两种核桃蚜虫危害对核桃光合特征的影响

张文佳，马贵龙，高桂珍＊

(1. 新疆农业大学 林学与风景园林学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

核桃（Juglans regiaL.）又称胡桃、羌桃，为胡桃科（Juglandanceae）胡桃属（Juglans）植物[1]，是中国重要的生态与经济林树种，同时也是新疆林果产业的重要支柱。核桃黑斑蚜（Chromaphis juglandicolaKaltenbach）和核桃全斑蚜（Panaphis juglandisGoetze）是危害新疆地区核桃树的主要刺吸式害虫[2]，占据着不同的空间生态位[3]。核桃全斑蚜属于全斑蚜属（Panaphis）[4]，单食性蚜虫，常以成虫及若虫在核桃叶的正面危害，多集中分布于叶片主脉两侧，首尾相接成排，身体与主脉呈一定角度（呈典型的鲱鱼骨状）。核桃黑斑蚜属于黑斑蚜属(Chromaphis)[5]，也是一种单食性蚜虫，但通常会在核桃叶片的背面出现[6]。这两种核桃蚜虫主要在叶片刺吸危害，当它们严重危害时，蚜虫蜜露所形成的霉污会严重影响核桃叶片的光合作用，导致核桃叶片失绿焦枯，同时还会导致核桃仁干缩[7]。目前的研究表明虫害对植物光合作用的影响因植物和害虫种类不同，研究结果存在差异。一些研究发现，虫害的攻击直接导致寄主植物的光合能力下降，从而抑制了光合碳同化能力。例如，针对云南松（Pinus yunnanensisFranch）的研究发现，当受到云杉大小蠹（Dendroctonus micansKugelann）的蛀梢和蛀干攻击后，针叶片中的叶绿素会发生降解，气孔导度下降，进而导致光合速率的降低[8]；悬铃木（Platanus acerifoliaWilld）叶片在受到方翅网蝽（Corythucha ciliataSay）刺吸危害后叶片呈现黄白色褪绿斑点，叶片内叶绿素含量减少，叶片同化胞间CO2的能力降低，导致叶片光合速率下降[9]。然而，部分研究也显示出一些耐虫害植物在受到虫害攻击后可能会出现明显的补偿效应，表现为光合速率的提高。例如，李杨等研究发现当角倍蚜（Schlechtendalia chinensisBell）危害盐肤木（Rhus chinensisMill）后形成虫瘿，反而提高了有虫瘿盐肤木复叶的最大光合速率、光饱合点、光补偿点以及暗呼吸速率等[10]；这种生理现象同样被发现在茶尺蠖（Ectropis oblique hypulinaWehrli）危害后的同株茶树未受损叶片[11]和被蚧壳虫（Dactylopius coccusCosta）危害的冬青树上[12]。光合作用产生的营养物质不仅为植物提供所需，也是影响果树产量和果品品质的重要因素，同时也是作物干物质积累的重要来源。前人的研究表明，核桃全斑蚜和核桃黑斑蚜的分泌物蜜露会引起霉污病的发生，这会导致核桃树正常生长受阻，同时导致核桃仁干缩，出仁率下降20%左右[13]。其他研究表明辣椒常常受棉蚜（Aphis gossypiiGlover）危害，当全株棉蚜数量达到50 头以上时，即可导致设施辣椒产量和品质相关指标明显下降，且随着蚜害等级增加，下降越显著[14]。而核桃受到两种核桃蚜虫危害后的光合作用如何变化尚不清楚，对核桃蚜虫危害后核桃果实的影响报道较少。因此本研究设置受核桃黑斑蚜危害、受核桃全斑蚜危害和受两种蚜虫混合危害3 个处理，比较分析了在核桃不同生长时期受以上不同蚜虫危害后核桃叶片的光合特性，探讨两种核桃蚜虫危害对核桃叶片光合作用和果实干物质积累的影响，以期揭示核桃对虫害的适应机制。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究地点位于新疆伊犁州巩留县库尔德宁镇阔克塔勒村核桃园（43°14'53″ N，82°49'40″ E）。该果园均为七年生的‘温185’核桃树，树体健康，无其他病虫害，并且水肥管理方式一致。在整个试验期间，试验地点未使用任何杀虫剂。

