温度对绿豆象种群增长的影响

刘昌燕, 李 莉, 焦春海, 陈宏伟, 刘良军, 万正煌

(湖北省农业科学院粮食作物研究所,粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室, 武汉 430064)



温度对绿豆象种群增长的影响

刘昌燕, 李 莉, 焦春海, 陈宏伟, 刘良军, 万正煌*

(湖北省农业科学院粮食作物研究所,粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室, 武汉 430064)

在实验室条件下以绿豆为食料饲养绿豆象,在20、25、30和35℃等4个温度条件下,逐日观察记录绿豆象产卵量、卵孵化数和成虫羽化数等生物学参数。结果表明,随着温度的升高,绿豆象卵期、豆内期、未成熟期、雄虫历期及雌虫历期逐渐缩短,温度从20℃升至35℃时,卵历期从18.33 d缩短为4.40 d, 豆内期从36.43 d缩短为15.20 d, 未成熟期从54.76 d缩短至19.60 d, 雄虫历期从43.93 d缩短至8.07 d, 雌虫历期从25.33 d 缩短至8.07 d。在20℃下,绿豆象卵、豆内期及未成熟期存活率均最低,且与其他3个温度差异显著。在20℃下,绿豆象产卵历期最长,为20.67 d,但总产卵量及雌性比例均较其他3个温度低,分别为43.33粒和33.27%。绿豆象卵、豆内期、未成熟期及整个世代的发育起点温度分别为14.69、11.11、12.03和13.73℃,有效积温分别为82.63、342.87、427.94和565.59日·度。在35℃时,绿豆象内禀增长率和周限增长率均最大,分别为0.044 58和1.045 58。研究结果表明,在30～35℃条件下,最有利于种群增长,为绿豆象发育的最适宜温度。

绿豆象; 温度; 生长发育; 种群增长

绿豆象[Callosobruchuschinensis(Linnaeus)]属鞘翅目(Coleoptera),豆象科(Bruchidae),瘤背豆象属(Callosobruchus)[1-4]。绿豆象是绿豆、豌豆、鹰嘴豆、豇豆和蚕豆等食用豆仓储期间为害最为严重的一种害虫,绿豆象为害后,被害豆粒发芽率和品质大为降低,严重影响了食用豆产业安全生产[5-6]。

温度是影响昆虫生长、发育和繁殖的重要环境因子之一[7-11],准确掌握温度对绿豆象生长发育与繁殖的影响,将为其综合防控提供理论依据。国内外有很多关于温度对仓储豆象生长发育的研究。Chandrantha等[12]的研究表明,在30℃时,四纹豆象[Callosobruchusmaculatus(Fabricius)]产卵量最高,达到每雌总产卵量118粒。四纹豆象成虫寿命与温度关系密切,大约温度每升高10℃,成虫寿命几乎缩短一半[13-14]。曹新民等[15]对四纹豆象的世代存活率及周限增长率的研究发现,其生长发育繁殖的最适温区为30～34℃。邓永学等[16-17]通过研究不同温度下重庆和西昌地区绿豆象种群生长发育的差异,认为它们是两个不同的地理种群。不同温度对巴西豆象[Zabrotessubfasciatus(Boheman)]影响的研究结果表明,巴西豆象未成熟期发育起点温度为15℃,生长发育繁殖最适温区为28～32℃[18]。李南植等[19]在室内条件下饲养菜豆象的结果表明,温度显著影响菜豆象成虫寿命、产卵量及产卵历期;温度越高,寿命越短,产卵历期长,产卵量多。绿豆象生活史分为卵、幼虫、蛹和成虫4种虫态,其中幼虫和蛹在豆粒内发育,不易被发现。本文在前人研究的基础上,系统地研究温度与绿豆象生长发育、存活和繁殖之间的关系,为该虫的预测预报和综合防控提供理论依据。明确绿豆象生长发育繁殖最适温区,旨在为绿豆象的综合防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

绿豆象为北京种群,源自中国农业科学院作物科学研究所作物资源抗病虫鉴定与检疫课题组,以含水量为(14%±2%),且经过-20℃冷冻杀虫处理的整粒绿豆作为饲料进行饲养,建立稳定实验种群。绿豆象饲养条件为人工气候培养箱,温度(30±1)℃,相对湿度(70±5)%,24 h全黑暗培养。

1.2 试验方法

将24 h内羽化并已交配过的雌成虫接种到绿豆上,让其产卵。次日挑选附着单粒卵的绿豆,分装于24孔养虫板中,在20、25、30和35℃等4个温度和相对湿度70%±5%的条件下进行培养。每个处理饲养150头。

