张祥，刘长仲，宋维虎

(甘肃农业大学植物保护学院，甘肃省农作物病虫害生物防治工程实验室，甘肃 兰州 730070)

豌豆蚜(AcyrthosiphonpisumHarris)属于半翅目蚜科，适宜生存的环境遍布于全球各个区域[1]，可为害的植物有豌豆、蚕豆、苜蓿以及山黧豆属、草本木犀属植物和豆科木本植物，夏季在荠菜上也有发生[2].豌豆蚜主要为害植株的花、叶、嫩茎及幼芽，受害植物出现叶色变黄脱落、叶片卷缩等症状，严重影响植株的生长发育、开花结果及产量，危害严重时可导致作物成片枯死[3]，给农业生产造成重大损失.豌豆蚜是苜蓿生产最具威胁性的害虫之一，它使美国苜蓿生产每年损失约6 000万美元[4].豌豆蚜除直接取食为害外，还能传播苜蓿花叶病毒、豌豆耳突花叶病毒等25种病毒[5].

种内多型现象在昆虫中非常普遍，颜色的多型是种内多型的一种[6].1945年，Harrington首次报道豌豆蚜具备绿色和红色两种不同色型[7].绿色型豌豆蚜在我国发生的历史久，分布在国内大部分地区，国内研究较为广泛.红色型豌豆蚜分布范围较小，根据调查国内主要分布在西北的新疆、甘肃、青海、宁夏等省区[8].并且根据近年的田间调查表明，红色型豌豆蚜的种群数量正在逐年上升[9].本世纪初，红色型豌豆蚜仅在部分苜蓿田零星出现，但目前已普遍发生.不同色型豌豆蚜对环境条件的反应及致害性存在显著差异，会造成原本以抗绿色型豌豆蚜的苜蓿品种可能对红色型豌豆蚜的抗性丧失，从而引起红色型豌豆蚜的爆发成灾.

由于人类过度地使用化石燃料(煤、石油、天然气等)，以及对热带雨林的乱砍乱伐，引起全球CO2的“来源”和“汇聚”发生变化，最终导致全球大气中CO2浓度不断攀升[10].据报道，1700年CO2的浓度为280μL/L、1900年为290 μL/L、1980年为338 μL/L、1993年为355 μL/L、1998年为367 μL/L，预计在21世纪50年代 CO2浓度将加倍，即增加到700 μL/L左右[11].据估计CO2气体对全球温暖化的贡献占全部温室气体贡献率的50%～ 60%[12].随着国际社会越来越重视生态保护，研究CO2浓度对生物影响的项目越来越多，总结一些有利的方案与方法很有必要.同时由于蚜虫主要营孤雌生殖并且世代重叠，蚜虫种群很可能是密度制约调节过程.大量研究表明蚜虫种内竞争可导致其死亡率升高、生殖力降低和扩散加快.随着种群密度增加，棉蚜种群增长率降低,但关于不同CO2浓度和密度效应对豌豆蚜的影响方面尚未有所涉及，本文研究不同CO2浓度和密度效应对两种色型豌豆蚜的影响旨在利用单株植株测定不同CO2浓度和初始密度对两种色型豌豆蚜增殖率的影响，探讨在大气CO2浓度升高的条件下豌豆蚜的种群动态趋势，为根据大气变化条件尤其是 CO2浓度对豌豆蚜进行种群动态监测、预警以及开发适用于大气CO2浓度升高条件下的豌豆蚜预测模型提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料：采集于甘肃农业大学校内苜蓿基地，将采集的无翅豌豆蚜成蚜在室内自然繁殖3代以上，以期培养供试虫源.培养条件：温度为(25±1)℃，相对湿度为(70±5)%，光周期为16 h∶8 h(L∶D).

‘阿尔冈金’紫花苜蓿种子购于甘肃省农业科学院.分期分批种植在CO2光照培养箱中，常规管理，至株高20～40 cm时移栽至塑料杯中(d×h=10 cm×10 cm)中，1株/杯，待生长至4叶期用于接虫试验.

