不同温度对益蝽过冷却点和冰点的影响

冷 猛，姚地慧，龙 凯，赵海燕，3，*，杨茂发，3，于晓飞，3

(1.贵州大学 烟草学院，贵州省烟草品质研究重点实验室，贵州 贵阳 550025； 2.广西壮族自治区农业科学院 植物保护研究所，广西 南宁 530007； 3.贵州大学 昆虫研究所，贵州 贵阳 550025)

过冷却点是评价昆虫抗寒能力和区分昆虫耐寒策略的一项重要指标，一般情况下代表着昆虫能够存活的温度下限，是环境温度低于昆虫冰点时昆虫体液开始自发结冰时的温度[7-8]。过冷却的能力是指液体的熔点与过冷却点之间的差异[9]。过冷却点的测定是研究昆虫抗冻耐寒性的关键内容之一，有利于增进人们对昆虫抗冻耐寒性的深入理解。

目前，针对昆虫抗寒性和过冷却点的研究多数集中在低温影响方面。研究发现：低温处理可以增强卡普拉甲虫[TrogodermagranariumEverts (Coleoptera： Dermestidae)]的抗寒能力，且这种抗寒能力与温度下降速率存在关系[10]；低温处理下，随虫龄增加，玉米螟幼虫[Ostriniafurnacalis(Guenée) (Lepidoptera： Pyralidae)]的过冷却点明显降低，抗寒能力增强[11]；蠋蝽[Armachinensis(Fallou)]经4 ℃低温快速冷驯诱导后，其耐寒性显著提高，但是蠋蝽耐寒性的诱导存在临界温度值，10 ℃和15 ℃的快速冷驯并不能提高蠋蝽成虫的抗寒能力[12]。

在自然界，往往存在短时高温的现象，然而关于短时高温胁迫对昆虫抗寒能力影响的研究相对较少。谢殿杰等[13]测定了不同饲养温度下草地贪夜蛾[Spodopterafrugiperda(J.E.Smith)]的过冷却点和体液结冰点，结果发现，适宜的高温(32 ℃)能够降低草地贪夜蛾的过冷却点。Burton等[14]研究发现，温和的高温处理能增强果蝇(Drosophilamelanogaster)的抗寒性，但无法断定是因为热休克蛋白的合成还是34 ℃条件下发生的其他变化赋予了幼虫耐寒性。

益蝽(PicromeruslewisiScott)是半翅目(Hemiptera)蝽科(Pentatomidae)益蝽亚科(Asopinae)益蝽属(PicromerusAmyot et Serville)昆虫，在我国贵州、黑龙江、内蒙古、宁夏、新疆、陕西、山东、河南、广东、海南等23个省份均有分布，在日本、俄罗斯等国也有分布，可捕食斜纹夜蛾[Spodopteralitura(Fabricius)]、黏虫[Mythimnaseparata(Walker)]、烟青虫[Helicoverpaassulta(Guenee)]、草地贪夜蛾等鳞翅目幼虫。目前，国内外关于益蝽的研究主要集中在分类、生物学特性、捕食行为等方面，发现其具有粗壮而直的喙，体色为黄褐色，前胸背板具刺突[15-17]，但关于低温锻炼和高温胁迫对益蝽抗寒能力影响的研究尚未见报道。随着全球气候的不断变化，极端天气出现的概率越来越大，短时高温是否会对益蝽的抗寒能力产生影响？为解答此问题，特就不同短时高温胁迫下益蝽三龄若虫和雌、雄成虫抗寒力的变化开展研究，旨在为进一步了解益蝽的抗冻耐寒性、判断其适宜区提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

试验所需益蝽、黏虫由贵阳市开阳县烟草科技园天敌扩繁基地提供。试验期间于GDN-400A型人工气候箱(宁波扬辉仪器有限公司)内饲养益蝽，并提供充足的黏虫供益蝽取食，饲养温度为(25±1)℃，相对湿度为70%±5%，每日光照时间14 h。

1.2 试验方法

各处理均在人工气候箱内进行，每个处理60头。取益蝽三龄若虫，以及雌、雄成虫，分别在30、35、40 ℃条件下处理1 h进行试验，以25 ℃条件下饲养的益蝽作为对照(CK)。