逐日观察卵孵化数及成虫羽化数。成虫繁殖力测定时,将雌雄配30对单独饲养,放于有充足豆粒作为食物的93 mL圆柱形小玻璃瓶(直径4 cm,高7.5 cm)中,然后用纱布把玻璃瓶口包好,每天记录产卵量并转移至含有新的豆粒的玻璃瓶内。由于绿豆象卵孵化为成虫后才从豆粒内钻出,因此将幼虫期和蛹期合并为豆内期。

1.3 数据处理

试验所得数据用Excel 2007软件进行计算和作图, SAS 9.0进行方差显著性分析。在计算各温度下绿豆象的成活率、繁殖率和发育历期时,采用LSD法对试验数据进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 温度对绿豆象发育历期的影响

随着温度的升高,绿豆象卵期、豆内期、未成熟期、雄虫历期及雌虫历期均缩短(图1),即随着温度的升高,发育速率相应加快。

在20℃时,卵期、豆内期、未成熟期、雄虫历期及雌虫历期均最长,分别为18.33、36.43、54.76、43.93和25.33 d;在35℃时,卵期、豆内期、未成熟期、雄虫历期及雌虫历期均为最短,分别为4.40、15.20、19.60、8.07和8.07 d,且在35℃时,卵期和雄虫历期都显著低于其他3个温度,豆内期、未成熟期和雌虫历期显著低于20和25℃ 2个温度,但是与30℃时差异不显著。

图1 不同温度下绿豆象各发育阶段的历期1)Fig.1 Duration of each development stage of Callosobruchus chinensis at constant temperatures

2.2 温度对绿豆象存活率的影响

温度对绿豆象存活率的影响较大(图2)。在20～25℃,随着温度升高,绿豆象卵、幼虫和蛹的存活率逐渐增大,当温度超过30℃后,它们的存活率又逐渐下降,表明高温对绿豆象卵、幼虫及蛹的存活有抑制作用。在20℃时,绿豆象卵期、豆内期及未成熟期的存活率分别为38.19%、65.40%和25.00%,且与其他3个温度下的存活率差异显著。

图2 温度对绿豆象存活率的影响Fig.2 Effects of temperature on the survival rate of Callosobruchus chinensis

2.3 温度对绿豆象繁殖力的影响

在20～35℃,随着温度的升高,绿豆象的产卵历期逐渐缩短。20℃时,绿豆象的产卵历期最长,为20.67 d,且与其他3个温度下的产卵历期差异显著;在35℃时,绿豆象的产卵历期最短,为5.83 d,显著低于20℃和25℃两个温度下的产卵历期,但是与30℃下的产卵历期差异不显著。温度对绿豆象总产卵量影响显著,在25℃和30℃时,绿豆象平均每雌产卵量较多,分别为69.90粒和64.97粒,且与20℃和35℃下的每雌总产卵量差异显著。温度对雌性比例有影响,在20℃时,绿豆象雌性所占比例最低,为33.27%,但与其他各温度差异不显著(表1)。

表1 温度对绿豆象繁殖力的影响

2.4 温度对绿豆象发育起点温度及有效积温的影响

根据不同温度下各虫态的发育历期,采用直线回归法[20-21]计算各虫态的发育起点温度和有效积温。由表2可知,卵的发育起点温度为14.69℃,有效积温为82.63日·度,回归方程为T=14.69+82.63V(r=0.954 3)。豆内期和未成熟期的发育起点温度分别为11.11℃和12.03℃,有效积温分别为342.87日·度和427.94日·度。整个世代的发育起点温度为13.73℃,有效积温为565.59日·度。

表2 绿豆象的发育起点温度和有效积温

2.5 温度对种群参数的影响

采用Howe[22]的计算公式rm=lg(NS)/(T+L/2)和λ=erm快速计算内禀增长率和周限增长率。式中rm为内禀增长率,λ为周限增长率,N为每雌平均产卵量,S为世代存活率,T为发育历期,L为产卵期。绿豆象在不同温度下的内禀增长率和周限增长率如表3所示,在35℃时,绿豆象的内禀增长率及周限增长率均为最大,分别为0.044 58和1.045 58。在20℃时,内禀增长率和周限增长率均最小,其值分别为0.010 37和1.010 43。

表3 温度对绿豆象内禀增长率及周限增长率的影响

2.6 温度对绿豆象成虫体重的影响

温度对初羽化成虫体重的影响如图3所示,温度对初羽化成虫体重影响不显著,在20℃时,初羽化成虫体重为5.69 mg/头,高于其他各处理温度间,但是差异不显著。

图3 温度对初羽化成虫体重的影响Fig.3 Effects of temperature on the weight of early emerged adults

