意大利蝗对温度耐受力的初探

任金龙，赵 莉，赵 炎，葛 婧

（新疆农业大学农学院 新疆农林有害生物监测与安全防控自治区重点实验室，新疆 乌鲁木齐830052）

意大利蝗广泛分布于沿地中海的北部和东部边缘、中欧、北非、中亚、西伯利亚平原西部、蒙古西北部、中国（新疆、内蒙古、青海、甘肃）［1－2］，具有分布广泛、潜在危害大、扩散迁徙的特性。近年来意大利蝗频繁越境危害我国新疆毗邻哈萨克斯坦的阿勒泰、塔城、伊犁等边境地区，为害草地面积达249 万h m2。意大利蝗在我国潜在分布地域为长江以北地区［3］，随着全球性气候变化、水热季节性分配失调及草原沙化等生态条件的变化，其潜在分布范围、种群适宜水平将有所增加。

温度为生物极为重要的生态因子，任何一种生物的生存和发育均受外界温度的影响和控制，其中高温或低温均会影响其正常生活。在不良的低温环境中，昆虫耐寒能力的高低是种群存在与发展的重要前提，同时决定种群生殖、扩散、分布及下一季节的发生动态［4］，其中过冷却点（Supercooling Point，SCP）常作为界定昆虫耐寒性强弱的一个关键指标［5－9］；在高温环境中，昆虫耐高温能力则决定其生存及发育。同时，温度亦为影响有机体体温的主要因素，而体温的高低又决定了动物新陈代谢的强弱及动物种群的数量、繁殖、生长发 育 速 度、分 布 和 行 为 等［10］。据Blanford 和Tho mas［11］的研究，金龟子绿僵菌生物杀虫剂防治蝗虫效果差的主要原因之一为环境温度和蝗虫的体温调节，致使微孢子毒力降低或失效。对意大利蝗已有的研究集中于取食特性、草地损失估计、生 态 型 等［11－18］，而 温 度 与 生 物 学 相 关 性 研 究 较少［19］。因此，本研究首次测定意大利蝗不同虫态过冷却点、成虫耐高温能力及体温调节行为，初步探究意大利蝗对温度的耐受力，以期为意大利蝗分布、潜在危害区提供基础理论，尤其为探明意大利蝗体温调节机理适生性分析提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

2012－2013年间于新疆维吾尔自治区玛纳斯县大 阳 山（43.928 510°N，86.155 213°E，海拔1 292 m）采集意大利蝗蝗蝻，将其置于玛纳斯南山试验区（43.905 063°N，86.129 871°E，海拔1 297.8 m）饲养，收集羽化成虫及卵，并在试验区5个地点放置Microlab EC650温湿度记录仪（距地高度10 c m，外置气象罩）。

1.2 过冷却点测定

利用温度记录仪（Toprie TP700，Tai wan）测定意大利蝗卵（卵体近孵化已解除滞育），1、2、3、4、5龄蝗蝻，雌成虫，雄成虫的过冷却点SCP 及冰点（Freezing Point，FP），每个处理样本量30头。测定时用胶带将虫体与探头紧密固定，置于超低温冰箱（Espec MT3030，广东爱斯佩克环境仪器有限公司），由5 ℃开始降温，以1 ℃·min－1降温速率降至－40 ℃停止收录数据［20］。

1.3 意大利蝗成虫耐高温能力测定

分别设置人工气候箱（PQX－28 OB－22 H，宁波莱福科技有限公司）41、44、47和50 ℃共4个温度处理，箱内控温误差为±1 ℃，培养条件（40%～50%相对湿度，光照强度1 530 l x，光周期（光照／黑暗，14 h／10 h），每个处理雌雄各20头，重复5次，每隔一定时间（41和44 ℃每隔24 h检查一次，47和50℃每隔2 h检查一次）检查其死亡情况，并及时饲喂试虫［21］。

