熱浪式連續高溫脅迫對小菜蛾幼蟲和蛹的影響

摘要：模擬高溫熱浪的溫度模式，研究了熱浪式連續高溫脅迫對小菜蛾（Plutella xylostella）幼蟲和蛹的影響。結果表明，高溫脅迫時的初始蟲態、脅迫溫度、脅迫模式及各因子之間的交互作用都可能對小菜蛾3齡幼蟲和蛹的羽化率及生殖力有顯著影響。小菜蛾3齡幼蟲比蛹耐熱，蛹更易受到高溫危害。雖然小菜蛾較耐高溫，但40 ℃，持續3 d每天8 h（3 d×8 h/d）的高溫脅迫下，相比30 ℃ 1 d 8 h（1 d×8 h/d），小菜蛾羽化率降低了55.48%。從生殖角度看，蛹經高溫脅迫后生殖力顯著低于3齡幼蟲，3 d持續高溫脅迫與 1 d高溫相比，生殖力降低了48.84%，40 ℃脅迫相比30 ℃，生殖力降低了64.32%。持續長時間的高溫熱浪天氣可能會導致小菜蛾種群數量的大幅度減少。

關鍵詞：高溫熱浪；高溫脅迫；羽化率；生殖力；小菜蛾（Plutella xylostella）

中圖分類號：Q968.1；S433.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）22-5835-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.027

The Effects of Continuous High Temperature Stress on the Larvae

and Pupae of Plutella xylostella

CHANG Xiang-qian， L？譈 Liang， ZHANG Shu

（Institute of Plant Protection and Soil Science，Hubei Academy of Agricultural Sciences/Hubei Key Laboratory for Crop Diseases，

Insect Pests and Weeds Control， Wuhan 430064， China）

Abstract： The effects of continuous high temperature on the 3rd larvae and pupae of diamondback moth （DBM）（Plutella xylostella） emergence rate and fecundity were conducted by simulating heat waves. The results showed that the initial development stage of heat stress， stress temperature， heat stress patterns and the interaction between these factors all significantly may affect the emergence rate and fecundity of 3rd larvae and pupae. The larvae were more tolerant to the heat stress than the pupae. The pupae were more susceptible to high temperature stress. The emergence rate was decreased by 55.48% under the stress of successive 3 d 8 h/d of 40 ℃ compared to 1 d 8 h/d. The fecundity of pupae was significantly lower than larvae under high temperature stress； The fecundity of 3 d stress was decreased by 48.84% compared to 1 d stress and the fecundity of 40 ℃ stress was decreased by 64.32% compared to 30 ℃ respectively. The heat waves may lead the collapse of the DBM population in the fields.

Key words： heat waves； high temperature stress； emergence rate； fecundity； diamondback moth（Plutella xylostella）

近年來，隨著全球平均氣溫的升高，極端天氣現象，如高溫熱浪、暴雨、驟熱驟冷等現象明顯增加[1]。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會的報告，全球范圍內夏季高溫熱浪天氣將持續頻繁出現[2]。高溫熱浪天氣意味著連續多天出現超過35 ℃的高溫。昆蟲是變溫動物，更容易受到這種天氣變化的影響[3]。

目前關于夏季高溫對昆蟲的影響已有報道，如夏季高溫抑制了溫室白粉虱（Trialeurodes vaporariorum）的發生[4]，對水花生的重要天敵蓮草直胸跳甲（Agasicles hygrophila）成蟲生殖力有迅速降低的作用[5]；夏季高溫可能是制約二化螟（Chilo suppressalis）田間種群增長的重要因子[6]；夏季高溫導致了新疆地區棉蚜（Aphis gossypii）種群產生明顯的崩潰[7，8]，但高溫熱浪式的夏季高溫如何影響昆蟲的生物學特性尚無詳細報道。

