檸條綠虎天牛幼蟲齡期的劃分

張燕如, 李玨聞, 趙婷婷, 潘 龍, 金樹磊, 許姝婧, 駱有慶*

(1. 內蒙古農業大學林學院, 呼和浩特 010019; 2. 北京林業大學省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室, 北京 100083; 3. 中國林業科學研究院研究生部, 北京 100091; 4. 中國林業科學研究院林業新技術研究所森林病原整合 生物學研究室, 北京 100091; 5. 內蒙古武警森林總隊, 呼和浩特 010010)

檸條綠虎天牛ChlorophoruscaraganaXie & Wang屬鞘翅目Coleoptera天?？艭erambycidae綠虎天牛屬Chlorophorus,是荒漠檸條灌木林的重要蛀干害蟲,主要為害中間錦雞兒CaraganaintermediaKuangetH. C.Fu和小葉錦雞兒CaraganamicrophyllaLam.。該蟲在寧夏地區1年1代,近年來檸條綠虎天牛在西北地區對檸條的為害程度逐年加重,其幼蟲在樹木韌皮部和木質部取食為害,隱蔽性強,因此,很難系統地觀察幼蟲的生活習性。雖然目前對該蟲的生物學特性有過一些報道[1-3],但均未涉及幼蟲的分齡以及齡期的劃分問題。本研究通過林間采樣并結合數據分析的方法,測定自然條件下檸條綠虎天牛幼蟲的齡數,明確各齡幼蟲形態指標,為進一步研究其發生規律、預測預報和林間防控奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 調查地描述

檸條綠虎天牛于2013-2014年采自寧夏靈武雁知山荒漠林內,38°5′N,106°23′E,海拔1 263 m。在荒漠林內隨機調查受害嚴重的中間錦雞兒,樹齡5～15年,平均地徑約為2 cm,平均樹高145 cm。

1.2 供試蟲源

為確保采集到初齡幼蟲,2013年6月下旬在檸條綠虎天牛產卵高峰期觀察成蟲產卵,雌蟲將卵產在周皮縫隙中,解剖后收集卵置于濾紙雙面保濕的培養皿中,室溫下遮光培養,待其自然孵化后,收集初孵幼蟲(1齡)。自檸條綠虎天牛幼蟲孵化時起,每月從林間采集2次受害嚴重的中間錦雞兒枝干,室內解剖獲得幼蟲,采樣截至幼蟲越冬期。第2年(2014年)在生長季節每周取樣一次,直到幼蟲全部化蛹為止。

1.3 檸條綠虎天牛幼蟲分齡特征

選取檸條綠虎天牛幼蟲身體骨化程度較高的部位及體長作為分齡形態指標:(1)前胸背板寬(Y1:前胸背板“凸”形斑寬度);(2)觸角孔間距(Y2:頭殼上觸角基部堅硬的觸角環之間的最短距離);(3)體長(Y3:從口器至腹末的長度)(圖1)。為保證測量指標的準確性,將蟲體裝入移液槍槍頭內,使蟲體平展,然后將槍頭垂直插入碎冰塊中冷凍,降低幼蟲活躍度,待蟲體不扭動時進行拍照。應用雙目連續變倍體視顯微鏡(LEICA-EZ4HD,Singapore)進行圖像拍攝,使用Leica LAS EZ圖像處理軟件進行測定分析。測量體長參數是為了在林間調查中便于快速判斷幼蟲的大致發育進度。

圖1 檸條綠虎天牛幼蟲分齡的3個測量指標Fig.1 Three variables measured for defining larval instars

1.4 數據處理與分析

根據Dyar規律劃分幼蟲蟲齡。首先利用不同形態結構指標進行頻次分布分析,并繪制每項指標相應的頻數分布圖,確定幼蟲蟲齡。齡期劃分后,利用Excel軟件計算各項形態結構指標的均值、標準誤差及變異系數等。利用Crosby生長法則、回歸分析進行篩選,判斷幼蟲齡期和所測部位的相關性,獲得最佳分齡構造。使用Crosby指數驗證劃分齡期的合理性,當Crosby指數小于10%分齡期劃分分組合理,當Crosby指數大于10%分齡指標分組不合理[4],Crosby指數和Brooks指數按照如下公式計算。各齡幼蟲指標之間的差異統計采用LSD檢驗的多重比較法進行。所有統計分析采用SPSS 21.0分析軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 檸條綠虎天牛幼蟲齡期的確定

