草地貪夜蛾耐低溫能力研究

張同強 張蕾 程云霞 江幸福

摘要 ：為闡明草地貪夜蛾的抗寒能力及越冬蟲態，為其越冬區劃和監測預警提供科學依據，本研究測定了草地貪夜蛾不同發育階段在4種低溫（-10℃、-5℃、0℃和5℃）條件下的存活率，并通過計算機軟件擬合死亡率回歸方程，計算出LT50、LT90和LT99。結果表明：草地貪夜蛾在4種低溫條件下處理2 h后各蟲態存活率均隨處理溫度降低而顯著下降（P<0.05）。在-10℃下，除蛹外，其他各蟲態的存活率均小于60%，其中成蟲存活率最低，僅為40.34%。在-10℃及-5℃處理溫度下，蛹的存活率顯著高于其他蟲態（P<0.05）。對死亡率回歸方程分析表明，草地貪夜蛾同一蟲態的LT50、LT90及LT99均表現為5℃>0℃>-5℃>-10℃。在相同溫度條件下，草地貪夜蛾的存活能力隨著發育階段的變化而變化，不同蟲態的耐低溫能力依次為卵<成蟲<幼蟲<蛹。在所有測試溫度中，經9 d后卵的孵化率最高為1.8%。綜上，草地貪夜蛾蛹耐低溫能力最強，是草地貪夜蛾最有可能越冬的蟲態。在0℃條件下，蛹的LT99為40.27 d，表明其在冬季溫度低于0℃的時間連續超過40 d的地區不能越冬。這些結果為科學劃分我國草地貪夜蛾越冬區劃及監測預警提供了依據。

關鍵詞 ：草地貪夜蛾; 低溫; 抗寒能力; 越冬蟲態

中圖分類號： S 435.132

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020265

Study on the cold resistance of the fall armyworm， Spodoptera frugiperda

ZHANG Tongqiang， ZHANG Lei， CHENG Yunxia， JIANG Xingfu*

（State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests， Institute of Plant

Protection， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193， China）

Abstract ：To further clarify the coldresistance and possible overwintering stage of Spodoptera frugiperda， the survival rates of S.frugiperda at different developmental stages under four different low temperatures were measured and the LT50， LT90and LT99 were calculated. The results showed that the survival rates of S.frugiperda under different low temperatures decreased significantly with decrease of the temperature. At -10℃， except for pupae， the survival rates of other stages were less than 60%， and the survival rate of adults was only 40.34%. The survival rate of pupae was significantly higher than that of other stages at -10℃ and -5℃. According to the mortality regression equation， the LT50， LT90， and LT99 of same developmental stage showed a tendency of 5℃>0℃>-5℃>-10℃. Under the same temperature conditions， the viability of S.frugiperda varies with the developmental stage. The low temperature tolerance of different developmental stages from weak to strong was egg

Key words ：Spodoptera frugiperda; low temperature; cold resistance; overwintering stage

草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda （J.E.Smith）也稱行軍蟲、秋黏蟲，屬于鱗翅目Lepidoptera，夜蛾科 Noctuidae，灰翅夜蛾屬Spodoptera，原產于美洲熱帶和亞熱帶地區[1]。草地貪夜蛾具有寄主范圍廣，為害嚴重，繁殖能力強，適應性強等特點，為谷物和牧草等的重要害蟲，可為害353種植物，具有很強的飛行能力，軌跡分析表明成蟲在30 h內可以飛行1 600 km，是聯合國糧農組織全球預警的遷飛性重大農業害蟲并被列為世界十大植物害蟲[25]。2016年1月草地貪夜蛾首次被發現入侵非洲，并迅速蔓延到非洲撒哈拉以南地區[6]，并于2018年5月侵入亞洲國家[7]。2019年1月草地貪夜蛾首次入侵我國云南，隨后迅速蔓延，不到一年時間，已在我國至少22個省（市、區）及1 538個縣（區）發生為害，玉米發生面積高達106.5萬hm2，對我國的農業生產構成了巨大的威脅[8]。2020年1月至3月，已在云南、廣東、海南、廣西、福建、四川、貴州 7 省（區）176 個縣玉米田查見草地貪夜蛾幼蟲，累計發生面積 5萬hm2，在云南、廣東、海南、江西等8省（區） 228個縣見成蟲，總體發生時間比2019年早2個月左右[910]。吳孔明等曾預計，2020年中國草地貪夜蛾為害會更嚴重[11]。

