溫度對綠豆象種群增長的影響

劉昌燕, 李 莉, 焦春海, 陳宏偉, 劉良軍, 萬正煌

(湖北省農業科學院糧食作物研究所,糧食作物種質創新與遺傳改良湖北省重點實驗室, 武漢 430064)

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溫度對綠豆象種群增長的影響

劉昌燕, 李 莉, 焦春海, 陳宏偉, 劉良軍, 萬正煌*

(湖北省農業科學院糧食作物研究所,糧食作物種質創新與遺傳改良湖北省重點實驗室, 武漢 430064)

在實驗室條件下以綠豆為食料飼養綠豆象,在20、25、30和35℃等4個溫度條件下,逐日觀察記錄綠豆象產卵量、卵孵化數和成蟲羽化數等生物學參數。結果表明,隨著溫度的升高,綠豆象卵期、豆內期、未成熟期、雄蟲歷期及雌蟲歷期逐漸縮短,溫度從20℃升至35℃時,卵歷期從18.33 d縮短為4.40 d, 豆內期從36.43 d縮短為15.20 d, 未成熟期從54.76 d縮短至19.60 d, 雄蟲歷期從43.93 d縮短至8.07 d, 雌蟲歷期從25.33 d 縮短至8.07 d。在20℃下,綠豆象卵、豆內期及未成熟期存活率均最低,且與其他3個溫度差異顯著。在20℃下,綠豆象產卵歷期最長,為20.67 d,但總產卵量及雌性比例均較其他3個溫度低,分別為43.33粒和33.27%。綠豆象卵、豆內期、未成熟期及整個世代的發育起點溫度分別為14.69、11.11、12.03和13.73℃,有效積溫分別為82.63、342.87、427.94和565.59日·度。在35℃時,綠豆象內稟增長率和周限增長率均最大,分別為0.044 58和1.045 58。研究結果表明,在30～35℃條件下,最有利于種群增長,為綠豆象發育的最適宜溫度。

綠豆象; 溫度; 生長發育; 種群增長

綠豆象[Callosobruchuschinensis(Linnaeus)]屬鞘翅目(Coleoptera),豆象科(Bruchidae),瘤背豆象屬(Callosobruchus)[1-4]。綠豆象是綠豆、豌豆、鷹嘴豆、豇豆和蠶豆等食用豆倉儲期間為害最為嚴重的一種害蟲,綠豆象為害后,被害豆粒發芽率和品質大為降低,嚴重影響了食用豆產業安全生產[5-6]。

溫度是影響昆蟲生長、發育和繁殖的重要環境因子之一[7-11],準確掌握溫度對綠豆象生長發育與繁殖的影響,將為其綜合防控提供理論依據。國內外有很多關于溫度對倉儲豆象生長發育的研究。Chandrantha等[12]的研究表明,在30℃時,四紋豆象[Callosobruchusmaculatus(Fabricius)]產卵量最高,達到每雌總產卵量118粒。四紋豆象成蟲壽命與溫度關系密切,大約溫度每升高10℃,成蟲壽命幾乎縮短一半[13-14]。曹新民等[15]對四紋豆象的世代存活率及周限增長率的研究發現,其生長發育繁殖的最適溫區為30～34℃。鄧永學等[16-17]通過研究不同溫度下重慶和西昌地區綠豆象種群生長發育的差異,認為它們是兩個不同的地理種群。不同溫度對巴西豆象[Zabrotessubfasciatus(Boheman)]影響的研究結果表明,巴西豆象未成熟期發育起點溫度為15℃,生長發育繁殖最適溫區為28～32℃[18]。李南植等[19]在室內條件下飼養菜豆象的結果表明,溫度顯著影響菜豆象成蟲壽命、產卵量及產卵歷期;溫度越高,壽命越短,產卵歷期長,產卵量多。綠豆象生活史分為卵、幼蟲、蛹和成蟲4種蟲態,其中幼蟲和蛹在豆粒內發育,不易被發現。本文在前人研究的基礎上,系統地研究溫度與綠豆象生長發育、存活和繁殖之間的關系,為該蟲的預測預報和綜合防控提供理論依據。明確綠豆象生長發育繁殖最適溫區,旨在為綠豆象的綜合防治提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

綠豆象為北京種群,源自中國農業科學院作物科學研究所作物資源抗病蟲鑒定與檢疫課題組,以含水量為(14%±2%),且經過-20℃冷凍殺蟲處理的整粒綠豆作為飼料進行飼養,建立穩定實驗種群。綠豆象飼養條件為人工氣候培養箱,溫度(30±1)℃,相對濕度(70±5)%,24 h全黑暗培養。

1.2 試驗方法

將24 h內羽化并已交配過的雌成蟲接種到綠豆上,讓其產卵。次日挑選附著單粒卵的綠豆,分裝于24孔養蟲板中,在20、25、30和35℃等4個溫度和相對濕度70%±5%的條件下進行培養。每個處理飼養150頭。

