施翔宇， 封洪強(qiáng)， 李建東， 劉 冰

（1.河南省農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部華北南部作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，鄭州 450002；2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，沈陽(yáng) 110161）

昆蟲(chóng)的遷飛是其對(duì)自然選擇的一種適應(yīng)行為，像黏蟲(chóng)、棉鈴蟲(chóng)、小地老虎等許多重要的夜蛾類農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)都具有遷飛的習(xí)性，這使害蟲(chóng)可以逃避不良的棲息環(huán)境，擴(kuò)大為害范圍。有研究表明，大部分昆蟲(chóng)在飛行過(guò)程中對(duì)滑翔運(yùn)用得十分有限，需要不斷拍動(dòng)翅翼才能保持飛行狀態(tài)［1］，因此昆蟲(chóng)振翅行為對(duì)其飛翔活動(dòng)尤為重要，對(duì)昆蟲(chóng)振翅頻率的研究有利于對(duì)昆蟲(chóng)的飛翔活動(dòng)更深入的了解。

目前我國(guó)許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)黏蟲(chóng)等夜蛾類害蟲(chóng)的飛翔活動(dòng)進(jìn)行過(guò)較為細(xì)致的研究。胡伯海、林昌善等做過(guò)黏蟲(chóng)遷飛的模擬試驗(yàn)［2］；張志濤、李光博對(duì)黏蟲(chóng)進(jìn)行吊飛，測(cè)定了黏蟲(chóng)飛行的生物學(xué)特性［3］；羅禮智、江幸福、張蕾等曾對(duì)黏蟲(chóng)飛行能力與產(chǎn)卵、溫度、光照、風(fēng)、營(yíng)養(yǎng)、卵巢發(fā)育等等因素之間的關(guān)系進(jìn)行過(guò)比較系統(tǒng)的闡述［4－7］；王玉正、張孝羲討論了黏蟲(chóng)成蟲(chóng)期行為、繁殖與遷飛潛力和遷飛過(guò)程之間的關(guān)系［8］；吳孔明、郭予元在1996年研究了棉鈴蟲(chóng)的飛翔活動(dòng)［9］，張孝羲、鄭祖強(qiáng)等對(duì)棉鈴蟲(chóng)兼性遷飛習(xí)性進(jìn)行過(guò)闡述［10］；賈佩華、曹雅忠在20世紀(jì)90年代對(duì)小地老虎的飛翔活動(dòng)進(jìn)行過(guò)較為細(xì)致的研究［11－12］。以上對(duì)黏蟲(chóng)、棉鈴蟲(chóng)和小地老虎的飛翔過(guò)程中的習(xí)性以及飛行能力與各種生態(tài)因子之間關(guān)系做了比較系統(tǒng)和深入的研究，但是并沒(méi)有對(duì)昆蟲(chóng)的振翅頻率進(jìn)行測(cè)定。

陳偉等曾使用PFS－1頻閃儀研究了黏蟲(chóng)蛾的振翅頻率與溫度、濕度、營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)速風(fēng)向等方面的關(guān)系［13］，但我國(guó)主要的3種遷飛性夜蛾之間振翅頻率是否存在差異尚不清楚。目前國(guó)際上最先進(jìn)的昆蟲(chóng)雷達(dá)已能準(zhǔn)確測(cè)定高空中遷飛的昆蟲(chóng)的振翅頻率，并把蝗蟲(chóng)、蛾類及草蛉等差異大的昆蟲(chóng)自動(dòng)區(qū)分開(kāi)［14］。由于黏蟲(chóng)、棉鈴蟲(chóng)和小地老虎同屬夜蛾科，體型相近，能否用昆蟲(chóng)雷達(dá)自動(dòng)識(shí)別尚不清楚。本試驗(yàn)在相同的試驗(yàn)條件下對(duì)棉鈴蟲(chóng)、黏蟲(chóng)和小地老虎的振翅頻率進(jìn)行了比較研究，以期為雷達(dá)目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別提供支持。

1 材料與方法

1.1 蟲(chóng)源與飼養(yǎng)

