蓝光和黄光组合对设施黄瓜烟粉虱的控制作用*

韩杜斌, 陈向荣, 周福才**, 吴晓霞, 赵 明,陈学好

蓝光和黄光组合对设施黄瓜烟粉虱的控制作用*

韩杜斌1, 陈向荣1, 周福才1**, 吴晓霞2, 赵 明1,陈学好1

(1. 扬州大学园艺与植物保护学院 扬州 225009; 2. 扬州大学生物科学与技术学院 扬州 225009)

烟粉虱是黄瓜的主要害虫, 利用非化学措施控制烟粉虱对于黄瓜绿色生产具有重要意义。为探讨光驱避对设施蔬菜烟粉虱的控制作用, 应用RGB值与虚拟波长的关系在计算机上模拟不同波长的颜色, 根据烟粉虱对不同光质的选择率, 筛选出对烟粉虱有驱避作用的敏感光质, 在此基础上, 调查该光质处理下设施黄瓜烟粉虱种群的变化情况以及该光质与多种光质联合使用对烟粉虱的控制作用。结果表明, RGB值为0, 0, 255 (波长为470 nm的蓝色)的颜色对烟粉虱成虫的驱避率最高。黄色和绿色对烟粉虱有较强的诱集作用, 烟粉虱的选择率分别为54%和42%; 但在黄光和绿光打开的环境中再加入蓝光后, 烟粉虱对黄光和绿光的选择率分别提高到68%和56%。在黄光和绿光共存的环境中加入蓝色光, 可以加速烟粉虱从绿色区域向黄色区域的迁移。在大棚黄瓜田, 蓝光照射后烟粉虱的种群数量迅速下降, 并且随着光照射时间的延长, 黄瓜上烟粉虱数量下降幅度增大, 光照射6 d后烟粉虱的校正虫口减退率达92.76%。蓝光和黄光联合使用, 在开启蓝光前先打开黄光, 可以增强对黄瓜烟粉虱种群的控制作用, 处理10 d、20 d、30 d后, 黄瓜叶片上烟粉虱校正虫口减退率较不开黄光分别提高13.80%、18.17%、15.10%。研究发现, 蓝光照射对烟粉虱有强烈的驱避作用, 蓝光和黄光配合使用可以提高对烟粉虱的控制作用。

蓝光; 黄瓜; 烟粉虱; 绿色防控; 驱避

昆虫的趋光行为是昆虫在长期的演化过程中形成的重要习性之一。昆虫趋光的本质是视觉感受器接受光波刺激的行为反应, 不同的昆虫对光波的敏感性不一样, 同一种昆虫通常会对多个不同波长的光波产生较高的敏感性。棉铃虫[(Hübner)]对波长340~360 nm的紫外光和483 nm的蓝光有趋光反应峰值[1]; 烟蚜[(Sulzer)]的敏感光谱分别是492 nm的蓝光、568 nm绿光和380 nm的紫外光区[2]。Endo等[3]研究发现, 稻绿蝽[(Linnaeus)]的趋光高峰波段分别是520 nm的绿光和360 nm的紫外光。光强也是昆虫趋光性的重要影响因素, 不同的光照强度下昆虫的趋光反应存在明显差异, 如蝗虫[(Meyen)]对单色光的趋光性会随光强的增强而增大, 但增长到一定程度后变缓并趋于稳定[4]。光除了对昆虫具有吸引和驱避作用外, 对昆虫的生长发育也会有影响。在绿光和黄光环境下, 小菜蛾[(Linnaeus)]孵化率会显著降低[5]; 420 nm波长蓝紫光处理既能显著降低粘虫[(Walker)]幼虫存活率、化蛹率, 又能延长幼虫期和蛹期[6]。目前, 应用光对害虫进行防治主要依赖昆虫的趋光性诱杀害虫, 而利用害虫对光的负趋性防治害虫的研究还鲜有报道。

烟粉虱[(Gennadius)]是我国蔬菜上的重要害虫, 它可以通过取食植物汁液、分泌蜜露造成煤污病、传播植物病毒、诱发植物病毒病等方式影响蔬菜的产量和品质[7-8], 发生严重时可造成保护地蔬菜的绝收。目前生产上对烟粉虱的防控主要有农业措施、物理措施和生物措施, 包括防虫网隔离[9]、黄板诱杀[10]、植物间作驱避和诱集[11]、虫生真菌[12]等, 这些措施对烟粉虱的防控都有较好的效果。但由于烟粉虱发育历期短、繁殖量大、隐蔽性高, 世代重叠严重, 具有暴发特性, 在烟粉虱发生严重地区和暴发阶段仍难以及时、有效地实施对烟粉虱的控制。