低溫是影響昆蟲生長發育和存活的關鍵因子，制約著昆蟲種群的延續。在溫帶和寒帶地區，冬季低溫成為昆蟲生存的限制因素并直接影響其存活。而昆蟲越冬階段的存活率直接影響下一代種群基數和種群的增長，進而決定最終的成災狀況[12]。因此，昆蟲抗寒性是影響其種群增長的重要因素[13]。抗寒性是有機體暴露于長期或短期低溫下的存活能力，這種能力因有機體特定的發育階段、環境的季節性變化、遺傳因素及營養狀況和暴露低溫的時間長短而變化[14]。昆蟲的過冷卻是指體液溫度下降到冰點以下而不結冰的現象，可以通過過冷卻點（supercoiling point，SCP） 來量化反映[15]。SCP是衡量昆蟲抗寒能力的一個重要指標[16]。但也有學者認為，SCP可以反映致死低溫，但不是衡量昆蟲抗寒性的一個絕對指標，因為一些昆蟲在體液結冰前已經死亡[17]。對于耐結冰和不耐結冰的昆蟲，SCP都不應該被認為是衡量其抗寒性的唯一指標[18]。在溫帶及寒帶地區，昆蟲遭受更多的是短暫的極端低溫天氣或長期的低溫冷傷害天氣。因此，致死時間已成為研究昆蟲低溫存活能力的重要手段[19]。

目前，關于草地貪夜蛾抗寒性的研究已有一些報道[2021]，且主要著重于SCP的測定，而對草地貪夜蛾在低溫條件下的致死時間還未見報道。基于此，本研究測定了不同發育階段的草地貪夜蛾在4種低溫條件下的存活率，并建立了低溫死亡率回歸方程，計算其在低溫條件下的致死時間，進一步闡明了草地貪夜蛾的抗寒能力，為科學劃分草地貪夜蛾在我國的越冬區劃，揭示其遷飛規律以及指導監測預警提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

草地貪夜蛾試驗用蟲于2019年4月采自廣西壯族自治區南寧市（108.37°E，22.82°N），并在室內人工飼養繁殖，建立供試種群。供試用蟲為室內繁殖第3代。飼養條件為：光周期 L∥D=16 h∥8 h、相對濕度（60±5）%、溫度（26±1）℃、光照強度18 000 lx。幼蟲使用新鮮幼嫩玉米葉飼養，飼養密度為20頭/盒（長25 cm，寬15 cm，高15 cm）。待幼蟲發育至老熟時，將其放置在相對濕度為15%的滅菌土中化蛹。成蟲羽化后，配對置于玻璃瓶（750 mL，高14 cm，直徑8 cm）中，使用120目的尼龍紗布封住瓶口，每天飼喂10%蜂蜜水。

1.2 儀器設備

高低溫試驗箱（BPH060C 型），上海一恒科技有限公司;立式4門儲存冰柜（SL1020C2D2），海爾集團公司;立式3門風冷冰箱（NRC320WPS），無錫松下冷機有限公司。

