两种模型拟合药材甲幼虫生长发育与环境温度的关系

摘要：为了比较两种常见数学模型拟合昆虫发育与环境温度之间的关系，以储藏期中药材甘遂为寄主食料，在人工气候实验室，研究了药材甲（Stegobium paniceum L.）幼虫的生长发育，计算分析昆虫发育速率与温度之间的数学关系。通过Logistic模型及“王-兰-丁”模型对温度与药材甲各龄期幼虫发育之间的数学关系进行拟合，分析温度对药材甲幼虫生长发育影响。结果表明，研究共优化拟合温度与药材甲幼虫发育关系的Logitsic方程5个，温度与药材甲幼虫发育关系的“王-兰-丁”方程5个。从两类数学模型拟合结果来看，“王-兰-丁”模型拟合对研究较宽温度幅度的昆虫发育与温度之间的关系拟合效果优于Logistic模型。

关键词：中药材；药材甲；温度；发育；数学模型

中图分类号：Q968.1文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.01.023

Mathematical Models of Temperature and Development of Larvae Stegobium paniceum L. in Stored Chinese Medicine Material

LI Can

（Department of Biology and Engineering of Environment, Laboratory of Pest Control and Resource Utilization, Guiyang University, Guiyang,Guizhou 550005, China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ: Mathematical models expressed the relationship between temperature and development larvae of Stegobium paniceum L. in stored Chinese medicine material were studied at 17, 20, 23, 26, 29, 32 and 35 ℃ in control conditional laboratory. The mathematical equations expressed the relationship between development and temperature was carried out with Logistic model and “Wang-Lan-Ding” model separately. Results showed that, the higher temperature was profitably condition to the development of S. paniceum L.Five Logistic models and five “Wang-Lan-Ding” models were carried out to express to the relationship between the temperature and development speed of larvae of S. paniceum L. The “Wang-Lan-Ding” models was better than Logistic models to express the relationship between the temperature and development speed of S. paniceum L. in such research with larger range of experimental temperature.

Key words: Chinese medicine material；Stegobium paniceum L.；temperature；development；mathematical models

药材甲（Stegobium paniceum L.）属昆虫纲(Isecta)鞘翅目(Coleoptera)窃蠹科(Anobiidae)，是一种世界性的仓储害虫。药材甲为美国南部各洲[1]、德国柏林[2]储藏物中发生较多的害虫之一。食性复杂，寄主多样，是我国中药材储藏期头号大害虫，在我国主要中药材产区的仓库昆虫群落中，药材甲均为优势种群[3-6]。因该虫近年在贵阳地区爆发成灾，给当地中药材产业造成极大的损害。本研究组已从生物学、生态学、毒理学多学科角度，对药材甲的发生、危害、生物学特性、发育起点温度和有效积温、气调毒理等开展了系统的研究 [3-6]。根据前期工作得知，幼虫期是药材甲造成危害的主要发育阶段，对其发生危害进行科学预测显得尤为重要。笔者研究了温度与药材甲幼虫发育之间的数学关系，研究结果将对药材甲种群发生预测及发展综合控制技术有潜在意义和价值。

1材料和方法

1.1试验材料和设备

供试昆虫药材甲为实验室驯化饲养20代以上的实验种群，寄主药材为采集试虫时的寄主药材甘遂，采购于贵阳市药材公司和贵州中草药医院，药材经过杀虫处理，备用。

主要仪器设备有人工气候箱(LRH250-GS智能人工气候箱，广东医疗器械厂生产)、亚都超声波加湿器(YC-D202型，北京亚都科技股份有限公司生产)、连续变倍体视显微镜(解剖镜，XTS20，太克仪器公司生产)等。

1.2研究方法与数据分析

试验观察在人工气候箱内进行，试验温度17，20，23，26，29，32 ℃(误差±1℃)，相对湿度RH75％(误差为5％)，光照L∶D=14∶10，光照强度3 500 lx，每个处理50粒以上卵，保证观察集中孵化出的30头幼虫，设3个重复。隔日观察记录药材甲的发育进展，记录各虫态发育历期、存活数、死亡数以及成虫寿命等。

试验记录数据采用Logistic模型[7]V（t）=■拟合温度与药材甲发育速率之间的关系；根据发育起点温度和最高存活温度TL和最高温度TH对药材甲发育速率与温度之间的关系利用“王-兰-丁”模型[8]V（t）=■×1-EXP-■×1-EXP-■进行实验拟合，其中K为高温下潜在的饱和发育速率，r是发育速率随温度变化的指数增长率；TL、TH各为最高，最低发育温度，T0为最适发育温度，δ为边界层宽度。

以上分析处理均在SPSS11.5软件包下完成。

2结果与分析

采用Logistic模型拟合温度与药材甲幼虫发育速率之间的关系，拟合的发育速率数学模型如表1所示。由表1可见，药材甲1、2、3、4龄幼虫和整个幼虫期拟合模型的相关系数分别为0.915 1，

