曾 智，贺华良,2，邱 林,2，李有志,2，丁文兵*

(1.湖南农业大学植物保护学院，长沙 410128；2.植物病虫害生物学与防控湖南省重点实验室，长沙 410128)

昆虫的变态发育除受内部遗传因素控制外，也受环境因子的影响(丛林等, 2015)。食物作为昆虫主要的环境因素之一，可影响个体的生长发育和繁殖。食物短缺是昆虫幼虫阶段普遍存在的一种生存胁迫。不同昆虫的耐饥性不同，不同昆虫饥饿后复食对其生长繁殖的影响也有所不同。苹果绵蚜Eriosomalanigerum在饥饿条件下的存活率随饥饿时间的延长而降低，呈初期缓慢、中间较快、后期缓慢的下降趋势，其中4龄若蚜的耐饥饿能力最强(陈建建等, 2013)；美国白蛾Hyphantriacunea约70%的老熟幼虫因饥饿提前化蛹，长时间饥饿后复食仍可继续发育进而繁殖(鞠珍等, 2008)；黑水虻Hermetiaillucens7日龄幼虫的耐饥力较强，饥饿30 d时存活率仍然达到了95%，饥饿幼虫复食后预蛹重显著增加(邓文辉等, 2019)。以上与饥饿相关的昆虫生物学特性的研究结果，为害虫的防治开展、预测预报和益虫开发利用等方面提供了重要参考。

草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda(J.E. Smith)，隶属于鳞翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae灰翅夜蛾属Spodoptera(Todd & Poole, 2018)，原产于美洲热带和亚热带地区，其幼虫可为害玉米、水稻、高粱、甘蔗，以及野生杂草和种植牧草等350多种植物(Montezanoetal., 2018; Prasannaetal., 2018)。该虫是一种迁飞性的重大害虫，自2019年1月被发现入侵我国以来，已成为威胁我国粮食安全的重大害虫(王磊等, 2019)。草地贪夜蛾具有繁殖力强、适应性广、暴发性为害、扩散蔓延迅速等特点(何莉梅等, 2019)。草地贪夜蛾幼虫数量众多时，大量幼虫集体在田间爬行，暴食沿途作物，行军般地转移取食，由此得名“行军虫”(孔德英等, 2019)。成虫通过迁飞进行远距离入侵传播，而国际贸易、交通运输、人员货物往来等也是草地贪夜蛾传播的潜在途径(邱良妙等, 2019)。因此，草地贪夜蛾迁入玉米零碎种植区后幼虫暴发或在远距离运输过程中夹带幼虫，其都会面临由于食物短缺导致的饥饿过程。而草地贪夜蛾幼虫耐饥力如何，幼虫在生长过程中经历饥饿胁迫对后续发育和繁殖有哪些影响，目前尚无研究报道。本文旨在明确草地贪夜蛾幼虫的耐饥力，及幼虫饥饿胁迫后复食对其生长发育和繁殖力的影响，为草地贪夜蛾幼虫的扩散转移和科学防治提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

草地贪夜蛾种群于2019年5月采于湖南省郴州市。成虫产卵后，收集卵块，待卵孵化后，用细狼毫笔挑至饲养盒(直径18.5 cm，高11.5 cm，盖子中央挖空，并粘上网纱)内用新鲜玉米叶进行饲养。在饲养过程中，每天上午转移幼虫至新鲜玉米叶片上。为减少其自相残杀，4日龄时将幼虫挑出，80头/盒进行饲养；8日龄时将幼虫挑至塑料培养皿(直径9.0 cm、高1.5 cm)内单头饲养直至化蛹。待成虫羽化后饲喂10%蜂蜜水补充营养，产卵后收集卵块。卵、幼虫、蛹和成虫均饲养于人工气候培养箱内(温度26±0.5℃、相对湿度65%±5%、光周期16 L ∶8 D、光照强度12 000 lx)培养。

