白蜡窄吉丁对高温高湿的耐受性*

党英侨 张彦龙 王小艺 魏 可 杨忠岐

(中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 国家林业和草原局森林保护学重点实验室 北京 100091)

气候条件对生物的分布范围具有一定影响。与寄主植物相比，植食性昆虫在不同纬度或海拔地区受气候的影响更大(Liangetal., 2014)、气候通过影响昆虫的发育速率和分布扩张等对其产生直接作用，并通过改变昆虫与寄主或天敌三者之间的关系产生间接作用(Duanetal., 2014)。昆虫的发育和生殖需要满足适宜的温湿度条件(Liangetal., 2014)，温湿度通常相互作用共同影响昆虫的生存和繁殖，研究不同温湿度条件下昆虫的生存特性对于明确其种群动态、预测分布范围、指导害虫防治均具有重要意义(王艳敏等， 2010)。

白蜡窄吉丁(Agrilusplanipennis)原分布于包括我国在内的东北亚国家，主要危害木犀科(Oleaceae)白蜡属(Fraxinus)树木。该虫自20世纪60年代被报道在我国东北地区严重危害以来，逐渐在北方其他省份发现有分布和危害(王小艺等， 2015)。21世纪初，白蜡窄吉丁先后在北美洲和俄罗斯欧洲部分被发现，并在入侵十几年间扩散至美国35个州(USDA, 2019)和加拿大5个省(CFIA, 2019)，在俄罗斯欧洲部分分布到北部特维尔市(约56.78°N)(Selikhovkinetal., 2017)，已经成为国内外严重威胁白蜡树健康的重要害虫。目前，有关白蜡窄吉丁的研究主要集中在其传播扩散规律、环境适应特性、寄主植物抗性、天敌繁育和利用、所造成的危害及有效防控等方面(Morinetal., 2017; Murphyetal., 2018)，关于温湿度对白蜡窄吉丁的影响虽有一些报道，但多集中在不同温度下其生长发育状况(Duanetal., 2013)、卵对干旱的适应性(Rigsbyetal., 2013)、幼虫的耐寒性(Crosthwaiteetal., 2011)以及成虫在不同温度下的飞行扩散(Tusseyetal., 2018)等方面，白蜡窄吉丁在极端温湿度条件下的耐受性研究并不多。

白蜡窄吉丁幼虫期在树干内蛀食，卵期和成虫期则相对暴露，受外界环境变化的影响更大。本研究以白蜡窄吉丁成虫和卵为研究对象，通过测定极端温湿度环境下雌雄成虫的存活率、雌虫成熟虫卵量以及新鲜卵粒的孵化情况，明确该虫对高湿热环境的耐受能力，以期为预测白蜡窄吉丁在我国南方高温高湿地区定殖的可能性提供科学依据，进而确定其潜在适生范围和分布界限，指导其有效防控。

1 材料与方法

1.1 试虫采集 2019年4月，从北京市平谷区马昌营镇东双营村(40.14°N，116.98°E)绒毛白蜡(F.velutina)林(树龄均为16年，平均胸径约11 cm)中采集受白蜡窄吉丁危害的白蜡树，将其主干截取为80～100 cm的木段置于实验室养虫笼内。每日8、14和20时各收集1次羽化成虫，将同日龄的成虫按不同性别分别置于玻璃养虫罐内(高20 cm、直径10 cm)，每日提供新鲜绒毛白蜡叶片供其补充营养。环境条件为温度(25±1) ℃，相对湿度75%±5%，光周期L∶D=14∶10 h。同时，在白蜡窄吉丁羽化期于林间采集成虫，带回室内饲养，得到新鲜卵粒后保存备用。

1.2 高温高湿下雌雄成虫存活率测定 预试验发现，当环境温度接近40 ℃时，白蜡窄吉丁雌雄成虫可存活3天以上；当环境温度超过41 ℃时，雌雄成虫存活时间则显著缩短； 当环境温度达44 ℃时，雄虫仅能存活不足14 h。因此，本研究共设置38、41、42、43、44和45 ℃共6个恒定温度梯度，以28 ℃为对照。选择1日龄经补充营养但未交配的雌雄成虫置于玻璃培养皿(直径10 cm)中，并提供新鲜绒毛白蜡叶片供其继续取食。将装有试虫的培养皿置于上述温度的人工气候箱(PRX-250B，宁波赛福实验仪器有限公司)内，不同温度处理的相对湿度均设置为80%，光强为9 600 lx，L∶D=24 h∶0 h。试验开始后的前12 h每小时记录1次白蜡窄吉丁存活情况，随后每12 h记录1次，持续记录至72 h。每个培养皿内包括5～6头成虫记为1次重复，每种温度条件重复3次。