烟粉虱对黄色有一定的趋性反应, 利用黄板诱杀是目前生产上防控设施蔬菜烟粉虱的常用手段之一, 但黄板诱杀只能作为烟粉虱防控的辅助手段, 不能完全控制烟粉虱。赵建伟等[13]研究发现, 黄板对烟粉虱的诱集作用虽十分显著, 但对烟粉虱成虫种群的控制效果仅有54%。作者的前期研究发现, 蓝色对烟粉虱具的较好的驱避作用, 为此, 本文以黄瓜烟粉虱为对象, 利用蓝光的驱避作用, 探讨蓝光及其与黄光组合对设施蔬菜烟粉虱的控制作用, 以期为设施蔬菜烟粉虱的绿色防控提供新的手段。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试黄瓜品种为‘津优35号’, 市购。供试烟粉虱虫源采自扬州大学园艺与植物保护学院的黄瓜(L.)田, 在人工气候箱中用非供试黄瓜品种饲养3代以上供试, 虫源饲养条件为温度25 ℃, 相对湿度(70±5)%, 光照周期18 h光照∶6 h黑暗。试验开始前烟粉虱饥饿4 h。

试验用计算机显示器功率30 W, 频率60 Hz。蓝光灯带为凌科照明有限公司生产, 光源波长470 nm, 功率55 W, 灯珠为60个∙m−1, 长度5 m。蓝光灯由浙江磐安有限公司生产, 源波长470 nm, 功率8 W; 黄光灯由浙江磐安有限公司生产, 源波长590 nm, 功率8 W。蓝色灯和黄光具有聚光功能, 光线集中不分散, 光照效果好。

在铝合金支架上安装10个8 W波长470 nm的蓝光灯和10个8 W波长590 nm的黄光灯。两种颜色的灯可以分别控制。

黄色粘虫板由科凌虫控有限公司生产, 规格25 cm×20 cm。

1.2 试验方法

1.2.1 对烟粉虱具有驱避作用的最适光波长选择

计算机设置不同RGB值, 在显示器上模拟不同虚拟波长的颜色。在显示器上画一个直径为12 cm的大圆, 将大圆分成6个圆心角为60°的扇形, 每个扇形区域对应一个RGB值, 即显示器上有6个不同颜色的色块。RGB数值的范围为0~255, 以51为梯度, 将0~255划分成6个范围, 依次选择相应数值, 填入扇形区域内, 构成对应颜色。这一区域为烟粉虱的选择区。在大圆内再画一个直径为4 cm的同心圆, RGB数值为255, 255, 255, 即显示为白色, 这一区域为烟粉虱的释放区。将显示器平放于桌面, 上方覆盖高3 cm的圆形透明玻璃罩。每次将30头烟粉虱成虫接在释放区, 观察其在3 min内对不同色块的选择, 当试虫到达色块扇形区, 并停留30 s以上则记为选择该颜色, 若3 min内没有选择, 则视为未选择。试验每50头烟粉虱为1组, 每组重复3次。找出最适驱烟粉虱的光波长。

从上述研究结果中, 找出对烟粉虱选择率最低的一组RGB数值, 再以11为梯度, 采取上述方法, 以每30头烟粉虱为1组, 每组重复3次, 继续进行烟粉虱的选择性测定, 找出更精细的驱烟粉虱的RGB参数。应用Dan Bruton虚拟波长与RGB值的函数关系(www.physics.sfasu.edu/astro/color.html), 将不同RGB值转换为相应的光波长。

1.2.2 多种颜色共存对烟粉虱选择行为的影响

试验方法同1.2.1。试验处理分别为蓝色RGB (0, 0, 255)与黄色RGB (255, 255, 0)联用: 在6个扇形区域中依次交替设置蓝色和黄色区域, 每个颜色各占3个扇形; 蓝色RGB (0, 0, 255)与绿色RGB (0, 255, 0)联用: 在6个扇形区域中依次交替设置蓝色和绿色区域, 每个颜色各占3个扇形; 黄色RGB (255, 255, 0)、蓝色RGB (0, 0, 255)、绿色RGB (0, 128, 0)联用: 在6个扇形区域中依次交替设置黄色、蓝色、绿色区域, 每个颜色各占2个扇形。试验每10头烟粉虱为1组, 并计算选择率, 每组重复5次。

