暗期5 h不同波长LED光照对斜纹夜蛾生长发育及繁殖的影响

钟春兰, 陈苏泓, 周小妹, 翁如玉, 肖国权, 郑欢欢, 涂小云

(江西师范大学生命科学学院, 南昌 330022)

发光二极管(light emitting diode, LED)是继火光、白炽灯、荧光灯之后的新型照明光源，具有节能、环保、寿命长、适用性强、波长类型丰富等多种优点，广泛应用于草坪灯、交通信号灯、景观灯、水下灯和地埋灯等。已有资料表明，LED光照对昆虫的多种行为会产生影响，如毛健夜蛾Brithyscrini幼虫的假死等行为(涂小云等, 2012)、棉铃虫Helicoverpaarmigera的飞行行为(蒋月丽等, 2008)及茄二十八星瓢虫Henosepilachnavigintioctopunctata成虫的取食等行为(方梅等, 2017)。此外，LED光照对昆虫的繁殖生物学特性亦会产生影响，如LED影响冬尺蠖蛾Operophterabrumata的交配率(van Geffenetal., 2015)、绿盲蝽Apolyguslucorum的存活率(张敏, 2018)及茄二十八星瓢虫产卵量(方梅, 2018)等。因此，了解LED对昆虫的影响有助于了解LED光环境下的昆虫种群动态，为害虫预测预报提供参考和理论依据，或可为益虫的繁育提供帮助。

斜纹夜蛾Prodenialitura是世界性分布的多食性农业害虫，具有世代多、抗药性强等特点，寄主植物多达109科、389种(变种)(秦厚国等, 2006)。生物因子如寄主植物(蒋立奔等, 2019)和非生物因子如温度(郝强等, 2016)、光照(利广规等, 2013; 黄玲燕, 2017)等均对其生物学特性及种群动态有显著影响。夜行性昆虫对人工光源不同波长(颜色)的敏感性和光照强度的反应，可导致其时空紊乱、被光吸引(趋光性)、脱敏反应、目标定位或辨认错误等，进而导致人工光源对生物多样性和生物圈产生不良后果(Owens and Lewis, 2018)，其生态效应取决于它的强度、光谱组成以及闪烁频率(Ingeretal., 2014)。LED光源因耗电量低、寿命长等诸多特点而广泛应用于农作物增产补光和城市亮化工程。斜纹夜蛾作为典型的夜行性昆虫，各虫态均可暴露于夜间不同颜色(波长)的LED光照下，且暴露时间长短不一，少则每晚数小时，多则通宵达旦，其生物学特性等易受夜间人工照明的影响，并呈现多样性和复杂性。因此，广泛应用的LED照明对斜纹夜蛾生长发育和繁殖的影响亟待研究。本研究在实验室条件下测试了暗期5 h 不同波长 LED 照明对斜纹夜蛾生长发育及繁殖的影响，以期探明LED光照对该虫种群动态的影响，也为其他害虫的测报和防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1供试虫源及管理：自南昌市艾溪湖湿地公园荷叶上采集斜纹夜蛾低龄幼虫，室温26±1℃下置于透明长方形塑料盒(长×宽×高=15.00 cm×8.00 cm×6.00 cm)用新鲜荷叶饲养，幼虫化蛹后分辨雌雄，并置于六孔塑料板(孔径×深度=3.50 cm×1.66 cm)内待羽化。所得成虫在光周期14L∶10D下用10%蜂蜜水饲喂，待其交配、产卵。

1.1.2光源：本实验所用光源有：日光灯，光照强度为500 lx；红(620-625 nm)、黄(580-585 nm)、蓝(465-467 nm)、绿(520-523 nm)和白色(复合光)LED灯(杭州拓亚光电科技有限公司定制球泡灯，光照强度均为200±5 lx)。

1.2 不同波长LED光照下斜纹夜蛾生长发育测试

收集1.1节中当日所产卵块置于不同波长LED光照条件下观察孵化情况，同一卵块于孵化后的第3天对未孵化的卵进行计数，统计、计算卵期和卵孵化率。每处理均观察至少10个卵块，并以卵块为单位计算卵期。实验组光处理设14L∶5R∶5D, 14L∶5Y∶5D, 14L∶5B∶5D, 14L∶5G∶5D和14L∶5W∶5D共5个处理，R, Y, B, G和W为暗期开始时分别使用波长范围不同的红(620-625 nm)、黄(580-585 nm)、蓝(465-467 nm)、绿(520-523 nm)和白色(复合光)LED照明，其光照强度根据前期关于LED光源对昆虫影响实验而设置，均为200 lx；对照组光处理的光周期为14L∶10D(其中：L为光期，采用日光灯照明，光照强度为500 lx, D为暗期，不使用任何光照)。光处理的转换采用人工转换的方法；实验温度为26±1℃。