1.3 高温高湿下雌虫成熟虫卵量测定 预试验发现，当环境温度超过44 ℃时，白蜡窄吉丁雌虫体内的卵无法发育至成熟。因此，本研究设置38、41、42、43和44 ℃共5个恒定温度梯度，以28 ℃为对照。选择1日龄经补充营养但未交配的雌雄成虫各1头置于玻璃培养皿中(直径10 cm)，并提供新鲜绒毛白蜡树叶供其继续取食。72 h后取出所有供试雌雄成虫，将雌虫分别置于体视显微镜下(SZ66连续变倍，重庆奥特光学仪器有限责任公司)解剖，记录虫体卵巢内成熟虫卵量。不同温度处理的相对湿度均设置为80%，光强为9 600 lx，L∶D=24 h∶0 h。卵巢内呈淡黄色的卵粒记为成熟卵(王小艺， 2005)，每对成虫记为1次重复，每种温度条件重复8次。

1.4 高温高湿下卵粒孵化情况测定 在白蜡窄吉丁羽化期于林间采集成虫，带回室内按照10♀∶10分别置于玻璃养虫罐内，在室温、有强太阳光照射的室内条件下饲养。每日提供新鲜绒毛白蜡叶片供其补充营养，用细纱网罩住罐口后再罩上白色滤纸供白蜡窄吉丁雌虫产卵。每日清理养虫罐并更换叶片，同时检查滤纸上有无卵粒，如有则更换新滤纸。将有白蜡窄吉丁新鲜卵粒(1日龄卵粒)的滤纸剪成块状，置于玻璃培养皿(直径10 cm)中，玻璃培养皿置于38、41、42和43 ℃的人工气候箱内，以28 ℃为对照，每24 h记录1次卵粒孵化情况，持续观察30天。不同温度处理的相对湿度均设置为80%，光强为9 600 lx，L∶D=24 h∶0 h。每20粒卵记为1次重复，每种温度条件重复3次。

1.5 统计分析 白蜡窄吉丁雌雄成虫在不同温度下的存活率分性别进行统计。采用单因素方差分析检验不同温度下雌雄成虫存活率和雌虫成熟卵量的差异，Tukey法进行多重比较； 利用独立样本t检验对不同温度下卵粒的孵化情况进行比较。差异性检验运用SPSS 21.0软件完成(SPSS Institute, 2012)。不同温湿度下雌雄成虫存活情况和雌虫成熟虫卵量随温度的变化用SigmaPlot 12.5软件(Systat Software, 2011)绘图。高温高湿对雌雄成虫的致死率采用DPS 6.55软件中的时间-剂量-死亡率模型(TDM模型)进行拟合分析，以Hosmer & Lemeshow检验评价模型拟合情况(唐启义等， 2006)。

2 结果与分析

2.1 高温高湿下雌雄成虫存活状况 白蜡窄吉丁对高温高湿具有较强耐受性。环境相对湿度为80%，温度超过41 ℃时成虫存活率才会在短时间内明显下降(雌虫： df=6, 112,F=19.04,P<0.000 1； 雄虫： df=6, 112,F=50.47,P<0.000 1)。与28 ℃对照相比，当环境温度为38 ℃时，雌雄成虫均能存活72 h以上；当环境温度为41 ℃时，雌虫的耐受时间仍然可超过72 h，而雄虫则在第3天开始出现死亡。28、38和41 ℃处理的存活曲线大致相同(图1)，图中体现的数据基本重叠。当环境温度达到42 ℃及以上时，雌雄成虫3天内均全部死亡。雄虫对高温高湿的耐受能力较雌虫弱，当环境温度为42 ℃时，雌虫在24 h后开始逐渐死亡，而雄虫仅在4 h后就开始出现死亡。当环境温度达到43 ℃以上时，雌虫可存活24 h以下，而雄虫仅能存活12 h以下(图1)。