1.2 方法

1.2.1 试虫饲养 利用二氧化碳光照箱(SPX-GBH-CO2)设置3个CO2浓度条件：对照组380 μL/L、中等浓度550 μL/L和高浓度750 μL/L.每个CO2浓度下，取在实验室饲养3代的自然种群成虫接于供试单株植株上，6 h后待其产蚜，用毛笔移除成虫和多余若蚜，以2、4、8、16、32头/株作为初始密度，放入罩笼(利用塑料杯为底架，用竹签制成的立体四脚架，并在竹签架四周包裹保鲜膜并扎小孔以便气体交换，上端扎细纱布)内饲养.3次重复，分别记载各个初始密度若蚜在定殖14 d和21 d后植株上的豌豆蚜种群数量,并计算出种群增长率.

1.2.2 数据处理与分析 利用种群增长率来描述豌豆蚜种群过程.以7 d为间隔，计算种群增长率：

r=LnNt+1-LnNt

式中：Nt为第n天豌豆蚜种群数量，Nt+1为第n+7 d豌豆蚜种群数量；r>0,表示种群增长；r=0,表示种群数量不变；r<0,表示种群下降.

利用SPSS 19.0软件Duncan氏新复极差法进行差异显著性分析.

2 结果与分析

2.1 不同初始密度对两种色型豌豆蚜种群增长率的影响

由图1可见，CO2体积分数为380 μL/L条件下，14 d时种群增长率随着初始密度的增加而递减，红色型豌豆蚜仅在初始密度为2头和4头间差异不显著(P>0.05)，而初始密度2头和4头与其余3个处理间差异性显著(P<0.05)；绿色型豌豆蚜仅在初始密度为4头和8头间差异不显著(P>0.05)，而初始密度4头和8头与其余3个处理间差异性显著(P<0.05)；在21 d时红色型豌豆蚜种群增长率随着初始密度的增加先递减再递增，在4头时达到最小值，仅为0.119 4；绿色型豌豆蚜种群增长率随着初始密度的增加先递减再递增，在初始密度为8头时达到最小值，仅为0.492 8；在21 d时红色型豌豆蚜和绿色型豌豆蚜种群增长率均在初始密度为32头时达到最大值，分别为0.923 1、0.968 7.

A：在CO2浓度为380 μL/L下的密度效应；B：在CO2浓度为550 μL/L下的密度效应；C：在CO2浓度为750 μL/L下的密度效应；R-14:定殖14 d的红色型豌豆蚜；G-14:定殖14 d的绿色型豌豆蚜；R-21:定殖21 d的红色型豌豆蚜；G-21:定殖14 d的绿色型豌豆蚜；小写字母表示差异显著(P<0.05).A：Density effect at the CO2 concentration of 380 L/L；B：Density effect at the CO2 concentration of 550 L/L；C：Density effect at the CO2 concentration of 750 L/L;R-14：Red aphid type of pea colonized for 14 days；G-14:Green aphid of pea colonization 14 days；R-21：Red aphid type of pea colonized 21 d；G-21：Green aphid of pea type colonized for 14 days；Different letter indicate the significant differences ( P<0.05).图1 不同CO2浓度下两种色型豌豆蚜初始密度对其种群增长率的影响Figure 1 Effect of initial density of two type color pea aphid on population growth rate at different CO2 concentrations

由图1可见，CO2浓度为550 μL/L条件下，在14 d时种群增长率随着初始密度的增加而逐渐递减，两个色型豌豆蚜中5个初始密度间差异性均显著(P<0.05)；在21 d时红色型豌豆蚜种群增长率随着初始密度的增加先递减再递增，绿色型豌豆蚜种群增长率随着初始密度的增加先升高再递增后升高，红色型豌豆蚜和绿色型豌豆蚜种群增长率均在初始密度为32头时达到最大值，分别为0.991 3、1.059 7；且均在初始密度为8头时达到最小值，分别仅为0.489 5、0.545 1.

由图1可见，CO2浓度为750 μL/L条件下，在14 d时种群增长率随着初始密度的增加而逐渐递减，两个色型豌豆蚜中5个初始密度间差异均显著(P<0.05)；在21 d时两种色型豌豆蚜种群增长率均随着初始密度的增加先递减再递增，红色型豌豆蚜和绿色型豌豆蚜种群增长率均在初始密度为32头时达到最大值，分别为1.047、1.062 2；且均在初始密度为8头时达到最小值，分别仅为0.516 7、0.589 3.