小菜蛾（Plutella xylostella）是危害十字花科作物的重要害蟲[9]。在內蒙、新疆多次大暴發，造成近70萬hm2油菜絕收[10，11]，在長江中下游流域如湖北、安徽、江蘇等及長江以南廣大地區如浙江、福建、廣東、廣西等地發生世代多，抗藥性突出。在夏季，長江中下游十字花科蔬菜田中小菜蛾種群數量普遍極低。已有的研究表明，在恒溫條件下，30 ℃時，小菜蛾可以正常存活，但當溫度超過30 ℃時，小菜蛾各發育階段的存活率迅速下降；35 ℃時小菜蛾卵不能孵化，4齡幼蟲、蛹均死亡，不能完成世代[12，13]。但在夏季田間，小菜蛾并不會受到恒定高溫的脅迫，常會受到熱浪式的高溫脅迫。用氣象記錄儀Kestrel 4500 Pocket Weather Meters（Nielsen-Kellerman Co.，USA） 記錄武漢甘藍田中太陽直射條件下的24 h瞬時空氣溫度，發現在2012年7月20～24日，連續5 d出現持續6～8 h超過35 ℃的高溫天氣。田間發生的小菜蛾種群世代重疊嚴重[9]，各個發育階段同時大量存在，在高溫季節各個發育階段都會受到田間高溫脅迫。因此超過35 ℃的熱浪式高溫脅迫對小菜蛾不同發育階段有何作用，并如何影響其夏季種群數量值得深入探討。

本試驗將模擬高溫熱浪天氣對小菜蛾的作用，將經過不同模式高溫脅迫后的小菜蛾轉移至室溫，觀察其后繼存活、生殖情況，探討熱浪式連續高溫脅迫對小菜蛾不同發育階段存活率及生殖力的影響，從而更好地揭示田間小菜蛾種群對夏季高溫脅迫的響應機制。

1 材料與方法

1.1 蟲源及飼養方法

以2008年秋采自湖北省農業科學院花椰菜（Brassica oleracea L. var. botrytis L.）上的小菜蛾為初始蟲源，在25±1 ℃、RH 60%～70%、L∶D=16 h∶8 h的養蟲室中用3～4葉盆栽甘藍（Brassica oleracea L.var.capitata L.）飼養1代后，人工飼料（Southland products incorporatied，USA）在養蟲盒（直徑9 cm，高7 cm）內。

1.2 連續高溫脅迫初始蟲態為3齡幼蟲的小菜蛾

將1～2日齡3齡幼蟲放入12孔塑料培養板（型號TPP 92012，體積12.5 cm×8.3 cm×2.2 cm，每孔直徑2.4 cm）的孔內，每孔3頭幼蟲，并加入適當的人工飼料，重復3個培養板，然后置于人工氣候箱（HP300GS-C，武漢瑞華儀器設備有限責任公司）中，將3臺人工氣候箱分別于10：00～18：00（8 h）設置為各脅迫溫度（30、35、40 ℃），其余時間（16 h）為25 ℃。分別在高溫脅迫1 d、連續高溫脅迫3 d后將小菜蛾移至25 ℃養蟲室中觀察幼蟲的存活、化蛹、羽化情況。將羽化成蟲成對單獨飼養于培養皿（直徑6 cm）內，逐日觀察產卵量。計算幼蟲的羽化率及生殖力，作為統計分析指標。幼蟲羽化率為經高溫脅迫后羽化的成蟲數量與初始幼蟲數量的比值。

1.3 連續高溫脅迫初始蟲態為蛹的小菜蛾

將30頭蛹放入直徑10 cm培養皿內，置于人工氣候箱中，重復3個培養皿。氣候箱的溫度設置方法同“1.2”。處理后將蛹移至25 ℃養蟲室觀察蛹羽化及生殖情況。羽化成蟲的生殖情況觀察方法同“1.2”。計算蛹的羽化率及生殖力，作為統計分析指標。

1.4 統計方法

用SAS 6.12多因素試驗統計進行方差分析，Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 連續高溫脅迫后小菜蛾的羽化率及生殖力

3齡幼蟲及蛹經高溫脅迫后羽化及生殖情況見表1。由表1可知，除40 ℃ 3 d×8 h/d處理組合外，經各處理組合脅迫后小菜蛾的羽化率均超過70%，生殖力也超過30粒/雌。而40 ℃ 3 d×8 h/d處理后羽化率不足35%，生殖力基本為0。

