短期高温暴露对牧草盲蝽存活及生殖的影响

姚成层，郑艺翔，苟长青，冯宏祖

（塔里木大学农学院/ 南疆农业有害生物综合治理兵团重点实验室/ 农业农村部阿拉尔作物有害生物科学观测实验站/ 南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室，新疆 阿拉尔 843300）

近年来随着人类发展进程的加快，全球气候变暖已经成为公认的气候现象，其中表现为夏季高温提前和极端高温天气增多，极端气候如炎热或严重干旱可能导致种群或物种迅速死亡[1]。昆虫是变温动物，在宏观上，过高的环境温度会使昆虫的生长发育、生殖及存活等受到严重影响[2]，从而导致存活率降低、发育速度减缓、引起体型畸形等；在微观上，主要表现为机体蛋白质发生变性，细胞膜通透性、酶结构及特征改变，水分丧失等[3]。例如暴露在40 ℃的温度下中黑盲蝽Adelphocoris suturalis卵孵化率较常温饲养的下降20%左右，绿盲蝽Apolygus lucorum若虫及成虫暴露在40 ℃的温度下无法存活[4]；蔡冲等[5]用35～39 ℃高温暴露处理菊方翅网蝽Corythucha marmorata2 h，其产卵前期显著延长，F1代卵孵化率和存活率显著下降；吕昭智等[6]发现，在30～38 ℃温度范围内棉蚜Aphis gossypii存活率缓慢降低，从42 ℃开始迅速降低。

牧草盲蝽Lygus pratensis属半翅目Hemiptera盲蝽科Mirida，是我国棉花生产中的一类主要害虫，是新疆棉田害虫盲蝽科的优势种。其取食寄主范围广、种类多，包括作物、杂草等26 科88 种[7]。近年来随着转苏云金杆菌 （Bacillus thuringiensis,Bt）基因棉花的大面积推广种植以及农业行业的结构调整，牧草盲蝽对棉田的危害有加重的趋势，并对枣、樱桃和葡萄等多种作物的安全生产构成威胁[8]。牧草盲蝽全年发生4～5 代，世代重叠。越冬代每年3 月下旬出蛰，在6 月上旬迁入棉田，7 月中旬和8月中旬在棉田出现2 次种群高峰。南疆因独特的气候条件和地理位置成为全国棉花主要产区。牧草盲蝽作为南疆棉田害虫的优势种群，其在棉田取食的危害阶段正值全年温度最高的6-8 月，其中南疆阿拉尔市2022 年7 月最高气温达40.6 ℃，阳光直射棉田叶下温度可达46 ℃左右。因此，在高温环境下牧草盲蝽会受到不同程度的短时高温胁迫影响。

前人在10～35 ℃范围内分别研究了温度对牧草盲蝽种群生长发育和繁殖的影响[9-10]，但这些研究都基于恒定温度下的低温或是适温，并未报道短时极端高温对牧草盲蝽生存和生殖的影响。因此，分别对牧草盲蝽的卵、若虫和成虫进行短时高温暴露处理，研究高温暴露对其存活和生殖的影响，为棉田牧草盲蝽种群动态预测提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

牧草盲蝽采集于新疆维吾尔自治区阿拉尔市，试验虫源为采集后室内饲养繁殖后的第2 代。具体饲养方法如下：将采集的牧草盲蝽成虫置于温度（25±1）℃，相对湿度为（70±10）%，光周期（光/暗时间）为15 h/9 h，光照强度5 000 lx 的人工气候箱内，采用苟长青等[11]报道的寄主植物花椰菜继代饲养，选初孵（1 龄）至5 龄若虫及羽化24 h 内成虫供试。收集产卵后的花椰菜以及孵化的若虫放入上述饲养条件的人工气候箱孵化及饲养。

1.2 试验器材

人工气候箱（RXZ 型，宁波江南仪器厂制造）、体视镜、养虫笼、养虫管（直径25 mm，高85 mm）、脱脂棉、镊子、毛笔、剪刀、花椰菜、滤纸等。

1.3 试验设计

1.3.1试验温度设计与饲养条件。以养虫室饲养温度25 ℃为正常饲养对照，人工气候箱设置45 ℃、42 ℃、39 ℃、36 ℃、33 ℃5 个高温处理（45 ℃处理3.4 h 后成虫及各龄若虫全部死亡，因此最高温度设为45 ℃），牧草盲蝽卵处理1、2、3 h ，若虫及成虫处理2 h （因预试验中发现各龄若虫在45 ℃处理2 h 后全部死亡，本研究只统计了45 ℃处理若虫1 h 的结果），处理后放入养虫室观察记录。各温度处理误差为±1 ℃。人工气候箱内相对湿度为（70±10）%，光周期（光/ 暗时间）为15 h/9 h，光照强度为5 000 lx。

