温度胁迫对嗜虫书虱生长发育与繁殖的影响

陈 卓，鲁玉杰，卢少华，王争艳，张 蒙，陈慧彬，李昕宇，史月星，张新雪

河南工业大学 粮油食品学院, 河南粮食作物协同创新中心,粮食储藏安全河南省协同创新中心，河南 郑州 450001

嗜虫书虱Liposcelisentomophila(Enderlein)隶属于啮虫目Psocoptera、书虱科Liposcelididae、书虱属Liposcelis，是一种世界范围内广泛分布的重要储藏物害虫，其食性广泛，可取食谷物、面粉、干果等[1-2]。当嗜虫书虱在粮堆中发生时，3月内可导致小麦质量损失8.5%，并能降低种子发芽率，引起粮食霉变，严重危害粮食安全[3]。此外，嗜虫书虱可携带、传播病菌，引起人体皮肤产生过敏反应，威胁人类健康[4]。目前常见的储粮害虫防治技术有磷化氢熏蒸、充氮气调、低温防治等，其中低温防治技术具有绿色无残留、保持粮食品质、对仓房气密性要求较低等特点，在我国有着广泛的应用[5-6]。然而在冬季粮堆中部10 ℃左右时，嗜虫书虱依然可以存活，目前其已成为低温储粮中的优势害虫种群[7-9]。同时嗜虫书虱喜好温暖潮湿的环境，在我国高温高湿的南方地区，嗜虫书虱也常常大量发生[10]。这说明嗜虫书虱对高温和低温均有较好的适应性。王进军等[11]研究发现嗜虫书虱的世代发育起点温度为15.16 ℃，在20～35 ℃有较高世代存活率和产卵量。Aminatou等[12]发现小眼书虱Liposcelispearmani(Pearman)在37.5 ℃的环境中无法存活，在32.5 ℃、RH75%环境中有最高的种群增长率。Arthur等[13]研究了极限低温处理对嗜虫书虱卵、若虫、成虫存活的影响，发现-18 ℃处理2 h便可杀死嗜虫书虱的所有虫态。但关于嗜虫书虱对温度适应性的具体范围以及各种温度条件下生长发育和繁殖的情况没有系统的研究和相关报道。为探讨嗜虫书虱对温度的适应性，作者参考了《粮油储藏技术规范》[14]，设置低温和高温杀虫的温度范围，研究了温度对嗜虫书虱生长发育和繁殖能力的影响，旨在为诠释嗜虫书虱抗温度胁迫机制提供理论依据，为更好地防治嗜虫书虱提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

嗜虫书虱采集于广东中山储备粮管理有限公司储备稻谷的仓库，已在实验室培养40余代。培养条件为(28.0±0.5)℃、RH(75±5)%、24 h光照培养，饲料为全麦细粉、脱脂奶粉、酵母，按照质量比10∶1∶1混合制得。

1.2 不同温度胁迫处理后嗜虫书虱成虫死亡率的测定

选取30头嗜虫书虱3日龄成虫于含有培养饲料的塑料培养皿(Φ35 mm)中，在含有饱和食盐水的干燥器中进行培养，以保证培养的环境湿度。将干燥器分别放置在低温和高温的生化培养箱(BSP-100，上海博迅医疗生物仪器股份有限公司)中进行胁迫处理。其中低温胁迫温度设置为20.0、17.0、14.0、11.0、8.0、5.0 ℃，处理3～21 d。高温胁迫温度设置为35.0、37.5、40.0、42.5、45.0、47.5 ℃，处理40～200 min。胁迫处理结束后检查嗜虫书虱的死亡情况。以28.0 ℃中培养相同时间的嗜虫书虱作为对照，用来校正死亡率。判定嗜虫书虱死亡的标准：将其放置在28.0 ℃生化培养箱内恢复120 min后，使用毛笔轻轻触碰虫体，试虫触角和足均不动。每个处理重复5次，培养箱温度误差为0.5 ℃。