1.3 低溫條件下草地貪夜蛾存活能力的測定

分別在5、0、-5℃和-10℃ 4種低溫條件下測定草地貪夜蛾不同蟲態的耐低溫能力。5℃下的存活能力在低溫培養箱中測定，0℃的測定在冰箱中進行且使用冰水混合物控制溫度，-5℃和-10℃的測定在高低溫試驗箱中進行。待測樣品卵放置于750 mL（高14 cm，直徑8 cm）的玻璃瓶中，底部放置濾紙，防止空氣中的水冷凝破壞樣品，每瓶放置1 000粒卵。選擇5日齡蛹和各齡期中生長發育一致的幼蟲放入長寬均為15 cm，底部放有一層濾紙的培養皿中，每皿放入15頭幼蟲或10頭蛹，培養皿頂部夾蓋吸水紙，以吸收待測樣品在低溫條件下釋放出的水及防止幼蟲爬出培養皿。將1日齡的成蟲按雌雄比1∶1的比例兩兩配對放入直徑5 cm、高12 cm的透明塑料罩中，在其底部放入濾紙及10%蜂蜜水，罩口封有120目并夾帶吸水紙的尼龍紗布。按不同的時間梯度分批取出待測樣品，共5～6批。第1批樣品低溫放置2 h后取出并以28℃放置的試蟲為對照，檢查各蟲態低溫短時暴露下存活率，剩余4～5批根據第1批樣品的存活情況按不同

時間梯度分批取出。每次取出卵1 000粒，幼蟲45頭，蛹30頭，成蟲24頭。幼蟲和成蟲取出后在光周期L∥D=16 h∥8 h、溫度（26±1）℃、相對濕度（60±5）%及光照強度18 000 lx的條件下恢復，24 h后檢查樣品存活情況，以能協調爬行作為存活標準。卵和蛹則是在上述條件下觀察并記錄其孵化和羽化情況[19]。在-5℃和-10℃中的待測樣品，在測定之前先放置于5℃的冰箱中低溫馴化1 h。

1.4 數據分析

運用SPSS 20統計軟件對試驗數據進行統計分析。草地貪夜蛾短時（2 h）低溫暴露下不同溫度處理之間的存活率數據經平方根反正弦轉換后進行單因素方差分析法（ANOVA），多重比較采用LSD法，進行差異顯著性檢驗。草地貪夜蛾在低溫條件下的存活能力采用幾率值分析法，即昆蟲在低溫條件下存活時間的對數值與死亡率的幾率值呈線性關系[2223]。計算草地貪夜蛾不同蟲態分別在4種低溫條件下的死亡率回歸方程，并計算出LT50、LT90和LT99。

2 結果與分析

2.1 草地貪夜蛾低溫短時暴露下存活率

研究結果表明（圖1），與對照相比，草地貪夜蛾在4種短時低溫暴露下的各蟲態存活率均顯著下降（P <0.05），且隨處理溫度的降低呈顯著下降趨勢

（卵： F4，10=138.00，P <0.05;1齡幼蟲：F4，10=30.33，P <0.05;2齡幼蟲：F4，10=86.25，P <0.05;

3齡幼蟲：F4，10=15.15，P <0.05;4齡幼蟲：F4，10=137.00，P <0.05;5齡幼蟲：F4，10=133.94，P <0.05;

6齡幼蟲：F4，10=126.72，P <0.05;預蛹：F4，10=45.14，P <0.05;蛹：F4，10=144.33，P <0.05;成蟲：F4，10

=284.25，P <0.05）。處理溫度高于0℃時，各蟲態存活率的下降速率較慢;溫度低于0℃時，各蟲態存活率下降速率較快。在-10℃處理條件下，除蛹外，其他各蟲態存活率均約小于60%，其中成蟲的存活率最低，僅為40.34%。在同一低溫短時暴露下，草地貪夜蛾各蟲態存活率存在顯著差異（5℃：F9，20=41.28，P<0.05;0℃：F9，20=32.39，P<0.05;-5℃：F9，20=29.73，P<0.05;-10℃：F9，20=15.62，P <0.05）。在-10℃及-5℃處理溫度下，蛹的存活率均顯著高于其他蟲態，存活率高低依次為蛹>卵>成蟲。在幼蟲中，5齡幼蟲存活率顯著高于其他齡期的幼蟲，但顯著低于蛹的存活率。

