短时低温对马铃薯甲虫种群增长的影响

廖江花, 刘 娟, 刘 霞, 胡恒志, 牛 平, 韩露露, 孙函函, 李 超

(新疆农业大学农学院, 自治区教育厅农林有害生物监测与安全防控重点实验室, 乌鲁木齐 830052)

马铃薯甲虫Leptinotarsadecemlineata是马铃薯生产中的毁灭性害虫，为我国检疫性有害生物，能够对马铃薯造成严重危害。马铃薯甲虫成虫和幼虫均取食叶片，危害严重时叶片被吃光，仅剩茎秆，并常常伴随着传播马铃薯环腐病菌和褐斑病菌，从而造成马铃薯大幅度减产(Alyokhinetal., 2008; Wójtowiczetal., 2013)。马铃薯甲虫最初起源于美国，1993年在我国新疆伊犁地区首次发现，经过传播扩散，目前已在新疆北疆大部分地区分布(Lietal., 2014; Khelifietal., 2015; 李红卫等, 2020)。根据农业农村部2019年5月印发的《全国农业植物检疫性有害生物分布行政区名录》显示，马铃薯甲虫目前已在我国的3个省(区、市)，45个县(区、市)分布(农业农村部办公厅, 2019)。新疆作为马铃薯甲虫的分布区，又地处丝绸之路核心地带，随着外来贸易的频繁，将加大马铃薯甲虫传播扩散的可能(Wangetal., 2020)，马铃薯甲虫的监测预警变得尤为重要。

几乎所有流行性、暴发性、毁灭性的农作物重大病虫害的发生、发展、流行都和气象条件密切相关，气候变化下昆虫的发生危害情况将直接影响到国家的粮食安全与生态安全(张平平, 2017)。IPCC评估报告指出，在全球变暖的背景下，极端气候事件频发(Seneviratneetal., 2012; Stockeretal., 2013; 王岱等, 2016)，极端温度事件的强度和频率出现了显著的变化(Zhouetal., 2018)，有研究表明，1990-2000年全球灾难级别极端天气发生是20世纪中期的6倍，我国极端低温总年数出现较大的增长(林婧婧, 2015)。昆虫属于变温动物，会受到周围环境的影响，低温影响昆虫生长发育(高桂珍等, 2012; Duanetal., 2013; Cervantèsetal., 2018; Michaudetal., 2018)、繁殖能力(黄旭光, 2018)、结茧次数(Cervantèsetal., 2018)、越冬(Duanetal., 2020)等。尽管许多昆虫都进化出有效的机制，去应对正常季节温度的变化(Fang and Sommer, 2017)，但是非正常的季节温度仍对昆虫有影响(Duanetal., 2020)。

马铃薯甲虫的最适发育温度是25～30℃(Hurst, 1975; Hare, 1990)，在严酷和不适宜生长的环境下马铃薯甲虫能够利用其遗传多样性、较低的有效积温或滞育、休眠越冬等生物学特性来适应环境(Hare, 1990; Boman, 2008; 吐尔逊·阿合买提等, 2010)，但极端温度仍对马铃薯甲虫有着不利影响，马铃薯甲虫的发育最低温度为6～11.5℃(Hurst, 1975)，马铃薯甲虫过冷点为-5.7～-6.15℃(Minder and Chesnek, 1970)，在-5.8℃下处理马铃薯甲虫卵24 h，会导致50%的马铃薯甲虫卵死亡(Hiiesaaretal., 2014)。虽然在季节性气候中，马铃薯甲虫能够利用有效的机制去应对环境变化，但在极端温度下马铃薯甲虫会受到不利影响，那么非季节性温度(如倒春寒短时低温或夏季短时高温)是否会对马铃薯甲虫有影响，又受到怎样的影响，值得研究。

马铃薯甲虫整个世代的发育起点温度为8.1℃(洪波等, 2009)；当4月份温度达到8℃以上，有效积温达50日·度时，成虫开始出土(吐尔逊·阿合买提等, 2010)，补充营养和产卵(郭文超等, 2011)，因此本研究选择8℃作为试验研究温度。通过研究在8℃下马铃薯甲虫生长发育变化，可为倒春寒短时低温等这类天气出现时，马铃薯甲虫的发生情况提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 寄主及虫源

寄主植物：马铃薯种薯来自于甘肃省农业科学院马铃薯研究所，品种为“荷兰15”，将马铃薯种薯于室外试验田内进行种植(除浇水外，不施加任何的肥料、药剂)，当马铃薯植株生长至15～20 cm时采集植株中上部的马铃薯叶片饲养马铃薯甲虫。

