溫度對棉黑蚜生長發育和繁殖的影響

孫 艷, 馮麗凱, 張學坤, 劉 政*

(1. 新疆農墾科學院植物保護研究所, 石河子 832000; 2. 中國農業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)

溫度對棉黑蚜生長發育和繁殖的影響

孫 艷1,2, 馮麗凱1, 張學坤1, 劉 政1*

(1. 新疆農墾科學院植物保護研究所, 石河子 832000; 2. 中國農業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)

在室內5個溫度梯度(18、21、24、27、30℃)下,組建棉黑蚜的實驗種群生命表,探討溫度對棉黑蚜在棉花寄主上生長發育、存活和繁殖的影響。結果表明:18、21、24、27、30℃時,棉黑蚜若蟲的總發育歷期分別為10.46、7.4、6.07、4.98、4.52 d;成蟲壽命分別為25.4、21.5、18.4、13.8、13.3 d;成蟲產蚜量分別為57.5、68.9、64.8、49.6、30.8頭。隨著溫度的升高,棉黑蚜若蟲的發育歷期、成蟲壽命顯著縮短,產蚜量隨溫度升高先增加后減少。種群的內稟增長率在27℃最大。溫度對棉黑蚜的生長發育和繁殖有顯著影響,本研究結果對棉黑蚜預測預報和綜合防治具有重要意義。

棉黑蚜; 溫度; 棉花; 發育歷期; 繁殖力

新疆是我國重要的優質棉基地,新疆棉花生產和出口在全國乃至世界都占有不可替代的地位。棉花蚜蟲是影響新疆棉花生產的重要因素之一,棉黑蚜AphisatrataZhang是棉花苗期的重要害蟲。在我國,棉黑蚜僅分布于西北內陸棉區的新疆、寧夏和甘肅。全新疆棉黑蚜都有分布,其中北疆發生較南疆為重。棉黑蚜主要以成蟲、若蟲在葉背和嫩莖上吸食植物汁液,導致作物葉片卷縮、幼苗萎蔫,甚至枯死。在棉花上,棉黑蚜群集于棉苗嫩頭、子葉、真葉反面,吸食汁液,導致幼葉彎曲皺縮,生長點枯萎脫落,棉株矮化畸形,生長停滯15 d以上,花蕾減少,產量下降[1]。棉黑蚜取食過程中分泌的蜜露則誘發霉菌產生,覆蓋在棉花莖葉和嫩梢表面,影響其正常的光合作用,同時還傳播病毒病,使得棉花產量和品質嚴重下降[2]。

溫度影響蚜蟲的生長發育和種群動態[3-4]。調查發現5月中上旬棉黑蚜進入棉田,之后迅速繁殖,到6月中旬時達到種群最高峰,7月初種群數量迅速減少,甚至消失,期間溫度可能對棉黑蚜的種群消長起到至關重要的作用。有關棉黑蚜的研究集中于命名[5-6]、形態和鑒別特征[7-8]、染色體組型分析[9]、防治[10-12]、誘導抗性[1],溫度對棉黑蚜生長發育的影響以及種群參數的研究相對缺乏。本試驗研究了不同溫度下棉黑蚜個體發育和繁殖情況,建立了棉黑蚜實驗種群生命表,旨在為新疆地區棉黑蚜成災機理、預測測報及防治工作提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

試驗所需的棉黑蚜于2015年6月中旬采自新疆農墾科學院試驗田棉花嫩葉(棉花整個生育期未施農藥),在光照培養箱內用棉花嫩葉飼養3代以后作為供試材料,飼養條件為:溫度(24±1)℃,濕度60%±5%,光周期L∥D=14 h∥10 h。為了防止種群擁擠,每隔2 d將新產若蚜轉移至新采集的棉花嫩葉上直到試驗開始,選取棉黑蚜成蟲作為母體試驗材料。

