柠条绿虎天牛幼虫龄期的划分

张燕如, 李珏闻, 赵婷婷, 潘 龙, 金树磊, 许姝婧, 骆有庆*

(1. 内蒙古农业大学林学院, 呼和浩特 010019; 2. 北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室, 北京 100083; 3. 中国林业科学研究院研究生部, 北京 100091; 4. 中国林业科学研究院林业新技术研究所森林病原整合 生物学研究室, 北京 100091; 5. 内蒙古武警森林总队, 呼和浩特 010010)

柠条绿虎天牛ChlorophoruscaraganaXie & Wang属鞘翅目Coleoptera天牛科Cerambycidae绿虎天牛属Chlorophorus,是荒漠柠条灌木林的重要蛀干害虫,主要为害中间锦鸡儿CaraganaintermediaKuangetH. C.Fu和小叶锦鸡儿CaraganamicrophyllaLam.。该虫在宁夏地区1年1代,近年来柠条绿虎天牛在西北地区对柠条的为害程度逐年加重,其幼虫在树木韧皮部和木质部取食为害,隐蔽性强,因此,很难系统地观察幼虫的生活习性。虽然目前对该虫的生物学特性有过一些报道[1-3],但均未涉及幼虫的分龄以及龄期的划分问题。本研究通过林间采样并结合数据分析的方法,测定自然条件下柠条绿虎天牛幼虫的龄数,明确各龄幼虫形态指标,为进一步研究其发生规律、预测预报和林间防控奠定基础。

1 材料与方法

1.1 调查地描述

柠条绿虎天牛于2013-2014年采自宁夏灵武雁知山荒漠林内,38°5′N,106°23′E,海拔1 263 m。在荒漠林内随机调查受害严重的中间锦鸡儿,树龄5～15年,平均地径约为2 cm,平均树高145 cm。

1.2 供试虫源

为确保采集到初龄幼虫,2013年6月下旬在柠条绿虎天牛产卵高峰期观察成虫产卵,雌虫将卵产在周皮缝隙中,解剖后收集卵置于滤纸双面保湿的培养皿中,室温下遮光培养,待其自然孵化后,收集初孵幼虫(1龄)。自柠条绿虎天牛幼虫孵化时起,每月从林间采集2次受害严重的中间锦鸡儿枝干,室内解剖获得幼虫,采样截至幼虫越冬期。第2年(2014年)在生长季节每周取样一次,直到幼虫全部化蛹为止。

1.3 柠条绿虎天牛幼虫分龄特征

选取柠条绿虎天牛幼虫身体骨化程度较高的部位及体长作为分龄形态指标:(1)前胸背板宽(Y1:前胸背板“凸”形斑宽度);(2)触角孔间距(Y2:头壳上触角基部坚硬的触角环之间的最短距离);(3)体长(Y3:从口器至腹末的长度)(图1)。为保证测量指标的准确性,将虫体装入移液枪枪头内,使虫体平展,然后将枪头垂直插入碎冰块中冷冻,降低幼虫活跃度,待虫体不扭动时进行拍照。应用双目连续变倍体视显微镜(LEICA-EZ4HD,Singapore)进行图像拍摄,使用Leica LAS EZ图像处理软件进行测定分析。测量体长参数是为了在林间调查中便于快速判断幼虫的大致发育进度。

图1 柠条绿虎天牛幼虫分龄的3个测量指标Fig.1 Three variables measured for defining larval instars

1.4 数据处理与分析

根据Dyar规律划分幼虫虫龄。首先利用不同形态结构指标进行频次分布分析,并绘制每项指标相应的频数分布图,确定幼虫虫龄。龄期划分后,利用Excel软件计算各项形态结构指标的均值、标准误差及变异系数等。利用Crosby生长法则、回归分析进行筛选,判断幼虫龄期和所测部位的相关性,获得最佳分龄构造。使用Crosby指数验证划分龄期的合理性,当Crosby指数小于10%分龄期划分分组合理,当Crosby指数大于10%分龄指标分组不合理[4],Crosby指数和Brooks指数按照如下公式计算。各龄幼虫指标之间的差异统计采用LSD检验的多重比较法进行。所有统计分析采用SPSS 21.0分析软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 柠条绿虎天牛幼虫龄期的确定

根据对546头柠条绿虎天牛幼虫3项指标的测量结果进行统计,其中触角孔间距和前胸背板宽度的测定数据出现频次相对集中的7个区域,触角孔间距的7个峰值分别在0.30、0.60、0.80、1.10、1.40、1.60和1.80 mm左右(图2a)。前胸背板宽度的7个峰值分别在0.80、1.50、2.00、2.30、2.70、3.10和4.10 mm左右(图2b)。由此,根据Dyar氏法则可以断定,柠条绿虎天牛幼虫为7个龄期。触角孔间距和前胸背板宽度的均值、标准误差、变化幅度和变异系数见表1。这两项指标在不同龄数之间的平均值具有显著差异,分龄指标的变异系数均小于20%,Crosby指数均小于10%,表明将柠条绿虎天牛幼虫划分为7个龄期是合理的。触角孔间距和前胸背板宽度是比较理想的分龄指标。