综上所述，在14 d时种群增长率均随着初始密度的增加而逐渐递减；在21 d时除CO2浓度为380 μL/L，种群增长率均在初始密度为32头时达到最大值，初始密度为8头时达到最小值.

2.2 不同CO2浓度对两种色型豌豆蚜种群增长率的影响

由图2可知，初始密度为2头的条件下，在14 d时两种色型豌豆蚜随着CO2浓度的升高而逐渐递减，且各处理间差异均不显著(P>0.05)；在21 d时两种色型豌豆蚜种群增长率随着CO2浓度的升高先递增再递减，红色型豌豆蚜和绿色型豌豆蚜种群增长率均在CO2浓度为550 μL/L时达到最大值，分别为0.693 3、0.702 7.

A：初始密度为2头；B：初始密度为4头；C：初始密度为8头；D：初始密度为16头；E：初始密度为32头.A：The initial density of 2 aphid；B：The initial density of 4 aphid；C：The initial density of 8 aphid；D：The initial density of 16 aphid；E：The initial density of 32 aphid.图2 不同初始密度下CO2浓度对两种色型豌豆蚜种群增长率影响Figure 2 The effect of CO2 concentration on the population growth rate of pea aphid of two different color types at different initial densities

初始密度为4头的条件下，在14 d时红色型豌豆蚜种群增长率随着CO2浓度的升高而递减，浓度为550 μL/L和750 μL/L间差异不显著(P>0.05)，而两者与浓度为380 μL/L间差异性显著(P<0.05)；绿色型豌豆蚜种群增长率随着CO2浓度的升高先递减再递增，在浓度为550 μL/L时达最小，为2.385 9；在21 d时红色型豌豆蚜种群增长率随着CO2浓度的升高而递增，浓度为550 μL/L和750 μL/L间差异不显著(P>0.05)，而两者与浓度为380 μL/L间差异性显著(P<0.05)；绿色型豌豆蚜种群增长率随着CO2浓度的升高先递增再递减，在浓度为550 μL/L时达最大值，为0.769 7.

初始密度为8头的条件下，在14 d时两种色型豌豆蚜随着CO2浓度的升高而逐渐递减，且均在浓度为380 μL/L和750 μL/L间差异显著(P<0.05)，而两者在浓度为550 μL/L时差异不显著(P>0.05)；在21 d时红色型豌豆蚜种群增长率随着CO2浓度的升高先递减再递增，在CO2浓度为550 μL/L时达到最小值，为0.489 5，绿色型豌豆蚜种群增长率随着CO2浓度的升高而递增，最大值和最小值分别为0.589 3、0.492 8.

初始密度为16头的条件下，在14 d时两种色型豌豆蚜随着CO2浓度的升高而逐渐递减，且各处理间差异均不显著(P>0.05)；在21 d时两种色型豌豆蚜种群增长率随着CO2浓度的升高先递减再递增，红色型豌豆蚜和绿色型豌豆蚜种群增长率均在CO2浓度为550 μL/L时达到最小值，分别为0.754 2、0.800 3.

初始密度为32头的条件下，在14 d时两种色型豌豆蚜随着CO2浓度的升高而逐渐递减，且各处理间差异均不显著(P>0.05)；在21 d时两种色型豌豆蚜随着CO2浓度的升高而逐渐递增，且各处理间差异均不显著(P>0.05).

综上所述，在14 d时种群增长率均随着CO2浓度的升高而逐渐递减；在21 d时红色型豌豆蚜种群增长率在初始密度为2头、CO2浓度为550 μL/L时达到最大值，初始密度为8头和16头、CO2浓度为550 μL/L时达到最小值，初始密度为4头和32头时随着CO2浓度的升高而逐渐递增，绿色型豌豆蚜种群增长率在初始密度为16头、CO2浓度为550 μL/L时达到最大值，初始密度为2头和4头、CO2浓度为550 μL/L时达到最大值，初始密度为8头和32头时随着CO2浓度的升高而逐渐递增.除初始密度为2头时的红色型豌豆蚜和初始密度为4头时的绿色型豌豆蚜，其余处理均在CO2浓度为750 μL/L时种群增长率达到最大值.