根據對546頭檸條綠虎天牛幼蟲3項指標的測量結果進行統計,其中觸角孔間距和前胸背板寬度的測定數據出現頻次相對集中的7個區域,觸角孔間距的7個峰值分別在0.30、0.60、0.80、1.10、1.40、1.60和1.80 mm左右(圖2a)。前胸背板寬度的7個峰值分別在0.80、1.50、2.00、2.30、2.70、3.10和4.10 mm左右(圖2b)。由此,根據Dyar氏法則可以斷定,檸條綠虎天牛幼蟲為7個齡期。觸角孔間距和前胸背板寬度的均值、標準誤差、變化幅度和變異系數見表1。這兩項指標在不同齡數之間的平均值具有顯著差異,分齡指標的變異系數均小于20%,Crosby指數均小于10%,表明將檸條綠虎天牛幼蟲劃分為7個齡期是合理的。觸角孔間距和前胸背板寬度是比較理想的分齡指標。

體長的測定數據出現頻次相對集中的7個區域。其中體長的Crosby指數大于10%,蟲齡分組情況不合理,表明體長不宜用于幼蟲齡期的劃分。

2.2 檸條綠虎天牛幼蟲各齡測量指標與齡期之間的關系擬合

對檸條綠虎天牛幼蟲各項分齡指標的實測平均值與齡期之間的關系進行回歸分析,結果顯示,3項指標對數值(lgYi)與齡期(X)之間呈直線關系,符合Dyar氏定律。經統計檢驗,回歸曲線均達到極顯著水平(表2)。進一步驗證了檸條綠虎天牛幼蟲劃分為7個齡期是合理的。

圖2 檸條綠虎天牛幼蟲觸角孔間距(a)、前胸背板寬度(b)和體長(c)分布頻次圖Fig.2 Frequency distribution of the distance between antennal rings (a), prothoracic plate width (b) and body length (c) in Chlorophorus caragana larvae

形態結構Morphological feature齡數Instar樣本數Number of samples變幅/mmRange平均值/mmMean±SE變異系數/%CVBrooks指數Brooks’ rationCrosby指數Crosby’s ration觸角孔間距Distance betweenantennae1110.26～0.35(0.29±0.03)g9.39--2390.37～0.55(0.48±0.05)f10.061.66-31060.55～0.85(0.72±0.08)e10.921.51-0.0941200.85～1.17(1.02±0.09)d8.691.42-0.0651221.18～1.40(1.30±0.06)c4.531.28-0.1061161.41～1.71(1.53±0.08)b5.051.17-0.087321.72～2.55(1.86±0.24)a13.091.220.04前胸背板寬度Prothoracic platewidth1190.59～0.89(0.75±0.10)g13.25--21280.90～1.59(1.35±0.18)f13.151.79-31161.60～2.09(1.83±0.15)e8.081.36-0.244732.10～2.39(2.25±0.08)d3.721.23-0.1051102.40～2.87(2.60±0.12)c4.741.16-0.066372.90～3.34(3.06±0.12)b3.831.180.027243.50～4.89(3.93±0.37)a9.301.28 0.09體長Body length1151.72～2.92(2.25±0.41)g18.33 --2763.07～5.37(4.48±0.66)f14.801.99-3575.54～6.99(6.28±0.41)e6.611.40-0.3041317.02～9.43(8.30±0.76)d9.081.32-0.0651499.65～12.92(12.12±0.87)c7.151.460.1064013.05～14.48(13.71±0.42)b3.051.13-0.2373414.51～19.94(16.05±1.21)a7.531.170.04

1) 表中同一欄內平均值數據后不同字母表示經多重比較(LSD)在5%水平上具有顯著差異。

Different letters within the same column indicate significant difference between instars based on LSD at 5% level.

