吉林地区桦潜叶蜂生物学特性1)

胡靓 王禄鑫 邢蒙恩 肖雨桐 王亚洁 刘亦然 冯立超 范文忠

(吉林农业科技学院,吉林省·吉林市,132101)

桦树是优质的木材,也是园林绿化树种。近年来,国内桦树的种植日益增多,在城市道路、居民区及森林中均有大面积种植。桦潜叶蜂(Profenusathomsoni)为膜翅目叶蜂科潜叶蜂亚科昆虫,原产于欧洲,主要危害桦树(BetulaplatyphyllaSuk.)。桦潜叶蜂于1924年在欧洲首次被报导,美国、瑞士、俄罗斯、英国、德国、法国、日本、加拿大、意大利等地均有危害记录[1-2]。2012年,《吉林省园林植物病虫害生态图鉴》中记录了桦潜叶蜂幼虫会危害吉林地区桦树,属外来有害生物。2012—2016年,桦潜叶蜂在吉林地区的危害较轻,自2017年,其在吉林地区的危害逐年加重,对园林绿化及白桦种植构成了威胁。本研究探索了吉林地区桦潜叶蜂生物学特性,对了解入侵物种在入侵地的分布、扩散速度及动态,控制桦潜叶蜂种群入侵等具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究材料

供试植物为树龄为8～10 a的白桦树,其株高为9～10 m,种植行距及株距为5 m。供试昆虫为桦潜叶蜂各虫态。

1.2 物种鉴定方法

形态学鉴定:在显微镜下观察卵、幼虫、蛹、成虫形态大小;卵及蛹的颜色;幼虫足、胸的特征;成虫头、胸、腹、翅的特征,拍照及对比鉴定。

分子生物学鉴定:采集桦树潜叶蜂成虫活体,75%酒精进行灭杀处理,再用无水酒精浸泡若干成虫。采用DNA(COI)测序,鉴定物种。按照动物组织快速提取试剂盒说明书提取DNA,使用引物(COI-F:5’-CAACATTTATTTTGATTTTTTGG-3’,COI-R:5’-TCCAATGCACTAATCTGCCATATTA-3’扩增,按常规试验方法获得PCR产物,同时采用琼脂糖凝胶电泳检测,桑格测序法双向测序,获得DNA序列,经Blast比对分析,确定其分类地位[3-7]。

1.3 桦潜叶蜂生活史观察

采用室内测定与野外田间观察的方法[8-18]确定桦潜叶蜂越冬场所。

野外田间观察:于4月下旬,在吉林市郊区桦潜叶蜂为害严重的白桦根际周围2 m内,分东、南、西、北、中5个方位进行五点取样,采集土壤深度(h)分别为:表层土、0

室内饲养观察:采用上述方法采样,设置恒温箱20 ℃并在黑暗条件下进行饲养。根据恒温箱内土壤水份日蒸发量,每日喷洒等量蒸馏水90～100 mL,保持土壤含水量为18%～20%。当发现第1头成虫后,每8 h检查1次,分别记录成虫羽化数量,直至连续7 d成虫不再出现为止,统计不同土层成虫数量。

幼虫及蛹田间观察:春季,在白桦根际周围1 m内,每3 d取样1次,采用随机取样法,每次选10株桦树为调查样本,每点取长×宽×深=10 cm×10 cm×10 cm的土样各5块,观察幼虫、蛹形态特征,拍照记录虫体大小、体色。

成虫观察:连续多天,采用定点挂签的方法,每1 h查看1次,拍照记录成虫行为特征、活动时间、栖息场所及其产卵时间和位置。

卵观察:连续多天,根据对角线取样,定点定枝,观察多个叶片当日产卵情况,并挂签标于叶柄,共标记50块产卵痕。白天每2 h观察1次,观测其单叶产卵情况及产卵痕形状,同时镜下观察卵的形态、大小、颜色等。

林间为害观察:采用定点挂签的方式,连续观察幼虫为害情况,观察幼虫为害特征及取食特点,幼虫从叶片中脱落及化蛹时间,幼虫及蛹的形态、大小、颜色,2代危害情况。

1.4 桦潜叶蜂为害习性观察

2019—2021年,在为害期于桦树林内采用五点取样法进行取样,每点间隔5 m,调查3株桦树。将树冠分上、中、下层(纵茎比为1∶3∶1),用高枝剪剪取外层枝条,每株取树叶500片,观察野外桦潜叶蜂的为害情况[16-20]。