1.2 供試植物和溫度設置

供試棉花品種‘海高-49號’,由石河子大學李國英老師繁育。在新疆農墾科學院試驗田內種植供試棉花品種(棉花整個生育期未施農藥),待棉花長至7、8片真葉時,采摘棉花葉片飼養棉黑蚜。試驗在PQX-330B-22HM型人工氣候箱(寧波萊福科技有限公司)內進行,試驗溫度設置為恒溫18、21、24、27、30℃,濕度為60%±5%,光周期L∥D=14 h∥10 h。

1.3 試驗方法

1.3.1 若蟲發育歷期

從培養的棉黑蚜種群中隨機選擇無翅雌成蟲若干頭,并轉移到離體的棉花圓形葉片上生產若蚜。選取24 h內新產若蚜(盡可能為不同克隆)用于試驗,各溫度處理用新生產的若蚜60頭。用軟毛筆刷將若蚜分別單頭轉移到新鮮葉片背面,將葉片放置底部鋪有濕潤濾紙的培養皿(直徑6 mm)內并編號。將各處理的單頭棉黑蚜放置在人工氣候培養箱內進行實驗室飼養。如棉黑蚜個體在 24 h 內死亡不計入試驗數據。培養皿內濾紙每天加濕,每 2～3 d更換一次棉花葉片。棉黑蚜若蟲每天觀察一次分別記錄蛻皮和死亡情況。

1.3.2 雌成蟲壽命和繁殖力

從棉黑蚜若蚜經過4次蛻皮成為成蚜開始,每天記錄成蚜的死亡數和日產蚜數,同時將每天新產的若蚜移除,直到所有處理中蚜蟲全部死亡時停止觀察和記錄。與若蟲發育和存活試驗相似,整個試驗過程中每2～3 d更換1次新鮮幼嫩的棉花葉片。

1.4 數據處理

通過構造生命表所示每個年齡間隔(x)時間下每天特定年齡存活率(lx)和繁殖率(mx)來表現溫度對棉黑蚜生活史的影響。通過Birch[13]提出的方法計算生命表相應參數:凈繁殖力(R0)、平均世代周期(T0)和內稟增長率(rm)。不同溫度下棉黑蚜各齡期發育時間、壽命、繁殖率等采用SPSS 17.0進行單因素方差分析(ANOVA),如果差異顯著再進行多重比較(LSD,P<0.05),軟件Origin 7.5作圖。每頭蚜蟲都需要記錄以下數據: 從出生到開始產蚜時間,日繁殖數量,日死亡率。

R0=Σlxmx

Σe-rmxlxmx=1

2 結果與分析

2.1 不同溫度下棉黑蚜各齡若蟲的發育歷期

從圖1看出,在18～30℃范圍內棉黑蚜若蟲均能完成發育,發育歷期隨溫度升高而縮短。溫度對各個齡期若蟲的發育有顯著影響。各齡若蟲齡期均在18℃下最長,1～4齡若蟲齡期分別為(2.95±0.07)、(2.30±0.07)、(2.44±0.07)、(2.77±0.08)d;30℃下最短,1～4齡若蟲期分別為(1.08±0.04)、(1.03±0.02)、(1.12±0.04)、(1.33±0.06)d。各齡若蟲期除了在27℃與30℃下差異不顯著外,其他各溫度下均有顯著差異。整個若蟲期在5個不同溫度條件下均有顯著差異。

2.2 雌成蟲壽命和繁殖力

溫度對棉黑蚜雌成蟲壽命和繁殖力影響也較大(圖2),隨溫度升高,雌成蟲壽命逐漸縮短。雌成蟲平均壽命由18℃的25.41 d縮短至30℃的13.27 d,除了27℃與30℃下差異不顯著外,其他各溫度下雌成蟲壽命均有顯著差異。雌成蟲繁殖力隨溫度升高先增加后降低。其中以21℃時繁殖力最高,為68.9頭,但與24℃無顯著差異, 27℃時成蟲的繁殖力有明顯下降。平均每頭雌成蟲產蚜量在18、21、24、27、30℃時分別為57.5、68.9、64.8、49.6、30.8頭。

圖1 5個恒定溫度下棉花寄主上棉黑蚜若蟲不同齡期發育歷期Fig.1 Developmental periods of Aphis atrata nymphs on cotton at five constant temperatures