3 讨论

大量研究表明，大气CO2浓度升高降低了寄主植物的含氮量，引起植物组织内C/N比的改变，对咀嚼式口器昆虫生长发育不利，对以蚜虫为代表的刺吸式口器昆虫的影响因种类和寄主植物不同而不同.Newman等[14]通过模型分析发现，蚜虫种群对寄主植物组织内氮营养的需求和对种群大小的反应敏感程度决定着其对大气CO2浓度升高的反应，即随CO2浓度升高蚜虫种群表现出增加、减少和无变化3种类型.Holopainen[15]对高 CO2浓度条件下26项有关蚜虫与寄主植物组合的研究结果显示，对蚜虫种群有利的有 6 项，没影响的有 14 项，不利的有 6 项.Whittaker[16-17]在总结了30多项研究结果后得出，当CO2浓度升高时,只有吸食韧皮部汁液的某些昆虫种群数量增加,尤其是蚜虫.在其统计的21中昆虫中,4种蚜虫数量显著增加,7种咀嚼式口器昆虫数量显著减少,对其余的数量影响不显著.Percy等[18]在FACE系统中对取食杨树的蚜虫研究表明,大气CO2浓度升高不会影响蚜虫种群数量.而Newman等[19]在高CO2浓度的顶端开口田间罩中观察发现，禾谷缢管蚜种群数量成倍(322%)减少.陈法军等[20]和Chen等[21]发现高CO2浓度下棉蚜发育历期缩短，繁殖力增加，棉蚜的发生量增加.本研究结果表明随着CO2浓度的升高会严重抑制豌豆蚜的种群数量，与已报道的文献[18-20]结果不同.这种差异可能是由于本试验豌豆蚜是在室内单株上饲养且仅在CO2浓度下对豌豆蚜进行了少量世代的处理，无法模拟正常大气条件，且豌豆蚜活动空间不足所致.

密度效应对蚜虫种群数量的影响国内外均有大量研究报道，其原因是由于蚜虫主要进行孤雌生殖且世代重叠严重，蚜虫的种群极有可能受到密度制约调节[22].本试验结果表明，随着初始密度的增加，种群增长随之降低，表明存在密度效应，且密度效应严重地抑制种群的增长.孟玲等[23-24]研究表明，棉蚜增殖速度随初始接种密度的增大而显著降低；高桂珍等[25]研究表明，在一定的温度条件下随着密度的增加，棉蚜种群同样存在密度制约调节；秦厚国等[26]研究表明，高密度不利于灰飞虱的种群增长，同样存在密度制约效应；但袁立兵等[27]研究表明，不同密度棉蚜种群繁殖率在接蚜后内没有差异.本研究结果得出只有当初始密度达到一定阈值时才会对种群增长率产生明显的抑制作用.

CO2浓度对两种色型豌豆蚜种群增长的影响国内外的研究较少，主要原因是红色型豌豆蚜仅在我国西北各省发生并危害.与本研究结果相同，李润红[28]研究表明，未来大气CO2浓度升高将不利于两种色型豌豆蚜的发生且红色型将处于主导地位，但同时由于大气CO2浓度对两种色型豌豆蚜的影响是一个间接的、长期的且多世代的效应，所以在今后的研究中应该对豌豆蚜进行多世代的研究，从而更加深入地探究CO2对豌豆蚜种群动态的影响.

4 结论

本试验利用SPX-GBH-CO2设定不同CO2浓度和豌豆蚜初始密度，并采用自制单株饲养装置来记录两种色型豌豆蚜在定殖14 d和21 d后其种群数量，并计算两种色型豌豆蚜的增长率.结果表明豌豆蚜种群的初始密度会显著抑制种群的增长率；同一初始密度条件下，CO2浓度升高对种群增长率同样存在抑制的作用，初始密度较低时对豌豆蚜种群数量的抑制作用不明显，只有当初始密度达到一定阈值才会对种群增长率产生明显的抑制作用，但随着时间的推移，CO2中等浓度对种群增长率的抑制作用会逐渐加强.