1.2 试验方法

1.2.1不同日龄幼虫的耐饥力

选取草地贪夜蛾初孵幼虫(幼虫孵化1 h内)、生长发育相近的2、4、6、8和10日龄幼虫进行饥饿处理，40头为1重复，每日龄设4个重复。初孵幼虫和2日龄幼虫虫体较小，为防止幼虫逃逸，将相应幼虫挑至灭菌的培养皿后，每皿20头用消毒纸巾和橡皮筋扎紧；4日龄及后续幼虫耐饥实验，均将幼虫单头挑出置于培养皿中进行饥饿处理。每隔6 h统计饥饿幼虫存活情况，并移除死亡个体(细狼毫笔轻触虫体，虫体不动者判为死亡)，直至各处理幼虫全部死亡。

1.2.210日龄幼虫饥饿对其生长发育和繁殖力的影响

本实验室前期试验发现大部分10日龄幼虫在饥饿胁迫过程中也能化蛹，因此本次试验对其进行跟踪测定饥饿对其生长发育和繁殖力的影响。每隔1 d观察其化蛹的时间，统计其幼虫历期，并对其化蛹率、蛹重、羽化率和单雌产卵量进行统计分析。单雌产卵量参照王世英等(2019)的方法进行统计：将待羽化的蛹放置于A4纸对折制成的纸筒中(直径9 cm、高10.5 cm)，两端盖上塑料培养皿，每个处理放置1头雄虫和1头雌虫，每处理10个重复，每个纸筒中放置装有足量10%蜂蜜水饲喂，统计草地贪夜蛾的产卵情况。

1.2.3幼虫饥饿后复食对其生长发育和繁殖力的影响

幼虫饲养至8日龄后将幼虫单头挑至培养皿中，分别设置饥饿时长为0(正常饲养，作为对照CK)、1、2、3和4 d。挑取各饥饿处理后仍存活的幼虫，再用玉米叶继续饲养直至幼虫化蛹，30头为1重复，每饥饿时长设3个重复。蛹的处理等同上节所述，分别统计其幼虫历期、化蛹率、蛹重、羽化率和单雌产卵量。

1.3 数据处理及统计分析

数据统计以平均值和标准误表示，两组数据间比较用SPSS 20.0软件进行配对样本t检验；多组数据比较用Duncan’s新复极差统计法进行显著性差异分析；图形用Graphpad Prism 8.0软件进行绘制。

2 结果与分析

2.1 草地贪夜蛾幼虫的耐饥力

不同日龄草地贪夜蛾幼虫在饥饿状态下的存活时间差异显著(P<0.01)(图1)。初孵幼虫(注：图中均用0日龄表示)、2、4、6和8日龄幼虫饥饿平均存活时间分别为1.78、1.54、2.66、3.18和5.70 d。初孵幼虫饥饿下的平均存活时间(1.78 d)略高于2日龄幼虫饥饿下的平均存活时间(1.54 d)，两者没有显著差异；2、4、6和8日龄幼虫随着日龄的增大，其饥饿下的平均存活时间相应增长，差异显著。

图1 不同日龄草地贪夜蛾幼虫在饥饿条件下的平均存活时间Fig.1 Average longevity of Spodoptera frugiperda larvae of different day-old under starvation

不同日龄草地贪夜蛾幼虫随着饥饿时长的不同，其存活率变化不同(图2)。初孵幼虫、2、4、6和8日龄幼虫在饥饿过程中开始出现死亡的时间分别为饥饿后的第1.50、1.25、2.00、2.00和3.75天，全部死亡的时间分别为饥饿后的第2.00、2.50、3.75、5.00和8.50天。

图2 不同日龄草地贪夜蛾幼虫随饥饿时间延长的存活率曲线Fig.2 Survival rate of different day-old larvae of Spodoptera frugiperda under different starvation treatments

2.2 饥饿对10日龄草地贪夜蛾幼虫生长发育和繁殖力的影响

对10日龄草地贪夜蛾幼虫进行饥饿处理，有68.3%的幼虫会在饥饿过程中化蛹(图3)。饥饿处理和正常饲养的幼虫化蛹时间大部分都在14日龄时。0.6%的10日龄饥饿幼虫在12日龄时化蛹，此时正常饲养的幼虫均还未开始化蛹；24.4%的饥饿幼虫在13日龄时化蛹，正常饲养的幼虫化蛹率为5.6%；到14日龄时饥饿幼虫化蛹率达到63.1%，正常饲养的幼虫化蛹率为93.3%；当幼虫到15日龄时化蛹率达到最大值为68.3%，正常饲养的幼虫化蛹率也达到最大值为96.7%。可以看出，10日龄草地贪夜蛾幼虫在饥饿过程中的幼虫历期与正常饲养的幼虫历期基本吻合。