上述处理的初孵幼虫在各自光温实验条件下置于长方形塑料盒中用新鲜荷叶饲养，每处理观察100头初孵幼虫，重复3次；每天于光期更换荷叶，直至化蛹，逐个记录化蛹日期，统计、计算幼虫期和化蛹率；所得蛹分辨雌雄、称重后置于六孔塑料板内观察羽化情况，逐个记录羽化日期，统计、计算蛹期和羽化率。

1.3 不同波长LED光照下斜纹夜蛾繁殖测试

收集1.1节中当日所产卵在14L∶10D条件下孵化，所得幼虫用荷叶饲养至化蛹，记录蛹羽化日期，所得成虫用10%蜂蜜水饲喂，并置于透明长方形塑料盒内观察交配和产卵情况，每天于光期更换塑料盒和蜂蜜水，并对所产卵计数，记录成虫死亡日期，根据羽化日期和死亡日期计算其寿命。实验组光处理和对照组光处理设置同1.2节，实验温度为26±1℃，每处理观察的成虫成功交配对数不少于18对。上述试虫均为室内第2代。

1.4 数据分析

实验数据利用SPSS16.0分析软件进行单因素方差分析或配对样本t检验。

2 结果

2.1 不同波长LED光照对斜纹夜蛾生长发育的影响

2.1.1对卵孵化率、化蛹率、成虫羽化率的影响：暗期不同波长LED光源处理5 h对斜纹夜蛾卵孵化率、化蛹率和成虫羽化率影响略有不同(表1)。绿光组卵孵化率最低(58.3%)，白光组最高(95.3%)，但各处理组及对照组间差异均不显著(df1=5,df2=12,F=2.085,P=0.138)；黄光组的化蛹率最低(仅为49.3%)，且各处理组幼虫的化蛹率均低于对照组，但差异均不显著(df1=5,df2=12,F= 2.060,P=0.142)；对照组成虫羽化率最高，为67.5%，其余各组间成虫羽化率差异不显著(df1=5,df2=12,F=1.966,P=0.157)，在40%左右，均低于对照组。

表1 暗期不同波长LED光照5 h对斜纹夜蛾的卵孵化率、化蛹率和成虫羽化率的影响

2.1.2对发育历期的影响：暗期不同波长LED光源处理5 h对斜纹夜蛾卵、幼虫和蛹发育历期的影响不同(表2)。黄光处理组的卵期(4.0 d)显著长于对照组(3.0 d)，其他光处理组卵期与对照组相等或差异不显著(df1=5,df2=12,F=4.100,P=0.021)。

表2 暗期不同波长LED光照处理5 h对斜纹夜蛾发育历期的影响

暗期不同波长LED光源处理下，斜纹夜蛾雌幼虫期差异显著。各色光处理组的雌幼虫期与对照组相比差异不显著(P>0.05)，但黄、红和蓝光下的雌幼虫期显著长于绿光下的雌幼虫期(21.3 d)(df1=5,df2=528,F=2.306,P=0.043)；不同波长LED光处理下雄幼虫期亦以黄光下最长(22.4 d)，其次是白光组和对照组(均为21.8 d)及红光和蓝光组(均为21.7 d)，绿光下最短(21.1 d)(df1=5,df2=513,F=4.529,P=0.000)。

暗期不同波长LED光源处理5 h下雌雄蛹的蛹期差异亦显著。各色光处理组的雌蛹蛹期显著短于对照组(19.9 d)(P<0.05)，蓝、绿和白光组的雌蛹蛹期又显著短于红光组(df1=5,df2=399,F=134.170,P=0.000)；各色光处理组的雄蛹蛹期亦显著短于对照组(21.7 d)，黄光组的雄蛹蛹期(17.3 d)显著长于绿光组(仅为16.4 d)(df1=5,df2=325,F=39.433,P=0.000)。

同色光下雌雄幼虫发育历期差异均不显著(t检验，红光:P=0.325; 黄光:P=0.529; 蓝光:P=0.544; 绿光:P=0.421; 白光:P=0.897; 对照组:P=0.821)，但雄蛹期均极显著性长于雌蛹期(t检验,P=0.000)。

