光周期和强度对豌豆蚜子代生物学特性的影响

马亚玲，刘长仲，李春杰

（1. 兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室 / 兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室 / 兰州大学草地农业教育部工程研究中心 / 兰州大学甘肃省西部草业技术创新中心 / 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020；2. 甘肃农业大学植物保护学院，甘肃 兰州 730070）

我国蚕豆 (Vicia faba) 生产面积达130 多万hm2，占世界总面积的45.7%，为世界第一。豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum) 是 危 害 豌 豆 (Pisum sativum)、蚕豆、苜蓿(Medicago sativa) 等豆科作物及牧草的主要害虫[1]。近年来，苜蓿田地里豌豆蚜种群数量也逐年增加，影响苜蓿的饲草品质及饲草和种子的产量[2]。豌豆蚜具有体色多态性，分为红色型和绿色型，绿色型豌豆蚜发生历史较久，分布广泛，研究报道较多[3-7]；Harrington在1945 年首报次道了红色型豌豆蚜[8]，武德功等[9]在2015 年报道豌豆蚜红、绿两种色型在我国均有发生。近年来，在甘肃省兰州市苜蓿田的调查中发现，红色型豌豆蚜的种群数量所占比例在逐年上升，有可能超过绿色型[10-11]。

此外，光照是昆虫生长发育和生活史过程中的主要诱导因子，光照条件的变化直接影响着昆虫行为和种群发展[12]。自然状态下，光照条件主要表现在光照强度和光周期的变化上，光照强度主要影响昆虫昼夜活动节律[13-14]。豌豆蚜属于光照敏感生物，光照能够影响蚜虫在寄主植物上的分布、生长和取食，同时对蚜虫的性别、翅型以及体色的分化等都会产生影响[15-16]。Moran 和Jarvik[17]最新研究发现，豌豆蚜是唯一可以进行光合作用的动物。王苑馨等[18]通过研究光周期对莲草直胸跳甲(Agasicles hygrophila)发现，卵化历期差异显著，化蛹率差异不显著，长光期更适合其幼虫的生长发育。武德功等[19]发现，光周期(9～11) h 光/(13～15) h 暗最适合高粱蚜 (Melanaphis sacchari) 的生长发育和繁殖。杜军利等[20]研究光周期对玉米蚜 (Rhopalosiphum maidis)生长发育及种群参数有显著的影响，极端光周期干扰了玉米蚜正常的生长发育，极端长光照或短光照均会影响玉米蚜种群动态的发展和变化。马亚玲和刘长仲[21]通过研究不同光照周期对红绿两种色型豌豆蚜的当代生物学特性发现，光照强度越强光周期越短，两种色型豌豆蚜生长发育明显迟缓。综上，针对不同光照强度和光周期对豌豆蚜子代生物学特性的研究尚鲜见报道，本研究设定了不同光周期和光照强度，接种两种色型的豌豆蚜初生若蚜，通过测定发 育 历 期 (developmental duration, DD)、体 重 差(different weight between 1ststar larva and adult, DW)、相对日均体重增长率 (mean relative growth rate, MRGR)和若蚜存活率(survival rate, %)，分析两种色型豌豆蚜子代生长发育对光强度和周期的响应特性，旨在为豌豆蚜虫害的预防监测和综合预报提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

豌豆蚜采自甘肃农业大学苜蓿田(兰州试验基地)，为两种色型豌豆蚜(红色型和绿色型)的成蚜，饲养在盆栽蚕豆苗“临蚕9 号”的植株上，在温度(20 ± 1) ℃，湿度50% ± 10%的环境条件下饲养2～3 代后，取其成蚜置于光周期为16 h 光/8 h 暗，光照强度为11 778 lx，温度(20 ± 1) ℃，湿度50% ± 10%的光照培养箱中饲养多代备用，饲养至少20 代后用于试验，将初生4～5 h 内的若蚜作为供试虫源。