将经过处理的待测益蝽置于1.5 mL螺尖离心管(每管1头)中，采用40通道的SUN-V型智能昆虫过冷却点测定仪(北京鹏程电子科技中心)测定其过冷却点和冰点。测定时，将过冷却点测定仪的高精度热敏电阻探头置于虫体胸部，通过棉花进行固定，以保证热敏探头与虫体接触紧密。每组益蝽装备完毕后，用适量脱脂棉包住离心管，置于DW-40L525低温保存箱(澳柯玛股份有限公司，最低温度设置为-35 ℃)中，使虫表温度从室温开始以1 ℃·min-1的速度下降，每1 s记录一次虫表温度，当温度降至-30 ℃时停止降温，采集过冷却点和冰点，并绘制益蝽虫表温度变化曲线。

1.3 数据处理

用Excel 2020软件整理不同温度处理下各虫态的过冷却点和冰点数据。用IBM SPSS Statistics 26.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，对有显著(P<0.05)差异的，采用Duncan氏新复极差法进行多重比较。用SigmaPlot 14.0软件制图。

2 结果与分析

2.1 短时高温胁迫对益蝽三龄若虫过冷却点和冰点的影响

不同温度处理下益蝽三龄若虫的过冷却点和冰点存在显著差异，随处理温度升高，益蝽三龄若虫的过冷却点呈现逐渐升高的趋势(图1)。对照处理下，益蝽三龄若虫的过冷却点和冰点均最低，分别为(-14.93±0.20)℃和(-8.98±0.26)℃，显著低于其他处理。30、35、40 ℃处理下三龄若虫的冰点分别为(-7.06±0.21)、(-6.78±0.20)、(-6.68±0.23)℃，三者无显著差异。也就是说，高于对照的温度处理不能降低益蝽三龄若虫的过冷却点和冰点，且益蝽三龄若虫的过冷却点还会随处理温度的升高而升高。

影响小麦品质的外部环境很难改变，但抗逆稳产和提高品质的种植栽培技术是可以通过研究来完善的。采用科学、合理、有效的农业种植技术，提高小麦抗逆性质，实现稳产和高品质生产，对提高小麦种植效益是十分重要的。

2.2 短时高温胁迫对益蝽雌成虫过冷却点和冰点的影响

不同温度处理下，益蝽雌成虫的过冷却点和冰点同样存在显著差异(图2)。经30 ℃处理的益蝽雌成虫，其过冷却点[(-14.21±0.26)℃]与对照[(-14.44±0.27)℃]并无显著差异，但经35 ℃和40 ℃处理的益蝽雌成虫的过冷却点[分别为(-12.30±0.27)℃和(-12.01±0.26)℃，二者无显著差异]均显著高于对照。对照处理下雌成虫的冰点[(-7.68±0.21)℃]显著低于其他处理，其中，经30 ℃处理的雌成虫冰点[(-6.46±0.20)℃]显著低于经35、40 ℃处理的雌成虫冰点[分别为(-5.60±0.15)℃和(-5.75±0.13)℃，二者无显著差异]。上述结果表明，30 ℃以上的短时高温处理会诱导益蝽雌成虫过冷却点和冰点升高，影响益蝽雌成虫抵抗低温的能力。

图2 不同温度对益蝽雌成虫过冷却点和冰点的影响

2.3 短时高温胁迫对益蝽雄成虫过冷却点和冰点的影响

不同温度处理下，益蝽雄成虫的过冷却点和冰点存在显著差异，且随温度升高呈逐渐升高的趋势(图3)。30 ℃处理下雄成虫的过冷却点和冰点分别为(-17.09±0.33)℃和(-8.74±0.29)℃，与对照[过冷却点为(-17.50±0.29)℃，冰点为(-9.01±0.23)℃]无显著差异，二者均显著低于经35、40 ℃处理的益蝽雄成虫的过冷却点和冰点。

图3 不同温度对益蝽雄成虫过冷却点和冰点的影响

2.4 短时高温对益蝽不同虫态过冷却点和冰点的影响

不同温度对益蝽不同虫态过冷却点和冰点的影响不尽相同。

对照和30 ℃处理下，3龄若虫的过冷却点与雌成虫无显著差异，二者均显著高于雄成虫；35、40 ℃处理下，3个虫态的过冷却点差异显著，表现为雌成虫>三龄若虫>雄成虫。

对照处理下，雌成虫的冰点显著高于三龄若虫和雄成虫，但三龄若虫和雄成虫的冰点无显著差异；30 ℃处理下，三龄若虫与雌成虫的冰点无显著差异，二者均显著高于雄成虫；35 ℃和40 ℃处理下，三龄若虫、雌成虫和雄成虫的冰点存在显著差异，表现为雌成虫>三龄若虫>雄成虫。