逐日觀察卵孵化數及成蟲羽化數。成蟲繁殖力測定時,將雌雄配30對單獨飼養,放于有充足豆粒作為食物的93 mL圓柱形小玻璃瓶(直徑4 cm,高7.5 cm)中,然后用紗布把玻璃瓶口包好,每天記錄產卵量并轉移至含有新的豆粒的玻璃瓶內。由于綠豆象卵孵化為成蟲后才從豆粒內鉆出,因此將幼蟲期和蛹期合并為豆內期。

1.3 數據處理

試驗所得數據用Excel 2007軟件進行計算和作圖, SAS 9.0進行方差顯著性分析。在計算各溫度下綠豆象的成活率、繁殖率和發育歷期時,采用LSD法對試驗數據進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 溫度對綠豆象發育歷期的影響

隨著溫度的升高,綠豆象卵期、豆內期、未成熟期、雄蟲歷期及雌蟲歷期均縮短(圖1),即隨著溫度的升高,發育速率相應加快。

在20℃時,卵期、豆內期、未成熟期、雄蟲歷期及雌蟲歷期均最長,分別為18.33、36.43、54.76、43.93和25.33 d;在35℃時,卵期、豆內期、未成熟期、雄蟲歷期及雌蟲歷期均為最短,分別為4.40、15.20、19.60、8.07和8.07 d,且在35℃時,卵期和雄蟲歷期都顯著低于其他3個溫度,豆內期、未成熟期和雌蟲歷期顯著低于20和25℃ 2個溫度,但是與30℃時差異不顯著。

圖1 不同溫度下綠豆象各發育階段的歷期1)Fig.1 Duration of each development stage of Callosobruchus chinensis at constant temperatures

2.2 溫度對綠豆象存活率的影響

溫度對綠豆象存活率的影響較大(圖2)。在20～25℃,隨著溫度升高,綠豆象卵、幼蟲和蛹的存活率逐漸增大,當溫度超過30℃后,它們的存活率又逐漸下降,表明高溫對綠豆象卵、幼蟲及蛹的存活有抑制作用。在20℃時,綠豆象卵期、豆內期及未成熟期的存活率分別為38.19%、65.40%和25.00%,且與其他3個溫度下的存活率差異顯著。

圖2 溫度對綠豆象存活率的影響Fig.2 Effects of temperature on the survival rate of Callosobruchus chinensis

2.3 溫度對綠豆象繁殖力的影響

在20～35℃,隨著溫度的升高,綠豆象的產卵歷期逐漸縮短。20℃時,綠豆象的產卵歷期最長,為20.67 d,且與其他3個溫度下的產卵歷期差異顯著;在35℃時,綠豆象的產卵歷期最短,為5.83 d,顯著低于20℃和25℃兩個溫度下的產卵歷期,但是與30℃下的產卵歷期差異不顯著。溫度對綠豆象總產卵量影響顯著,在25℃和30℃時,綠豆象平均每雌產卵量較多,分別為69.90粒和64.97粒,且與20℃和35℃下的每雌總產卵量差異顯著。溫度對雌性比例有影響,在20℃時,綠豆象雌性所占比例最低,為33.27%,但與其他各溫度差異不顯著(表1)。

表1 溫度對綠豆象繁殖力的影響

2.4 溫度對綠豆象發育起點溫度及有效積溫的影響

根據不同溫度下各蟲態的發育歷期,采用直線回歸法[20-21]計算各蟲態的發育起點溫度和有效積溫。由表2可知,卵的發育起點溫度為14.69℃,有效積溫為82.63日·度,回歸方程為T=14.69+82.63V(r=0.954 3)。豆內期和未成熟期的發育起點溫度分別為11.11℃和12.03℃,有效積溫分別為342.87日·度和427.94日·度。整個世代的發育起點溫度為13.73℃,有效積溫為565.59日·度。

表2 綠豆象的發育起點溫度和有效積溫

2.5 溫度對種群參數的影響

采用Howe[22]的計算公式rm=lg(NS)/(T+L/2)和λ=erm快速計算內稟增長率和周限增長率。式中rm為內稟增長率,λ為周限增長率,N為每雌平均產卵量,S為世代存活率,T為發育歷期,L為產卵期。綠豆象在不同溫度下的內稟增長率和周限增長率如表3所示,在35℃時,綠豆象的內稟增長率及周限增長率均為最大,分別為0.044 58和1.045 58。在20℃時,內稟增長率和周限增長率均最小,其值分別為0.010 37和1.010 43。