1.2 试验方法

本研究采用随机化完全区组设计，设置光照强度：低 (5 722 lx)、中 (11 778 lx)、高 (17 389 lx) 3 个水平，同时在每个光照强度下设置3 种不同的光周期 梯 度：10 h 光/14 h 暗、16 h 光/8 h 暗 和22 h光/2 h 暗。在直径9 cm 的玻璃培养皿内，放入一块厚为1 cm 的海绵，在其上铺一层滤纸，放一片完全展开的新鲜的蚕豆叶片 (叶片背面朝上，每3 d更换1 次蚕豆叶片)，用吸水脱脂棉将叶柄及叶片周围包围，并将适量清水注入培养皿内，这样可保持叶片新鲜并可以防止蚜虫逃逸，将已作备用的初产若蚜放入饲养器皿中，每个饲养器皿中接1 头初产若蚜 (即为当代)，每个处理下供试两种色型豌豆蚜各72～80 头，饲养期间设置的温度为(20 ± 1) ℃，湿度为50% ± 10%，待若蚜 (当代) 长至成蚜产仔后，收集第3 天产下的若蚜 (子代)，每个处理下两种色型各供试蚜虫为72～80 头，重复3 次，并对刚产下子代若蚜进行称重 (W1)，每隔12 h需要观察1 次，记录其子代豌豆蚜的存活情况、蜕皮时间 (脱皮1 次为I 即1 龄，脱皮2 次为II 即2 龄，脱皮3 次为III 即3 龄，脱皮4 次为IV 即4 龄)和次数，直至若蚜变为成蚜后再进行第2 次称重(W2)，子代豌豆蚜饲养期间的环境设置与饲养方法同当代，计算其体重差 (DW = W2-W1)、发育历期(为初产1 龄若蚜至羽化时的天数，DD) 及相对日均体重增长率[MRGR = (lnW2-lnW1)/DD][22-24]。

1.3 数据处理

方差分析采用SPSS 21.0 软件的Analyze/General Linear Model/Univariate 程序进行，多重比较利用Duncan 氏复极差法进行；红绿两种色型豌豆蚜参数均值比较采用独立样本T 检验 (Independent sample T-test)，P＜0.05 时差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同光周期在低光照强度下对两种色型豌豆蚜子代若蚜存活率的影响

在低光照强度 (5 722 lx) 时，红色型豌豆蚜子代若蚜存活率在不同光周期时逐渐呈下降趋势，在4 龄和生殖前期时，光周期10 h 光/14 h 暗的若蚜 存 活 率 显 著 低 于16 h 光/8 h 暗 和22 h 光/2 h 暗(P＜0.05)。绿色型豌豆蚜在光周期10 h 光/14 h 暗时，1 龄和2 龄期若蚜存活率显著高于光周期16 h光/8 h 暗和22 h 光/2 h 暗时的存活率(图1)。在光周期16 h 光/8 h 暗和22 h 光/2 h 暗下，红色型豌豆蚜子代在1 龄期若蚜存活率均为85.33%，光周期10 h光/14 h 暗为84.96%；红色型豌豆蚜在不同光周期条件下各龄期变化顺序为16 h 光/8 h 暗 ＞ 22 h 光/2 h暗 ＞ 10 h 光/14 h 暗。绿色型豌豆蚜子代在光周期22 h 光/2 h 暗 条 件 下，各 龄 期 若 蚜 存 活 率 均 为79.73%；在光周期16 h 光/8 h 暗时，绿色型豌豆蚜子代1 龄期若蚜存活率为最高值79.73%；在光周期10 h 光/14 h 暗时，绿色型豌豆蚜子代1 和2 龄期若蚜存活率为最高值90.85%；绿色型豌豆蚜在不同光周期条件下各龄期变化顺序为10 h 光/14 h暗 ＞ 22 h 光/2 h 暗 ＞ 116 h 光/8 h 暗。