1.3 温度胁迫处理嗜虫书虱卵和若虫

分别选取30头1日龄嗜虫书虱若虫、24 h内产的卵于含有新鲜培养饲料的塑料培养皿(Φ35 mm)中，将其放置含有饱和食盐水的干燥器中进行培养，以保证培养的环境湿度。低温胁迫处理是将干燥器分别放置在温度为20.0、17.0、14.0、11.0、8.0、5.0 ℃的生化培养箱中，处理3 d。高温胁迫处理是放置在35.0、37.5、40.0、42.5、45.0 ℃的生化培养箱中，处理120 min。胁迫处理后将其置于含有新鲜嗜虫书虱培养饲料的塑料培养皿中，在28.0 ℃的生化培养箱中进行培养。每个处理重复5次，28.0 ℃中培养相同时间的作为对照。每天定时使用体式显微镜观察嗜虫书虱卵和若虫的发育情况，统计嗜虫书虱卵的孵化率和发育历期，以及若虫存活率和发育历期。生化培养箱温度误差为0.5 ℃。

1.4 温度胁迫处理嗜虫书虱成虫

选取1日龄的嗜虫书虱雌雄成虫1对，放置于含有培养饲料的塑料培养皿中，胁迫处理所设置的温度、时间与对嗜虫书虱若虫和卵的处理条件相同。胁迫处理后随机选取健康成活的嗜虫书虱，置于含有培养饲料的塑料培养皿中，在28.0 ℃的生化培养箱中进行培养。每10对嗜虫书虱为一个处理，28.0 ℃下培养相同时间的作为对照。每天定时观察嗜虫书虱成虫的发育繁殖情况，统计嗜虫书虱成虫的产卵前期、平均产卵量以及F1代孵化率。生化培养箱温度误差为0.5 ℃。

1.5 数据处理

使用SPSS 20.0对所得数据进行统计分析。采用Duncan’s法检测数据间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 温度胁迫对嗜虫书虱成虫死亡率的影响

嗜虫书虱成虫在低温胁迫下的死亡率随胁迫温度的降低而增加，随胁迫时间的延长而增加(表1)。与对照组(CK)相比，低温20.0 ℃处理21 d、17.0 ℃处理12 d对嗜虫书虱的死亡率影响均不显著。当温度≤14.0 ℃时，嗜虫书虱死亡率显著增加，且不同温度间存在显著差异，由此可以说明当温度≤14.0 ℃时，进一步的降温处理会对嗜虫书虱死亡率产生显著影响。另外低于14.0 ℃处理3～6 d时，处理时间对嗜虫书虱死亡率影响显著，而当11.0 ℃处理时间超过6 d后，嗜虫书虱死亡率不再随时间急剧增加。

表1 长时低温胁迫处理对嗜虫书虱成虫的死亡率影响Table 1 Effects of low temperature and long time treatment on the mortality of adults of L. entomophila %

嗜虫书虱成虫在高温胁迫下的死亡率随胁迫温度的升高而增加，随胁迫时间的延长而增加(表2)。与对照相比，35.0 ℃和37.5 ℃处理120 min对嗜虫书虱的死亡率影响均不显著，当处理温度≥40.0 ℃时，嗜虫书虱死亡率显著增加，且不同温度处理嗜虫书虱死亡率均存在显著差异。47.5 ℃处理时间≥160 min时，嗜虫书虱成虫将不再存活。这说明了短时高温(高于40.0 ℃)处理可以有效防治嗜虫书虱。

表2 短时高温胁迫处理对嗜虫书虱成虫死亡率的影响Table 2 Effect of short time and high temperature treatment on the mortality of the adult of L. entomophila %