1.4 意大利蝗体温与环境温度的关系

使用两种测定方法，一组将探头插入试虫着生翅胸节内测定体温，参照岳梅等［21］的测定方法；另一组将探头紧贴着生翅胸节体壁测定体壁温度，均置于超低温冰箱设置箱内温度，使其从24 ℃开始，以2℃为一梯度升至48℃，每个温度梯度保持一定的时间（大于1 h）以保证虫体温度稳定，测定在一特定温度下的体温和体壁温度，每个处理雌雄成虫各20头。

1.5 意大利蝗体温随环境温度的变化速率、致死时间及致死温度

将测温探头插入试虫生翅胸节内，置于超低温冰箱，以30 ℃为起点保持0.5 ℃·min－1升温速率，利用温度记录仪收录试虫体温（Tb）和箱内环境温度（Ta），直至试虫死亡，记录致死时间及致死温度，雌雄成虫各测20头［21］。

1.6 数据处理及分析

数据均采用统计软件SPSS Statistics（SPSS 19.0，Inc.，Chicago，USA）分析，其中不同虫态过冷却点及成虫耐高温数据间的差异采用方差分析（Duncan Test）；不同虫态过冷却点的频次分布特征采用单样本Kol mogor ov－Smir nov检验分析；而成虫耐高温能力的LT50、LT90（分别表示50%和90%供试虫死亡的致死温度）利用Polo Pl us 1.0计算。

2 结果与分析

2.1 意大利蝗各虫态的过冷却点测定

2.1.1 各虫态的过冷却点频次分布 意大利蝗各虫态的SCP分布范围有所差异，卵、1龄蝗蝻、2龄蝗蝻、3龄蝗蝻、4龄蝗蝻、5龄蝗蝻、雌成虫、雄成虫的SCP分布范围分别为－15.3～－5.6、－6.9～－4.0、－9.9～

－3.1、－6.8～－3.1、－8.0～－4.1、－9.1～－4.4、－8.3～－3.5 和－11.3～－4.7 ℃（图1）。SCP分布范围最宽为卵，最低值与最高值相差9.7 ℃；其次为雄成虫，最低值与最高值相差6.6 ℃；1龄蝗蝻的最小，最低值与最高值相差2.9 ℃。各虫态的过冷却点均服从正态分布（P＞0.05）。

图1 意大利蝗各虫态的过冷却点频次分布Fig.1 Frequency distribution of supercooling points in different stage of Calliptamus italicus

2.1.2 各虫态的过冷却点及冰点 意大利蝗各虫态SCP与FP的变化趋势不同（图2）。SCP由高到低依次为3龄蝗蝻、雌成虫、1龄蝗蝻、4龄蝗蝻、2龄蝗蝻、5龄蝗蝻、雄成虫和卵，依次为－5.67、－6.11、－6.17、－6.36、－6.61、－6.68、－6.90、－8.28 ℃。各虫态的过冷却点不同，其中卵的过冷却点最低（P＜0.05），3龄蝗蝻过冷却点最高（－5.67 ℃）。各龄蝗蝻之间，以5龄（－6.68℃）最低，显著低于3龄；其他各龄蝗蝻过冷却点差异不显著。成虫雌雄之间过冷却点无显著差异。FP由高到低依次为雌成虫、雄成虫、1龄蝗蝻、2龄蝗蝻、5龄蝗蝻、3龄蝗蝻、4龄蝗蝻、卵，分别为－1.10、－1.11、－1.21、－1.28、－1.29、－1.31、－1.36、－5.60℃。

2.2 意大利蝗成虫耐高温能力

意大利蝗成虫在41～50 ℃恒温范围内，LT50和LT90随着环境温度（Ta）的升高逐渐变短，即耐热力逐渐降低（表1）。Ta为41℃，雌成虫和雄成虫的LT50、LT90均 最 长，雌 成 虫LT50、LT90分 别为623.83、1 604.98 h；雄 成 虫LT50、LT90分 别为459.52、1 181.97 h；在41～50 ℃间，除44 ℃外其他温度雌成虫LT50、LT90均高于雄成虫，但两者间无显著性差异（P＞0.05）。