2.2 草地貪夜蛾在4種低溫條件下的致死時間

為明確不同低溫條件下處理不同時間對草地貪夜蛾各蟲態存活率的影響，在4種低溫條件下測定了各蟲態在不同處理時間下的存活率，并建立其死亡率回歸方程，結果（表1）顯示，同一蟲態其LT50、LT90及LT99均表現為5℃>0℃>-5℃>-10℃，

表明隨著溫度的降低，草地貪夜蛾存活能力也降低。

蛹在5、0、-5、-10℃下的LT50分別為12.07、6.84、1.75 d及0.16 d。在0℃和5℃下，各齡幼蟲的生存能力很強，但溫度低于0℃時，生存能力迅速下降。在相同溫度條件下，草地貪夜蛾的存活能力隨著發育階段的變化而顯著變化，不同蟲態的耐低溫能力由弱到強的順序排列依次為卵<成蟲<幼蟲<蛹。5℃條件下：卵、成蟲、1齡幼蟲（幼蟲中最大值）及蛹的LT99分別為9.11、27.27、52.83、76.21 d。隨著溫度的降低，各蟲態的致死時間依次縮短，-10℃條件下：卵、成蟲、2齡幼蟲（幼蟲中最大值）及蛹的LT99分別為2.00、1.40、3.02、10.67 d。在所有測試溫度中，經9 d后卵的孵化率最高為1.8%。成蟲在-10℃中經過2 d左右基本全部死亡。蛹的生存能力最強，因而是草地貪夜蛾最有可能的越冬蟲態之一。

3 討論

氣候條件及昆蟲體內含水量可以決定昆蟲的抗寒能力[24]。昆蟲的抗寒能力在一定程度上決定了其分布范圍，成為判定昆蟲在地理空間分布的重要因素。判定無脊椎動物的抗寒能力，有些生物學家非常重視低溫持續時間和低溫強度的重要性[25]，低溫暴露試驗是最常用的昆蟲耐寒性測定與評價方法之一。對于特定昆蟲來說，其耐寒性的強弱最終取決于低溫存活率的試驗結果[16]。本研究測定了草地貪夜蛾在4種低溫條件下暴露2 h后的存活率。結果表明隨著測試溫度降低，草地貪夜蛾各蟲態的個體存活率均呈下降趨勢，且溫度低于0℃時，存活率的下降趨勢變大。在同一低溫條件下，蛹的存活率均高于其他蟲態，表明草地貪夜蛾蛹對短時低溫的忍耐能力最強。

昆蟲的耐寒性與其在低溫條件下暴露時間長短密切相關[26]。前人研究表明，昆蟲在低溫下生存時間的對數和死亡率幾率值呈線性關系。幾率值分析法適用于昆蟲抗寒性的研究[22]。本試驗通過死亡率幾率值分析了草地貪夜蛾在4種短時（2 h）低溫條件下的致死時間，結果顯示：隨著溫度的降低，草地貪夜蛾的死亡率回歸方程中的LT50、LT90及LT99均減小，表明當外界溫度降低時，草地貪夜蛾的存活能力降低。同時，當溫度低于0℃時，其LT50、LT90及LT99減少速率加快，這與甜菜夜蛾Spodoptera exigua （Hübner）的抗寒能力研究結果相似[19]。在同一低溫條件下，蛹的極限致死時間（LT99）均大于其他蟲態，表明草地貪夜蛾蛹的存活能力強于其他發育階段，這也可以說明草地貪夜蛾蛹耐低溫能力最強。