1.2 供试虫源

核桃黑斑蚜及核桃全斑蚜均采自巩留县核桃园内，田间套袋饲养，选取3～4 龄若蚜备用。

1.3 试验设计与方案

1.3.1 核桃蚜虫危害对核桃叶片SPAD 值和光合参数影响 针对核桃生长不同时期，该试验被划分为3 个阶段：速生生长期、硬核期、脂化期。在试验前，选择果园内长势相似的3 块样地，每块样地随机选择长势一致的10 棵核桃树，随机选择大小相近、自然朝向一致、健康的叶片作为试验材料，进行虫害危害处理。虫害处理分为3 组：核桃全斑蚜危害、核桃黑斑蚜危害及两种蚜虫混合危害。健康未受害叶片为对照。其中，核桃黑斑蚜组和核桃全斑蚜组的初始密度均分别为50、100 和200头·叶-1蚜虫；混合组的虫害密度为：两种蚜虫各50 头·叶-1以及各100 头·叶-1。试验过程中，使用湿润的毛笔将不同密度的两种蚜虫转移到植物叶片上，24 h 后检查确定蚜虫在最初接蚜叶片上，如发现数量减少适量补充蚜虫至设置密度。

1.3.2 核桃蚜虫危害对核桃果实出仁率影响 于2021、2022 年每年从5 月中旬开始，在新疆伊犁州巩留县核桃园（43°23'47″ N，82°15'52″ E）选取3 个标准样地，每个样地面积不少于1 ha，采用五点法进行调查。每个点选择5 棵树（树龄一致，生长状态基本一致，距离样地边缘至少3 m，以避免边缘效应）。在每个方向（东、南、西、北）选择生长状态相似的小枝，选取小枝上的7 片叶（枝条长均为50 cm），每5 d 调查一次。观察并记录每个方向叶片上核桃全斑蚜或核桃黑斑蚜的数量。

至9 月中上旬待1/3 青皮开裂时（2021 年9 月8 日、2022 年9 月12 日），记录每株核桃树的青皮产量，带回实验室备用。测定带青皮果实（青果）指标；然后去除青皮（坚果），清洗，晾干，编号，测定核桃果实出仁率。

1.4 试验方法

1.4.1 核桃叶片SPAD 值数据收集 在每个试验阶段处理后的第1、3、5 和7 d（具体取样时间见表1），使用便携式叶绿素测定仪（SPAD-502plus），测定核桃叶片SPAD 值，各选3 片受害叶，每叶取10～12 个点，测量时避开叶脉部位，取平均值。

表1 光合参数测量日期Table 1 Date of measurement of photosynthetic parameters

1.4.2 光合参数的测定 在每个试验阶段处理后的第1、3、5 和7 d（具体取样时间见表1），采用美国LI- COR 公司生产的LI-6400 便携式光合作用系统测定光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr），测定光强为600 μmol·m-2·s-1。每个叶片测定3 次，取平均值，每处理重复3～5 次。

1.4.3 两种核桃蚜虫蚜害等级划分标准及危害后果实出仁率计算 根据两种核桃蚜虫年发生量监测结果，将核桃树蚜虫的虫量按蚜害等级划分标准（表2，参考棉蚜蚜害分级[14]）进行分级记录，单株挂牌、标记。

表2 核桃蚜虫蚜害等级划分标准Table 2 Classification criteria of walnut aphid damage levels

使用千分之一电子天平（梅特勒-托利多PL 303），将试验涉及的每株核桃树果实收集、标号并称量单果质量（青皮）、干果质量和核桃果仁质量等果实指标。根据下式计算出仁率。

1.5 数据处理与分析

所有数据经Excel 整理后，采用SPSS statistics 26.0 软件进行单因素方差分析，以Duncan's 新复极差法进行多重比较显著差异性。其中所有原始数据均经正态转换后进行分析，图形绘制采用Origin 8.0 软件。

2 结果与分析

2.1 不同蚜虫危害叶片SPAD 值的比较

2.1.1 核桃黑斑蚜危害对核桃叶片SPAD 值影响由表3 可知，在核桃速生生长期，受到100头·叶-1和200 头·叶-1核桃黑斑蚜危害7 d 后叶片SPAD 值显著下降（F=10.654，P＜0.01）。在核桃硬核期和脂化期，受不同密度核桃黑斑蚜危害5 d 后叶片SPAD 值均显著下降（F=6.488，P＜0.05；F=7.079，P＜0.05）。

表3 核桃黑斑蚜危害对核桃叶片SPAD 值影响 Table 3 Effect of Chromaphis juglandicola infestation on SPAD values of walnut leaves