1.3.2卵的短时高温暴露处理。选取有牧草盲蝽雌虫产卵的花椰菜，用体视镜计数产卵量，放入养虫盒内，经高温处理后将含有卵的花椰菜放入（25±1）℃气候箱中自然孵化，对照组若虫孵化2 d 后计数各处理的孵化率，并记录卵的历期。每个处理花椰菜含卵100 粒，重复3 次。以未做短时高温暴露的卵为对照。

1.3.3若虫的短时高温暴露处理。采用养虫管饲养若虫。1～3 龄若虫每管接入10 头，4～5 龄若虫每管接入5 头，每个龄期若虫试验100 头，重复3 次。记录高温处理下各龄若虫存活率及1 龄若虫发育历期（其中45 ℃处理1 h）。判断若虫死亡标准：用小毛刷轻扫若虫，如果若虫可以爬行记为存活，否则记为死亡。将1 龄若虫在5 个高温条件下处理2 h 后放回养虫室饲养，饲养条件同上，记录若虫发育历期以及成虫羽化率，观察不少于40 头。以未经短时高温暴露的若虫为对照。

1.3.4成虫的短期高温处理。取当天羽化的雌雄成虫按照数量比1∶1 放入养虫管，处理结束4 h 后检查成虫的存活率。每个处理30 对成虫，重复3次。成虫开始产卵后，每日更换食物并记录不少于30 只雌虫的产卵量，当雄虫死亡时及时补充，直到雌虫死亡。

1.3.5短期高温处理后牧草盲蝽繁殖能力的测定。将当天羽化的雌虫、雄虫分开，经高温暴露处理后，将雌雄虫按数量比1∶1 配对饲于养虫室。在试验过程中若有雄虫死亡，则补充雄虫继续观察。每天定期更换食物，观察并记录成虫的产卵数量，直至雌虫死亡。每处理不少于30 对。在当天羽化的雌虫、雄虫中随机选择30 对，一直在25 ℃条件下饲养，作为对照。

将带卵的花椰菜置于养虫室孵化，饲养至成虫记录F1代雌成虫比例。

1.4 数据分析

采用SPSS 26 软件对不同龄若虫在不同温度下的存活率和若虫发育历期、成虫存活率与寿命、雌虫产卵量进行单因素方差分析，对卵孵化率进行处理时间与温度的双因素方差分析。试验数据符合正态分布，且通过方差齐性检验。采用邓肯多重范围检验法进行简单效应分析（差异显著性检验）。用t检验分析相同高温暴露处理下雌雄成虫存活率及寿命是否存在显著性差异。组建不同暴露温度下牧草盲蝽种群生命表。种群生命表中，下代期望产卵量为成虫存活数量、雌成虫比例和平均单雌产卵量的乘积，种群趋势指数（I）由下代期望产卵量除以上代初始产卵量得出[4]。

2 结果与分析

2.1 高温暴露对牧草盲蝽卵孵化率的影响

双因素方差分析结果显示：短时高温暴露对牧草盲蝽卵孵化率有显著影响[处理时间：F（2，17）＝4.637，P＝0.021；处理温度：F（5，17）＝213.184，P＝0.000]，处理时间与温度的交互效应对卵孵化率无显著影响。从图1 看出，卵孵化率随着处理温度升高和处理时间延长呈现逐渐下降的趋势。33 ℃处理的卵孵化率未受到显著影响，均在80%左右，从36 ℃处理3 h 至45 ℃各处理的卵孵化率逐渐下降，而≥39 ℃高温暴露1 h 就会使孵化率显著下降。其中，45 ℃处理2 h 卵孵化率降低为6.33%，45 ℃处理3 h 卵孵化率为0%。

图1 短时高温暴露下牧草盲蝽卵孵化率的比较

2.2 高温暴露对牧草盲蝽若虫各龄存活率的影响

经过单因素方差分析，在同龄不同处理温度下比较发现，1 龄[F（5，12）＝944.426，P＝0.000]、2 龄[F（5，12）＝420.179，P＝0.000]、3 龄[F（5，12）＝781.754，P＝0.000]、4 龄[F（5，12）＝921.382，P＝0.000]及5 龄[F（5，12）＝699.236，P＝0.000]若虫的存活率在各梯度温度下较对照均有极显著差异，其中4 龄、5 龄若虫在33～36 ℃的高温暴露后存活率无显著差异（表1）。