1.2.3 蓝光介入对绿光-黄光系统中烟粉虱选择行为的影响

试验方法同1.2.1。在6个扇形区域中设置蓝色(0, 0, 255)和黄色(255, 255, 0)区域, 每个颜色各占一半扇形区域。大圆内部同心圆设置为绿色(0, 255, 0)区域, 这一区域为烟粉虱释放区。试验每10头烟粉虱为1组, 每2 min记录各区域烟粉虱数量, 并计算选择率, 观察烟粉虱对不同颜色光的选择率的变化动态。每组重复5次。

1.2.4 蓝光对大棚黄瓜烟粉虱种群的影响

黄瓜生育期为开花结果期, 光源为蓝光灯带, 灯带放置在黄瓜植株的中间位置, 距离地面1 m处, 开灯时间为每天18:00, 关灯时间为次日6:00。每天1次调查黄瓜叶片上烟粉虱成虫的数量。调查时每个处理各选取黄瓜5株, 每株取上部和中部叶片各3张, 调查叶片上烟粉虱的虫量, 以无蓝光处理作为对照, 计算校正虫口减退率。

1.2.5 蓝光和黄光联合使用对大棚黄瓜烟粉虱种群的控制作用

试验时间为黄瓜开花结果期, 光源为灯柱。试验在连栋大棚内黄瓜田中进行, 黄瓜垄栽, 垄长24 m。柱灯悬挂于黄瓜垄前1 m左右的过道边, 每垄放置1盏柱灯。设3个光照处理, 一个处理每天18:00—18:30柱灯开黄光, 18:30—20:00柱灯开蓝光; 另一处理为每天18:00至20:00柱灯开蓝光, 不开黄光; 以不使用任何灯光作对照。在所有处理和对照, 顺着黄瓜垄的方向每3 m挂1张黄板, 定期调查黄瓜叶片和黄板上烟粉虱的成虫数量。田间烟粉虱调查: 每个小区随机选取3株黄瓜, 每株黄瓜取上、中、下部叶片各1张, 调查叶片上烟粉虱的成虫数量; 黄板上烟粉虱虫量调查: 每张黄板上随机选取3点, 每点调查5 cm2, 统计黄板上烟粉虱的虫量。试验重复3次。

1.3 数据处理

利用Excel对数据进行处理, 运用DPS软件对数据进行系统分析。

2 结果与分析

2.1 不同RGB模拟颜色对烟粉虱选择性的影响

在计算机上通过设置不同的RGB参数, 模拟不同颜色的光。研究发现, 当RGB的3个参数分别为0~51、0~51、204~255, 对应颜色处于蓝色区域内时, 对烟粉虱的驱避作用最强。对驱虫区段的RGB进一步细分发现, 当RGB参数值分别位于0~11、0~11、244~255时, 对烟粉虱有较强的驱避作用。当RGB参数分别是0、0、255时, 对烟粉虱的驱避作用最强, 此时烟粉虱选择数量为0。根据RGB波长换算, 此时对应的蓝光波长为470 nm (表1、表2)。

表1 烟粉虱对不同光质的选择性

表2 烟粉虱对不同蓝光的选择性

2.2 多种颜色光共存对烟粉虱选择行为的影响

黄色和绿色对烟粉虱有较强的诱集作用。由表3可知, 在黄色光和绿色光单独存在时, 烟粉虱的选择率分别为54%和42%, 烟粉虱对黄色光的选择率大于绿色光。在黄色光和绿色光打开的环境中再分别加入蓝色光时, 烟粉虱对黄色光(68%)和绿色光(56%)的选择率分别提高了30%和33%。在黄色光和绿色光共存的环境中, 烟粉虱对黄色光(58%)的选择率显著高于绿色光(22%), 此时再加入蓝光后, 烟粉虱对黄色光的选择率提高到70%, 显著高于对绿色光的选择率(24%), 即在黄色光和绿色光的环境中加入蓝色光后可以提高黄色光对烟粉虱的诱集作用。

表3 多种颜色共存对烟粉虱选择行为的影响

同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著(<0.05), 同一行数据后不同大写字母表示对不同颜色光间差异显著(<0.05)。Different lowercase letters in the same column mean significant differences among different treatments at<0.05 level; different capital letters in the same line mean significant differences among different color lights at<0.05 level.