2.1.2 核桃全斑蚜危害对核桃叶片SPAD 值影响

由表4 可知，在核桃速生生长期，受100 头·叶-1核桃全斑蚜危害7 d 后的叶片SPAD 值为27.97 和32.12，显著低于未受害叶片SPAD 值（F=3.041，P＜0.05）。在核桃硬核期，受100头·叶-1和200 头·叶-1核桃全斑蚜危害5 d 后叶片SPAD 值显著低于未受害叶片SPAD 值（F=6.843，P＜0.05）。在核桃脂化期，受不同密度核桃全斑蚜危害1～5 d 后叶片SPAD 值均显著下降（F=4.247，P＜0.05；F=3.621，P＜0.05；F=5.488，P＜0.05）。

表4 核桃全斑蚜危害对核桃叶片SPAD 值影响Table 4 Effect of Panaphis juglandis infestation on SPAD values of walnut leaves

2.1.3 混合蚜虫危害对核桃叶片SPAD 值影响 由表5 可见，受混合蚜虫危害后核桃叶片SPAD 值呈下降趋势。在核桃硬核期，受200 头·叶-1混合蚜虫危害3 d 后受害叶片SPAD 值显著低于未受害叶片（F=4.204，P＜0.05）；受100 头·叶-1混合蚜虫危害5 d 后受害叶片SPAD 值显著低于未受害叶片（F=4.209，P＜0.05）。在核桃脂化期，受不同密度混合蚜虫危害1 d 后叶片SPAD 值均显著下降（F=5.273，P＜0.05）。

表5 混合蚜虫危害对核桃叶片SPAD 值影响 Table 5 Effect of mixed aphids infestation on SPAD values of walnut leaves

2.2 不同蚜虫危害叶片光响应特征值的比较

2.2.1 核桃黑斑蚜危害对核桃叶片光合速率的影响 由图1 可见，在核桃速生生长期、硬核期、脂化期，受核桃黑斑蚜危害后核桃叶片光合速率均呈显著下降趋势。受不同密度核桃黑斑蚜危害后，在速生生长期核桃叶片光合速率差异不显著，在硬核期和脂化期叶片光合速率变化不一致。因此，核桃黑斑蚜危害导致核桃叶片的光合速率下降，影响叶片的正常生理活动。

图1 核桃黑斑蚜危害对核桃叶片光合速率的影响Fig. 1 Effect of Chromaphis juglandicola on photosynthetic rate of walnut leaves

2.2.2 核桃全斑蚜危害对核桃叶片光合速率的影响 由图2 可知，在核桃速生生长期、硬核期、脂化期，核桃全斑蚜危害后核桃叶片光合速率均呈显著下降趋势。在3 个不同时期，受200 头·叶-1核桃全斑蚜危害3 d 后叶片光合速率最低，最低值分别为0.594 μmol·m-2·s-1、 0.304 μmol·m-2·s-1、0.459 μmol·m-2·s-1（F=10.644，P＜0.05；F=11.346，P＜0.01；F=35.002，P＜0.01）。综上，核桃全斑蚜短时危害严重影响叶片光合速率，且随着虫害密度的增加光合速率下降得越快。

图2 核桃全斑蚜危害对核桃叶片光合速率的影响Fig. 2 Effect of Panaphis juglandis on photosynthetic rate of walnut leaves

2.2.3 混合蚜虫危害对核桃叶片光合速率的影响由图3 可知，在核桃硬核期和脂化期，受到两种混合蚜虫危害后叶片光合速率均呈先下降后上升趋势。在核桃硬核期，受不同密度混合蚜虫危害3 d后受害叶片光合速率均为同密度危害最低值，最低值分别为0.490 μmol·m-2·s-1和0.652 μmol·m-2·s-1（F=53.539，P＜0.01）。在核桃脂化期，受200头·叶-1混合蚜虫危害3 d 后和100 头·叶-1混合蚜虫危害5 d 后受害叶片光合速率分别是同密度不同天数处理的最低值，最低值分别为0.536 μmol·m-2·s-1和0.359 μmol·m-2·s-1（F=251.326，P＜0.01；F=100.030，P＜0.01）。综上，混合蚜虫危害对核桃叶片光合速率影响受危害时长和虫害密度影响。

2.2.4 核桃黑斑蚜危害对核桃叶片蒸腾速率的影响 如图4 所示，在核桃速生生长期、硬核期、脂化期，核桃黑斑蚜危害后核桃叶片蒸腾速率均呈显著下降趋势。在核桃速生生长期，受3 种密度核桃黑斑蚜危害3 d 后较其他危害天数下的蒸腾速率处于最低值，分别为0.000 27 μmol·m-2·s-1、0.000 43 μmol·m-2·s-1、0.000 36 μmol·m-2·s-1，与健康叶片蒸腾速率比呈现显著差异（F=19.676，P＜0.05）。综上所述，核桃黑斑蚜危害对受害叶片的蒸腾速率有显著影响，且受短时危害后叶片蒸腾速率降低较显著。

