光照對(duì)昆蟲(chóng)繁殖適度的影響
昆蟲(chóng)已成為動(dòng)物界種類(lèi)最多、分布較廣的一個(gè)類(lèi)群。繁殖是昆蟲(chóng)保證種群延續(xù)以及繁榮的重要手段。因?yàn)槠涞姆敝衬芰吞厥獾姆敝丑w系, 雌性昆蟲(chóng)可以通過(guò)受精囊儲(chǔ)存交配中從雄蟲(chóng)處獲得的精子延遲卵的受精, 控制其受精時(shí)間, 以此避免不利于其后代生存的時(shí)間和環(huán)境, 待尋找到合適的環(huán)境以及寄主后, 再控制精液流出使卵受精, 保證其卵的孵化率和幼蟲(chóng)的存活率。繁殖適度是衡量昆蟲(chóng)適應(yīng)自然的一個(gè)重要指標(biāo)。在自然界, 昆蟲(chóng)通常通過(guò)改變其繁殖適度的方式調(diào)節(jié)和適應(yīng)外部不利的環(huán)境因素和自身因素的變化?;诮陙?lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于昆蟲(chóng)繁殖行為的大量研究, 從環(huán)境因素和昆蟲(chóng)自身因素兩個(gè)方面對(duì)昆蟲(chóng)繁殖適度進(jìn)行綜述。分別討論了溫度、濕度、光照、食物和密度5個(gè)外部環(huán)境因素, 以及體型或體重、多次交配、交配經(jīng)歷和延遲交配4個(gè)昆蟲(chóng)自身因素, 對(duì)昆蟲(chóng)繁殖適度的影響以及相應(yīng)研究結(jié)果在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用, 并指出當(dāng)前研究的存在問(wèn)題, 以期為相關(guān)的進(jìn)一步研究提供方向, 為田間尋找新的害蟲(chóng)防治措施提供思路。
昆蟲(chóng)屬于無(wú)脊椎動(dòng)物中的節(jié)肢動(dòng)物,是世界上數(shù)量最多的動(dòng)物群體。到21世紀(jì)初,人類(lèi)已知的昆蟲(chóng)種類(lèi)已有100多萬(wàn)種,無(wú)論是個(gè)體數(shù)量、生物量、種數(shù)與基因數(shù),它們?cè)谏锒鄻有灾卸颊加惺种匾牡匚弧@ハx(chóng)與人類(lèi)的關(guān)系密切而復(fù)雜,有些昆蟲(chóng)對(duì)人類(lèi)是有害的,它們會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類(lèi)健康帶來(lái)重大危害。例如,蝗蟲(chóng)、薊馬、飛虱、蚜蟲(chóng)等農(nóng)業(yè)害蟲(chóng),一直制約著人類(lèi)的作物生產(chǎn),常導(dǎo)致其產(chǎn)量下降,品質(zhì)降低,甚至出現(xiàn)絕收現(xiàn)象。而蚊、蠅、虱、蚤等醫(yī)學(xué)昆蟲(chóng)不僅能侵襲人體,騷擾吸血;還可以作為病媒昆蟲(chóng),攜帶病原體,并通過(guò)各種方式,在人群中傳播疾病,危害人類(lèi)健康。
也有一些昆蟲(chóng)對(duì)于人類(lèi)而言是有益的,如訪花昆蟲(chóng)是蟲(chóng)媒植物授粉的必要條件,對(duì)一些作物的產(chǎn)量起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),2007年10種水果、11種蔬菜和4種大田作物的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值為12562.70億元,其中昆蟲(chóng)傳粉功能的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值為6790.30億元,占當(dāng)年農(nóng)作物總經(jīng)濟(jì)價(jià)值54.05%。