2.2 低光照强度下不同光周期对两种色型豌豆蚜子代体重的影响

图 1 红色型和绿色型豌豆蚜在低光照强度下若虫存活曲线Figure 1 Survival curves of the red and green color morphs of pea aphid in the low light intensity

在低光照强度(5 722 lx)下，红色型豌豆蚜在光周期16 h 光/8 h 暗时比光周期10 h 光/14 h 暗时发育历期缩短0.67 d (P＜0.05)，体重差减轻3.90%(P ＞ 0.05)，相对日均体重增长率增大10.26% (P ＜0.05)，有翅蚜率高88.18% (P ＞ 0.05)；光周期16 h光/8 h 暗比22 h 光/2 h 暗发育历期延长0.39 d，体重差减轻12.30%，均差异显著 (P＜0.05)，相对日均体重增长率增大4.88% (P ＞ 0.05)；光周期10 h 光/14 h 暗比22 h 光/2 h 暗时发育历期延长1.06 d，体重差减轻8.74%，相对日均体重增长率增大4.88%，均 差 异 显 著 (P＜0.05)，有 翅 蚜 率 低88.47% (P ＜0.05) (表1)。绿色型豌豆蚜在光周期16 h 光/8 h 暗比10 h 光/14 h 暗 时 发 育 历 期 缩 短0.74 d (P ＜0.05)，体重差增加8.04% (P ＞ 0.05)，相对日均体重增长率增大5.71% (P＜0.05)，有翅蚜率高55.21%(P＜0.05)；光周期16 h 光/8 h 暗比光周期22 h 光/2 h暗时发育历期延长0.07 d (P＜0.05)，体重差减轻9.02% (P ＞ 0.05)，相对日均体重增长率减小4.88%(P＜0.05)；光周期10 h 光/14 h 暗比光周期22 h 光/2 h暗时发育历期延长0.81 d，体重差减轻15.79%，相对日均体重增长率减小14.63%，均差异显著(P ＜0.05)，有翅蚜率低54.66% (P＜0.05)。红绿两种体色型豌豆蚜在光周期10 h 光/14 h 暗时，绿色型比红色型发育历期延长0.28 d，体重差减轻25.89%，相对日均体重增长率减小11.43% (P＜0.05)；在光周期16 h 光/8 h 暗时，绿色型比红色型发育历期延长0.21 d，体重差减轻11.98%，均差异不显著(P ＞0.05)，相对日均增长率减小16.22% (P＜0.05)；在光周期22 h 光/2 h 暗时，绿色型比红色型发育历期延长0.53 d，体重差减轻16.17%，均差异显著 (P ＜0.05)，在各光周期条件下，红色型豌豆蚜有翅蚜率均显著低于绿色型 (P＜0.05)。

表 1 低光照强度下光周期对两种色型豌豆蚜子代生物学参数Table 1 Biological parameters of two color morphs of pea aphid in the photoperiods of exposed to low light intensity

2.3 不同光周期在中光照强度时对两种色型豌豆蚜子代若蚜存活率的影响

在中光照强度(11 778 lx)下，红色型豌豆蚜在2、3、4 龄和生殖前期时，光周期22 h 光/2 h 暗的若蚜存活率显著高于16 h 光/8 h 暗时的存活率(P ＜0.05) (图2)。绿色型豌豆蚜在光周期22 h 光/2 h 暗时，2、4 龄和和生殖前期若蚜存活率显著高于光周期16 h 光/8 h 暗 (P＜0.05)。两种色型若蚜存活率在不同光周期条件下，绿色型豌豆蚜子代只有2 龄期均高于红色型。红色型豌豆蚜子代在1 龄期若蚜存活率最大值均为100%；在光周期22 h 光/2 h 暗时，红色型豌豆蚜子代2 龄期若蚜存活率为最高值(97.5%)，不同周期间相比各龄期变化顺序为光周 期22 h 光/2 h 暗 ＞ 10 h 光/14 h 暗 ＞ 16 h 光/8 h暗；在光周期16 h 光/8 h 暗时，红色型豌豆蚜子代各龄期若虫存活率均为最小值。不同光周期条件下，绿色型豌豆蚜子代在1 龄期若蚜存活率最大值，均为100%；在光周期22 h 光/2 h 暗时，绿色型豌豆蚜子代2 龄期若蚜存活率为最大值(98.75%)，不同周期间相比各龄期变化顺序为光周期22 h 光/2 h 暗 ＞ 10 h 光/14 h 暗 ＞ 16 h 光/8 h 暗；在光周期10 h 光/14 h 暗时，绿色型豌豆蚜子代生殖前期存活率为最小值(72.5%)。