图4 核桃黑斑蚜危害对核桃叶片蒸腾速率的影响Fig. 4 Effect of Chromaphis juglandicola on transpiration of walnut leaves

2.2.5 核桃全斑蚜危害对核桃叶片蒸腾速率的影响 如图5 所示，在核桃速生生长期、硬核期、脂化期，核桃全斑蚜危害后核桃叶片蒸腾速率均呈显著下降趋势。在核桃速生生长期和硬核期，受100头·叶-1和200 头·叶-1核桃全斑蚜危害3 d 后较其他危害天数下的蒸腾速率下降最显著（F=33.236，P＜0.05；F=280.297，P＜0.01）。综上所述，核桃全斑蚜危害对受害叶片的蒸腾速率有显著影响。

图5 核桃全斑蚜危害对核桃叶片蒸腾速率的影响Fig. 5 Effect of Panaphis juglandis on transpiration of walnut leaves

2.2.6 混合蚜虫危害对核桃叶片蒸腾速率的影响由图6 可以看到，在核桃硬核期、脂化期，混合蚜虫危害后核桃叶片蒸腾速率均呈显著下降趋势，且蚜虫密度越高，下降越明显；同时随危害时长增加呈现先下降后上升的趋势，受不同密度混合蚜虫危害3 d 后叶片蒸腾速率最低（P＜0.05）。综上，混合蚜虫危害对核桃叶片蒸腾速率影响受危害时长和蚜虫密度影响。

图6 混合蚜虫危害对核桃叶片蒸腾速率的影响Fig. 6 Effect of mixed aphids on transpiration of walnut leaves

2.3 不同核桃蚜虫危害对核桃果实干物质积累的影响

由表6 中可知，在2021 年核桃果实数据中，核桃黑斑蚜、核桃全斑蚜和混合蚜虫危害后的干果的出仁率显著下降，分别下降15.57%、17.86%、20.09%（P＜0.05）。在2022 年果实数据中，受核桃全斑蚜和混合蚜虫危害后干果的出仁率同样显著下降，分别下降了18.13%和17.34%（P＜0.05）；受到核桃黑斑蚜、核桃全斑蚜、混合蚜虫危害后单果质量（青皮）均显著降低，分别为50.59 ± 3.18 g、63.42 ± 0.64 g 和62.76 ± 5.06 g（P＜0.05），方差分析结果表明核桃黑斑蚜危害后的单果质量最低；在2022 年干果质量数据中，受核桃全斑蚜危害和核桃黑斑蚜危害后的干果质量分别为7.35 ± 0.21 g、9.48 ± 1.18 g（P＜0.05），明显低于对照组干果质量。综上所述，核桃果实干物质积累受核桃蚜虫年发生量的影响，说明核桃黑斑蚜和核桃全斑蚜危害会对核桃果实（青皮）质量、干果质量和出仁率造成影响。

表6 不同蚜虫危害对核桃果实的影响 Table 6 Effect of different aphid damage on walnut fruit

3 讨论

本研究表明，两种核桃蚜虫危害核桃叶片导致叶片SPAD 值下降，这可能是因为叶片中叶绿体结构受到破坏，叶片组织脱水，叶绿素合成、分解代谢及信号调控受到影响，进而影响光合作用，严重时造成叶片失绿卷曲。斑点夜蛾（Spodoptera lituraFabricius）[15]、 桃蚜（Myzus persicaeSulzer）[16]、 茶黄蓟马（Scirtothrips dorsalisHood）[17]等危害叶片后叶绿素严重破坏和流失，植物的光合作用受到严重的干扰，植物免疫力降低。烟草花叶病毒（cucumber mosaic virus，CMV）通过感染烟草植株而导致叶绿素降解，会显著增加烟蚜（Myzus persicaeSulzer）的寄生率和繁殖率，从而导致烟草叶片的大量凋萎和死亡[18]。本研究结果与这些研究结果一致。