虫源：马铃薯甲虫成虫于2020年6月采集于新疆生产建设兵团十二师西山农牧场(43.6132°N, 87.3831°E，海拔1 357 m)，采集后放置在人工气候箱内(温度27±1℃，相对湿度70%±5%，光周期16L∶8D)，利用前期种植的马铃薯叶片进行饲养，饲养2代后，收集第2代马铃薯甲虫成虫产的卵块进行试验。

1.2 8℃低温短时处理后马铃薯甲虫的生长发育和繁殖的测定

收集室内马铃薯甲虫种群同一天产的卵块(一个卵块25～30粒卵)，将卵块放置在9 cm的培养皿中后，放置在冰箱(BCD-515WEFA1，TCL)内低温8℃处理，27℃处理为对照，每个处理重复3次。分别处理1, 3和5 d后将卵取出放置在人工气候箱内(温度27±1℃，相对湿度70%±5%，光周期16L∶8D)进行孵化，孵化后利用马铃薯叶片(利用脱脂棉蘸取蒸馏水，包裹马铃薯叶基部进行保湿)进行群体饲养(秦建洋等, 2017)，当4龄老熟幼虫停止取食时将其转移在塑料碗中化蛹、羽化，塑料碗内放入距碗口3 cm的沙土，并喷洒适量的蒸馏水，保证土壤湿度使其能够羽化为成虫(李超等, 2013)。羽化后的成虫按照雌雄1∶1的比例进行配对，试验中同一时期羽化的雌雄虫优先进行配对，如果没有雄虫再选择同一处理条件下饲养的雄虫进行配对，如果雄虫死亡，则选择同一条件下饲养的雄虫进行补充，停止记录雄虫的存活天数，如果雌虫死亡则停止记录雌虫产卵与存活天数(杨绍佳等, 2018)。试验过程中每日观察马铃薯甲虫的生长发育，马铃薯甲虫幼虫龄期判断参照马铃薯甲虫疫情监测规程(王福祥等, 2009)，并记录各虫态的存活情况及成虫的产卵情况。

1.3 8℃低温短时处理后马铃薯甲虫的种群参数分析

利用1.2节中记录的试验数据建立试验种群生命表，并计算种群参数[内禀增长率(r)、周限增长率(λ)、净增殖率(R0)、平均世代周期(T)、特定年龄存活率(lx)、特定年龄生殖力(mx)，x为特定年龄(d)]。主要种群参数计算公式如下：

周限增长率(λ)：λ=er;

通过以上种群参数，来评估马铃薯甲虫种群的增长潜力(郑晓敏等, 2016; 齐心等, 2019)。

1.4 数据分析

利用SPSS21.0软件对马铃薯甲虫各发育阶段的卵孵化率、发育历期、存活率和马铃薯甲虫种群参数进行单因素方差分析，并采用LSD多重比较，评估低温处理不同天数下的各参数的差异显著性(杜军利等, 2018)。

2 结果

2.1 低温处理对马铃薯甲虫发育历期的影响

马铃薯甲虫卵经8℃低温处理不同天数后，卵期存在显著差异(F=94.943,df=5,P=0.000)，随着低温处理天数的增加，各处理卵期显著延长(P<0.05)。8℃低温处理3 d和5 d时的1龄幼虫发育历期均显著长于对照(P<0.05)，但两者间无显著差异(P>0.05)，处理1 d时的1龄幼虫的发育历期长于对照，但其差异未达到显著水平(P>0.05)。2龄幼虫(F=2.175,df=4,P=0.179)，3龄幼虫(F=1.170,df=4,P=0.387)，4龄幼虫(F=1.557,df=4,P=0.283)，蛹(F=0.792,df=4,P=0.495)的发育历期在各处理组间均无显著差异(表1)。

表1 马铃薯甲虫卵经8℃低温处理不同天数后各发育阶段历期

2.2 低温处理对马铃薯甲虫卵孵化率和存活率的影响

马铃薯甲虫卵经8℃低温处理1 d后，卵孵化率低于对照，但与对照间差异未达到显著水平(P>0.05)；处理3 d和5 d时的卵孵化率显著低于对照(P<0.05)。8℃低温处理5 d时的1龄幼虫存活率显著低于对照和处理1 d时(P<0.05)；处理3 d和5 d时由卵发育至成虫的存活率显著低于对照和处理1 d时(P<0.05)；与对照相比，2龄幼虫(F=0.428,df=5,P=0.738)，3龄幼虫(F=0.287,df=5,P=0.833)，4龄幼虫(F=0.389,df=5,P=0.764)和蛹的存活率(F=0.604,df=5,P=0.631)在各处理组均无显著性差异(表2)。