从图1可以更清晰地看出黄光和绿光共存的环境中加入蓝光后烟粉虱对不同颜色光的选择行为的动态变化。将烟粉虱放置在绿色光区后开启黄色光和蓝色光, 烟粉虱迅速从绿色光区移向黄光区域, 烟粉虱对黄色光的选择率一直呈上升趋势, 处理10 min时选择率达76%, 而烟粉虱绿光区内的选择率快速下降到20%。结果表明, 在黄色光和绿色光共存的环境中加入蓝色光, 可以加速烟粉虱从绿色区域向黄色区域的迁移。

G: 绿光; Y: 黄光; B: 蓝光。G: green light; Y: yellow light; B: blue light.

2.3 蓝光对大棚黄瓜烟粉虱种群的影响

在大棚中使用蓝光, 对烟粉虱有较好的驱避作用。从图2可以看出, 随着蓝光照射时间的延长, 黄瓜上烟粉虱数量持续下降, 处理6 d后黄瓜上烟粉虱的数量(1.33 头∙叶−1)下降90.72%, 而未使用蓝光的对照组烟粉虱虫量呈现上升趋势, 第6 d时虫量上升23.98%。

应用校正虫口减退率分析蓝光对田间烟粉虱的控制作用可以发现, 随着蓝光处理时间的延长, 黄瓜上烟粉虱的校正虫口减退率持续上升, 且上升的趋势前期增速较快, 之后增速逐渐降低并趋于稳定, 蓝光处理6 d后, 烟粉虱的校正虫口减退率达92.76%。说明蓝光对大棚黄瓜烟粉虱有较好的防控作用。

2.4 蓝光和黄光联用对设施黄瓜上烟粉虱的影响

蓝光和黄光联合使用可以增强对黄瓜烟粉虱种群的控制作用(表4)。从表4可以看出, 在大棚内使用蓝光处理后黄瓜上烟粉虱的虫量持续下降, 处理10 d、20 d、30 d后, 黄瓜叶片上烟粉虱成虫量分别为4.48头∙叶−1、3.88头∙叶−1、2.78头∙叶−1。在保持同样光照时长的前提下, 先开启黄光30 min, 然后关闭黄光, 打开蓝光(蓝光缩短30 min), 结果发现黄瓜叶片上烟粉虱的虫量下降速率加快, 处理10 d、20 d、30 d后, 黄瓜叶片上烟粉虱成虫量分别为2.55头∙叶−1、1.62头∙叶−1、0.82头∙叶−1, 分别比仅用蓝光处理的低43.08%、58.24%和70.50%。从表4还可以看出, 开启蓝光后黄瓜叶片上烟粉虱的虫量下降, 而黄板上的虫量上升, 表明蓝光照射后黄瓜上的烟粉虱移入到黄板上。

B: 蓝光; CK: 不使用蓝光对照。B: blue light; CK: no-blue light.

应用校正虫口减退率分析蓝光和黄光联合使用对设施黄瓜上烟粉虱的控制作用, 结果发现(表4), 仅用蓝光处理, 处理10 d、20 d、30 d后黄瓜叶片上烟粉虱的校正虫口减退率分别为47.61%、45.57%、59.36%。而在保持同样光照时长的前提下, 先开启黄光30 min, 然后关闭黄光, 打开蓝光(蓝光缩短30 min), 黄瓜上烟粉虱的校正虫口减退率分别为61.41%、63.74%、74.46%, 较不开黄光分别提高13.80%、18.17%、15.10%。结果表明, 开启蓝光前先打开黄光, 可以提高对黄瓜叶片上烟粉虱的驱避效果。

表4 蓝光和黄光处理后黄瓜、黄板上烟粉虱虫量及其对烟粉虱的控制作用

同列数据后不同小写字母表示差异显著(<0.05)。*表示同列数据在<0.05水平差异显著(测验)。In the same column, different lowercase letters indicate significant difference (<0.05)。* indicates that the data in the same column are significantly different bytest (<0.05).