我國大部分地區處于溫帶，一年有四季之變化，明確昆蟲的越冬蟲態對其發生為害程度的預測預報有重要作用。昆蟲在長期進化過程中逐漸形成了一定的越冬蟲態。不同昆蟲越冬蟲態會有所不同。以夜蛾科昆蟲為例：二點委夜蛾Athetis lepigone （Moschler）越冬蟲態為老熟幼蟲[27];甜菜夜蛾[28]及黏蟲Mythimna separata （Walker）的越冬蟲態為蛹[17];雙委夜蛾Athetis dissimilis （Hampson） 的越冬蟲態為蛹或老熟幼蟲[29];苦豆夜蛾Apopestes spectrum （Esper）的越冬蟲態為成蟲[30]。通常越冬蟲態抗寒能力最強，而處在發育時期的各蟲態抗寒能力均相對較弱[16]。本試驗中同一低溫條件下，蛹的存活能力均強于其他蟲態，即蛹在所有蟲態中抗寒能力最強，表明蛹最有可能是草地貪夜蛾的越冬蟲態，這與張悅等[31]、羅舉等[32]的研究結果基本一致。鑒于草地貪夜蛾無滯育特性[33]，其越冬北界受到冬季低溫的嚴格限制。通過死亡率回歸方程推測蛹在0℃條件下LT99為40.27 d，在-5℃條件下LT99為26.82 d，表明其在冬季溫度連續低于0℃的時間超過40 d，或連續低于-5℃的時間超過26.82 d的地區基本不能越冬。

值得一提的是，本試驗是在室內恒定溫度短時（2 h）低溫條件下測得的結果，會與多種因素相互作用下自然環境中的抗寒能力有所差異;另外，回歸方程推測蛹在0℃和-5℃條件下的致死時間是否符合實際情況，還需要進行田間相應的試驗和越冬調查以及觀測蛹或老熟幼蟲在長于2 h的持續低溫條件下其個體或群體的存活時間，以便更準確了解草地貪夜蛾野外抗寒能力與越冬區劃，從而為其預測預報和防控提供理論依據。

參考文獻

[1] TODD E L， POOLE R W. Keys and illustrations for the armyworm moths of the noctuid genus Spodoptera Guenée from the Western Hemisphere [J]. Annals of the Entomological Society of America， 1980， 73（6）： 722738.

[2] MURU'A G， MOLINAOCHOA J， COVIELLA C. Population dynamics of the fall armyworm， Spodoptera frugiperda （Lepidoptera： Noctuidae） and its parasitoids in northwestern Argentina [J]. Florida Entomologist， 2006， 89（2）： 175183.

[3] LUGINBILL P. The fall army worm [R]. USDA Technology Bulletin， 1928， 34： 91.

[4] MONTEZANO D G， SPECHT A， SOSAGMEZ D R， et al. Host plants of Spodoptera frugiperda （Lepidoptera： Noctuidae） in the Americas [J].African Entomology， 2018， 26（2）： 286301.

[5] WESTBROOK J K， NAGOSHI R N， MEAGHER R L， et al. Modeling seasonal migration of fall armyworm moths [J]. International Journal of Biometeorology， 2015， 60（2）： 255267.

[6] ROGER D， PHIL A， MELANIE B， et al. Fall armyworm： impacts and implications for Africa [J]. Outlooks on Pest Management， 2017， 28（5）： 196201.

[7] 劉剛. 全國農技中心通報我國及周邊國家草地貪夜蛾發生為害情況[J]. 農藥市場信息， 2019（9）： 59.

[8] 姜玉英， 劉杰， 謝茂昌， 等. 2019年我國草地貪夜蛾擴散為害規律觀測[J]. 植物保護，2019，45（6）：1019.

[9] 湖南省植保植檢站. 2020年草地貪夜蛾防控技術[J]. 湖南農業， 2020（5）： 14.

[10]全國農技推廣中心. 今春草地貪夜蛾發生動態[J]. 農藥市場信息， 2020（8）： 63.

[11]吳孔明， 楊現明， 趙勝園， 等. 草地貪夜蛾防控手冊[M]. 北京： 中國農業科學技術出版社， 2020.

[12]BALE J S. Insect cold hardiness： freezing and supercooling—an ecophysiological perspective [J]. Journal of Insect Physiology， 1987， 33（12）： 899908.

