李鸿波

(1.贵州省农业科学院 植物保护研究所，贵州 贵阳 550006；2.扬州大学 园艺与植物保护学院，江苏 扬州 225009)

0 引言

【研究意义】昆虫的分布、种群动态、存活及行为特征等受温度的影响较大[1-3]。每种昆虫都有其适宜的温度范围，超出此范围其行为和生理将受到严重影响。全球气候变暖导致极端高温事件发生幅度、频率和强度增加，均不同程度地影响昆虫的行为及生理[4-5]。通常情况下高温能引起昆虫死亡或通过限制其寄主生长从而限制其地理分布[6]。宏观上，高温对昆虫的影响主要表现为降低存活率、延迟发育、引起体型畸形等；微观上，主要表现为促使机体蛋白质变性，细胞膜通透性和酶结构及特征改变，水分丧失等[7]。为减轻或避免高温造成的伤害，昆虫产生了一系列相应的进化：一是产生逃避(迁飞、改变活动方式等)或通过自然选择持续适应环境胁迫等行为反应；二是产生形态、生活史特征及生理的改变[8-9]等可塑性生物学反应。因此，开展高温对昆虫的影响及昆虫如何适应高温环境胁迫方面的研究对探寻其分布及指导其绿色防控具有重要指导意义。【前人研究进展】西花蓟马(Frankliniellaoccidentalis)英文名Western Flower Thrips (WFT)，是一种世界性的园艺作物害虫。该害虫不仅可通过直接取食植物的叶片、花朵和果实造成危害，还是多种毁灭性病毒病的传播媒介[10]。WFT最早于1895年在北美的加利福利亚被报道，此后迅速传播至多个国家。在我国，WFT最早于2003年在北京的辣椒上发现[11]。此后，该害虫在全国迅速传播，至2019年已经入侵至全国19个省区或直辖市，对入侵地的蔬菜和花卉产业造成严重危害[12]。WFT属变温动物，其分布和种群动态对温度的反应较强烈。目前，有关温度对WFT影响方面的研究已有大量文献报道，主要集中在常温对WFT生长、发育及繁殖的影响，低温胁迫对其存活及繁殖的影响[13-17]，高温胁迫对WFT成虫存活的影响等方面[18-19]。LI等[18-19]发现，WFT成虫具有快速热驯化的能力。【研究切入点】除成虫外，WFT若虫夏季也常遭受高温胁迫，但高温对WFT若虫的存活及其成虫的生殖有何影响，以及若虫如何适应高温胁迫等，目前还不清楚。【拟解决的关键问题】拟在室内条件下采用双因素试验方法探明高温与暴露时间互作对WFT 2龄若虫存活力及其成虫生殖力的影响，以及WFT若虫对高温胁迫的适应性及其高温驯化的能力，以期为该虫的科学治理及预测预报提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 虫源 WFT种群于2008年9月采集自浙江省农业科学院，在室内用四季豆豆荚进行多代饲养。饲养条件：温度为(26±1)℃，湿度为70%～80%，光暗比为16∶8，具体饲养方法参照李鸿波等[13]的方法进行。WFT若虫为2龄若虫，而成虫为幼虫经高温胁迫后24 h内羽化的成虫。

1.1.2 仪器设备 YHD-1030恒温水浴槽，宁波江南仪器厂生产。

1.2 方法

1.2.1 不同高温和暴露时间对WFT存活率的影响 采用双因素试验设计，因素A为温度，分别为33℃、35℃、37℃、39℃和41℃；因素B为暴露时间，分别为0.5 h、1 h、2 h和4 h。每个处理30头虫，4次重复。将2龄若虫置于玻璃管内，用橡皮塞封口防止其逃逸，然后将玻璃管置于恒温水浴槽中培养。处理结束后让水温缓慢降低至26℃，取出玻璃管置于26℃环境下恢复，并提供新鲜豆荚作为食物。24 h后，统计若虫的存活情况。以饲养在26℃下的WFT 2龄若虫为对照(CK)，用以矫正各处理的死亡率。判断WFT若虫是否死亡的标准：用毛笔尖轻轻刺激虫体，如能正常爬行则认为存活；否则，认为死亡(下同)。