黏蟲(chóng)和小地老虎卵由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供，棉鈴蟲(chóng)成蟲(chóng)采自河南新鄉(xiāng)并在室內(nèi)建立實(shí)驗(yàn)種群。黏蟲(chóng)幼蟲(chóng)在容積約1L的玻璃瓶?jī)?nèi)飼以新鮮小麥苗，每瓶15～20頭，保持23～26℃的溫度和70%～80%的相對(duì)濕度直到老熟，然后將幼蟲(chóng)轉(zhuǎn)移到鋪有4～5cm濕潤(rùn)細(xì)土的塑料盆中化蛹羽化。棉鈴蟲(chóng)和小地老虎用人工飼料飼養(yǎng)幼蟲(chóng)，老熟后挑至試管中讓其鉆入大塊的人工飼料中化蛹，待蛹成熟呈黑紅色時(shí)轉(zhuǎn)移到養(yǎng)蟲(chóng)籠內(nèi)羽化。

3種成蟲(chóng)按日齡飼養(yǎng)在人工光照培養(yǎng)箱中，保持光周期為L(zhǎng)∥D＝16h∥8h、日間溫度25℃、夜間溫度23℃以及75%的相對(duì)濕度，每日補(bǔ)充5%的蜂蜜水飼養(yǎng)。

1.2 測(cè)定振翅頻率

振翅頻率測(cè)定在每日22：00以后進(jìn)行。先用乙醚將試蟲(chóng)麻醉，然后用毛刷刮去中胸背板上的鱗片，用502膠水將其背板粘在長(zhǎng)約10cm的鐵絲上，吊飛于設(shè)定好溫濕度的培養(yǎng)箱當(dāng)中，然后用DT－311N頻閃儀距待測(cè)昆蟲(chóng)約30cm測(cè)定其振翅頻率。由高向低旋轉(zhuǎn)旋鈕改變頻閃儀的閃光頻率，待視線中待測(cè)昆蟲(chóng)的翅膀在閃光下只有一對(duì)（當(dāng)閃光頻率為昆蟲(chóng)振翅頻率的n倍時(shí)，肉眼觀測(cè)昆蟲(chóng)在閃光燈下會(huì)出現(xiàn)n對(duì)翅膀）并出現(xiàn)“靜止”狀態(tài)時(shí)，此時(shí)的閃光頻率便是昆蟲(chóng)的振翅頻率。同一昆蟲(chóng)在6個(gè)相對(duì)濕度為75%但溫度分別為12、16、20、24、28、32 ℃的人工培養(yǎng)箱中測(cè)定振翅頻率，每轉(zhuǎn)移一個(gè)培養(yǎng)箱先令昆蟲(chóng)適應(yīng)約10min再進(jìn)行此溫度下振翅頻率的測(cè)定，每種昆蟲(chóng)從羽化到自然死亡共測(cè)試13個(gè)日齡，每個(gè)日齡測(cè)試10～16頭。

測(cè)定后將雌蟲(chóng)解剖并記錄其卵巢發(fā)育情況［13］。雌性成蟲(chóng)卵巢發(fā)育分為6級(jí)，分別為1級(jí)：卵未形成；2級(jí)：卵粒細(xì)小但可分辨；3級(jí)：卵粒成熟排列緊密；4級(jí)：產(chǎn)卵盛期；5級(jí)：產(chǎn)卵末期；6級(jí)：產(chǎn)卵已完畢。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

本試驗(yàn)所用分析方法為Repeated Measures ANOVA （Proc Mixed，SAS Institute 2002）。

2 結(jié)果與分析

2.1 性別、溫度和蛾齡對(duì)3種昆蟲(chóng)振翅頻率的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明：棉鈴蟲(chóng)、黏蟲(chóng)和小地老虎這3種昆蟲(chóng)的振翅頻率存在極顯著差異（表1），其中棉鈴蟲(chóng)和黏蟲(chóng)（F＝17.71，P＜0.0001）、棉鈴蟲(chóng)和小地老虎（F＝17.03，P＜0.0001）之間差異極顯著，而黏蟲(chóng)和小地老虎之間無(wú)顯著差異（F＝1.05，P＝0.29）。溫度、日齡對(duì)3種昆蟲(chóng)均有極顯著影響。

溫度和日齡對(duì)3種昆蟲(chóng)的振翅頻率都有極顯著的影響；性別只對(duì)黏蟲(chóng)振翅頻率的影響極顯著，其中3日齡（F＝2.07，P＝0.0383）、4日齡（F＝3.47，P＝0.005）、6日齡（F＝5.38，P＜0.0001）、8日齡（F＝6.31，P＜0.0001）和12日齡（F＝4.86，P＜0.0001）的黏蟲(chóng)雌蛾和雄蛾振翅頻率之間都存在顯著差異；而相同溫度下，黏蟲(chóng)的雌蛾和雄蛾之間無(wú)顯著差異；黏蟲(chóng)和小地老虎的性別與日齡交互作用對(duì)振翅頻率的影響極顯著（表2）。

