間及其相對倍數進行計算，結果見表3。如果相對倍數的95%置信區間包括數值1，這表明2者間差異不顯著。依據LT50的相對倍數的95%置信區間，1齡若蟲的LT50值與3齡和4齡若蟲的LT50值差異不顯著，與2齡和5齡的LT50值差異顯著。而1齡若蟲的LT95值與2齡、3齡和4齡若蟲的LT95值都差異不顯著，5齡的LT95值顯著高于1～4齡若蟲。

表3 褐飛虱各齡若蟲受饑餓脅迫后的半數致死時間（LT50）和95%致死時間（LT95）

齡期 LT50（95%FL）

（h） LT50的相對倍數（95%FL）

（h） LT95（95%FL）

（h） LT95的相對倍數

（95%FL）

1齡 28.14 （26.06～30.22） 48.04 （42.99～56.67）

2齡 25.86 （24.37～27.36） 0.92 （0.85～0.99） 48.04 （43.45～55.08） 1.00 （0.86～1.16）

3齡 27.80（25.82～29.78） 0.99 （0.92～1.06） 51.64 （46.07～60.76） 1.08 （0.93～1.24）

4齡 27.29 （24.38～30.09） 0.97 （0.90～1.05） 51.35 （44.16～65.92） 1.07 （0.93～1.23）

5齡 31.20 （29.26～33.09） 1.11 （1.02～ 1.20） 71.82 （65.45～80.59） 1.49 （1.30～1.72）

3 討論

不同種類昆蟲對饑餓的忍受力不同，同種昆蟲不同環境條件下耐饑餓能力不同，在同種環境下同種昆蟲的不同發育階段的耐饑餓能力也不同。現有報道中通常采用耐受饑餓總時長和半數致死時間（也稱致死中時間，LT50）等指標來評估昆蟲的耐饑餓能力[2-7]。有些研究是根據昆蟲在不同饑餓處理的階段死亡率的正態分布曲線方程的擬合來計算LT50[4]，而本研究參照農藥對昆蟲的致死中量的計算方法，將劑量變量替換為時間變量，計算出半數致死時間。用計算農藥致死中量的方法來計算昆蟲對饑餓反應的半數致死時間，具有統計學理論依據，并且方便快捷，易于不同文獻間的相互比較。采用Polo軟件對死亡率隨時間變化模型的半數致死時間進行計算在國際上已被普遍采用[9-10]。通過Polo軟件除了能計算出半數致死時間參數，還可以計算出5%、90%、95%等致死時間（LT5、LT90和LT95等），可以用于比較不同處理間的半數致死時間的差異顯著性。因此，本研究推薦采用Polo軟件來對昆蟲耐受饑餓的致死時間進行計算。

參考文獻：

[1]Rion S，Kawichi T J. Evolutionary biology of starvation resistance：what we have learned from Drosophila[J]. Journal of Evolutionary Biology，2007，20（5）：1644-1655.

[2]呂仲賢，俞曉平，陳建明，等. 褐飛虱不同生物型的抗逆性[J]. 浙江農業學報，1999，11（6）：301-305.

[3]陳建明，俞曉平，呂仲賢，等. 越冬代尖鉤寬黽蝽耐饑力的研究[J]. 應用生態學報，2000，11（4）：609-611.

[4]黃保宏，高正良. 黑緣紅瓢蟲成蟲的耐饑力研究[J]. 安徽農業大學學報，2003，30（1）：53-56.

[5]肖永紅，賀一原，楊海明，等. 擬水狼蛛幼蛛饑餓耐受性研究[J]. 湖南師范大學自然科學學報，2004，27（1）：75-78.

[6]黃所生，黃鳳寬，韋素美，等. 環境因子對褐飛虱兩種生物型種群參數影響的比較[J]. 生態學報，2007，27（10）：4359-4365.

[7]史樹森，崔 娟，齊靈子，等. 溫度對斑鞘豆葉甲成蟲取食量和耐饑力的影響[J]. 吉林農業大學學報，2013，35（4）：406-410.

[8]Kang K D，Kamita S G，Suzuki K，et al. Effect of starvation upon baculovirus replication in larval Bombyx mori and Heliothis virescens[J]. Journal of Invertebrate Pathology，2011，106（2）：205-210.

[9]Seki M，Murai T. Responses of five adult thrips species （Thysanoptera;Thripidae）to high-carbon dioxide atmospheres at different temperatures[J]. Applied Entomology and Zoology，2012，47（2）：125-128.endprint