表2 马铃薯甲虫卵经8℃低温处理不同天数后的卵孵化率和各发育阶段存活率

2.3 低温处理对马铃薯甲虫的种群参数的影响

马铃薯甲虫卵经8℃低温处理3 d后，内禀增长率显著低于对照(P=0.020)和处理1 d时(P=0.030)，而处理1 d时的内禀增长率与对照无显著性差异(P=0.886)。马铃薯甲虫在8℃低温胁迫3 d时的周限增长率显著低于对照(P=0.019)和处理1 d时(P=0.029)，而处理1 d时的周限增长率与对照无显著性差异(P=0.884)。马铃薯甲虫在8℃低温3 d时的净增殖率显著低于对照(P=0.004)和处理1 d时(P=0.032)，而处理1 d时的净增殖率与对照无显著性差异(P=0.077)。马铃薯甲虫在8℃低温胁迫1 d(46.1925)和3 d(50.1707)的平均世代时间(T)均低于对照(52.2366)，但三组间无显著性差异(F=0.923,df=5,P=0.468)(表3)。

表3 马铃薯甲虫卵经8℃低温处理不同天数后的种群参数

3 结论与讨论

低温下昆虫生长发育将会减缓，短时低温对昆虫的繁殖率、存活率和性比能造成影响(陈卓等, 2020; Huangetal., 2020; Scaccinietal., 2020)，低温出现时间长短对昆虫发育影响不同(Hiiesaaretal., 2014; Duanetal., 2020)。本试验发现短时低温不利于马铃薯甲虫种群生长发育，马铃薯甲虫卵在8℃低温处理1, 3和5 d后卵期较对照均显著延长(表1)，处理3和5 d时卵孵化率较对照显著降低(表2)，处理3 d时内禀增长率、周限增长率和净增殖率均显著低于对照(表3)。

本研究发现在27℃下马铃薯甲虫卵期最短为4.68 d(表1)，与周昭旭等(2010)在27℃下研究发现马铃薯甲虫的卵期(4.1 d)时间基本一致，低温处理后的马铃薯甲虫的卵期明显长于未经过低温处理(对照)的卵期，这与Hiiesaar等(2014)研究发现卵期随着处理时间的延长而延长一致，说明在经过短时的低温处理后马铃薯甲虫的生长发育延缓。昆虫为了完成各个发育阶段生命活动，需要从外界环境摄取一定的热量，各发育阶段所需热量为一个常数(有效积温)。本研究发现，短时低温延长了卵的发育历期(表1)，黄禹禹等(2021)对南亚实蝇Bactroceratau的研究中也发现短时低温会延迟卵的发育历期，李浩等(2015)发现短时低温处理沙葱萤叶甲Galerucadaurica1龄幼虫后，会延迟1龄幼虫的发育历期，所以短时低温处理会延迟马铃薯甲虫卵的发育历期，可能原因是在低温处理过程中，有效积温较低，需要更多天数去累积温度，达到发育阶段所需要的积温，从而延长了发育历期。内禀增长率是反映特定环境条件下昆虫种群增长潜力的重要参数，该值越大，则该昆虫种群发展越快；反之，昆虫种群发展缓慢。低温处理3 d的r值下降，说明低温处理马铃薯甲虫将影响其种群的增长潜力(秦建洋等, 2017)。

前人在-3,-4,-5,-6或-7℃下对马铃薯甲虫进行研究发现，处理24 h马铃薯甲虫的致死温度为-5.8℃，在-3,-4和-5℃的温度下处理24 h对马铃薯甲虫卵的孵化影响不大，在-6℃下，孵化率显著下降，-7℃下马铃薯甲虫卵将不能孵化，并且在恒定温度-3℃下处理不同天数后发现，随着处理时间的延长马铃薯甲虫卵的孵化率降低(Hiiesaaretal., 2014)，周昭旭等研究发现在15℃下马铃薯甲虫卵的孵化率为52.75%(罗进仓等, 2010; 周昭旭等, 2010)，Ferro等(1985)研究发现在12℃下，马铃薯甲虫不能完成世代发育。前人已对马铃薯甲虫卵在零下温度的孵化率，及12℃以上的孵化率进行了研究，在0～12℃之间的研究较少。

本试验通过研究8℃短时低温胁迫马铃薯甲虫的卵后马铃薯甲虫的生长发育情况和繁殖情况，明确了短时低温处理对马铃薯甲虫的种群生命参数可产生不利影响，延缓和降低了马铃薯甲虫种群增长，但实际农田中气候条件多变，温度波动频繁，并且天敌、寄主等均可对马铃薯甲虫种群增长造成影响，因此实际条件下短时低温天气的出现对马铃薯甲虫的种群增长的影响，还需进一步验证。