图1 高温高湿下白蜡窄吉丁雌雄成虫的存活率

2.2 高温高湿下雌虫成熟虫卵量 相对湿度为80%时，白蜡窄吉丁雌虫在28、38～43 ℃下体内均有卵发育成熟。与28 ℃对照相比，38和41 ℃下白蜡窄吉丁雌虫成熟虫卵量明显增多(df=5, 42,F=13.32,P<0.000 1)。当环境温度超过41 ℃时成熟虫卵量随温度升高而下降，44 ℃时，卵无法发育成熟(图2)。

图2 高温高湿下白蜡窄吉丁雌虫成熟虫卵量

2.3 高温高湿下卵粒孵化情况 相对湿度为80%时，28～43 ℃下卵粒均会被霉菌感染，但仅温度低于41 ℃才有卵粒孵化(表1)。与28 ℃对照相比，1日龄卵粒在高温高湿处理条件下孵化率显著降低(t=6.72, df=4,P=0.003)。

表1 不同温度下白蜡窄吉丁卵粒孵化情况

3 讨论

目前，白蜡窄吉丁在我国的自然分布区仅包括黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、新疆和山东等地(Orlova-Bienkowskajaetal., 2018)，在36°N以南的大陆地区未发现自然分布种群。本研究发现，在持续高温高湿(41 ℃，相对湿度80%)条件下，白蜡窄吉丁雌雄成虫可存活3天以上，且即使持续38 ℃高温，也有部分卵可以孵化，因此，推断白蜡窄吉丁具备向我国南方高温高湿地区传播和定殖的可能性。另外，不同于本研究设置的恒温条件，自然环境一般是白天高温，夜间温度有所降低，这样白天因高温昏迷的昆虫夜间会恢复正常。而且昆虫对不利环境也具有一定的抵抗性和耐受性，其会通过躲避、逃逸等行为或形态、生理特征等改变适应环境的变化(陈兵等， 2005)。所以，与真实的林间环境相比，本研究设置的持续高温高湿属于极端环境。这些客观的环境因子，更可能成为白蜡窄吉丁顺利在我国南方高湿热地区定殖的有利条件。

昆虫生长发育受周围温湿度等气候条件的影响，虽然不同气候条件产生的作用方式不同，但最终均会通过影响虫体内环境(体温和含水量)来发挥作用(王智翔等， 1989； Singhetal., 2009)。昆虫的环境耐受能力因性别、发育阶段等不同而存在差异，白蜡窄吉丁雌虫对高温高湿的耐受性较雄虫更强，成虫可在相对湿度80%、41 ℃下持续存活超过3天，而卵在该温湿度条件下则无法孵化。同样，Chiu等(2015)发现桃蚜(Myzuspersicae)若虫、繁殖阶段的成虫和繁殖后的成虫对持续高温具有不同的耐受性，前2种发育状态下的生存和繁殖效率受高温的抑制作用更明显。Duan等(2013)对恒定高温条件下白蜡窄吉丁卵和幼虫的发育进行研究，发现相对湿度为60%时， 20～35 ℃下随着温度升高卵的孵化速率逐渐加快，而幼虫则在35 ℃时发育减慢，生物量积累也受到一定限制。不同性别和发育阶段的昆虫对不利环境条件的耐受性差异，可能与其在长期适应性进化过程中形成的应对策略不同有关(Simõesetal., 2016)。如在高温和低温胁迫条件下，西花蓟马(Frankliniellaoccidentalis)雌虫热激蛋白基因Fohsp703的表达量始终高于雄虫(秦晶等， 2017)；甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)不同发育阶段体内热激蛋白(heat shock proteins，HSPs)的表达同样存在差异(Xuetal., 2011)。因此，白蜡窄吉丁的温湿度耐受性差异很大程度上与其体内抗逆性物质的响应和表达情况不同有关。

昆虫受温度或水分胁迫时，可通过机体的一系列反应进行体温调节和渗透压调节，以达到正常生命活动所需的“平衡温湿度条件”(王智翔等， 1989)。与仅存在温度或湿度胁迫相比，温湿度协同作用对昆虫的生长和发育影响更大。通常，昆虫调节体内水分平衡主要通过从周围不饱和空气中吸收水分等途径实现(王智翔等， 1989)，但当环境相对湿度较大时，原先正常的水分调节过程受到限制，一些昆虫对高温的抵御或调节能力可能会因此而减弱，最终导致耐受性降低。如袁瑞玲等(2016)发现，相对湿度为75%时，30～35 ℃下桔小实蝇(Bactroceradorsalis)雌雄虫的飞行距离和飞行时间随温度升高明显缩短；高温高湿时螟黄足盘绒茧蜂(Cotesiaflavipes)雌雄成虫的寿命均明显短于其在10～30 ℃下的寿命(Emana, 2007)。本研究预试验发现，相对湿度为80%时，白蜡窄吉丁成虫在44 ℃以上的高温环境中存活不足24 h，而相对湿度为60%时，该虫则可以抵御46 ℃持续高温，存活长达24 h以上。

