双条杉天牛幼虫龄数的划分(鞘翅目：天牛科)

蒋 琦，任利利，骆有庆

(北京林业大学林木有害生物防治北京市重点实验室，北京 100083)

双条杉天牛SemanotusbifasciatusMotschulsky属鞘翅目Coleoptera天牛科Cerambycidae天牛亚科Cerambycinae扁天牛族Callidiini，属东洋、古北区系共有种，主要危害圆柏Sabinachinensis、侧柏Platycladusorientalis、桧柏Junaperuscommunis等柏类树种(陈世镶等, 1959; 王婷, 2005; 高苏岚等, 2007)。该虫主要以幼虫在树木韧皮部和木质部取食危害，造成树势衰弱甚至死亡，严重威胁着城市生态环境建设和古柏类树种的保护，1996年曾被列为我国森林植物检疫对象。双条杉天牛在我国北京、辽宁、内蒙古、甘肃、河北、河南、山东、山西、陕西、江苏、上海、湖北、四川、江西、浙江等地均有分布。

双条杉天牛分布较广，生活隐蔽，防治难度大，是园林绿化中柏类树种的毁灭性蛀干害虫。国内外对其生物学特性、发生规律及防治措施等相关研究都较详细。刘远(2002)连续两年研究了双条杉天牛的产卵量和卵期的发育起点温度、有效积温。王婷(2005)初步研究了双条杉天牛的生物学特性，并测定了侧柏挥发物对该虫的引诱能力。高苏岚(2008)观察分析了双条杉天牛的各虫态历期、成虫生活习性及发生规律。Iwata(2007)等在双条杉天牛和红翅小扁天牛CallidiellumrufipenneMotschulsky的成虫期和幼虫期，研究了两种天牛共存时造成相互隔离的因素；Wickham(2016)对包括双条杉天牛在内的几种天牛科害虫的聚集信息素进行分析，研究它们可能共有的组分。

但是，以往研究均未涉及幼虫龄数的划分。观察昆虫幼虫的龄数和龄期是研究幼虫生长发育的重要内容(彩万志等, 2011)，且幼虫龄数的确定是进一步研究生物生态学习性、发生规律及制定防治技术的基础。由于双条杉天牛幼虫隐蔽生活，无法直接观察来确定幼虫龄数，本试验通过木段饲养和统计测量的方法对不同发育阶段的双条杉天牛幼虫进行研究，以确定幼虫龄数及最佳分龄指标。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

2018年3月初，在北京市大东流林场取39段直径10～12 cm，长30 cm的无虫害侧柏木段，每段木段分别置于单独笼内。在双条杉天牛越冬成虫咬破树皮出孔活动时，收集大量成虫，按雌雄成虫1 ∶1的数量放入各个有侧柏木段的笼内(由尼龙网制成的长25 cm、宽25 cm、高50 cm的长方体网笼)。待成虫交配产卵后，在树皮缝中取出部分卵。将卵置于双层滤纸(底层滤纸沾水用于保湿)的培养皿中，室温下遮光培养，待其孵化后，收集初孵幼虫(30头)。自双条杉天牛幼虫孵化起，每周从1段木段中至少剥出幼虫30头，每头幼虫单独放于指形管中，将同一日期的幼虫收集于一个密封袋内，贴上标签注明采集日期存放在-80℃冰箱内。采样至幼虫化蛹阶段(8月中旬)为止。

1.2 试验方法

选取双条杉天牛幼虫身体骨化程度较高的部位作为分龄形态指标：前胸背板宽(Y1：前胸背板后缘最宽距离)、头壳宽(Y2：测量头部骨化区最宽距离)和上颚宽(Y3：背面观的右上颚宽度)(如图1)(张海滨, 2011; 王小艺等, 2012; 潘龙, 2015; 张燕如, 2018)。为避免因幼虫活动造成测量上的误差，所以幼虫在测量前会存放在-80℃冰箱中。各项指标均用变焦体视显微镜(ZEISS, Axio Zoom.V16, Germany)进行拍照、测量。

图1 双条杉天牛幼虫分龄的3个测量指标Fig.1 3 variables measured for separating instars of larval Semanotus bifasciatus注：Y1，前胸背板宽；Y2，头壳宽；Y3，上颚宽。Note：Y1，Prothoracic plate width；Y2，Head capsule width；Y3，Mandible width。

1.3 数据处理与分析

根据Dyar法则划分幼虫虫龄。首先利用GraphPad Prism 7.00 (GraphPad software, America)软件对测定的各项指标分别进行频数分析，并绘制每项指标相应的频次分布图，确定幼虫龄数。龄数划分后，根据测定值，利用IBM SPSS Statistics 24(IBM, America)计算各龄幼虫上述3项指标的平均值、标准误差、变化幅度及变异系数。Crosby指数用于验证划分龄数是否合理，当Crosby指数小于10%时，表明龄数划分合理。Crosby指数和Brooks指数按照如下公式计算：

Brooks指数=Xn/Xn-1(Xn和Xn-1分别表示n龄和n-1龄幼虫各个测量指标的平均值)。

Crosby指数=(bn-bn-1)/bn-1(bn和bn-1分别表示第n个和n-1个Brooks指数)