2.4 中光照强度时不同光周期对两种色型豌豆蚜子代体重的影响

表 2 中光照强度下光周期对两种色型豌豆蚜子代生物学参数Table 2 Biological parameters of two color morphs of pea aphid in the photoperiods of exposed to middle light intensity

在中光照强度下，红色型豌豆蚜在光周期16 h光/8 h 暗比10 h 光/14 h 暗时发育历期延长0.61 d，体重差减轻27.81%，相对日均体重增长率减小29.82%，均 差 异 显 著 (P＜0.05)，且 有 翅 蚜 率 低93.69% (P＜0.05) (表2)；光 周 期16 h 光/8 h 暗 比22 h 光/2 h 暗时发育历期延长0.01 d，相对日均体重增长率减小2.44%，差异均不显著 (P ＞ 0.05)，体重差减轻13.15% (P＜0.05)，且有翅蚜率低97.73%(P＜0.05)；光周期10 h 光/14 h 暗比22 h 光/2 h 暗时发育历期缩短0.60 d，体重差增加16.89%，相对日均体重增长率增大39.02%，均差异显著 (P＜0.05)，且有翅蚜率低63.96% (P＜0.05) 。绿色型豌豆蚜在光周期16 h 光/8 h 暗比10 h 光/14 h 暗时发育历期延长0.13 d，相对日均体重增长率增大37.21%，均差 异 不 显 著 (P ＞ 0.05)，体 重 差 减 轻16.82% (P ＜0.05)，且 有 翅 蚜 率 低97.87% (P＜0.05)；光 周 期16 h 光/8 h 暗 比22 h 光/2 h 暗 发 育 历 期 缩 短0.46 d(P ＞ 0.05)，相对日均体重增长率增大27.78% (P ＜0.05），体重差减轻8.96% (P ＞ 0.05)；光周期10 h光/14 h 暗 比22 h 光/2 h 暗 发 育 历 期 缩 短0.59 d，相对日均体重增长率增大27.78%，均差异显著 (P ＜0.05)，体重差增加8.64% (P ＞ 0.05)，且有翅蚜率低58.81% (P ＞ 0.05)。红绿两种体色型豌豆蚜在光周期10 h 光/14 h 暗时，绿色型比红色型发育历期延长0.30 d (P＜0.05)，体重差减轻27.15%，相对日均增 长 率 减 小24.56%，均 差 异 不 显 著 (P ＞ 0.05)，且有翅蚜率高66.23% (P＜0.05)；在光周期16 h 光/8 h 暗时，绿色型比红色型发育历期缩短0.18 d，体重差减轻16.06%，均无显著差异 (P ＞ 0.05)，相对日均增长率增大15.00% (P＜0.05），无有翅蚜；在光周期22 h 光/2 h 暗时，绿色型比红色型发育历期延长0.29 d，体重差减轻19.92%，相对日均增长率减小12.20%，均无显著差异 (P ＞ 0.05)，且有翅蚜率低56.03% (P＜0.05)。