1.2.2 高温驯化对WFT存活率的影响 收集WFT 2龄若虫于玻璃管内，并用橡皮塞封口，分别在29℃、31℃、33℃及35℃的水浴锅内处理2 h，然后置于39℃下处理再2 h。处理结束后让水温缓慢降低至26℃，取出玻璃管，去除橡皮塞后用100目纱布封口，然后将其转移至26℃的人工培养箱中恢复，其他饲养条件同1.2.1。以直接置于39℃下的处理为对照。24 h后统计若虫的存活情况。每个处理30头(保持一致)若虫，4次重复。

1.2.3 不同驯化时间对WFT存活率的影响 据1.2.2的研究结果，将WFT成虫或若虫置于诱导最佳诱导温度下处理30 min、60 min、90 min、120 min、150 min，然后再将其暴露在39℃ 2 h。处理结束后将水温缓慢降至26℃，取出玻璃管并置于26℃下恢复。每个处理30头成虫或若虫，4次重复。以不经过驯化若虫直接暴露在39℃下的处理为对照，其他饲养条件同1.2.1。24 h后统计若虫的存活情况。

1.2.4 幼虫高温胁迫后对其WFT成虫寿命及生殖的影响 收集经26℃(对照)、33℃、35℃、37℃、39℃和41℃处理1 h后发育而来的成虫进行雌性配对，将5对成虫转移至放有新鲜无虫菜豆叶的玻璃瓶中让其产卵，每天更换1次叶片，并观察成虫存活和产卵情况，直到成虫全部死亡。将带卵叶片置于含有湿润滤纸的培养皿中，让卵孵化，并用保鲜膜封口，用昆虫针在保鲜膜上扎40～50个小孔以保证通风。由于WFT的卵产于叶片组织中，因此以孵出的若虫数作为WFT的有效产卵量。每个处理10次重复。

1.3 数据分析

采用DPS 17.0进行数据差异统计及显著性分析，然后利用Duncan新复极差法对各处理进行多重比较。根据WFT若虫在高温下暴露不同时间后的存活率，利用Prohibit非线性方程估算在特定时间下导致50%个体死亡的温度Ltem50。

2 结果与分析

2.1 高温暴露WFT若虫的存活率

Two-way ANOVA分析表明，暴露高温和暴露时间对WFT若虫的存活率具有极显著影响(暴露温度F4，79=212.74，暴露时间F3，79=13.13，P<0.001)。此外，暴露温度×暴露时间的交互作用对WFT若虫的存活率也具有极显著影响(F12，79=95.93，P<0.001)。从图1看出，WFT若虫的存活率随着温度升高和时间延长呈逐渐下降趋势。在暴露时间为0.5 h时，WFT若虫的存活率在33℃下超过90%，在41℃下仅为27.3%；除35℃处理与33℃和37℃处理无显著差异外，其余处理间差异极显著。当暴露时间为1 h时，33℃下的存活率降至81.7%，而在41℃下的存活率仅为7.5%；低于37℃的存活率差异不显著，但与其余处理差异极显著。当暴露时间为2 h时，33℃下的存活率降至80.00%，而在41℃下的存活率为0；33℃与35℃处理差异显著，与其余各处理间差异极显著。当暴露时间为4 h时，在39℃和41℃下的存活率均为0，与其余各处理差异极显著，33℃与35℃差异显著，与37℃处理间差异也达极显著水平。从表1可知，WFT若虫在高温下随暴露时间延长，其Ltem50逐渐缩短，在系列高温下分别处理0.5 h、1 h、2 h和4 h后，其Ltem50分别为38.36℃、36.92℃、36.36℃和34.54℃。

注：图中不同大、小写字母分别表示各处理差异极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)，下同。Note:Different capital letters and lowercase letters in Fig.1 indicate significance of difference among different treatments at P<0.01 and P<0.05 level.The same below.图1 高温暴露WFT若虫的存活率 Fig.1 Survival rate of WFT larvae exposed to high temperature

表2 高温暴露不同时间后WFT 2龄若虫的致死中温 Table 2 Middle lethal temperature (Ltem50)of WFT 2th instar larvae exposed to high temperature with different hours ℃