在同温不同龄期的对比中发现，25 ℃对照[F（4，10）＝1.151，P＝0.388]、33 ℃[F（4，10）＝1.277，P＝0.342]、36 ℃[F（4，10）＝3.444，P＝0.051] 及42 ℃[F（4，10）＝2.210，P＝0.141]处理2 h 的各个龄期若虫的存活率差异不显著；其他温度的不同龄期若虫存活率与对照存在显著或极显著差异[39 ℃：F（4，10）＝12.235，P＝0.001；45 ℃：F（4，10）＝3.718，P＝0.042）]。

由表1 多重比较结果可知，在39 ℃的高温下暴露2 h 后1 龄若虫存活率显著高于其他龄若虫，42 ℃处理2 h 后1 龄与4 龄若虫的存活率差异显著，45 ℃处理1 h 后5 龄若虫存活率显著低于1 龄和2 龄若虫。若虫存活率呈现随处理温度升高而下降的趋势，45 ℃对5 龄若虫胁迫最重，存活率仅为8.00%。由各温度下所有虫龄若虫的平均存活率可知，33～45 ℃的平均存活率与对照均有显著差异，且各组高温暴露处理间也均有显著差异，45 ℃高温暴露处理下平均存活率较对照下降83.66 百分点。

2.3 高温暴露对牧草盲蝽若虫发育历期的影响

高温暴露处理2 h 对若虫发育历期有显著影响[F（4，10）＝4.038，P＝0.002]。由表1 可知，42 ℃、45 ℃处理的若虫发育历期较对照均显著延长，且最长为45 ℃处理的17.76 d，较对照长1.07 d。

表1 经短时高温暴露2 h 后各龄期牧草盲蝽的存活率及若虫历期比较

2.4 高温暴露对牧草盲蝽成虫存活率的影响

高温暴露2 h 对牧草盲蝽雌虫和雄虫的存活率均有极显著影响[F雌虫（5，12）＝265.495，P＝0.000；F雄虫（5，12）＝358.206，P＝0.000]。由表2 可知，39～45 ℃下暴露2 h 的雌雄成虫存活率均较对照显著降低，而33～36 ℃下暴露2 h 对雌雄虫存活率均无显著影响；在36 ℃以上高温暴露2 h 条件下，温度每升高1 个梯度（3 ℃），雌雄成虫存活率都会显著下降。此外，t检验结果表明，在45 ℃高温下暴露2 h 的雌虫存活率显著高于雄虫（t＝3.712，df＝4，P＝0.021）。

高温暴露2 h 对牧草盲蝽雌成虫的寿命无显著影响[F（5，12）＝0.946，P＝0.486]，但对雄成虫的寿命有显著影响[F（5，12）＝3.996，P＝0.023]，45 ℃下暴露2 h 会导致雄成虫寿命显著缩短1.66 d （表2）。此外，t检验结果表明，在25～45 ℃下雌成虫寿命均显著高于雄成虫 （25 ℃组、33 ℃组、36 ℃组、39 ℃组、42 ℃组、45 ℃组雌雄虫寿命t检验值分别为5.24、15.755、15.688、15.329、4.972、5.323，df＝4，P＜0.005）。

表2 牧草盲蝽成虫在不同高温下暴露2 h 后的存活率和寿命

2.5 高温暴露对牧草盲蝽繁殖力的影响

方差分析结果显示，高温暴露对牧草盲蝽雌虫的产卵前期及产卵量有显著影响[F产卵前期（5，179）＝2.736，P＝0.021；F产卵量（5，179）＝18.829，P＝0.000]。

由表3 可知，在33～42 ℃下暴露2 h，牧草盲蝽的产卵前期较对照变化不显著；45 ℃下暴露2 h，牧草盲蝽产卵前期与对照相比显著延长1.19 d，较36 ℃下暴露2 h 的显著延长1.06 d。单雌产卵量在33～45 ℃内随着处理温度的递增而下降，39～45 ℃下暴露2 h 的单雌产卵量与对照相比均显著下降，在45 ℃下暴露2 h 的单雌产卵量下降至157.83 粒。

表3 牧草盲蝽雌虫在不同高温下暴露2 h 后的产卵前期及单雌产卵量

2.6 牧草盲蝽在不同高温下暴露后的种群生命表

由表4 可知，对照牧草盲蝽的种群趋势指数最高，达到62.65。在5 个梯度的高温下暴露2 h 后，36 ℃处理的种群趋势指数最高（52.82），略高于33 ℃处理，这是由于33 ℃处理和36 ℃处理的雌成虫比例存在差异；36～45 ℃处理下种群趋势指数呈下降趋势，其中在45 ℃下的种群趋势指数为0。