2.5 高光照强度下光周期对两种体色型豌豆蚜子代若蚜存活率的影响

在高光照强度下，两种色型豌豆蚜子代若蚜存活率随着发育历期的推移呈逐渐下降趋势；红色型豌豆蚜在2、3、4 龄和生殖前期时，光周期16 h 光/8 h 暗的若蚜存活率显著低于22 h 光/2 h 暗 (P＜0.05)。绿色型豌豆蚜在光周期16 h 光/8 h 暗时，3 龄和生殖前期若蚜存活率与显著低于光周期22 h 光/2 h 暗 (P ＜0.05) (图3)。在不同光周期条件下，两种色型豌豆蚜均1 龄期值最大，生殖前期值最小；在光周期10 h光/14 h 暗时，红色型豌豆蚜若蚜存活率2、3、4 龄期和生殖前期分别为92.35%、87.43%、88.98%和84.09%，均高于绿色型；在光周期16 h 光/8 h 暗时，红色型豌豆蚜若蚜存活率2、3、4 龄期和生殖前期分别为87.50%、80.36%、80.36%和76.79%，均高于绿色型；在光周期22 h 光/2 h 暗时，随着光照时间的不断延长，红绿两种色型豌豆蚜子代若蚜存活率各龄期均为最大值，且红色型豌豆蚜若蚜存活率2、3、4 龄期和生殖前期分别为96.43%、96.43%、96.43%和89.29%，均高于绿色型。不同光周期条件下，红色型豌豆蚜子代若蚜存活率各龄期变化顺序均为光周期22 h 光/2 h 暗 ＞ 10 h 光/14 h 暗 ＞ 16 h 光/8 h 暗。不同光周期条件下，绿色型豌豆蚜子代若蚜存活率各龄期变化顺序均为光周期22 h 光/2 h 暗 ＞ 10 h 光/14 h 暗 ＞ 16 h 光/8 h 暗。

2.6 高光照强度下不同光周期对两种体色型豌豆蚜子代体重的影响

图 3 红色型和绿色型豌豆蚜在高光照强度下若虫存活曲线Figure 3 Survival curves of the red and green color morphs of pea aphid in high light intensity

在高光照强度时，红色型豌豆蚜在光周期16 h 光/8 h 暗 比10 h 光/14 h 暗 时 发 育 历 期 缩 短10.67 d，体重差减轻25.81%，相对日均体重增长率增大85.71%，均差异显著 (P＜0.05)，且有翅蚜率 提 高92.20% (P＜0.05)；光 周 期16 h 光/8 h 暗 比22 h 光/2 h 暗时发育历期延长14.51 d，相对日均体重增长率减小68.29%，均差异显著 (P＜0.05)，体重差减轻3.27% (P ＞ 0.05)，且有翅蚜率降低70.73%(P＜0.05)；光周期10 h 光/14 h 暗比22 h 光/2 h 暗时发育历期延长25.18 d，体重差增加30.37%，相对日均体重增长率减小82.93%，均差异显著 (P ＜0.05)，且有翅蚜率降低97.72% (P＜0.05) (表3)。绿色 型 豌 豆 蚜 在 光 周 期16 h 光/8 h 暗 比10 h 光/14 h暗时发育历期缩短11.24 d，相对日均体重增长率增大114.29%，均差异显著 (P＜0.05)，体重差增加6.03% (P ＞ 0.05)，且 有 翅 蚜 率 高40.61 (P ＞ 0.05)；光周期16 h 光/8 h 暗比22 h 光/2 h 暗时发育历期延长12.37 d，相对日均增长率减小53.13%，体重差增加51.85%，均差异显著 (P＜0.05)，且有翅蚜率高50.23% (P ＞ 0.05)；光周期10 h 光/14 h 暗比22 h光/2 h 暗发育历期延长23.61 d，相对日均增长率减小78.13%，体重差增加43.21%，均差异显著 (P ＜0.05)，且有翅蚜率低16.21% (P ＞ 0.05)。红绿两种体色型豌豆蚜在光周期10 h 光/14 h 暗时，绿色型比红色型发育历期缩短1.36 d (P ＞ 0.05)，体重差减轻16.85% (P ＞ 0.05)，相 对 日 均 增 长 率 相 近 (P ＞0.05)，且有翅蚜率高95.65% (P ＞ 0.05)；在光周期16 h 光/8 h 暗 时，绿 色 型 比 红 色 型 发 育 历 期 缩 短1.93 d (P＜0.05），体重差增加18.84% (P ＞ 0.05)，相对日均增长率增大15.3% (P ＞ 0.05)，且有翅蚜率高66.90% (P ＞ 0.05)；在光周期22 h 光/2 h 暗时，绿色型比红色型发育历期延长0.21 d，体重差减轻24.30%，相对日均增长率减小21.95%，均无显著差异 (P ＞0.05)，且有翅蚜率低55.99% (P ＞ 0.05)。