圖2 棉花上棉黑蚜雌成蟲壽命、繁殖力(每雌產蚜量)Fig.2 Mean longevity, fecundity of Aphis atrata female on cotton

2.3 溫度對種群生命參數的影響

通過組建不同溫度條件下棉黑蚜的實驗種群生命表,計算出各主要生命參數(圖3)。 棉黑蚜在不同溫度下的凈增殖率曲線如圖,在18～30℃范圍內,凈增殖率以21℃為最高 (67.68),在其他溫度下,凈增殖率均有不同程度的降低,平均世代周期以30℃最短 (8.53 d)。內稟增長率隨溫度升高而上升,在27℃時達到最大,而后下降。

3 討論

溫度是重要的環境因子,對蚜蟲的生長發育、存活和繁殖有顯著影響[14-15]。本研究發現,在18～30℃范圍內,棉黑蚜若蟲、成蟲均能正常發育,且若蟲發育歷期和成蟲壽命隨溫度的升高而縮短,各齡若蟲期及成蟲壽命均在18℃時最長,30℃時最短。各齡若蟲期27℃和30℃之間差異不顯著,其他各溫度下發育歷期有顯著差異。整個若蟲期的發育歷期在各溫度下均有顯著差異。本研究探討了溫度對棉黑蚜在棉花寄主上的發育和繁殖的影響,基本明確了棉黑蚜若蟲的發育歷期、成蟲壽命和繁殖力。

圖3 棉花上棉黑蚜種群生命表參數Fig.3 Life table parameters of Aphis atrata on cotton

在昆蟲種群生態學中,生命表提供了最完整的有關種群存活、發展、齡期差異,繁殖以及種群生長參數的信息[17]。昆蟲生物學特性的評價指標除了比較昆蟲的生長發育、壽命、取食和產卵能力等[18],還包括內稟增長率rm和凈增殖率R0等昆蟲種群動態參數[19-21]。內稟增長率是反映特定環境條件下種群增長能力的重要參數[22],較高的生殖力或較快的發育速度均可導致種群較高的內稟增長率,在本研究中,隨溫度升高,雌成蟲壽命逐漸縮短,每雌產蚜量隨溫度升高先增加后減少,平均每雌產蚜量21℃達到最高。凈增殖率以21℃為最高(67.68),內稟增長率在27℃時達到最大,而后下降。這主要是因為在30℃下,雖然發育快,但由于雌成蟲壽命縮短,繁殖力顯著下降,致使其內稟增長率降低(0.472)。溫度是影響昆蟲生長發育的重要環境因素,研究溫度與昆蟲生長發育參數之間的關系,能為害蟲監測預警提供依據。上述研究結果為科學分析棉黑蚜的種群動態,準確預測其在田間發生危害時期提供了理論依據。

[1] 蘆屹, 李晶, 王佩玲. 棉黑蚜為害誘導棉花抗蚜性的研究[J].植物保護, 2011, 37(4): 116-119.

[2] Blackman R L, Eastop V F. Aphids on the world’s crops: an identification and information guide [M]. New York: Wiley, 1984.

[3] Messenger P S. Use of the life tables in a bioclimatic study of an experimental aphid-braconid wasp host-parasite system [J]. Ecology, 1964,45:119-131.

[4] Howe R W. Temperature effects on embryonic development in insects [J]. Annual Review Entomology, 1967,12:15-42.

[5] 張廣學,鐘鐵森.豆蚜復合體研究及二新亞種記述[M]∥中國科學院.動物學集刊.北京:科學出版社,1981:39-43.

[6] 張慧紅. 甜菜蚜種下分化與豆蚜復合體分類地位研究——基于形態與分子數據[D].西安: 陜西師范大學, 2010.

[7] Mamta Trivedi, Rajendra Singh. Systematics and nymphal characteristics of black bean aphid,AphiscraccivoraKoch(Homoptera: Aphididae)[J].International Journal of Life Sciences Biotechnology and Pharma Research, 2013, 3 (1):204-208.

[8] Stoetzel M B, Miller G L, O’Brien P J, et al. Aphids (Homoptera: Aphididae) colonizing cotton in the United States[J]. Florida Entomologist, 1996,79(2):193-205.