表4 牧草盲蝽在不同高温下暴露2 h 后的种群生命表

3 讨论与结论

昆虫属于变温动物，温度变化直接作用于昆虫孵化、生长发育、生殖等生物学过程，从而影响种群的消长动态与分布范围[12]。极端高温直接影响昆虫飞行、取食、存活及繁殖等[13]，因此了解昆虫对高温的适应能力，对抗逆境机理研究及虫害控制都有重要意义[14]。

牧草盲蝽作为南疆棉田的主要害虫，对高温有较强的适应性。本研究表明，与25 ℃（对照）处理相比，33 ℃处理1～3 h 的卵孵化率差异不显著，且与张孝峰[15]报道的在恒温25 ℃下的牧草盲蝽卵孵化率（77.40%）相近；36 ℃处理1～3 h 后存活率平均仍为72.44%，说明33～36 ℃高温暴露1～3 h 对其孵化率影响较小。本研究中在39 ℃处理3 h 后的牧草盲蝽卵孵化率为56.67%，较对照下降25.67 百分点，且随着处理温度的进一步升高，牧草盲蝽卵的孵化率显著下降，说明39 ℃以上的高温环境对其种群的发展是明显不利的。

本研究还表明，短时高温对牧草盲蝽若虫存活率和若虫发育历期有显著影响。李国平等[4]发现，36 ℃处理4 h 绿盲蝽存活率为54.58%，中黑盲蝽存活率为50.28%，较对照均显著下降。本研究中，牧草盲蝽若虫在39 ℃处理2 h 平均存活率为58.33%，在42 ℃处理2 h 平均存活率为33.93%，45 ℃处理1 h 存活率为11.67%，可得出结论：42 ℃以上高温暴露2 h 对牧草盲蝽若虫有很明显的致死作用。值得一提的是，棉田害虫棉蚜的若蚜在46 ℃处理1 h 条件下的存活率仅为3.27%[6]，牧草盲蝽若虫在45 ℃处理1 h 下的存活率为11.67%，可推测在夏季极端高温环境下棉田牧草盲蝽若虫比棉蚜若蚜有更高的存活率。在若虫发育历期受温度影响方面，绿盲蝽和中黑盲蝽的若虫发育历期都较对照延长[15]，本研究中在经历短时高温后牧草盲蝽若虫发育历期也表现出延长的趋势。

南疆地区夏季温度高，降水少，且极端高温天气多，1960-2014 年的55 年内极高温升高1.43 ℃[16]。在南疆阿拉尔市2021 年7 月29-30 日出现全年最高温度39.9 ℃，通过手持气候仪测得太阳直射棉田叶下温度在45 ℃以上。白顺心[17]在南疆阿拉尔田间调查发现，在2021 年7 月24 日前后棉田牧草盲蝽数量达到全年最高峰，此后下降，一直持续到8 月中旬。本研究中45 ℃处理2 h 后牧草盲蝽雌雄成虫存活率迅速下降至34.44%和23.33%。这些结果说明过高温度对牧草盲蝽种群有明显的抑制作用。此外，本研究中雌虫存活率及寿命均高于雄虫，表明牧草盲蝽雌虫相比雄虫对高温胁迫有更强的耐受能力。

高温不仅影响昆虫的存活率及寿命，对其生殖产卵也有非常重要的影响。产卵前期与产卵量呈反比趋势，原因可能有2 点：一是昆虫在经历高温后内分泌系统的变化会抑制生长发育相关激素的合成[18-20]，从而影响生殖；二是在受到高温胁迫后昆虫体内会产生大量热激蛋白保护机体免受损害[21]，由于更多的虫体能量用于热激蛋白生成致使产卵量下降[22]。本研究结果表明：在相同处理时间下，牧草盲蝽单雌产卵量随处理温度升高而下降；牧草盲蝽经33～42 ℃处理2 h 后的产卵前期变化不显著，但暴露在45 ℃高温下会对牧草盲蝽雌虫产卵前期造成显著影响，从而间接影响种群的发展。

综上，牧草盲蝽对高温胁迫有一定的耐受能力，但高温对牧草盲蝽个体发育和种群发展有不利影响。本研究结果可为我国新疆南疆夏季高温环境下棉田牧草盲蝽种群动态的预测提供借鉴，但田间湿度、施药等田间管理操作的时间和强度、天敌昆虫种群及高温对寄主植物的影响等都会对其种群发展产生影响，因此，为提高预测准确度，还需要关注更多因素深入研究。