2.3 意大利蝗成虫体温随环境温度的变化

意大利蝗成虫体温（Tb）均随着Ta的升高显著升高（P＜0.05）（表2）。28 ℃＜Ta＜30 ℃，Tb和Ta温差在1.9～3.2 ℃；Ta＞30 ℃时，Tb和Ta温差在0.3～1.1 ℃；表明28 ℃＜Ta＜32 ℃，可能受体温调节作用；Ta＞30 ℃，意大利蝗成虫将减弱或丧失体温调节作用。意大利蝗成虫Tb与Ta拟合方程分别为：雄成虫Tb＝－1.056 9Ta－3.023，R2＝0.991 8；雌成虫Tb＝－1.018 1Ta－1.557 4，R2＝0.992 5，意大利蝗成虫的Tb与Ta呈极显著的线性关系（P＜0.01）。

当环境温度在30～38℃范围内，雄成虫体温高于雌成虫（图3），仅30～34 ℃范围内，雄成虫体温显著高于雌成虫（P＜0.05）；当环境温度在38～48℃范围内，雄成虫体壁温度低于雌成虫，但无显著差异（P＞0.05）。当环境温度为30和32 ℃时，雄成虫体壁温度显著高于雄雌成虫体温，而雌成虫体温显著低于雌成虫体壁温度和雄成虫体壁温度与体温。当环境温度为34℃时，雌成虫体温显著低于雌成虫体壁温度和雄成虫体壁温度与体温。当环境温度在36～48℃，雄成虫体温和体壁温度和雌成虫体温和体壁温度无显著差异。

2.4 意大利蝗成虫体温随环境温度的变化速率、致死时间及致死温度

从30 ℃起，Ta以0.5 ℃·min－1速率上升时，Tb升高速率为0.30～0.36 ℃·min－1（表3）。成虫死亡标志为体温和环境温度保持相同的升温速率，对于致死体温、致死时间、致死环境温度和体温升高幅度，成虫雌雄之间均无显著差异（P＞0.05）。体温升高速率，雄成虫（0.36 ℃·min－1）显著高于雌成虫（0.30 ℃·min－1）（P＜0.05）。

图2 意大利蝗各虫态的过冷却点及冰点Fig.2 Supercooling points and freezing points in different stages of Calliptamus italicus

表1 意大利蝗成虫耐高温曲线及LT 50、LT 90Table 1 The curve of withstanding high temperature of Calliptamus italicusadults and L T50 and LT 90

表2 意大利蝗成虫在不同环境温度（Ta）的体温（Tb）Table 2 Body temperature（Tb）of Calliptamus italicus adult at different ambient temper ature（Ta）

3 讨论与结论

3.1 意大利蝗耐寒性

过冷却点常作为昆虫耐寒性强弱的一项关键指标，过冷却点越低，其耐寒力越强。蝗虫的虫态不同，耐寒性不同，且越冬虫态的耐寒性最强，如西藏飞蝗（Locusta tibetensis）各虫态耐寒性由强至弱依次为孵前卵（越冬虫态）、1龄蝗蝻、2龄蝗蝻、5龄蝗蝻、雄成虫、雌成虫、3龄蝗蝻、4龄蝗蝻［20］。本研究表明，意大利蝗各虫态耐寒性由强至弱分别为孵前越冬卵（－8.28 ℃）、雄成虫（－6.90 ℃）、5龄蝗蝻（－6.68 ℃）、2龄蝗蝻（－6.61 ℃）、4龄蝗蝻（－6.36 ℃）、1龄蝗蝻（－6.17℃）、雌成虫（－6.11 ℃）、3龄蝗蝻（－5.67 ℃）。意大利蝗各虫态与耐寒性相关的生理生化物质（甘油、赤藓糖、葡萄糖、甘露醇、山梨醇、肌醇和海藻糖等）有待进一步深入研究。