7月中旬,选择为害严重的白桦林,随机选取12株白桦,株高9～10 m,设距地面5.5 m以下、5.5～7.0 m、7.0～8.5 m 3个高度,从东、南、西、北4个方位,用高枝剪剪取外层枝条各15枝,调查为害叶片数量及总叶片数量,计算为害率,并计算为害占比(为害占比表示危害程度)。从被幼虫为害的叶片中随机取500片,调查单片叶片中幼虫数量后进行统计,记录为害量。公式如下:

为害率=(不同高度为害的叶片数量/对应高度调查的总叶片数量)×100%;

为害占比=(不同高度为害的叶片数量/为害的叶片总量)×100%。

1.5 桦潜叶蜂越冬行为调查

9月,采用五点取样法,在树盘周围按不同土壤深度分层取样(表层土、0

2 结果与分析

2.1 桦潜叶蜂各虫态特征

桦潜叶蜂成虫:体长约3 mm,头部为黑褐色,触角为丝状,11节。前翅第三臀脉与第一臀脉远离,翅基片为黑色。成虫产卵器为橙黄色至深褐色,呈锯状,具弧形锯齿。

桦潜叶蜂卵:初产时为白色,略呈圆形或椭圆形,于叶片表皮内吸水膨胀后呈半透明状,大小为(0.25～0.30)mm×(0.50～0.60)mm。孵化过程中蜂卵颜色逐渐变深,孵化前为棕色。

桦潜叶蜂幼虫:虫体呈圆筒形,体表多褶皱。初孵幼虫体长为0.08～0.12 mm,老熟幼虫体长为4.0±0.7 mm。幼虫胸足退化,头部为棕褐色,呈三角形,前胸宽于头部,中胸和后胸腹侧有小的椭圆形棕色斑纹。幼虫共5龄,1龄幼虫为乳白色,2～3龄为黄白色,4～5龄为墨绿色。

桦潜叶蜂蛹:体长为3.5～4.0 mm,呈卵圆形,复眼为红棕色,头部为半透明白色,体躯呈淡黄色,两头均呈现尖端,末期逐渐变成蓝灰至黑色。

分子生物学鉴定:采用形态学与DNA基因序列片段对比结合的方式进行物种鉴定。将获得的序列拼接后,使用Blast进行比对分析。系统发育树分析该物种与桦潜叶蜂(Profenusathomsoni)同源性为99%,确定昆虫为桦潜叶蜂(Profenusathomsoni)。

2.2 桦潜叶蜂生活史及习性特征

野外观察发现,桦潜叶蜂在吉林地区1 a发生2代,5月下旬化蛹,蛹期5～10 d,6月上旬,始见羽化第1代成虫,成虫一般可存活1～2 d。成虫于上午07:00—09:00,产卵于树冠下层嫩叶表皮叶肉组织内。桦潜叶蜂成虫主要在叶片正面活动,沿着叶脉产卵,1条叶脉附近可产5～10头卵,同一叶片可有1～10个产卵痕。产卵处形似透明水泡,吸水后胀大,在日平均温度为15～20 ℃时,5～7 d可孵化出幼虫。桦潜叶蜂1龄幼虫为乳白色,2～3龄为黄白色,4～5龄为墨绿色。初孵幼虫孵出后随即开始取食,且随着龄期的增加,幼虫取食量逐渐增大。初孵幼虫潜叶危害嫩叶,初期在叶片上形成黑色小点,该物质为幼虫粪便及褪皮残留物。随着幼虫取食量增大,为害状呈近圆圈形,叶片变成黄色,为害部位组织坏死、褪绿、干枯、易碎,上下表皮夹层内残留黑色粪便。幼虫取食叶肉,最终只剩上下叶表皮。桦潜叶蜂幼虫期为20～25 d,大部分老熟幼虫从叶片中脱落,潜入浅土中,少部分老熟幼虫在叶片为害部位化蛹,蛹期5～8 d,7月上旬,成虫羽化,为2代成虫。7月上旬,成虫产卵于桦树中层、上层嫩叶中,卵经过3～5 d孵出幼虫,幼虫进入为害盛期,严重为害叶片,造成大部分叶片褪绿、干枯脱落;7月中旬不见成虫;8月中旬,老熟幼虫脱叶落入土壤表层,随即爬行至相对松软或具缝隙的土壤后潜入土中,多于5～10 cm土层中做土茧越冬;次年春季,当土壤中温湿度适宜时,越冬幼虫化蛹,蛹期5～7 d,之后羽化出成虫,为次年主要虫源。