体长的测定数据出现频次相对集中的7个区域。其中体长的Crosby指数大于10%,虫龄分组情况不合理,表明体长不宜用于幼虫龄期的划分。

2.2 柠条绿虎天牛幼虫各龄测量指标与龄期之间的关系拟合

对柠条绿虎天牛幼虫各项分龄指标的实测平均值与龄期之间的关系进行回归分析,结果显示,3项指标对数值(lgYi)与龄期(X)之间呈直线关系,符合Dyar氏定律。经统计检验,回归曲线均达到极显著水平(表2)。进一步验证了柠条绿虎天牛幼虫划分为7个龄期是合理的。

图2 柠条绿虎天牛幼虫触角孔间距(a)、前胸背板宽度(b)和体长(c)分布频次图Fig.2 Frequency distribution of the distance between antennal rings (a), prothoracic plate width (b) and body length (c) in Chlorophorus caragana larvae

形态结构Morphological feature龄数Instar样本数Number of samples变幅/mmRange平均值/mmMean±SE变异系数/%CVBrooks指数Brooks’ rationCrosby指数Crosby’s ration触角孔间距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前胸背板宽度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体长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) 表中同一栏内平均值数据后不同字母表示经多重比较(LSD)在5%水平上具有显著差异。

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

表2柠条绿虎天牛幼虫各分龄指标与龄数之间的关系拟合结果1)

Table2RegressionanalysisofthenumberoflarvalinstarsandmeasuredvariablesofChlorophoruscaragana

分龄指标Variables回归方程Regression equation相关系数(r)Correlation coefficient统计参数Significance触角孔间距(Y1) Distance between antenna (Y1)lgY1=0.087+0.120X0.957P<0.000 1前胸背板宽度(Y2) Prothoracic plate width(Y2)lgY2=0.230+0.099X0.942P<0.000 1体长(Y3) Body length(Y3)lgY3=0.393+0.127X0.955P<0.000 1

1)X:幼虫龄数(1～7龄)。

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

3 结论与讨论

昆虫幼虫身体生长具有一定的规律性,绝大多数昆虫体长增长是连续性的,身体骨化程度较高的部分伴随周期性蜕皮而呈跳跃式增长[5-6]。Dyar早在1890年通过研究28种鳞翅目昆虫发现相邻龄期幼虫头壳宽度存在一定的几何级数关系,这一现象被称为戴氏法则[7]。因钻蛀性害虫具有生活隐蔽、生命周期长、室内饲养困难等特点,不易通过蜕皮观察研究幼虫虫龄,因此戴氏法则对于钻蛀性昆虫龄期的确定具有重要作用。

柳建定等和任骥对松褐天牛MonochamusalternatusHope幼虫龄期进行研究,发现头壳宽和前胸背板宽度可作为虫龄分级指标[8-9]。张海滨等测量了人工饲养的星天牛AnoplophorachinensisForster幼虫的9个形态结构指标,发现额宽(触角孔间距)是最佳的分龄结构,其次是上颚长和上颚宽[10]。王小艺等研究了栗山天牛MassicusraddeiBlessig幼虫上颚长、主单眼间距、前胸背板宽、中胸气门长和体长5项形态指标来判断其虫龄,发现上颚长、主单眼间距和前胸背板宽可用于分龄[11]。于永浩等通过测量蔗根土天牛DorysthenesgranulosusThomson的头口宽和前胸背板宽判断幼虫虫龄,结果表明头口宽是判定蔗根土天牛幼虫虫龄的最佳指标[12]。潘龙等测定了青杨脊虎天牛XylotrechusrusticusLinnaeus幼虫头壳宽、前胸背板宽、触角间距、上颚宽、体长和体宽6项指标,发现前胸背板宽可作为最佳分龄指标[13]。以上天牛类钻蛀性害虫幼虫的分龄构造有头壳宽(头宽或头口宽)、前胸背板宽、额宽(触角孔间距)、上颚长、上颚宽、主单眼间距等。使用最多的是头壳宽,是由于头壳骨化强而形态较稳定,但是头壳常缩于体内,严重影响测量的准确性。上颚虽然骨化程度强,但是形状不规则,不易测量。前胸背板宽指前胸背板“凸”形斑宽度,触角孔间距指头壳上触角基部坚硬的触角环之间的最短距离,这两项指标具有骨化程度强、特征明显、易于观察、无伸缩等优点,是最合理可靠的分龄指标。因此本研究以前胸背板和触角孔间距作为划分虫龄的指标,线性回归分析合理,说明这两项指标作为划分柠条绿虎天牛幼虫虫龄的标准是可行且可靠的。

为了方便野外快速判断柠条绿虎天牛虫龄,本研究还对体长指标进行了探索,但Crosby指数大于10%,虫龄分组不合理。天牛幼虫体躯具有伸缩性,导致个体之间体长变异较大,对体长测量的准确性有所影响,另外体长的增长是连续的,各龄幼虫间体长有重叠现象,因此不宜作为虫龄划分的指标和依据。

不同虫龄阶段的柠条绿虎天牛幼虫前胸背板宽和触角孔间距值呈明显的几何级数变化,研究结果表明幼虫前胸背板宽和触角孔间距依据发育时间呈现7个峰形,说明柠条绿虎天牛幼虫可分为7龄。