家蠶、柞蠶等工業(yè)原料昆蟲(chóng),蠶蛹、蠶蛾等藥用昆蟲(chóng),以及食用昆蟲(chóng)和飼料用昆蟲(chóng)等,作為可以被人類(lèi)利用的生物資源,具備重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此外,自然界還存在著大量的捕食性及寄生性昆蟲(chóng),以一種或一類(lèi)生物抑制另一種或另一類(lèi)生物,通過(guò)食物鏈的形式調(diào)控農(nóng)業(yè)有害生物種群數(shù)量,并以子代延續(xù)和自然繁殖長(zhǎng)久在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中駐留,發(fā)揮著持續(xù)控制農(nóng)業(yè)有害生物的功效生態(tài),在維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能和穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要的作用。
如何減少害蟲(chóng)的為害,使益蟲(chóng)更益,甚至變害為益是昆蟲(chóng)學(xué)當(dāng)前的主要研究方向。繁殖是昆蟲(chóng)最基本的行為活動(dòng)之一,是昆蟲(chóng)保證種群延續(xù)以及繁榮的重要手段。無(wú)論是農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的防治,還是經(jīng)濟(jì)、生防等昆蟲(chóng)的養(yǎng)殖與利用,都不能缺少對(duì)于昆蟲(chóng)繁殖行為的研究。作為衡量昆蟲(chóng)繁殖能力強(qiáng)弱與改變的指標(biāo),昆蟲(chóng)繁殖適度研究。昆蟲(chóng)繁殖適度是一個(gè)群體概念,指昆蟲(chóng)在自然環(huán)境中留下能夠適應(yīng)其所處環(huán)境的后代的能力,包括親代的生存能力、繁殖能力以及后代的存活能力。昆蟲(chóng)繁殖適度通常會(huì)受到溫度、濕度、光照等環(huán)境因素以及昆蟲(chóng)自身因素的影響。本文基于近年來(lái)昆蟲(chóng)繁殖適度的相關(guān)研究,從環(huán)境因素和昆蟲(chóng)自身因素兩個(gè)方面進(jìn)行了綜述。
在自然界中,溫度是限制昆蟲(chóng)種群增長(zhǎng)、分布范圍的主要因素之一。昆蟲(chóng)是變溫動(dòng)物,保持和調(diào)節(jié)體內(nèi)溫度的能力不強(qiáng),其體內(nèi)的生理代謝過(guò)程會(huì)受到環(huán)境溫度的強(qiáng)烈影響。外界溫度過(guò)高或過(guò)低,都會(huì)影響到昆蟲(chóng)正常的生命活動(dòng),其中,昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖行為受溫度的影響最為直接。在適宜的溫度區(qū)間內(nèi),溫度的升高會(huì)加快動(dòng)物新陳代謝的速率,溫度越高,昆蟲(chóng)的發(fā)育速率越快,其交配前期、產(chǎn)卵期與壽命也會(huì)隨之縮短。而當(dāng)溫度的改變過(guò)大偏離其適宜區(qū)間時(shí),昆蟲(chóng)的繁殖適度就會(huì)受到溫度嚴(yán)重的限制。一方面是溫度對(duì)于親代的影響,昆蟲(chóng)在提高體內(nèi)Hps70蛋白含量獲得耐脅迫能力的同時(shí),也會(huì)伴隨生殖力降低、壽命縮短等負(fù)面影響;另一方面則是溫度對(duì)于卵的直接作用,崔旭紅等對(duì)B型煙粉虱Bemisia tabaci的研究表明,將B型煙粉虱的卵短時(shí)間暴露在高溫下,便會(huì)使其卵孵化率顯著下降
然而,昆蟲(chóng)對(duì)于環(huán)境溫度的改變也有著其相應(yīng)的對(duì)策,除了提高體內(nèi)耐熱酶系以抵抗不適的溫度變化外,其還可以通過(guò)遷飛和滯育等途徑度過(guò)不適合其生存的空間和時(shí)間,以獲得的繁殖利益。雖然遷飛和滯育通常意味著昆蟲(chóng)繁殖適度的降低,但是相較于在不合適的空間或時(shí)間下繁衍后代,遷飛和滯育無(wú)疑是更好的選擇。