2.1.3对斜纹夜蛾蛹重的影响：暗期不同波长LED光处理5 h对斜纹夜蛾蛹重影响显著(表3)，暗期给予光照后蛹重均减轻，与对照组有显著性差异(P<0.05)，尤其是给予红光时所得蛹重最轻。红光下雌蛹重仅为0.171 g，其他色光雌蛹重在0.185～0.191 g之间，且均显著小于对照组(0.203 g)(df1=5,df2=399,F=6.878,P=0.000)；红光下雄蛹重仅为0.177 g，与黄光和绿光组相比差异显著(P<0.05)，且各色光处理组雄蛹重均显著小于对照组(0.208 g)(df1=5,df2=325,F=6.148,P=0.000)。

表3 暗期不同波长LED光照处理5 h对斜纹夜蛾蛹重的影响

红、黄、蓝、绿光组及对照组的雄蛹重均大于雌蛹重，白光组则相反，但差异均不显著(t检验，红光:P=0.213; 黄光:P=0.914; 蓝光:P=0.645; 绿光:P=0.155; 白光:P=0.997; 对照组:P=0.305)。

2.2 不同波长LED光照对斜纹夜蛾繁殖的影响

暗期给予各色光均显著性延长了雌虫的寿命(表4)(df1=5,df2=114,F=7.261,P=0.000)，蓝光、绿光和白光下寿命最长(均为17.5 d)，其他依次是黄光和红光(分别为15.4 d和15.0 d)，对照组仅为12.3 d；对于雄成虫而言，红光和绿光下寿命最长(均为18.4 d)，其他依次是蓝光(17.9 d)、白光(17.2 d)和黄光(15.0 d)下，对照组仅为14.4 d，但各组间差异不显著(df1=5,df2=114,F=2.270,P=0.052)。进一步比较雌雄虫寿命，结果表明红光组雄虫寿命显著长于雌虫(t检验,P=0.006)，其他处理组及对照组雌雄虫寿命差异不显著(t检验，黄光:P=0.737; 蓝光:P=0.768; 绿光:P=0.514; 白光:P=0.842; 对照组:P=0.073)。

表4 暗期不同波长LED光照5 h对斜纹夜蛾成虫寿命和繁殖的影响

与对照组相比，红光缩短了产卵前期，但差异不显著；蓝光则显著性延长了产卵前期，而其他光亦延长了其产卵前期，但与对照组相比差异均不显著(df1=5,df2=114,F=3.973,P=0.002)。

与对照组相比，红光显著增加了雌虫的单雌产卵量，黄光和白光亦增加了单雌产卵量，但差异均不显著；绿光和蓝光则降低了其单雌产卵量，但与对照组相比差异亦不显著(df1=5,df2=114,F=3.554,P=0.005)。

3 结论与讨论

3.1 暗期不同波长LED光照处理对斜纹夜蛾卵孵化率、化蛹率、成虫羽化率的影响

结果表明暗期不同波长LED光照5 h处理对斜纹夜蛾卵孵化率、化蛹率、成虫羽化率影响不同，但差异均不显著(表1)。

与对照组相比，绿光和蓝光组卵孵化率降幅较大(表1)。绿光降低卵孵化率的现象也见于绿盲蝽(张敏, 2018)；蓝光降低卵孵化率的现象也有报道，如小贯小绿叶蝉Empoascaonukii(陈伟忠等, 2016)。而粘虫Mythimnaseparata(董婉君, 2018)则有所不同，粘虫孵化率在365nm波长的处理下达到最低。除白光外，其余各处理组卵孵化率均低于对照组(表1)，这和董婉君(2018)有关不同光源对斜纹夜蛾的影响研究一致。

本研究结果中，黄光组的化蛹率最低(仅为49.3%)(表1)，这与家蝇Muscadomestica、大头金蝇Chrysomyamegacephala和菜粉蝶Pierisrapae化蛹率受LED光照影响不同(张敏, 2018)。究其原因，对于日间活动的昆虫来说，具有更多的视觉视蛋白，可以提高颜色辨别能力(Lunau, 2014; Sharkeyetal., 2017; Owens and Lewis, 2018)，光感受器较为敏感；相比之下，夜间活动的昆虫则会失去一个或多个视蛋白，从而降低它们的视觉能力(Owens and Lewis, 2018)。

各处理组斜纹夜蛾成虫羽化率均低于对照组(表1)，表明实验所用LED光照对斜纹夜蛾成虫羽化率有影响但差异不大，然而橙黄色LED光照(575 nm)显著降低了绿盲蝽、菜粉蝶的成虫羽化率(张敏, 2018)等。