总的来看，短时高温胁迫会导致益蝽过冷却点和冰点升高。对比不同虫态，所有温度下均以益蝽雄成虫的过冷却点最低，当温度达到35 ℃后，三龄若虫与雌成虫的过冷却点才存在显著差异。这说明处理的温度和益蝽的虫态及其抗寒能力之间具有很强的关联性。

3 讨论

本研究中，益蝽在各温度处理下的过冷却点最高值为(-12.01±0.26)℃，最低值为(-17.50±0.25)℃，符合前人描述的具有选择栖境习性的昆虫过冷却点在-20～-10 ℃的规律[18]。益蝽各虫态在短时高温胁迫下过冷却点均升高，可能的原因包括：(1)高温可能会导致其体内参与抗寒的生物大分子(如抗冻蛋白)的空间构象发生改变，从而导致其丧失原有的功能和作用；(2)高温会破坏细胞膜的磷脂结构或因高温失水造成细胞渗透压不平衡而破坏细胞结构，使细胞膜的流动性降低，从而促进细胞膜中冰核蛋白的释放，使细胞内部更容易因为冻害而受到损伤，最终导致益蝽过冷却点的升高。另外，益蝽还可能会因为温度的升高而加快了新陈代谢的速度，碳水化合物消耗速率加快，导致体内甘油、葡萄糖、果糖等小分子物质含量减少，体内游离水比例变大，结合水含量减少，过冷却点升高，抗寒能力减弱[6，19-22]。这与大分子抗冻剂在拟步甲(Tenebrionidae)中的作用结果类似，即当冬季气温低时，拟步甲过冷却点低，抗冻蛋白(antifreeze protein， AFP) 积累量大，伴随夏季气温回升，过冷却点提高，AFP积累减少[23]。

益蝽雌成虫的过冷却点在不同温度条件下均要显著高于雄成虫，抗寒性更弱，这与橘小实蝇[Bactroceradorsalis(Hendel) (Diptera： Tephritidae)]雌虫过冷却点要低于雄虫，抗寒性更强的结果[24]不一致。郭海波等[25]对中华通草蛉[Chrysoperlasinica(Tjeder) (Neuroptera： Chrysopidae)]成虫过冷却点的测定结果也显示，其雌成虫的抗寒能力要强于雄成虫[25]。这可能与上述两种昆虫和益蝽在生物学特性，以及体内理化物质组成等方面的巨大差异有关。益蝽的体型大小是区分其性别的重要依据，雌成虫的个体要明显大于雄成虫，尤其是在腹部的表现更加明显。这意味着，雄成虫有更小的体表面积。同时，雄成虫的体液也要少于雌成虫，自由水比例更少，冰核物质更少，这对保持较低的过冷却点和冰点，增加其抗寒性均有重要作用。

李庆等[26]在测定西藏飞蝗(LocustamigratoriatibetensisChen)的耐寒性生理指标时发现，其雌、雄成虫的过冷却点不存在显著差异，对于5龄后的西藏飞蝗来说，甘油的参与是导致其过冷却点降低的重要原因。甘油含量的增多同样也导致桑螟(DiaphaniapyloalisWalker)越冬幼虫抗寒性增强[27]。本研究中，益蝽雄成虫的过冷却点在各温度处理下均显著低于三龄若虫，而雌成虫与三龄若虫的过冷却点只在35 ℃和40℃时存在显著差异。推测这可能是因为，随着益蝽虫龄的增加，其体内甘油含量逐渐增加，从而增强了其抗寒性。益蝽雌成虫在生活过程中需要更多的代谢活动来为交配产卵繁殖后代作准备，这可能会导致其体内甘油含量降低，因而其抗寒性要显著低于雄成虫。

综上，本研究表明，益蝽的过冷却点随温度升高而降低。推测其原因可能是，温度升高导致益蝽体内新陈代谢速度加快，渗透压平衡失调，但是否还受到益蝽体内相关蛋白质含量变化的影响等，还有待进一步研究明确。另外，今后在评价益蝽的抗寒性时，除测定过冷却点和冰点外，还需要考量益蝽所处的小环境的气候状态、生物学状态，以及极端温度变化情况等因素。同时，引入低温暴露存活率测定试验等，通过科学的评价方法和体系对其抗寒性进行更加系统全面的研究，也是未来值得深入探索的方向。