表1 昆蟲(chóng)振翅頻率與種類、性別、溫度和日齡的相互關(guān)系Table 1 The relationships between species，sex，temperature，age and wingbeat frequency

表2 性別、日齡和溫度對(duì)棉鈴蟲(chóng)、小地老虎和黏蟲(chóng)振翅頻率的影響Table 2 Impacts of sex，age and temperature on wingbeat frequency in M.separata，H.armigera and A.ypsilon

2.2 3種昆蟲(chóng)振翅頻率隨日齡、溫度的變化

試驗(yàn)顯示，棉鈴蟲(chóng)振翅頻率的范圍在12.20～60.49Hz之間，最低值出現(xiàn)在9日齡、12℃，而最高值出現(xiàn)在3日齡、32℃的條件下；黏蟲(chóng)振翅頻率的范圍在11.88～48.40Hz之間，最低值出現(xiàn)在12日齡、12℃，最高值則出現(xiàn)在6日齡28℃；小地老虎振翅頻率的范圍為14.05～48.28Hz，最低值和最高值分別出現(xiàn)在1日齡12℃和7日齡24℃的條件下。

圖1 不同日齡、溫度下棉鈴蟲(chóng)（A，B）、黏蟲(chóng)（C，D）、小地老虎（E，F(xiàn)）雌蛾（A，C，E）和雄蛾（B，D，F(xiàn)）的振翅頻率等高線圖Fig.1 Contour of wingbeat frequency of female（A，C，E）and male（B，D，F(xiàn)）Helicoverpa armigera （A，B），Mythimna separata （C，D），Agrotis ypsilon （E，F(xiàn)）at different ages and temperatures

分別對(duì)3種昆蟲(chóng)的雌蛾和雄蛾的振翅頻率按日齡求平均值，然后做出振翅頻率、溫度和日齡之間的等高線圖（圖1）。從圖中可以看出：3種昆蟲(chóng)在羽化后1～7日齡，振翅頻率都呈上升趨勢(shì)，到7～8日齡后，振翅頻率開(kāi)始下降。其中棉鈴蟲(chóng)在12～28℃時(shí)振翅頻率迅速上升，各溫度之間差異極顯著（P＜0.0001），而28℃和32℃之間振翅頻率變化很小，分別為（41.36±4.48）Hz和（41.50±5.69）Hz，無(wú)顯著差異（P＝0.97）；在3～7日齡24～32℃條件下是其振翅頻率的高峰區(qū)域（≥45Hz），2日齡12℃的為最低點(diǎn)（16.74±2.61）Hz。黏蟲(chóng)振翅頻率在12～28℃溫度梯度下呈上升趨勢(shì)，各溫度間差異極顯著（P＜0.001），32℃時(shí)振翅頻率比28℃略有下降，24℃和32℃之間、28℃和32℃之間均無(wú)顯著差異（P＞0.05）；其最高峰（≥40Hz）出現(xiàn)在7、8日齡的24℃和28℃兩個(gè)溫度梯度下，而在13日齡12℃時(shí)降至最低點(diǎn)（17.61±3.18）Hz。12～24℃4個(gè)溫度梯度下，小地老虎振翅頻率迅速上升，24℃為最高點(diǎn)，隨后開(kāi)始下降，除20℃和32℃之間差異不顯著（P＝0.80）外其余各溫度之間均存在極顯著差異（P＜0.0001）；5～8日齡的小地老虎成蟲(chóng)在24℃時(shí)振翅頻率最大，達(dá)到40～45Hz，13日齡12℃時(shí)為最低的（19.69±3.99）Hz。

從振翅頻率的等高線圖可以看出，溫度和日齡對(duì)3種昆蟲(chóng)振翅頻率的影響呈現(xiàn)出不同類型。棉鈴蟲(chóng)的振翅頻率出現(xiàn)兩個(gè)高峰（圖1A，B），而黏蟲(chóng)和小地老虎則只有一個(gè)高峰（圖1C，D，E，F(xiàn)）。小地老虎（圖1E，F(xiàn)）振翅頻率的變化對(duì)溫度比棉鈴蟲(chóng)（圖1A，B）和黏蟲(chóng)（圖1C，D）要更靈敏，不同日齡間的變化較小。