3.2 意大利蝗成虫对温度的耐受力

意大利蝗成虫对温度的耐受力表现为耐寒性和耐热性，其中意大利蝗雄成虫（－6.90 ℃）的耐寒性略强于雌成虫（－6.11 ℃），但无显著差异，与西藏飞蝗雌成虫（－7.86 ℃）、雄成虫（－7.96 ℃）研究结果［20］一致。意大利蝗成虫在41～50 ℃范围内，LT50和LT90随着环境温度（Ta）的升高逐渐变短，即耐热力逐渐降低。Ta为41 ℃时，意大利蝗雌成虫和雄成虫的LT50、LT90均最长，雌成虫LT50和LT90分别达623.83、1 604.98 h；雄成虫LT50和LT90分别为459.52、1 181.97 h；除44 ℃外的其他温度处理LT50、LT90，雌成虫均高于雄成虫，但无显著差异。

图3 意大利蝗成虫体壁温度和体温Fig.3 The integument temperature and body temperature（Tb）of Calliptamus italicus adults

表3 意大利蝗成虫体温上升至死亡过程的测定指标Table 3 Measurement parameters during the increasing process of body temperature of Calliptamus italicus adults until death

意大利蝗成虫的耐受环境温度的低温和高温上下限分别为－6.90、58.7 ℃，其耐受力表现为较弱的耐寒性和较强的耐高温能力，预示其耐寒性和耐热性的关系符合耐寒性和耐热性间存在均衡假说（当获得耐热性时，耐寒性会因此丧失）［22］。据2012－2013年间新疆玛纳斯县南山气象数据，意大利蝗成虫羽化生殖期（6－9月）在7－8月环境温度36～41 ℃的高温下仍可生存，而仅在生长期（9月）经历零下低温（该地区9 月末地表温度在零摄氏度以下），表明意大利蝗较弱的耐寒性和较强的耐热性为成虫羽化生殖期生态适应性表达的结果。据田间观察，意大利蝗成虫常喜栖息于植被覆盖度低、土表裸露的蒿属植物生境内，在田间表现偏喜高温的习性与本研究结果相一致。

昆虫在高温胁迫驯化下诱导产生的耐受性机制较复杂，包括合成渗透性胁迫物质（如多元醇和海藻糖等）、改变细胞膜脂饱和度、补偿性表达关键酶的同工酶或异性酶、代谢阻抑、产生自由基净化剂（超氧化歧化酶、谷胱甘肽、细胞色素酶P45）和热激蛋白家族（Heat Shock Pr otein Hps）［22］。本研究仅初步分析了意大利蝗成虫表现较强的高温耐受力，因此深入研究其高温胁迫下热激蛋白家族、自由基净化剂、关键酶的同工酶和异性酶的表达及合成渗透性物质的变化，将有助于进一步阐明意大利蝗高温耐受机理和荒漠、半荒漠草原的适生性问题。

3.3 意大利蝗成虫的体温调节行为

大多数昆虫遵循两种体温变化规律，即行为性的调节体温和无行为性调节体温。行为性调节体温表现为体温与环境温度非线性变化，而无行为性体温调节则表现为体温趋近环境温度，与环境温度呈线 性关系［19，21］。如臭 腹 腺 蝗（Zonocer us variegatus Linnaeus，1758）、蔗蝗（Hierogl yp hus daganensis Krauss，1877）成虫属于无行为性体温调节［11，19，23］，东亚飞蝗（Locusta migr atoria migr atoria Linnae－us，1758）、亚洲小车蝗（Oedaleus decor us asiaticus Bei－Bienko，1941）、褐 飞 蝗（Locustana par dalina Walker，1870）、摩洛哥戟纹蝗（Dociostaur us maroccanus Thunber g，1815）、红 翅 蝗（Nomadacris septemf asciata Servilla，1838）、澳洲疫蝗（Chortoicetes ter minifer a Wal ker，1870）成虫为行为性体温调节［11，23］。本研究表明，意大利蝗成虫的体温趋近环境温度，与环境温度呈线性关系，而Klass等［19］研究表明，2007年意大利蝗成虫西班牙地理种成虫体温与环境温度呈曲线关系，属于行为性调节体温。关于意大利蝗体温调节方式与地理种之间的关系有待深入研究。

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