表3 溫度對綠豆象內稟增長率及周限增長率的影響

2.6 溫度對綠豆象成蟲體重的影響

溫度對初羽化成蟲體重的影響如圖3所示,溫度對初羽化成蟲體重影響不顯著,在20℃時,初羽化成蟲體重為5.69 mg/頭,高于其他各處理溫度間,但是差異不顯著。

圖3 溫度對初羽化成蟲體重的影響Fig.3 Effects of temperature on the weight of early emerged adults

3 討論

本研究結果表明,在20～35℃范圍內,隨著溫度的升高,綠豆象發育速率加快,發育歷期縮短。而鄧永學等[16]的研究表明,在25～32℃范圍內,綠豆象發育速率隨著溫度的升高而加快,發育歷期縮短,但當溫度超過32℃時,發育歷期延長,造成這一差異的原因可能是不同地理種群綠豆象造成的。

本研究計算出的綠豆象卵、豆內幼蟲和蛹的發育起點溫度與鄧永學等[16]研究中的西昌綠豆象差異較小,但與重慶綠豆象則有一定差別,可能是本研究中的綠豆象與西昌綠豆象種群差異較小,而與重慶綠豆象種群差異較大;但是豆內期及豆內幼蟲和蛹的有效積溫差異均不大。從綠豆象卵、豆內期、未成熟期及整個世代的發育起點溫度和有效積溫的研究結果來看,我國大部分地區氣溫均可滿足綠豆象生長發育和繁殖的要求,且各地食用豆類品種繁多,因此各部門在進行食用豆類引種時需要高度重視。

內稟增長率是指在給定的物理和生物的條件下,具有穩定的年齡組配的種群的最大瞬時增長率。內稟增長率綜合了環境因素對昆蟲發育、存活和繁殖三方面影響的信息,因此能更精確地表述種群數量變動的情況[23-24]。在20～35℃之間,綠豆象的內稟增長率和周限增長率隨著溫度的升高而增大;在30～35℃時,內稟增長率和周限增長率均較大,發育歷期較短,產卵量較多,如在此溫度范圍內飼養,可以在短時間內繁殖出大量的綠豆象。盡管25℃時產卵量最大,但它的內稟增長率及周限增長率較低,因而不利于綠豆象的快速繁殖。

通過比較不同溫度條件下綠豆象的生長發育和繁殖等生物學特性,研究結果表明,30～35℃是綠豆象生長發育的最適合溫度。每年的6-9月在1年中的平均氣溫最高,綠豆象世代歷期最短,成活率高,繁殖力大,正是綠豆象的盛發期,造成的損失也最大,應在此階段加大綠豆象的監測和防治。

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(責任編輯:田 喆)

Effects of temperature on the population growth of CallosobruchuschinensisL.(Coleoptera: Bruchidae)

Liu Changyan, Li Li, Jiao Chunhai, Chen Hongwei, Liu Liangjun, Wan Zhenghuang

(Institute of Food Crops,Hubei Academy of Agricultural Sciences, Hubei Key Laboratory of Food Crop Germplasm and Genetic Improvement, Wuhan 430064, China)

The biological characteristics (number of egg hatch, adult eclosion, oviposition) ofCallosobruchuschinensison mung bean were systematically recorded day by day under the conditions of a series of temperatures (20, 25, 30 and 35℃) in the laboratory. The egg stage, larval and pupal duration, immature stage, male duration and female duration ofC.chinensisdecreased with increasing temperature. From 20℃ to 35℃, the egg stage shortened from 18.33 d to 4.40 d; the larval and pupal durations reduced from 36.43 d to 15.20 d; the immature stage shortened from 54.76 d to 19.60 d; the male duration was decreased from 43.93 d to 8.07 d; the female duration reduced from 25.33 d to 8.07 d. At 20℃, the survival percentages during egg, larval and pupal and immature stages were the lowest, significantly different from those at the other three temperatures. The oviposition period ofC.chinensiswas the longest (20.67 d)at 20℃, but total egg number and female proportion were lower than at the other three temperatures, which were 43.33 eggs and 33.27%, respectively. The developmental thresholds of egg, larval, pupal, immature periods and the whole generation were 14.69, 11.11, 12.03 and 13.73℃, respectively; the effective accumulative temperatures were 82.63, 342.87, 427.94 and 565.59 degree-days, respectively. At 35℃, the intrinsic rate of increase and finite rate of increase were the maximum (0.044 58 and 1.045 58). The most beneficial temperature to the population growth ofC.chinensisranged from 30℃ to 35℃, which was also the optimal temperature range for growth and development ofC.chinensis.

Callosobruchuschinensis; temperature; growth and development; population growth

2015-11-23

2016-01-07

國家現代農業產業技術體系建設專項資金(CARS-09)；科技部國際合作重點項目(2011DFB31620)；湖北省農科院青年科學基金(2014NKYJJ35)

S 433.5

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.06.011

* 通信作者 E-mail: zhwan168@163.com