昆蟲(chóng)對(duì)濕度的要求本質(zhì)就是其對(duì)水的需求。昆蟲(chóng)體型小,儲(chǔ)水能力一般很弱,同時(shí)其相對(duì)表面積大,日常的行為活動(dòng)時(shí)容易損失水分。濕度對(duì)昆蟲(chóng)繁殖適度的影響本質(zhì)上是對(duì)其體內(nèi)水分平衡的影響,從而調(diào)控其生長(zhǎng)發(fā)育,限制其繁殖行為,表現(xiàn)在多個(gè)具體方面。首先是成蟲(chóng)生殖能力,濕度的改變可以影響昆蟲(chóng)卵巢的發(fā)育,限制其生殖潛能。研究表明大黑腮金龜Holotrichia oblita產(chǎn)卵的最適土壤含水量范圍為11%~25%,土壤含水量過(guò)高會(huì)抑制它產(chǎn)卵,過(guò)低則會(huì)限制其卵巢的發(fā)育。濕度還可以與其他環(huán)境因子聯(lián)合作用影響成蟲(chóng)的產(chǎn)卵。例如在25~35 ℃范圍內(nèi),埃及伊蚊Aedes aegypti其產(chǎn)卵量隨著溫度的增加而降低,其降低的強(qiáng)度則受到濕度影響,在高濕度條件下,溫度的增加對(duì)埃及伊蚊產(chǎn)卵量的影響更為強(qiáng)烈。濕度的變化也會(huì)影響卵的發(fā)育和孵化,稻縱卷葉螟Cnaphalocrocis medinalis Guenee、黃芪根瘤象甲Sitona simillimus、銅綠麗金龜Coelophora saucia(Mulsant)等昆蟲(chóng)的研究表明,不合適的濕度條件會(huì)明顯減少其卵的孵化率,顯著延長(zhǎng)其卵的發(fā)育歷期。
光是自然界的主要能量來(lái)源,所有生命體都會(huì)直接或間接的受到光的影響。光對(duì)昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖能力以及呼吸代謝等方面存在著重要影響,其影響程度與光周期、強(qiáng)度和波長(zhǎng)有關(guān)。光周期通過(guò)對(duì)昆蟲(chóng)的交配、產(chǎn)卵、滯育、休眠等行為活動(dòng)的調(diào)節(jié),而顯著影響昆蟲(chóng)的繁殖適度。相較于光照培養(yǎng)箱短光照(8 h : 16 h),赤星瓢蟲(chóng)Coelophora saucia在長(zhǎng)光照(14 h : 10 h)條件下雌成蟲(chóng)產(chǎn)卵前期更短,產(chǎn)卵量和孵化率顯著提高。光周期還是誘導(dǎo)和解除昆蟲(chóng)滯育的主要環(huán)境因素之一,通常滯育會(huì)給昆蟲(chóng)的繁殖適度帶來(lái)負(fù)面影響。如滯育明顯降低了豆螟Ostrinia scapulalis成蟲(chóng)的交配成功率、繁殖力以及雌蟲(chóng)的壽命。光照強(qiáng)度與波長(zhǎng)的改變也會(huì)影響昆蟲(chóng)繁殖適度。在光照培養(yǎng)箱中異遲眼蕈蚊Bradysia difformis在588、1275、1575、2072、3323 lx 5種光照強(qiáng)度下,其壽命及雌蟲(chóng)的產(chǎn)卵量隨光照強(qiáng)度的增加而下降,588 lx時(shí),成蟲(chóng)的壽命及產(chǎn)卵量顯著高于其他光強(qiáng)處理。發(fā)現(xiàn)不同波長(zhǎng)影響棉鈴蟲(chóng)Helicoverpa armigera的明適應(yīng)狀態(tài)、交配及產(chǎn)卵,光照培養(yǎng)箱在夜間給予590、540、505 nm波長(zhǎng)的光照可以保持其明適應(yīng)狀態(tài),干擾其夜間的活動(dòng)習(xí)性,而夜間給予光波長(zhǎng)為590、505 nm的光照時(shí),會(huì)顯著減少卵的孵化率。
光照影響昆蟲(chóng)的繁殖適度,可用于害蟲(chóng)綜合治理策略的制定。燈誘法等即基于夜間燈光能夠影響夜行性昆蟲(chóng)的節(jié)律,干擾其取食、產(chǎn)卵、交配等行為活動(dòng),降低其繁殖適度這一原理。日本在蔬菜田間使用黃燈來(lái)防治夜行性蛾類(lèi),取得了顯著防效,并減少了農(nóng)藥在蔬菜栽培過(guò)程中的使用量