最后，利用统计分析软件R语言将幼虫各形态指标测量值取对数并与相应龄数进行线性拟合，计算回归方程及相关系数(r)以进一步验证分龄的合理性，确定最佳分龄指标。

2 结果与分析

2.1 双条杉天牛幼虫龄数的确定

从2018年4月12日至2018年8月22日，共对785头双条杉天牛幼虫进行3项指标的测量，对测量值作频次分布图。由频次分布图可看出，前胸背板宽、头壳宽和上颚宽均有5个分布区，前胸背板宽的5个峰值分别在0.55、1.15、1.75、2.95和3.25 mm(图2-A)；头壳宽的5个峰值分别在0.35、0.95、1.30、2.15和2.60 mm(图2-B)；上颚宽的5个峰值分别在0.27、0.63、0.9、1.44和1.62 mm(图2-C)。根据Dyar氏法则可以判断，双条杉天牛幼虫分为5龄。

图2 双条杉天牛幼虫前胸背板宽(A)、头壳宽(B)、上颚宽(C)频次分布图Fig.2 Frequency distribution of the prothoracic plate width (A), head capsule width (B)and mandible width (C)in Semanotus bifasciatus larvae

各龄幼虫前胸背板宽、头壳宽和上颚宽3项指标的平均值、变化幅度、变异系数及Brooks指数和Crosby指数见表1。3项指标在不同龄数之间的平均值具有显著差异，分龄指标的变异系数均小于20%，Crosby指数均小于10%，表明将双条杉天牛幼虫划分为5个龄是合理的。

表1 双条杉天牛幼虫分龄3项指标测量结果

2.2 双条杉天牛幼虫各龄测量指标与龄数之间的拟合关系

对前胸背板宽、头壳宽和上颚宽3个分龄指标测定值的对数值与相应龄数进行线性回归分析，结果显示，3项指标(Y)与龄数(X)之间均符合Dyar氏法则所描述的指数关系(表2)。经统计检验，回归曲线均达到了极显著水平(P<0.0001)(表2)，进一步验证了双条杉天牛幼虫划分为5龄的合理性。其中，前胸背板宽的相关系数最高，拟合效果最好，可作最佳分龄指标。

表2 双条杉天牛幼虫各分龄指标与龄数之间的关系拟合结果

3 结论与讨论

Dyar(1890)指出，昆虫的骨化部位随周期性蜕皮而呈现跳跃式增长。幼虫每次蜕皮时，其骨化部位在尚未硬化前经历一个快速生长的过程，随后在同一龄数内生长趋于缓慢，直至下次蜕皮前几乎停止生长。因此，在以往天牛类幼虫的龄数划分的研究中，常将头壳、口器、前胸背板等稳定且骨化程度较高的部分作为最佳分龄形态指标(陈永年等, 1988; 王小艺, 2005)。

张海滨等(2011)通过人工饲养方法收集星天牛AnoplophorachinensisForster幼虫，并测量该幼虫的9个形态指标，结果表明额宽是最佳分龄指标，其次是上颚长和上颚宽。王小艺等(2012)在栗山天牛MassicusraddeiBlessig幼虫龄数划分的研究中，选择上颚长、主单眼间距、前胸背板宽、中胸气门长和体长5项形态指标，结果发现上颚长、主单眼间距和前胸背板宽均可用于分龄。潘龙(2015)测定了青杨脊虎天牛Xylotrechusrusticus幼虫6项骨化程度较高的形态指标，结果表明前胸背板宽可作为最佳分龄指标。张燕如等人(2018)在对柠条绿虎天牛ChlorophoruscaraganaXie & Wang幼虫龄数划分时发现触角孔间距和前胸背板可作为龄数划分的重要指标，体长不宜用于分龄。本研究选择双条杉天牛幼虫的前胸背板宽(Y1)、头壳宽(Y2)和上颚宽(Y3)3个骨化程度较高部位作为分龄形态指标具备理论依据。同时，根据Crosby生长法则和线性回归进行验证分析后也发现上述3个测量指标均是较理想的分龄指标。

自然情况下，影响昆虫幼虫的龄数、龄期和生长率因素有很多(Hutchinsonetal., 1997)，如温度、光照、幼虫密度、寄主植物、物理损伤等。不同研究者测定同种昆虫幼虫的龄数，其结果可能存在差异。造成差异的主要原因在于实验条件不同。贺萍等(1992)测定光肩星天牛AnoplophoraglabripennisMotschulsky幼虫有5龄，而李孟楼(1989)和Keena(2010)将光肩星天牛幼虫均划分为9龄。Sáenz-de-Cabezón 等(2006)发现温度对葡萄花翅小卷蛾LobesiabotranaDenis and Schiffermüller幼虫的头宽值具有显著影响，头宽值与温度呈负相关，但未影响其龄数和生长率。Calvo和Molina(2008)发现一种枯叶蛾StreblotepandaHübner幼虫的龄数与其取食寄主植物种类有关，寄主不同龄数亦不同。在本研究中，双条杉天牛幼虫被划分为5龄，但曾有研究报道在安徽省该幼虫有6龄(高苏岚, 2007)，但其研究方法和分龄指标未详细说明。试验中发现木段饲养得到的双条杉天牛幼虫个体与野外受害木内的幼虫相比较小，除了生存环境有差异外，这也可能是前期人为在各木段上接种的成虫数量较多，从而导致后期幼虫在生存空间和食物资源上存在竞争。尽管如此，在野外采集供试虫源时，由于受到寄主和环境等复杂外界因素的影响，幼虫的差异性大，不利于数据统计分析。相比之下，本研究采用木段饲养法得到的幼虫在形体方面具有高度的一致性，数据分析结果更为可靠。

对钻蛀性害虫而言，准确区分幼虫虫龄是掌握其生物学特性、发生规律和种群动态的基础，也是进一步研究幼虫发育历期、预测预报成虫发生时间进而采取防控措施的重要前提。本研究明确了双条杉天牛幼虫的龄数及最佳分龄形态指标，为进一步研究该虫的生物生态学特性打下了基础。