2.2 不同温度处理对嗜虫书虱生长发育和存活率的影响

低温胁迫下，嗜虫书虱孵化率、若虫存活率均随胁迫温度的降低而降低(表3)。与对照相比，20.0、17.0 ℃处理后，嗜虫书虱的孵化率、卵期、若虫存活率以及若虫期差异均不显著。14.0 ℃及以下的低温处理对卵和若虫的发育和存活影响显著。说明低温处理时，只有当温度降至14.0 ℃以下，才会对嗜虫书虱存活、发育产生显著影响。5.0 ℃处理3 d可使嗜虫书虱的卵期、若虫期显著延长，其中若虫期平均延长4.87 d。当处理温度≤11.0 ℃时，嗜虫书虱若虫存活率低于卵的孵化率，这说明低温胁迫下，嗜虫书虱卵比若虫具有更强的耐受性。

表3 不同低温胁迫处理后嗜虫书虱的发育历期及存活率Table 3 Development duration and survival rate of L. entomophila after different low temperature treatments

高温胁迫下，嗜虫书虱的孵化率、若虫存活率随着温度的升高而降低，卵期、若虫期随胁迫温度的升高而延长(表4)。与空白对照相比，35.0 ℃处理对嗜虫书虱孵化率、卵期和若虫存活率、若虫发育历期影响均不显著。40.0 ℃以上的高温处理对嗜虫书虱卵和若虫的存活均有显著影响。45.0 ℃处理120 min后卵的孵化率为51.11%，卵对高温胁迫也有较强的耐受能力。

表4 不同高温胁迫处理后嗜虫书虱的发育历期及存活率Table 4 Development duration and survival rate of L. entomophila after different high temperature treatments

2.3 不同温度处理对嗜虫书虱繁殖的影响

由图1可知，与对照组相比，14.0 ℃及以下的低温处理对嗜虫书虱产卵前期有显著影响。除了5.0 ℃处理对嗜虫书虱平均产卵量有显著影响外,其他低温处理均没有显著差异。同时低温处理对嗜虫书虱F1代孵化率影响不显著。说明低温胁迫对嗜虫书虱繁殖能力的影响并不显著，嗜虫书虱对低温有较强的适应性。

由图2可知，高温45.0 ℃处理对嗜虫书虱产卵前期有显著影响，其他温度处理均无显著影响。高温处理对平均产卵量、F1代孵化率均没有显著影响。说明了短时高温胁迫可以延长其卵的发育历期，但对繁殖率没有显著影响。

注：(a)为产卵前期,(b)为平均产卵量,(c)为F1代孵化率，不同的小写字母表示数据间差异显著(P<0.05)。图2同。图1 不同低温胁迫处理后嗜虫书虱成虫的产卵前期、平均产卵量及F1代孵化率Fig.1 Preoviposition duration, egg laying amount and F1 hatchability of adults of L. entomophila after different low temperature treatments

图2 不同高温胁迫处理后嗜虫书虱成虫的产卵前期、平均产卵量及F1代孵化率Fig.2 Preoviposition duration, egg amount and F1 hatching rate of adults of L. entomophila after different high temperature treatments

3 讨论

研究了不同温度、不同处理时间对嗜虫书虱成虫死亡率的影响，结果发现低于14.0 ℃处理3～6 d时嗜虫书虱死亡率显著增加，低温5.0 ℃处理3 d可造成35.55%的嗜虫书虱死亡。而当处理时间超过6 d时，嗜虫书虱死亡率不再随处理时间延长大幅度增加，低温5.0 ℃处理21 d时，仍有少量嗜虫书虱存活。霍鸣飞等[15]发现低温5 ℃处理赤拟谷盗Triboliumcastaneum(Herbst)、米象Sitophilusoryzae(Linnaeus) 4 d时，其死亡率分别为24.26%、18.59%，而处理16 d时，赤拟谷盗和米象已全部死亡。这说明低温处理过程中，短期内嗜虫书虱会有部分死亡，但随着处理时间的延长，嗜虫书虱会对低温产生明显的适应性，且其低温适应能力优于其他储粮害虫。我国目前低温储粮技术是将粮温降低20 ℃以下实现准低温储粮，15 ℃以下实现低温储粮[16]。研究表明10～20 ℃的低温处理并不能在有限时间内杀死全部嗜虫书虱，在现有准低温储粮环境下嗜虫书虱依然能够存活，长时间的准低温处理有可能会造成后续嗜虫书虱的爆发成灾。另外结合低温对嗜虫书虱卵和若虫的发育和存活的影响，发现只有当胁迫处理温度为5～14 ℃时，嗜虫书虱卵和若虫的发育历期、存活率会发生显著变化，由此可以推测在短时间内有效防治嗜虫书虱需将环境温度降至14 ℃以下，且进一步的降温处理可以取得更好的防治效果。