3 讨论

本研究结果表明,在20～35℃范围内,随着温度的升高,绿豆象发育速率加快,发育历期缩短。而邓永学等[16]的研究表明,在25～32℃范围内,绿豆象发育速率随着温度的升高而加快,发育历期缩短,但当温度超过32℃时,发育历期延长,造成这一差异的原因可能是不同地理种群绿豆象造成的。

本研究计算出的绿豆象卵、豆内幼虫和蛹的发育起点温度与邓永学等[16]研究中的西昌绿豆象差异较小,但与重庆绿豆象则有一定差别,可能是本研究中的绿豆象与西昌绿豆象种群差异较小,而与重庆绿豆象种群差异较大;但是豆内期及豆内幼虫和蛹的有效积温差异均不大。从绿豆象卵、豆内期、未成熟期及整个世代的发育起点温度和有效积温的研究结果来看,我国大部分地区气温均可满足绿豆象生长发育和繁殖的要求,且各地食用豆类品种繁多,因此各部门在进行食用豆类引种时需要高度重视。

内禀增长率是指在给定的物理和生物的条件下,具有稳定的年龄组配的种群的最大瞬时增长率。内禀增长率综合了环境因素对昆虫发育、存活和繁殖三方面影响的信息,因此能更精确地表述种群数量变动的情况[23-24]。在20～35℃之间,绿豆象的内禀增长率和周限增长率随着温度的升高而增大;在30～35℃时,内禀增长率和周限增长率均较大,发育历期较短,产卵量较多,如在此温度范围内饲养,可以在短时间内繁殖出大量的绿豆象。尽管25℃时产卵量最大,但它的内禀增长率及周限增长率较低,因而不利于绿豆象的快速繁殖。

通过比较不同温度条件下绿豆象的生长发育和繁殖等生物学特性,研究结果表明,30～35℃是绿豆象生长发育的最适合温度。每年的6-9月在1年中的平均气温最高,绿豆象世代历期最短,成活率高,繁殖力大,正是绿豆象的盛发期,造成的损失也最大,应在此阶段加大绿豆象的监测和防治。

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(责任编辑:田 喆)

Effects of temperature on the population growth of CallosobruchuschinensisL.(Coleoptera: Bruchidae)

Liu Changyan, Li Li, Jiao Chunhai, Chen Hongwei, Liu Liangjun, Wan Zhenghuang

(Institute of Food Crops,Hubei Academy of Agricultural Sciences, Hubei Key Laboratory of Food Crop Germplasm and Genetic Improvement, Wuhan 430064, China)

The biological characteristics (number of egg hatch, adult eclosion, oviposition) ofCallosobruchuschinensison mung bean were systematically recorded day by day under the conditions of a series of temperatures (20, 25, 30 and 35℃) in the laboratory. The egg stage, larval and pupal duration, immature stage, male duration and female duration ofC.chinensisdecreased with increasing temperature. From 20℃ to 35℃, the egg stage shortened from 18.33 d to 4.40 d; the larval and pupal durations reduced from 36.43 d to 15.20 d; the immature stage shortened from 54.76 d to 19.60 d; the male duration was decreased from 43.93 d to 8.07 d; the female duration reduced from 25.33 d to 8.07 d. At 20℃, the survival percentages during egg, larval and pupal and immature stages were the lowest, significantly different from those at the other three temperatures. The oviposition period ofC.chinensiswas the longest (20.67 d)at 20℃, but total egg number and female proportion were lower than at the other three temperatures, which were 43.33 eggs and 33.27%, respectively. The developmental thresholds of egg, larval, pupal, immature periods and the whole generation were 14.69, 11.11, 12.03 and 13.73℃, respectively; the effective accumulative temperatures were 82.63, 342.87, 427.94 and 565.59 degree-days, respectively. At 35℃, the intrinsic rate of increase and finite rate of increase were the maximum (0.044 58 and 1.045 58). The most beneficial temperature to the population growth ofC.chinensisranged from 30℃ to 35℃, which was also the optimal temperature range for growth and development ofC.chinensis.

Callosobruchuschinensis; temperature; growth and development; population growth

2015-11-23

2016-01-07

国家现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-09)；科技部国际合作重点项目(2011DFB31620)；湖北省农科院青年科学基金(2014NKYJJ35)

S 433.5

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.06.011

* 通信作者 E-mail: zhwan168@163.com