图3 10日龄草地贪夜蛾幼虫饥饿累计化蛹率Fig.3 Cumulative pupation rate of the 10 day-old larvae of Spodoptera frugiperda after starvation

10日龄草地贪夜蛾幼虫在饥饿过程中化蛹，其化蛹率、蛹重、羽化率和单雌产卵量较对照均有显著差异(表1)。饥饿处理的草地贪夜蛾，其化蛹率(68.3%)、蛹重(0.093 g)、羽化率(60.0%)和单雌产卵量(318.4粒)较对照指标均显著降低。此外可看出，10日龄幼虫能够较好地应对饥饿生境，虽然存活率、化蛹率、羽化率、产卵率有所降低，但仍维持较高水平。

2.3 8日龄草地贪夜蛾幼虫饥饿后复食对其生长发育和繁殖的影响

8日龄草地贪夜蛾幼虫饥饿1～4 d后复食，其幼虫历期受饥饿时长影响，化蛹时幼虫日龄动态结果见图4。8日龄幼虫饥饿后复食，幼虫历期都较正常饲养组有所增长。正常饲养组和饥饿1、2、3、4 d复食组开始化蛹时幼虫的日龄分别是13、15、17、19和18日龄，达到最大累计化蛹率分别是在15、18、20、23和22日龄。此外，从图4可以看出，饥饿4 d后复食组比饥饿3 d后复食组幼虫历期相对缩短。

图4 8日龄草地贪夜蛾幼虫饥饿及复食后的累计化蛹率Fig.4 Cumulative pupation rate of the 8 day-old larvae of Spodoptera frugiperda after starvation and refeeding

8日龄草地贪夜蛾幼虫饥饿后复食对其化蛹率、蛹重、羽化率和单雌产卵量的影响见表2。饥饿1～3 d的化蛹率与对照差异不显著，其化蛹率都在90%以上，饥饿4 d化蛹率(82.2%)较对照显著降低；饥饿1 d后复食其蛹重(0.213 g)显著增加，饥饿2～4 d其蛹重与对照相比无明显差异；饥饿1～3 d其羽化率差异不显著，饥饿4 d羽化率(74.4%)较对照显著降低；饥饿1～4 d处理间单雌产卵量没有显著性差异，但与对照相比均显著降低。

表1 饥饿处理对10日龄草地贪夜蛾幼虫化蛹率、蛹重、羽化率和单雌产卵量的影响

表2 8日龄草地贪夜蛾幼虫饥饿不同时间后复食对其化蛹率、蛹重、羽化率和单雌产卵量的影响

3 结论与讨论

在本研究中，26℃饲养下草地贪夜蛾幼虫共有6个龄期，幼虫历期为14 d左右，12日龄时部分幼虫已经发育为老熟幼虫。试验设计中幼虫采用日龄取样，为更好的适用于田间等情况，根据对幼虫所蜕头壳的观察，本试验中幼虫日龄与龄期的对应关系如下：初孵幼虫处于1龄幼虫期，其中2、4、6、8和10日龄幼虫也分别处于其2、3、4、5和6龄幼虫期，为便于讨论分析，后文仍用幼虫日龄表示。