0.944 5，0.876 8，0.809 8和0.893 3，线性关系较好。该虫1、2、3和4龄幼虫在高温下的潜在最大发育速率K分别为0.131 6、0.146 7、0.095 0和0.074 4d-1。

根据发育起点温度TL和生存最高临界温度TH，对药材甲幼虫发育速率与温度之间的关系进行“王-兰-丁” [8]模型拟合（表2）。从表2中可知，药材甲1、2、3、4龄幼虫和整个幼虫期拟合模型的相关系数分别为0.957 1，0.972 3，0.945 7，

0.885 0和0.834 1,与Logistic模型拟合结果比较，相关系数较高。药材甲1、2、3和4龄期幼虫发育临界低温TL分别为11.24、15.19、9.40和10.43 ℃，其中3龄幼虫的发育临界起点温度最低。药材甲1、2、3和4龄期幼虫高温下潜在的饱和发育速率K分别为0.463 4、0.547 4、0.357 9和0.269 3 d-1,可见，随着龄期的增长，药材甲幼虫在高温下潜在的饱和发育速率呈现下降趋势。

3讨 论

温度是影响昆虫生长发育的一个重要生态因子[9]，研究分析温度等环境因子对昆虫生长发育和繁殖的影响，就昆虫对温度反应的特点可以进行发生期、适生范围预测、成灾机制分析等重要研究工作，是害虫控制技术实践的基础性工作。本领域经典研究工作集中在不同温度下的昆虫发育速率快慢，繁殖能力大小测定，用实验种群生态学的统计参数、生命表方法等作为主要手段。经过大量研究提炼出来的数学关系模型，则对害虫发育速率有更为准确的预测作用。

Logistic模型符合有机体发育速率增长指数在低温下随温度增加而升高，高温下随着温度增加而降低的经验观察，迄今为止是表达温度与昆虫发育速率关系的许多经验公式中最基本的一种形式，但不足之处在于未能反应出高温下发育速率下降的特性[8]，为此后人给出了很多修正方案。“王-兰-丁” 模型应为Logistic模型的一个修正。本研究中，与Logistic模型拟合结果相比较，研究结果更适合于采用“王-兰-丁”模型拟合。这可能与试验选用温度范围较宽有关。一般意义下，就温度对昆虫实验种群发育和繁殖参数的影响之间的数学关系模型拟合，若实验温度集中在最适温度范围内，则选用线性模型拟合。若实验最低温度接近发育起点温度，最高温度接近高温临界值，则选用Logistic 拟合。“王-兰-丁”拟合模型的优势在于在较广温度范围内，可拟合计算出实验昆虫的存活起始温度和临界致死温度。

参考文献：

[1] Platt R R, Cuperus G W, Payton M, et al. Integrated pest management perceptions and practices and insect populations in grocery stores in south-central United States[J]. Journal of Stored Products Research, 1998, 34(1): 1-10.

[2] Scheurer S, Bauer Dubau K. Lepidoptera and Coleoptera as pests of stored products in Berlin during1991—1997[J]. Anzeiger fur Schadlingskunde Pflanzenschutz Umweltschutz, 1999, 72(1): 14-18.

[3] 李灿，李子忠. 药材甲发育起点温度和有效积温[J]. 昆虫知识, 2007, 44(3): 379-381.

[4] 李灿，李子忠，郑兴旺，等. 高浓度二氧化碳气调胁迫对药材甲老熟幼虫磷酸酯酶活性的影响[J]. 植物保护， 2008，34(1): 123-126.

[5] 李灿，金道超，柳琼友，等.温度对药材甲实验种群发育和繁殖参数的影响[J]. 生态学报，2007, 27(8): 3532-3535.

[6] LI C, LI Z Z, CAO Y, et al. Partial characterization of stress-induced carboxylesterase from adults of Stegobium paniceum and Lasioderma serricorne (Coleoptera: Anobiidae) subjected to CO2-enriched atmosphere[J].Journal of pest science,2009, 82:7-11.

[7] Davidson J. On the relationship between temperature and rate of development of insects at constant temperature[J]. Journal of Anim Ecol, 1944, 13: 26-38.

[8] 王如松，兰仲雄，丁岩钦. 昆虫发育速率与温度关系的数学模型研究[J].生态学报，1982，2(1): 47-57.

[9] 于彩虹，林荣华，李照会. 温度对豆荚野螟实验种群的影响[J]. 生态学报，2004，24(7): 1561-1565.

[10] 徐汝梅.昆虫种群生态学[M]．北京：北京师范大学出版社，1987：61-82.

收稿日期：2011-11-01；修订日期：2012-01-11

基金项目：贵州省中药现代化专项项目(黔科合中药字[2011]5049号)；贵阳市重点科技成果推广项目（[2010]筑科成合同字第1-推-4号) ；贵州省2013年度国际科技合作计划项目

作者简介：李灿（1979-），男，贵州人，副教授，博士，主要从事有害生物治理与资源利用研究。