表2檸條綠虎天牛幼蟲各分齡指標與齡數之間的關系擬合結果1)

Table2RegressionanalysisofthenumberoflarvalinstarsandmeasuredvariablesofChlorophoruscaragana

分齡指標Variables回歸方程Regression equation相關系數(r)Correlation coefficient統計參數Significance觸角孔間距(Y1) Distance between antenna (Y1)lgY1=0.087+0.120X0.957P<0.000 1前胸背板寬度(Y2) Prothoracic plate width(Y2)lgY2=0.230+0.099X0.942P<0.000 1體長(Y3) Body length(Y3)lgY3=0.393+0.127X0.955P<0.000 1

1)X:幼蟲齡數(1～7齡)。

X:Larval instar number (1-7 instars).

3 結論與討論

昆蟲幼蟲身體生長具有一定的規律性,絕大多數昆蟲體長增長是連續性的,身體骨化程度較高的部分伴隨周期性蛻皮而呈跳躍式增長[5-6]。Dyar早在1890年通過研究28種鱗翅目昆蟲發現相鄰齡期幼蟲頭殼寬度存在一定的幾何級數關系,這一現象被稱為戴氏法則[7]。因鉆蛀性害蟲具有生活隱蔽、生命周期長、室內飼養困難等特點,不易通過蛻皮觀察研究幼蟲蟲齡,因此戴氏法則對于鉆蛀性昆蟲齡期的確定具有重要作用。

柳建定等和任驥對松褐天牛MonochamusalternatusHope幼蟲齡期進行研究,發現頭殼寬和前胸背板寬度可作為蟲齡分級指標[8-9]。張海濱等測量了人工飼養的星天牛AnoplophorachinensisForster幼蟲的9個形態結構指標,發現額寬(觸角孔間距)是最佳的分齡結構,其次是上顎長和上顎寬[10]。王小藝等研究了栗山天牛MassicusraddeiBlessig幼蟲上顎長、主單眼間距、前胸背板寬、中胸氣門長和體長5項形態指標來判斷其蟲齡,發現上顎長、主單眼間距和前胸背板寬可用于分齡[11]。于永浩等通過測量蔗根土天牛DorysthenesgranulosusThomson的頭口寬和前胸背板寬判斷幼蟲蟲齡,結果表明頭口寬是判定蔗根土天牛幼蟲蟲齡的最佳指標[12]。潘龍等測定了青楊脊虎天牛XylotrechusrusticusLinnaeus幼蟲頭殼寬、前胸背板寬、觸角間距、上顎寬、體長和體寬6項指標,發現前胸背板寬可作為最佳分齡指標[13]。以上天牛類鉆蛀性害蟲幼蟲的分齡構造有頭殼寬(頭寬或頭口寬)、前胸背板寬、額寬(觸角孔間距)、上顎長、上顎寬、主單眼間距等。使用最多的是頭殼寬,是由于頭殼骨化強而形態較穩定,但是頭殼常縮于體內,嚴重影響測量的準確性。上顎雖然骨化程度強,但是形狀不規則,不易測量。前胸背板寬指前胸背板“凸”形斑寬度,觸角孔間距指頭殼上觸角基部堅硬的觸角環之間的最短距離,這兩項指標具有骨化程度強、特征明顯、易于觀察、無伸縮等優點,是最合理可靠的分齡指標。因此本研究以前胸背板和觸角孔間距作為劃分蟲齡的指標,線性回歸分析合理,說明這兩項指標作為劃分檸條綠虎天牛幼蟲蟲齡的標準是可行且可靠的。

為了方便野外快速判斷檸條綠虎天牛蟲齡,本研究還對體長指標進行了探索,但Crosby指數大于10%,蟲齡分組不合理。天牛幼蟲體軀具有伸縮性,導致個體之間體長變異較大,對體長測量的準確性有所影響,另外體長的增長是連續的,各齡幼蟲間體長有重疊現象,因此不宜作為蟲齡劃分的指標和依據。

不同蟲齡階段的檸條綠虎天牛幼蟲前胸背板寬和觸角孔間距值呈明顯的幾何級數變化,研究結果表明幼蟲前胸背板寬和觸角孔間距依據發育時間呈現7個峰形,說明檸條綠虎天牛幼蟲可分為7齡。