3 讨论与结论

昆虫的视觉在寻找寄主植物过程中发挥着关键作用。昆虫视觉能够直接识别寄主并定位或与化学气味共同作用定位寄主植物[14]。昆虫在距离发现寄主植物时主要凭借嗅觉等化学通讯信息,但在接触寄主前的近距离精确定位等方面视觉起主导作用[15]。马铃薯小绿叶蝉[(Fab.)]对化学气味的反应不明显, 在寄主寻找过程中视觉的作用要远大于嗅觉, 蓝色和黄色光波对该虫有强烈的驱避作用[16], 而635 nm红光和590 nm黄光对麦蛾[(Olivier)]有较强的驱避作用[17]。在黄光环境下, 茄二十八星瓢虫[(Fabricius)]爬行、交配、产卵等行为都有聚集发生的趋势[18]。使用黄光照射茶小绿叶蝉[Matumura]也会刺激该虫移动、搜索等行为, 且与光照时间和强度呈正相关[19]。Kim等[20]测定了烟粉虱对不同颜色LED灯光的趋性反应, 发现烟粉虱对黄色有较强的趋性, 而对蓝色的反应较弱。本研究也得出相同的结论, 蓝光对烟粉虱有较强的驱避作用, 在室内环境中, 使用绿光模拟黄瓜叶片, 黄光模拟黄板, 在绿光和黄光共存的环境下, 加入蓝光, 可以显著增强烟粉虱对黄光的选择性。在保护地蔬菜上, 蓝光照射前先开启黄光, 可以提高对烟粉虱的驱避作用。蓝光对烟粉虱的驱避作用是否由于蓝光直射对昆虫复眼视网膜造成损伤[21], 昆虫出于自我保护作用而远离蓝色还有待于从烟粉虱的光生理角度进一步研究。而先使用黄光能提高蓝光的驱避作用, 是否由于黄光引起了烟粉虱的视觉兴奋, 稍后蓝光照射时产生较强的驱避反应, 也有待进一步研究。

在保护地环境下, 使用驱避技术时必须要给害虫一个逃离的去处。黄板诱杀烟粉虱已经是一项较为成熟的技术[22]。本研究发现, 使用蓝光驱避时, 大棚内黄板上的烟粉虱虫量快速上升, 即烟粉虱从黄瓜叶片上迁飞到黄板上。因此, 在保护地内使用驱避作用时, 应该适当增加黄板的数量, 为烟粉虱从黄瓜上向外转移提供条件。同时, 适度增加黄板数量, 在大棚内建立一个“推-拉”环境, 也有利于提高对烟粉虱的防控效果。

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Control effects of blue and yellow light onon greenhouse cucumbers*

HAN Dubin1, CHEN Xiangrong1, ZHOU Fucai1**, WU Xiaoxia2, ZHAO Ming1, CHEN Xuehao1

(1. College of Horticulture and Plant Protection, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; 2. College of Biological Science and Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China)

is the main pest of cucumbers; it is critical to controlusing non-chemical measures for green cucumber cultivation. To explore the control effects of light onin greenhouse vegetables, the relationship between RGB values and the virtual wavelength was used to simulate the colors of different wavelengths on a computer. The light colors repellingwere selected according to the selection rate ofto different light. On this basis, the changes in the population ofon cucumbers treated with the selected light were investigated for the control effects of. The results showed that the color with RGB values of 0, 0, and 255 (wavelength of 470 nm; blue) had the highest repellent rate to. Yellow light (54%) and green light (42%) had a strong trapping effect on. Adding blue light to the environment with yellow and green light could improve the selection of yellow light (68%) and green light (56%). Blue light accelerated the migration offrom green to yellow areas. In the greenhouse cucumber field, the population ofdecreased rapidly after blue light irradiation, and the number ofon the cucumber plants decreased significantly with increased light exposure (<0.05); a corrected population decline rate of 92.76% was noted after 6 days of blue light irradiation. After 10, 20, and 30 days of treatment, the corrected population reduction rates ofon the cucumber leaves increased by 13.80%, 18.17%, and 15.10%, respectively, compared to those without yellow light. These results show that blue light has a strong repellent effect on, and the combination of blue and yellow light improves the control effect. Thus, adding a yellow plate may significantly increase the trapping rates of

Blue light; Cucumber;; Green prevention and control; Repellent

10.13930/j.cnki.cjea.200727

韩杜斌, 陈向荣, 周福才, 吴晓霞, 赵明, 陈学好. 蓝光和黄光组合对设施黄瓜烟粉虱的控制作用[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29(5): 802-808

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S433.3

* 国家重点研发计划项目(2018YFD000702)、江苏省自主创新资金[CX(20)3165]和江苏省现代农业产业技术体系瓜菜创新团队(JATS[2019]454)资助

周福才, 主要从事蔬菜害虫绿色防控研究。E-mail: fczhou@yzu.edu.cn

韩杜斌, 主要从事烟粉虱绿色防控研究。E-mail: 1242148990@qq.com

2020-09-08

2020-12-04

* This study was supported by the National Key R&D Plan of China (2018YFD000702), the Independent Innovation Fund of Jiangsu Province [CX(20)3165] and the Melon and Vegetable Innovation Team of Jiangsu Province Modern Agricultural Industrial Technology System (JATS[2019]454).

, E-mail: fczhou@yzu.edu.cn

Sep. 8, 2020;

Dec. 4, 2020