食物短缺是昆虫幼虫阶段经常会遭遇的逆境之一。如果长期缺乏食物，会影响昆虫的生长发育、繁殖，甚至导致昆虫死亡。而耐饥饿特性是昆虫长期适应自然的结果(Rotkopfetal., 2013; 常菊花, 2015)。不同昆虫或处于不同发育阶段的同种昆虫对食物缺乏表现出不同的适应机制(Nijhout, 2008; 丛林等, 2015)。本研究结果表明，在饥饿条件下，初孵幼虫饥饿后的平均存活时间为1.78 d，略高于2日龄幼虫平均存活时间，幼虫孵化后吃掉卵壳(赵胜园等, 2019)，这可能作为最初的营养，使其耐饥力相对增强。2～8日龄幼虫饥饿后的平均存活时间随日龄增大而增长，约有10%的8日龄幼虫饥饿处理最长存活时间可达7 d以上，但最终在饥饿过程中均全部死亡。这表明8日龄以内幼虫体内物质能量的积累还不足以支撑其完成世代，这一时段如果遭遇食物短缺，这对草地贪夜蛾幼虫存活是致命的。虽然自然条件下很少能达到试验中饥饿的生境，但饥饿可能导致草地贪夜蛾幼虫间相互残杀、攻击等情形(王道通等, 2019)，田间通过拒食剂结合玉米栽种期的调整制造饥饿条件或可有效压制草地贪夜蛾的种群数量。

昆虫在长期适应自然的进化过程中可通过个体代谢状态、行为等改变来维持自身存活以及种群数量(Tangetal., 2014; 张海平等, 2017)。大多数昆虫，通过缩短幼虫发育历期、羽化甚至迁飞等方式来应对不良环境的胁迫。如美国白蛾Hyphantriacunea在饥饿胁迫下，幼虫可提前化蛹，但显著降低了其羽化率、交配率和产卵量(鞠珍等, 2008)；马铃薯甲虫Leptinotarsadecemlineata(Say)在短时间营养缺乏时容易造成迁飞(郭文超等, 2012)。有少数昆虫则可通过减缓幼虫发育速率来等待食物恢复(Yangetal., 2015)。本研究中，对10日龄草地贪夜蛾幼虫饥饿处理后，68.3%的幼虫可在饥饿处理过程中化蛹，但蛹重、羽化率和单雌产卵量较对照均显著降低。此外，这些化蛹个体的的幼虫历期与正常饲养组基本一致，并未观察到明显的提前化蛹或推迟化蛹情形，这表明10日龄幼虫已达到化蛹的最低体重、能量储备阈值。

昆虫遭遇短暂的饥饿后又获复食，也是自然生境的常见情形，饥饿后复食也会对昆虫的生长和繁殖产生影响(吕楠楠等, 2018; 邓文辉等, 2019)。本研究中，8日龄草地贪夜蛾幼虫在持续饥饿处理过程中全部死亡，而只给予1～4 d的短暂饥饿胁迫后再复食，其可恢复生长和繁殖，70%以上幼虫能化蛹、羽化并产卵，但其幼虫历期较正常饲养组延长，单雌产卵量也较对照显著降低。这表明幼虫经历短时间饥饿对其生长繁殖也会产生一定的影响。值得注意的是，饥饿4 d复食组幼虫化蛹时间较饥饿3 d复食组相对提前，幼虫历期相对缩短。已有研究报道，饥饿胁迫会导致昆虫幼虫体内激素变化而提前化蛹，例如：橘小实蝇Bactroceradorsalis幼虫在饥饿胁迫条件下，通过提高胰岛素信号通路基因的转录水平使体内信号转导加强，也能通过提高蜕皮激素滴度，迫使幼虫提前化蛹，相应缩短幼虫期来应对不良环境胁迫(许抗抗, 2014; 丛林等, 2015)。此外，侯秋莉(2018)研究发现干扰橘小实蝇脂动激素受体基因的表达会导致幼虫化蛹推迟，而注射脂动激素多肽可使幼虫提前化蛹。因此，在本研究中，饥饿4 d复食组幼虫化蛹时间较饥饿3 d复食组相对提前，是否与其体内这些相关激素水平改变有关，有待进一步研究。

草地贪夜蛾成虫自身具有较强的飞行扩散能力和季节性迁飞习性，以寻找适宜环境完成多个世代的繁殖(Earlyetal., 2018; 吴秋琳等, 2019)。上述10日龄幼虫可在饥饿生境化蛹羽化，8日龄幼虫经历一定时间饥饿后复食可恢复生长和繁殖，这种幼虫耐饥适应性均有利于其寻找新的适宜生境繁殖为害。