由于叶绿素含量与植物抗虫性密切相关，因此研究叶绿素含量的变化可以为植物的虫害防治提供重要依据[19-20]。前人研究表明，B 型烟粉虱（Bemisia tabaciGennadius）危害南瓜造成较为明显的银叶反应，同时随着危害时间的增加叶绿素含量降低，导致南瓜叶片光合速率降低[21]；松材线虫（Bursaphelenchus xylophilus）危害马尾松（Pinus massonianaLamb）[22]、鸭脚树星室木虱 (Pseudophacopteron alstoniumYang and Li)危害糖胶树（AlstoniascholarisL.）[23]和南方根结线虫（Meloidogyne incongnitaKofold and White）危害乌桕（Sapium sebiferumRoxb）[24]等研究结果均表明害虫危害导致叶绿素含量下降，光合速率下降。与本研究中叶片在受到两种核桃蚜虫危害后，SPAD 值明显降低且与危害天数相关的结果一致；同时，在本研究中发现在相同时期相同危害天数受核桃全斑蚜危害后叶片SPAD 值明显低于受另两组蚜虫危害后的叶片SPAD 值。因此，保持叶绿素的含量，对于提高植物的免疫力和抗虫能力具有重要的意义。

光合速率和蒸腾速率是光合作用中两个重要的生理过程。其中光合速率是植物生长的重要基础，也是评价植物生长和光合效率的指标之一。光合速率高的植物能够快速合成有机物质，从而有利于植物的生长、发育和抵御各种环境胁迫的能力[25-27]。研究显示，玉米蚜（Rhopalosiphum maidisFitch）刺吸不同抗性玉米品种均对玉米叶片结构造成不同程度破坏，降低了光合速率[28]。并且一些研究结果显示，害虫刺吸会破坏叶绿素结构使寄主植物叶片表型变化，导致光合速率降低，例如B 型烟粉風危害会造成寄主植物表型变化[21]，如番茄的不均匀成熟、西萌芦银叶、萬宦叶莲变白以及部分观赏植物叶片失绿等现象，从而导致光合速率下降。本研究中，核桃黑斑蚜危害、核桃全斑蚜危害和混合蚜虫危害均对叶片光合速率造成显著影响，并且随着核桃生长不同时期发生不同变化；同时研究发现受核桃全斑蚜危害和混合蚜虫危害后叶片光合速率下降程度高于受核桃黑斑蚜危害。这可能与刺吸式口器蚜虫刺吸叶片后对叶片结构造成破坏，导致叶绿素结构受损并引发了表型的改变，进而影响了叶片的光合速率相关，同时这可能也与两种核桃蚜虫的生态位不同相关。

蒸腾速率是指植物蒸腾作用中单位时间内水分从植物体内散发出去的速率。它是植物体内水分平衡的关键调节因素，同时也是植物生长和生理代谢的重要基础。在本研究中，受到蚜虫危害后叶片蒸腾速率显著降低，这可能与蚜虫危害导致叶片气孔组织被破坏有关，也可能与蚜虫分泌蜜露堵塞叶片气孔组织相关。相关研究表明多毛小蠹(Scolytus seulensisMurayama)危害赛买提杏树(Armeniaca vulgarisLam)后杏树叶片蒸腾速率下降，气孔限制值增加[29]；二斑叶螨（Tetranychus urticaeKoch）危害麻疯树（Jatropha curcasL.）后同样导致麻疯树叶片蒸腾速率下降[30]，与本研究结果一致。

在本研究中，核桃黑斑蚜和核桃全斑蚜危害主要造成核桃单果（青皮）质量减小、出仁率下降等。在前人研究中，蚜虫在危害后进一步会造成植物果实干物质积累受影响，与本研究结果一致。例如，当每果枝桃蚜数量达到20～60 头时会造成果实产量明显减少[16]；抗压性较弱小麦品种受到蚜虫危害后产量、千粒重等产量数据明显下降，同时小麦出粉率、小麦籽粒蛋白质含量、硬度、面粉沉降值、面筋含量等指标也出现显著下降[31]。因此，蚜虫虫害是危害果实的重要影响因子，对核桃蚜虫防控来说，需要在核桃生长发育各个时期早期对两种核桃蚜虫及时持续监测，并选择合适时期利用天敌或化学药剂对核桃蚜虫种群实施有效控制。

4 结 论

两种核桃蚜虫的危害会影响核桃叶片的SPAD 值、光合速率和蒸腾速率等光合特性，并且两种核桃蚜虫危害还导致核桃果实出仁率显著下降。在核桃生长不同时期，受100 头·叶-1以上核桃黑斑蚜和核桃全斑蚜危害5～7 d 后叶片SPAD 值下降较为显著，在脂化期叶片SPAD 值受核桃全斑蚜危害较速生生长期和硬核期更为显著。核桃叶片的光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr）受两种核桃蚜虫危害后均出现明显下降，在不同时期受不同种类、不同密度核桃蚜虫危害不同时长呈不同变化趋势。