低温处理后嗜虫书虱仍有较高的孵化率，说明其对低温有较强的耐受能力。Arthur等[13]研究了嗜虫书虱在-18 ℃下的存活率，发现卵是最耐受低温的发育阶段。另外关于低剂量磷化氢、气调低氧处理对嗜虫书虱生长发育的研究发现，嗜虫书虱卵也是耐受磷化氢、低氧处理最强的虫态[17-19]。“三低(低温、低氧、低剂量)”储粮过程中，嗜虫书虱往往会在短期内再度爆发，这可能与嗜虫书虱卵能够在胁迫处理后继续存活有一定关系。低温胁迫处理显著延长了嗜虫书虱若虫期，且当处理温度为5～11 ℃时，若虫存活率低于卵的孵化率，结合关于持续低温处理下嗜虫书虱发育繁殖的研究结果，可以发现若虫对低温环境的耐受能力较差[11, 20]。

王亮[21]研究了热处理对赤拟谷盗T.castaneum、谷蠹Rhizoperthadominica(Fbricius)、四纹豆象Callosobruchusmaculatus(Fbricius)、绿豆象Callosobruchuschinensis(Linnaeus)的致死作用，结果表明高温46 ℃处理90 min后，这4种储粮害虫的死亡率分别为7.7%、4.7%、6.7%、11.3%，而本研究45.0 ℃处理80 min后，嗜虫书虱的死亡率达到了33.33%，这表明4种鞘翅目昆虫比嗜虫书虱有更强的高温耐受能力。Beckett等[22]研究发现47 ℃处理下嗜卷书虱Liposcelisbostrychophila(Badonnel)、无色书虱Liposcelisdecolor(Pearman) 成虫的99%致死时间分别为90、173 min。Guedes等[23]发现47 ℃处理下嗜虫书虱成虫的95%致死时间为120 min，这与本文研究结果基本一致。当高温处理温度超过40.0 ℃时，处理温度和处理时间均对嗜虫书虱的存活有着显著影响，说明高温处理中无论是延长处理时间还是升高处理温度均能取得很好的杀虫效果。另外，与低温胁迫处理相同的是，相同高温胁迫处理后嗜虫书虱卵依然有着比若虫高的存活率，说明其对高温有较强的耐受力。不同温度胁迫处理后嗜虫书虱繁殖情况结果表明，低温8.0～20.0 ℃处理3 d、高温35.0～45.0 ℃处理120 min并未对嗜虫书虱平均产卵量、F1代孵化率产生显著影响，由此可得出这些温度处理对嗜虫书虱的繁殖能力无显著性影响。

温度胁迫处理对昆虫的存活、发育和繁殖的影响十分复杂，其涉及到处理温度、时间等多个变量，不同虫态对温度胁迫也有不同的响应。本文研究了温度胁迫处理对嗜虫书虱发育和繁殖的影响，探明了不同温度胁迫下嗜虫书虱发育历期、存活率、平均产卵量的变化。温度处理过程中昆虫会对温度胁迫产生适应性且其适应性会进行世代间的传递，因此，嗜虫书虱对温度胁迫处理是否存在适应性变化，以及嗜虫书虱对不同温度处理的适应性机制还需要从热激蛋白的表达以及相关生理代谢方面做进一步的研究。