2.2 不同温度与不同时间驯化处理WFT若虫的存活率

2.2.1 驯化温度 驯化温度对WFT若虫的存活率具有显著影响(F4，19=4.15，P=0.018)。从图2看出，4个驯化温度的存活率依次为33℃、31℃、29℃和35℃，其中，33℃下驯化2 h后的存活率最高，为41.0%，显著高于CK(24.1%)，但与其余处理差异不显著；29℃、31℃、35℃处理的存活率差异不显著，且与CK差异也不显著。

2.2.2 驯化时间 驯化时间对WFT若虫的存活率具有极显著影响(F5，29=4.57，P=0.007)。从图2看出，在33℃下随诱导时间延长WFT若虫存活率呈先升后降趋势，当处理时间低于90 min时，随处理时间延长，存活率呈逐渐升高趋势，在处理90 min时达最高，为38.25%；当处理时间超过90 min，存活率呈下降趋势。其中，当诱导时间为90 min和120 min时的存活率极显著高于CK，分别较CK提高14.00%和13.75%，其余处理与CK差异不显著；5个诱导时间处理WFT的存活率无显著差异。

图2 不同驯化温度和驯化时间处理WFT若虫的存活率Fig.2 Effect of different hardened temperature and time on survival rate of WFT larvae

2.3 WFT幼虫高温胁迫处理其成虫的寿命及生殖能力

从图3看出，WFT若虫经高温胁迫发育而来的成虫其寿命和生殖能力存在明显差异。

图3 高温胁迫WFT成虫的寿命及生殖能力Fig.3 Effects of high temperature stress on life span and reproduction of WFT adults

2.3.1 成虫寿命 高温胁迫对WFT若虫发育而来的成虫寿命具有极显著影响(F5，59=16.60，P<0.001)。随暴露温度的升高成虫寿命逐渐缩短。暴露温度26℃(CK)暴露2 h时，WFT成虫的寿命为21.5 d；暴露温度33℃时，其寿命下降但与CK无显著差异；然而当暴露温度≥35℃时，其寿命显著或极显著低于CK。35～41℃时成虫的寿命分别为17.25 d、15.00 d、14.50 d、11.75 d，分别比CK降低4.25 d、6.50 d、7.00 d和9.75 d。

2.3.2 生殖能力 高温胁迫对WFT雌成虫的产卵量及产卵期也具有极显著影响(产卵量F5，59=37.77，卵期F5，59=14.32，P<0.001)。1)产卵量。随暴露温度升高WFT雌成虫的产卵量呈下降趋势。其中，26℃(CK)的产卵量为57.03头，33℃和35℃下暴露2 h后，其产卵量与CK差异不显著。然而，当暴露温度≥37℃时，其产卵量极显著下降，41℃时其产卵量只有9.68头，仅为CK的16.7%，极显著低于其余处理。2)产卵期。WFT的产卵期也随暴露温度的升高而逐渐缩短。其中，26℃(CK)的产卵期为20.5 d，显著或极显著高于除33℃外的其余处理；33℃下的产卵期与35℃、37℃下的差异不显著，但极显著高于39℃、41℃的；41℃时其产卵期只有10.5 d，仅为CK的51.2%。