表 3 高光照强度下光周期对两种色型豌豆蚜子代生物学参数Table 3 Biological parameters of two color morphs of pea aphid in the photoperiods of exposed to high light intensity

3 讨论与结论

蚜虫是典型的光周期昆虫[25]，Alkhedir 等[26]研究了麦长管蚜体色分化对光照强度的响应。绿色型豌豆蚜产生性蚜的临界光照时间为12～14 h，相对较长的光照时间有利于雄蚜的产生，而光照时间越短，性雌蚜比例则越高[22]；低温和短光周期对生殖能力有负面影响[23-24]。生命表是最能详细表现环境因子对蚜虫生长发育影响的方法[27]，蚜虫日均体重增长率是反映蚜虫是否适应环境、正常生长发育的生物学参数，当日均体重增长率大时，表示蚜虫对环境在某种程度上具有一定的适应性；当日均体重增长率变小时，则表示外界环境对蚜虫生长有一定的影响，通过日均体重增长率来判断昆虫是否能在该环境下正常生长发育，是否适宜在此环境中生长，已被公认为昆虫变异的生物学参数[28-29]。

本研究表明，在低 (5 722 lx) 光照强度下，光周期10 h 光/14 h 暗时，红绿两种色型豌豆蚜发育历期所需时间最长，相对日均体重增长率最小，有翅蚜率低；光周期22 h 光/2 h 暗时，红绿两种色型豌豆蚜发育历期所需时间最短，体重差增加，相对日均体重增长率增大。在中 (11 778 lx) 光照强度下，光周期10 h 光/14 h 暗时，两种色型豌豆蚜发育历期最短，体重差最大；光周期16 h 光/8 h 暗时，两种色型豌豆蚜发育历期最长。在高 (17 389 lx)光照强度下，光周期10 h 光/14 h 暗时，两种色型豌豆蚜所需发育历期最长，相对日均增长率最小；光周期16 h 光/8 h 暗时，两种色型豌豆蚜的若蚜存活率最低，光周期22 h 光/2 h 暗时，两种色型豌豆蚜的若蚜存活率最高，发育历期最短，相对日均增长率最大。

本研究通过分析不同水平的光照强度下，不同梯度的光周期对两种色型豌豆蚜子代的生物学特性 的 影 响，结 果 表 明，在 低 (5 722 lx) 光 照 强 度下，光照时间能够显著影响两种色型豌豆蚜子代的生长发育，且红色型比绿色型豌豆蚜更适合在此环境生存。在中 (11 778 lx) 光照强度下，随着光照时间缩短，越有利于两种色型豌豆蚜子代的生长发育，且绿色型比红色型更敏感。在高 (17 389 lx)光照强度下，两种色型豌豆蚜子代在不同光周期条件下，随着光照时间的缩短，生长发育明显延长，表明光周期对豌豆蚜子代生长发育起着重要作用。综上，两种色型豌豆蚜子代的生长发育随着光照条件的变化呈现出显著差异，这为豌豆蚜虫害的预防监测和综合治理提供了可靠的试验依据。但由于本研究设置光周期主要以长光照为主，因而结果有一定的局限性，关于光照强度和光周期在蚜虫生长发育中的作用，更多的证据还需要通过田间试验、生理生化指标和分子生物学的进一步研究和验证。