2.2 連續高溫脅迫對小菜蛾羽化率的影響

多因素方差分析（表2）表明，脅迫溫度及脅迫模式對小菜蛾的羽化率有顯著影響；但初始蟲態對小菜蛾的羽化率影響不顯著，因此只對脅迫溫度及脅迫模式進行多重比較分析（圖1）。

當溫度為30、35 ℃時，連續高溫脅迫對小菜蛾的羽化率沒有顯著影響，羽化率為81.11%～91.11%；當溫度為40 ℃時，經連續3 d×8 h/d的脅迫后羽化率顯著下降為36.11%，與30 ℃ 1 d×8 h/d相比，羽化率降低了55.48%（圖1A）。當脅迫時間為1 d時，各溫度處理間沒有顯著差異，當連續時間為3 d時，40 ℃處理的羽化率顯著下降（圖1B）。

2.3 連續高溫脅迫對小菜蛾生殖力的影響

多因素方差分析（表3）表明，小菜蛾初始蟲態、脅迫溫度及脅迫模式對生殖力均有顯著影響，但二級和三級交互作用沒有顯著差異。因此，分別對初始蟲態、脅迫溫度及脅迫模式進行多重比較分析（圖2）。

初始蟲態為蛹時，受到高溫脅迫后，生殖力顯著低于初始蟲態為幼蟲的小菜蛾（圖2A）；而40 ℃相對于30、35 ℃顯著降低了小菜蛾的生殖力，40 ℃相比30 ℃降幅為64.32%（圖2B）；3 d的連續高溫可顯著降低小菜蛾的生殖力，3 d持續高溫脅迫與1 d高溫相比，生殖力降低了48.84%（圖2C）。

3 小結與討論

有許多研究報道了高溫對昆蟲的致死效應[4-8]。Harcourt[14]系統研究了影響田間小菜蛾種群密度的生物因子及非生物因子，發現非生物因子溫度的權重很大。在日本茨城縣發現，夏季溫度越高，小菜蛾種群密度越低[15]。昆蟲不同齡期、性別及地理種群的耐熱性可能不同[16]。本試驗初步研究了熱浪式高溫脅迫對小菜蛾不同發育階段的作用特點。結果表明，小菜蛾3齡幼蟲比蛹耐熱。雖然連續高溫脅迫下，初始蟲態為幼蟲與初始蟲態為蛹的羽化率差異不顯著，但蛹的生殖力卻顯著下降。蛹在小菜蛾各個發育階段中幾乎不能移動，不能主動躲避高溫脅迫，而幼蟲卻可以在小范圍內主動躲避高溫脅迫，蛹比幼蟲耐熱性差，導致當高溫熱浪發生時，很容易造成當代種群數量的大量減少。

小菜蛾整體比較耐熱[17]，但持續的熱浪天氣對小菜蛾種群數量有顯著的負面作用。2齡幼蟲在35 ℃處理12 h后死亡率僅為10%[18]；在35 ℃處理8 h后，3齡幼蟲的死亡率僅為3.13%[19]；本研究發現，持續1 d×8 h/d的35 ℃脅迫未顯著降低小菜蛾羽化率及生殖力，以上研究均說明當小菜蛾沒有處于連續高溫脅迫時，可忍受35 ℃高溫，即小菜蛾本身對高溫具有一定的抗性。但當連續脅迫時間為3 d時，40 ℃脅迫相對于30 ℃，羽化率降低了55.48%，而生殖力幾乎降為0。根據氣象儀的田間監測數據，夏季高溫熱浪天氣常持續超過3 d，甚至達到5 d，如果熱浪持續時間超過3 d，小菜蛾的羽化率將會進一步劇烈下降，說明持續長時間的熱浪確實對小菜蛾種群數量有致命威脅。

本試驗只選取了小菜蛾的兩個發育階段進行研究，因此仍需要對小菜蛾的其他蟲態進行試驗，同時根據田間溫度的變化，設置更合理的模擬溫度，使試驗狀態更接近田間環境，以期獲得更接近實際條件的試驗結果。

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