食物的種類(lèi)、成分及質(zhì)量影響和改變昆蟲(chóng)的繁殖適度。食物與昆蟲(chóng)繁殖適度的關(guān)系在植食性昆蟲(chóng)的寄主適應(yīng)性研究、經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng)和生防昆蟲(chóng)的養(yǎng)殖等方面,已有大量報(bào)道。取食不同寄主植物對(duì)亞洲玉米螟Ostrinia furnacalis幼蟲(chóng)的存活率、發(fā)育歷期和繁殖能力均有顯著影響。其中,蒼耳和酸模葉蓼是室內(nèi)飼養(yǎng)玉米螟的最適宜寄主,取食這兩種寄主時(shí)幼蟲(chóng)發(fā)育歷期最短,成蟲(chóng)壽命較長(zhǎng),幼蟲(chóng)成活率較高。目前的觀點(diǎn)認(rèn)為這可能是由于昆蟲(chóng)取食寄主時(shí)營(yíng)養(yǎng)成分以及有害成分的不同。食物質(zhì)量的不同也會(huì)對(duì)繁殖適度造成影響,如Chen等在以糖和酵母膏飼養(yǎng)橘小實(shí)蠅Bactrocera dorsalis Hendel成蟲(chóng)時(shí)發(fā)現(xiàn),飼料中酵母的含量會(huì)顯著影響其壽命與產(chǎn)卵量,在不添加酵母膏的情況下,成蟲(chóng)不能產(chǎn)卵,而當(dāng)酵母膏濃度增加到25% 時(shí),成蟲(chóng)的壽命會(huì)顯著縮短。駱丹對(duì)馬尾松毛蟲(chóng)Dendrolimus punctatus的研究表明,取食馬尾松老葉的雌蟲(chóng)的產(chǎn)卵量顯著高于取食新葉的雌蟲(chóng),說(shuō)明對(duì)于馬尾松毛蟲(chóng)而言,馬尾松老葉是一種比新葉質(zhì)量更高的食物。
昆蟲(chóng)寄主適應(yīng)性對(duì)繁殖的影響研究,可以幫助農(nóng)業(yè)工作者更好地預(yù)測(cè)害蟲(chóng)在田間的發(fā)生趨勢(shì),從而可以對(duì)害蟲(chóng)采取針對(duì)性的防治措施。此外,對(duì)其取食不同成分配比食物的研究,還可以幫助研究者找出更合適的飼料配方,降低大規(guī)模養(yǎng)殖昆蟲(chóng)所需的經(jīng)濟(jì)成本。
昆蟲(chóng)的密度對(duì)其存活率、食物利用率、防御能力、遷飛行為、昆蟲(chóng)體色、個(gè)體大小、產(chǎn)卵量等指標(biāo)均有重要的調(diào)控作用,是影響昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育和種群動(dòng)態(tài)規(guī)律的重要因子。在自然界,昆蟲(chóng)一般通過(guò)釋放信息素吸引或趨避同類(lèi),以便維持其交配、產(chǎn)卵等各種行為所需的密度。研究表明,幼蟲(chóng)和成蟲(chóng)的密度都可以對(duì)昆蟲(chóng)的繁殖行為產(chǎn)生一定的影響,進(jìn)而改變其繁殖適度。幼蟲(chóng)密度主要通過(guò)食物競(jìng)爭(zhēng)、自相殘殺或是接觸損傷等幾種方式,影響幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育、化蛹,從而影響繁殖適度。在二點(diǎn)委夜蛾Athetis lepigone、甜菜夜蛾Spodoptera exigua 和草地螟Loxostege sticticalis中,過(guò)高的密度不僅影響幼蟲(chóng)發(fā)育歷期和存活率,還會(huì)顯著影響成蟲(chóng)的體重及其產(chǎn)卵量和壽命,降低種群增長(zhǎng)率。成蟲(chóng)密度除了通過(guò)限制空間和食物的方式外,還可以通過(guò)影響昆蟲(chóng)的交配行為來(lái)改變昆蟲(chóng)的繁殖適度。不同飼養(yǎng)密度對(duì)井上蛀果斑螟Assara inouei的繁殖適度有顯著影響,其成蟲(chóng)只有在特定的飼養(yǎng)密度下才有最大的壽命與繁殖力,飼養(yǎng)密度過(guò)高或過(guò)低都顯著降低成蟲(chóng)的繁殖力,該密度下,成蟲(chóng)既不會(huì)過(guò)于擁擠、相互干擾,又有利于雌雄蟲(chóng)交配