昆虫在不同处理条件下的观察数据存在时间和剂量之间的互作效应，为规避这一风险，“时间-剂量-死亡率模型”(TDM模型)逐渐被采用(Preisleretal., 1989； 冯明光， 1998)。如Wang等(2004)利用该模型检测了蜡蚧轮枝菌(Verticilliumlecanii)6个菌株对甘薯粉虱(Bemisiatabaci)的毒力效果；白云等(2016)通过构建新的“时间-湿度-死亡率”模型等明确了不同温湿度条件下球孢白僵菌(Beauveriabassiana)对2种昆虫的侵染作用。本研究中，白蜡窄吉丁在高温高湿条件下的存活率变化也通过TDM模型进行拟合分析。TDM模型拟合效果会受待测数据的冗余度(唐启义等， 2006)、目标对象适应范围大小(蒋杰贤等， 2004)和待测指标变化规律(白云等， 2016)等因素影响。为减小误差，本研究即使剔除掉部分对模型作用不显著的数据以消除其对模型的干扰，但拟合效果仍不好，推测可能是因为本研究设置的温湿度条件已超出白蜡窄吉丁的适温范围，从而导致该虫的存活数据分散，数据的高度异质性最终影响模型拟合效果。

昆虫的环境耐受性对其适应新环境并实现种群发展具有重要作用。白蜡窄吉丁原产亚洲东北部，传入北美后，在美国逐渐向南扩散，最南已到达路易斯安那州(约31°N)(USDA, 2019)。该地区一年中有81天温度超过32 ℃，日最高温度有时可达40 ℃以上，年均相对湿度为66.8%～87.8%(1)https: ∥www. cityrating. com/weather-history/louisiana/.，这表明白蜡窄吉丁可在高温高湿条件下顺利存活。目前，白蜡窄吉丁在我国最南分布到山东青岛(约36°N)，而其南部部分地区(31°N以北： 河南、湖北、四川、安徽、江苏、浙江等)夏季同样存在较高的温湿度条件，由此推测，当白蜡窄吉丁被意外携带至我国南方栽植有敏感寄主植物的地区(如河南、湖北、安徽、江苏和浙江等)时，该虫很大程度上可以存活下来并可能建立种群，从而对当地白蜡树造成危害。因此，白蜡窄吉丁的各潜在发生区应定期监测并采取严格的检疫措施，严禁来自虫害发生区未经除害处理的受害白蜡苗木调运，发现受害苗木后应及时根除，并对周围白蜡树进行仔细检查和处理，以确保消灭所有虫源。根据目前已经掌握的白蜡窄吉丁在全球的南缘分布位置，结合我国气候和寄主植物分布等情况，可对白蜡窄吉丁未来在我国可能扩散到的地区进行初步判断，下一步还需根据白蜡窄吉丁的发育特性，结合我国各地区的气象数据进行精确的适生区预测和风险分析研究。

4 结论

室内恒定高温高湿条件下对白蜡窄吉丁雌雄成虫的存活和繁殖状况等研究表明，白蜡窄吉丁雌雄成虫对高温高湿具有较强耐受性，41 ℃时二者均可持续存活3天，43 ℃时雌虫体内仍有卵发育成熟。湿度较大时卵粒易被霉菌感染，38 ℃恒温下仍有部分卵粒孵化。在自然界中，白天和夜间温度有差异，且因树荫以及昆虫自身躲避不良环境的能力等白蜡窄吉丁不会长期暴露在高温高湿条件下，然而该虫在本研究设置的持续高温高湿条件下仍能生存数天，这在很大程度上证明该虫在我国南方林间定殖和正常生存的可能性。此外，我国南方部分地区有白蜡窄吉丁喜食的寄主植物存在，白蜡窄吉丁一旦扩散至这些地区，将进一步迅速扩散并发展种群。因此，加强检疫，严格控制受害白蜡苗木调运，以及尽可能减少易感寄主植物的栽植，是控制白蜡窄吉丁传播和扩散的有效手段。