昆虫的抗氧化酶活性受光波长的影响，如西藏飞蝗Locustamigratoriatibetensis(吴蕾, 2010)和梨小食心虫Grapholitamolesta(方程, 2015)，LED光照对斜纹夜蛾存活的影响是否也与抗氧化酶活性有关有待于进一步研究。

3.2 暗期不同波长LED光照处理对斜纹夜蛾发育历期和蛹重的影响

实验结果表明，不同波长LED光照处理对斜纹夜蛾卵、幼虫和蛹发育历期的影响不同(表2)。黄光处理组的卵期(4.0 d)显著长于对照组(3.0 d)，这与小贯小绿叶蝉卵(陈伟忠等, 2016)和黄粉虫Tenebriomolitor卵(张敏, 2018)经黄光处理后卵期缩短明显不同；然而黄光却明显地延长了斜纹夜蛾的雌、雄幼虫期，尤其是雄幼虫期(表2)，又与小菜蛾Plutellaxylostella经LED黄光处理后幼虫期缩短(蒋月丽等, 2018)不同。

已有资料显示，LED光照对甜菜夜蛾蛹期无显著影响(刘长营等, 2010)，但蓝光缩短了菜粉蝶蛹期(张敏, 2018)，白光却延长了棉铃虫蛹期(Katsikisetal., 2020)。而本研究结果表明，各色LED光照处理下蛹期均显著短于对照组(表2)，这种蛹期明显缩短的现象是因为蛹期感光的结果，还是前期光效应累计结果，我们还无法解释，需要进一步研究；本研究结果还表明，同色光下雄蛹期均极显著长于雌蛹期(表2)。由此可见，LED光照对昆虫发育历期的影响因昆虫种类、发育阶段和性别而异。

鳞翅目昆虫的生长发育属于完全变态发育，蛹期发育对成虫的雌雄、大小、产卵量等均有直接的影响。不同波长LED光照处理对斜纹夜蛾蛹重影响显著(表3)，暗期给予光照后蛹重均减轻，与对照组有显著性差异，这与白色LED下棉铃虫蛹重增加不同(Katsikisetal., 2020)。

3.3 暗期不同波长LED光照处理对斜纹夜蛾成虫寿命和繁殖的影响

暗期给予各色光均能延长成虫寿命，尤其是显著性延长了雌虫的寿命(表4)，究其原因可能是延长光照促进了成虫取食，但需要进一步研究证实。LED光照影响成虫寿命的现象也见于其他昆虫，如白光和黄光LED能延长甜菜夜蛾成虫寿命(刘长营等, 2010)，黄光和绿光却分别缩短小菜蛾(段云等, 2007)和梨小食心虫(于海利, 2011)雌成虫寿命。

本研究结果还表明，不同波长LED光照处理影响斜纹夜蛾的产卵前期和产卵量(表4)。与对照组相比蓝光显著延长了产卵前期，且单雌产卵量最低(表4)，这种蓝光降低产卵量的现象也见于灰飞虱Laodelphaxstriatellus(朱锦磊等, 2014)。究其原因，可能是由于雌性蛾类性信息素的分泌会受到夜间LED光照的干扰，降低了交配率，从而影响其正常的生殖行为，同时这种影响因不同波长而存在明显差异(van Geffenetal., 2015)。与对照组相比，红光处理显著增加了产卵量，原因可能有二：一是红光下雌成虫产卵前期缩短、产卵提前所致，类似的产卵提前、产卵量显著增加的现象也见于螟蛾稻纵卷叶螟Cnaphalocrocismedinalis(孙贝贝等, 2013)；二是200 lx的光强可能对斜纹夜蛾繁殖有利，因另一种卷叶蛾梨小食心虫也是在200 lx的光强下繁殖力最大(贾晓婷, 2016)。而蛾类作为红色盲，红光本应不会影响斜纹夜蛾繁殖，但本研究结果表明LED红光显著提高了斜纹夜蛾产卵量，我们还无法从生理上合理解释这一现象。

综上所述，暗期延长5 h不同波长LED光照对斜纹夜蛾生长发育及繁殖均有影响，主要表现为蛹期延长、蛹重减轻；成虫寿命延长，尤其是雌虫。然而，实验中观察到配对的斜纹夜蛾雌成虫暗期给予连续日光灯照射仍能产卵，那么，暗期给予连续LED光照产卵、产卵量有何变化，还有待于进一步研究。