[9] 尹立中, 木哈代斯.新疆墾區蚜蟲種類的鑒定[J].石河子農學院學報, 1989(2): 49-58.

[10]王忠新. 特殊年份棉黑蚜的發生規律及其防治[J]. 農村科技, 2008 (6): 40.

[11]許浩然. 樂斯本防治棉黑蚜棉鈴蟲棉花紅蜘蛛的效果[J]. 新疆農業科技,1986(5):38.

[12]石河子地區棉花害蟲綜防課題組. 化學防治棉黑蚜(AphisatrataZhang)增產效益的測定[J]. 石河子農學院學報, 1983(00):24.

[13]Birch L C.The intrinsic rate of natural increase of an insect population [J]. Journal of Animal Ecology, 1948, 17(1): 15-26.

[14]Dixon A F G.Aphid ecology: life cycles, polymorphism and population regulation [J]. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 1977,8: 329-353.

[15]Dixon A F G.Parthenogenetic reproduction and the rate of increase in aphids [M]∥Minks A K, Harrewijn P.Aphids their biology, natural enemies and control. Elsevier, Amsterdam, 1987: 269-287.

[16]Blackman R L, Eastop V F. Aphids on the world’s crops: An identification and information guide[M]. 2nd ed. New York: John Wiley and Sons, 2004:1-466.

[17]Gabre R M, Adham F K,Chi H. Life table ofChrysomyamegacephala(Fabricius)(Diptera:Calliphoridae)[J].Acta Oecologica, 2005,27(3):179-183.

[18]Brown A S S, Simmonds M S J, Blaney W M. Relationship between nutritional composition of plant species and infestation levels of thrips[J]. Journal of Chemical Ecology, 2002,28(12):2399-2409.

[19]Richards O W.The theoretical and practical study of natural insect populations [J].Annual Review Entomology, 1961,6(1):147-162.

[20]Varley G C, Gradwell G R. Recent advances in insect population dynamics [J].Annual Review Entomology,1970,15(1):1-24.

[21]Tsai J H, Wang J J. Effects of host plants on biology and life table parameters ofAphisspiraecola(Homoptera:Aphididae)[J]. Environmental Entomology, 2001,30(1):45-50.

[22]Southwood T R E, Henderson P A.Ecological Methods [M].3rd ed. Oxford: Blackwell Science,2000.

(責任編輯：田 喆)

Effects of temperature on development and reproduction ofAphisatrata

Sun Yan1,2, Feng Likai1, Zhang Xuekun1, Liu Zheng1

(1. Institute of Plant Protection, Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Sciences, Shihezi 832000, China;2. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, State Key Laboratory forBiology of Plant Diseases and Insect Pests, Beijing 100193, China)

The developmental duration, survival and fecundity ofAphisatratawere investigated under five constant temperatures (18, 21, 24, 27 and 30℃) in the laboratory. The results showed that the nymph developmental durations under the temperature of 18,21,24,27 and 30℃ were 10.46,7.4, 6.07,4.98, and 4.52 d, respectively, and adult developmental durations were 25.4, 21.5, 18.4, 13.8, and 13.3 d, respectively. The average numbers of progeny were 57.5, 68.9, 64.8, 49.6,and 30.8 at 18, 21, 24, 27,and 30℃, respectively. The developmental durations ofA.atrataat different stages became shorter with increasing temperature from 18 to 30℃, but the average aphid production increased firstly and then decreased with increasing temperature from 18 to 30℃. The intrinsic rate of increase (rm) ofA.atratapopulation was highest at 27℃. Temperature had significant effects on developmental duration, survival and fecundity ofA.atrata. These results may provide parameters for development of a reliable pest population prediction system and management strategy.

Aphisatrata; temperature; cotton; developmental duration; fecundity

2016-08-04

2016-11-02

新疆農墾科學院青年基金(YQJ201505);植物病蟲害生物學國家重點實驗室開放基金(SKLOF201511)

S 435.622

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.03.019

* 通信作者 E-mail: lzh8200@126.com