[13]CHEN Bing， KANG Le. Implication of pupal cold tolerance for the northern overwintering range limit of the leafminer Liriomyza sativae （Diptera： Agromyzidae） in China [J]. Applied Entomology and Zoology， 2005， 40（3）： 437446.

[14]LEE R E. Insect coldhardiness： to freeze or not to freeze [J]. Bioscience， 1989， 39： 308313.

[15]MME L S. The history of cold hardiness research in terrestrial arthropods [J]. Cryo Letters， 2000， 21（5）： 289296.

[16]景曉紅， 康樂. 昆蟲耐寒性研究[J]. 生態學報， 2002（12）： 22022207.

[17]BALE J S. Insect cold hardiness： A matter of life and death [J]. European Journal of Entomology， 1996， 93： 369382.

[18]NEDVED O. Chill tolerance in the tropical beetle Stenotarsus rotundus [J]. Cryo letters， 2000， 21（1）： 2530.

[19]江幸福， 羅禮智， 李克斌， 等. 甜菜夜蛾抗寒與越冬能力研究[J]. 生態學報， 2001（10）： 15751582.

[20]謝殿杰， 張蕾， 程云霞， 等. 不同飼養溫度對草地貪夜蛾過冷卻點和體液冰點的影響[J]. 植物保護， 2020， 46（2）： 6271.

[21]張智， 鄭喬， 張云慧， 等. 草地貪夜蛾室內種群抗寒能力測定[J]. 植物保護， 2019， 45（6）： 4349.

[22]EGER J E， WITZ J A， HARTSTACK A W， et al. Survival of pupae of Heliothis virescens and Heliothis zea （Lepidoptera： Noctuidae） at low temperatures [J]. Canadian Entomologist， 1982， 114（4）： 289301.

[23]CASAGRANDE R A， HAYNES D L. A predictive model for cereal leaf beetle mortality from subfreezing temperatures [J]. Environmental Entomology， 1976， 5（4）： 761769.

[24]WILLMER P G. Water relations of terrestrial arthropods [J]. Trends in Ecology & Evolution， 1995， 10（4）： 173.

[25]NEDVED O， LAVY D， VERHOEF H A. Modelling timetemperature relationship in cold injury and effect of high temperature interruptions on survival in chill sensitive collembolan [J]. Functional Ecology， 2002， 12（5）： 816824.

[26]SALT R W. Relation between time of freezing and temperature in supercooled larvae Cephus cinctus Nort [J]. Revue Canadienne de Zoologie， 1966， 44（5）： 947952.

[27]馬繼芳， 王玉強， 李立濤， 等. 二點委夜蛾過冷卻點測定及越冬蟲態分析[J]. 河北農業科學， 2011， 15（9）： 13.

[28]韓蘭芝， 翟保平， 張孝羲， 等. 甜菜夜蛾的抗寒力研究[J]. 植物保護學報， 2005， 32（2）： 169173.

[29]郭婷婷， 于志浩， 門興元， 等. 雙委夜蛾不同蟲態耐寒性及體內生化物質含量變化[J]. 昆蟲學報， 2016， 59（12）： 12911297.

[30]章士美， 章志英. 夜蛾科昆蟲的越冬蟲態及其場所[J]. 江西農業大學學報， 1986（S3）： 3841.

[31]張悅， 鄧曉悅， 張雪艷， 等. 取食不同食物的草地貪夜蛾的過冷卻點和結冰點[J]. 植物保護， 2020， 46（2）： 7277.

[32]羅舉， 俞俊杰， 周明好， 等. 草地貪夜蛾過冷卻點和結冰點的測定[J].浙江農業科學， 2020， 61（3）： 428432.

[33]齊國君， 黃德超， 王磊， 等.廣東省草地貪夜蛾冬季發生特征及周年繁殖區域研究[J].環境昆蟲學報，2020，42（3）：573582.

（責任編輯：楊明麗）