3 讨论

昆虫属变温动物且体型微小，因而对高温十分敏感。高温可引起昆虫体内水分散失[20]、破坏细胞膜的结构[21]和降解蛋白质，从而限制相关酶催化的反应[22]；同时，高温对昆虫神经系统的伤害常导致许多功能的丧失[23-24]，伤害主要反映在昆虫存活率的降低上。吕召智等[25]的研究发现，棉蚜成蚜随着温度的升高和暴露时间延长，其存活率显著降低。在38℃以下高温处理1 h后，成蚜的存活率在84.17%以上；当在42℃处理1 h后的存活率则为11.67%，而在42℃下处理2 h后棉蚜的存活率仅有1.67%。对莲草直胸跳甲的研究发现，雌雄成虫在40℃下处理时的存活率接近100%，当温度升高至44℃时，雌雄成虫的存活率降低至50%左右；在40℃下的处理随时间延长雌雄成虫的存活率逐渐降低，存活率从1 h的接近100%降低至7 h的25%以下[26]。研究结果表明，在33℃下处理0.5 h后，WFT 2龄若虫的存活率高于90%，随着温度的升高其存活率逐渐降低，至41℃时存活率仅为27.3%；当处理时间升至1 h时，33℃下WFT存活率降低至81.7%，而在41℃下仅为7.5%；当处理时间等于4 h时，在39℃或41℃下的存活率则为0。表明暴露高温和暴露时间对昆虫的存活具有显著影响；当温度大于37℃时，对WFT的存活极其不利，主要是由于37℃以上的高温超出了WFT所能承受的生理极限。此前的研究发现，WFT雌成虫在33～43℃下暴露0.5～4 h的Ltem50分别为40.2℃，38.9℃，37.3℃和36.6℃[18]，本研究WFT若虫在相同条件下的Ltem50分别为38.36℃、36.92℃、36.36℃、34.54℃，说明成虫的耐热性高于若虫，可能是由于WFT若虫的体表比较柔软对高温比较敏感造成的。然而有研究显示，赤拟谷盗幼虫在Ltem50下的存活率明显高于成虫[27]，麦长管蚜成蚜在高温下的Ltem50也低于若蚜[28]，出现相反结果的原因可能与每种昆虫的生理特性有关。

在自然界，昆虫通常利用行为和生理的改变来适应高温环境。LOESCHCKE等[29]研究发现，昆虫在亚致死温度下驯化一段时间后能提高其耐热能力，此现象被称为快速热驯化。目前，快速热驯化在许多昆虫中已经被报道，包括果蝇(Drosophilaananassae)[30]、苹果蠹蛾(Cydiapomonella)[31]、稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocismedinalis)[32]、巴氏新小绥螨(Neoseiulusbarker)[33]等。该研究发现，WFT若虫在33℃驯化90 min或120 min后其致死温度下的存活率得到显著提高，说明WFT也具有快速热驯化的能力。诱导快速热驯化的条件与巴氏新小绥螨类似[33]，但与果蝇[30]、苹果蠹蛾[31]和稻纵卷叶螟[32]不同，说明诱导快速热驯化所需的时间和温度因物种的不同而有所差异。WFT若虫经历的驯化过程类似于田间从春季到夏季的逐渐升温过程，有助于其抵御夏季遭遇的致死高温[29]。因此，快速热驯化对WFT在田间的存活具有重要的生态学意义。

多数昆虫的存活及发育的上限温度范围为40～50℃。超出此极限后，多数昆虫个体将面临死亡，存活下来的个体其适合度必定会受到影响[34]。研究发现，将棉铃虫Helicoverpaarmigera暴露于42～46℃的高温一段时间后，其产卵量显著降低。当在40℃、42.5℃、45℃下暴露360 min、120 min、15 min后，棉铃虫在整个生活史时期内均不产卵[35]。将Sarcophagacrassipalpis暴露于45℃ 1 h后，其产卵量仅为对照的10%，且其全部不可育[34]。该研究发现，当暴露温度≥37℃后，由若虫发育成的WFT成虫寿命和产卵量显著降低；特别是当暴露温度为41℃时，即使短时的暴露也会导致其产卵量显著降低。可能是因为高温影响了WFT雌成虫生殖器官和胚胎的发育，导致卵巢管和输精管数量减少，卵巢管和胚胎发育畸引起的[34，36]。

4 结论

高温和暴露时间对WFT 2龄若虫的存活具有显著影响，随温度升高和暴露时间延长其2龄若虫的存活率显著降低。经高温处理后随暴露时间的延长，其Ltem50逐渐缩短，高温处理0.5 h、1 h、2 h和4 h后，其Ltem50分别为38.36℃、36.92℃、36.36℃、34.54℃。2龄若虫在33℃下驯化2 h后，其在39℃的存活率较对照(直接暴露于39℃下的存活率)提高16.75%；在33℃下驯化90 min和120 min后，WFT 2龄若虫的存活率分别较对照显著提高14.0%和13.75%。高温处理1 h后，由幼虫发育而来的成虫产卵量随温度的升高显著降低，寿命显著缩短。高温对WFT若虫的存活及其成虫的生殖极为不利，而WFT若虫则通过热驯化来适应高温环境，从而提高其在致死温度下的生存能力。该研究结果对理解当前WFT的分布和指导该害虫的治理具有指导意义。