2.3 三種昆蟲(chóng)振翅頻率與產(chǎn)卵之間的關(guān)系

對(duì)試驗(yàn)后的雌性成蟲(chóng)解剖發(fā)現(xiàn)，3種昆蟲(chóng)里面除了一頭黏蟲(chóng)蛾在6日齡開(kāi)始產(chǎn)卵（卵巢發(fā)育達(dá)到4級(jí)）外，都是在7日齡時(shí)開(kāi)始產(chǎn)卵（表3）。而3種昆蟲(chóng)雌蛾的振翅頻率幾乎都是在7日齡達(dá)到最高值并在8日齡開(kāi)始下降（圖1），這說(shuō)明了棉鈴蟲(chóng)、黏蟲(chóng)和小地老虎雌性成蟲(chóng)的振翅頻率和產(chǎn)卵行為之間的關(guān)系相一致，都是在產(chǎn)卵前總體呈上升趨勢(shì)，開(kāi)始產(chǎn)卵前后達(dá)到最大值，之后隨產(chǎn)卵歷期的延長(zhǎng)而下降。

表3 三種昆蟲(chóng)卵巢發(fā)育級(jí)別和日齡的關(guān)系Table 3 The relationships between ovary development and age

3 討論

本研究使用頻閃儀測(cè)定了不同溫度下不同日齡的黏蟲(chóng)、棉鈴蟲(chóng)和小地老虎3種夜蛾科遷飛昆蟲(chóng)的振翅頻率。結(jié)果表明：棉鈴蟲(chóng)、黏蟲(chóng)和小地老虎在翅硬化以后便具備振翅飛行能力，振翅頻率隨日齡的增加而升高，到7～8日齡后逐日下降。3種昆蟲(chóng)雌蛾的振翅頻率都是在開(kāi)始產(chǎn)卵時(shí)達(dá)到最高，而后隨著產(chǎn)卵量的增加而下降。這與前人對(duì)3種昆蟲(chóng)飛行能力與發(fā)育關(guān)系的認(rèn)識(shí)基本一致［3，4，11－15］。

3種昆蟲(chóng)的振翅頻率在12～32℃間隨溫度的變化而變化。根據(jù)振翅頻率最大值確定了棉鈴蟲(chóng)最適飛行溫度為28～32℃，黏蟲(chóng)最適溫度為28℃，小地老虎則是24℃。陳偉等研究發(fā)現(xiàn)黏蟲(chóng)蛾在7～25.5℃的溫度下振翅頻率逐漸上升，26℃以后振翅頻率開(kāi)始下降［13］，這與本研究結(jié)果基本一致。

吳孔明等的研究發(fā)現(xiàn)20～24℃為棉鈴蟲(chóng)的最適飛行溫度［9］；張志濤等認(rèn)為黏蟲(chóng)飛行的最適溫度為17℃左右［3］；賈佩華等發(fā)現(xiàn)19℃是小地老虎飛行的最適溫度［11］。以上研究均是以飛行的速度、時(shí)間和距離來(lái)判斷飛行能力確定最適飛行溫度的，這與本試驗(yàn)以振翅頻率指標(biāo)確定最適溫度所得到的結(jié)果不盡相同。振翅頻率直接影響到昆蟲(chóng)的飛行能力，昆蟲(chóng)的翅振頻率愈高，飛翔速度愈快，逆風(fēng)飛行的能力就越強(qiáng)［16］，但與吳孔明等的研究結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)昆蟲(chóng)個(gè)體不一定能在較高的振翅頻率條件下維持較長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)于昆蟲(chóng)的振翅頻率、日齡、溫度與持續(xù)飛行時(shí)間等指標(biāo)之間的相互關(guān)系仍有待于進(jìn)一步研究。

棉鈴蟲(chóng)、黏蟲(chóng)和小地老虎這3種昆蟲(chóng)的振翅頻率存在極顯著差異，其中黏蟲(chóng)與小地老虎之間差異不顯著，但兩者與棉鈴蟲(chóng)之間的差異顯著。這一研究結(jié)果將有助于利用昆蟲(chóng)雷達(dá)依據(jù)振翅頻率自動(dòng)識(shí)別我國(guó)主要遷飛性夜蛾類昆蟲(chóng)，但由于3種昆蟲(chóng)的振翅頻率有相當(dāng)大的重合范圍，單獨(dú)依靠振翅頻率對(duì)棉鈴蟲(chóng)、黏蟲(chóng)和小地老虎遷飛中的個(gè)體進(jìn)行識(shí)別仍比較困難，還需要尋求更有效的個(gè)體識(shí)別方法。

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