a.卵及产卵痕;b.为不同龄期幼虫;c.蛹期的土茧;d.成虫及前后翅特征。

田间观察发现,成虫活动能力不强,无远距离迁飞能力。当遇到干旱年份时,由于越冬代幼虫发育延迟,导致其他虫态发育也相对延迟。为害较轻时,叶片为害率为40%～50%;为害较重时,为害率达90%以上,造成大量的叶片褪绿变黄、干枯脱落,严重影响树势及观赏效果,造成重大经济损失。桦潜叶蜂仅为害桦树。

1代桦潜叶蜂集中为害白桦下层叶片,而2代则主要为害中、上层叶片,且2代幼虫从为害新叶为主。

2.3 桦潜叶蜂为害情况

桦潜叶蜂为害结果表明,桦潜叶蜂幼虫对桦树上、中、下层叶片为害率分别为54.71%、40.47%、46.99%,为害占比分别为42.58%、29.74%、27.68%。可见,桦潜叶蜂对上、中层叶片为害较重。

田间为害调查统计发现,桦潜叶蜂1代成虫主要产卵在下层叶片中,2代则逐渐向中、上层为害,且2代为害达到高峰,为害占比为72.32%,比1代为害更重,其原因为桦潜叶蜂2代成虫产卵量更多,所以造成的为害更大。

图2 桦潜叶蜂相近属系统发育树

a.成虫在叶脉附近产卵;b.幼虫在取食叶肉;c.幼虫典型危害状;d.幼虫在叶片内化蛹。

在为害盛期,对不同为害叶片中虫量进行调查发现,单片叶片中幼虫1、2、3、4、5头数量占比分别为59.13%、24.35%、10.43%、3.48%、2.16%。其中老熟幼虫,单叶以1～2头为主,所占比例为83.48%。

通过对桦潜叶蜂越冬场所及越冬幼虫在土层的分布情况进行调查及统计,发现不同土层中越冬虫量不同。取样调查发现,表层土、0

3 讨论

吉林市发现的桦潜叶蜂为外来有害生物,寄主为白桦。桦潜叶蜂在吉林地区1 a发生2代,而在欧洲及北美地区1 a发生1代[21],说明桦潜叶蜂分布区域及生境的变化直接影响其生物学特性变化,以便其能更好地适应新的生存环境[22]。在北美地区,1代老熟幼虫选择树盘周围土壤深度为15 cm处越冬[21],而吉林地区老熟幼虫在桦树下5～10 cm土层中做土茧越冬。该现象表明,幼虫在浅土层中越冬,随着分布纬度的升高,越冬时期平均温度升高,对越冬代幼虫生存并未构成威胁。因此,在研究扩散机制中,应考虑桦潜叶蜂在其他区域内随温度升高其生物学特性及为害行为的变化。

桦潜叶蜂仅为害桦树嫩叶,对发生区白桦的生产构成威胁。调查表明,桦潜叶蜂对白桦上、中层叶片为害最为严重。被为害的叶片中多以1～2头幼虫为主。老熟幼虫从叶片中脱落,于土中做茧越冬,次年春季于土中化蛹、羽化,成为1代主要虫源。少部分老熟幼虫化蛹于叶片为害部位,7月上旬,叶片中桦潜叶蜂蛹羽化出成虫,为2代虫源,该成虫喜欢将卵产于中上部新的嫩叶中。8月中旬(干旱年份延至9月上旬),老熟幼虫脱叶潜入5～10 cm土层做茧越冬。

在北美地区分布的桦潜叶蜂为害主要发生在桦树中上部区域,而在吉林地区1代桦潜叶蜂集中为害白桦下层叶片,而2代桦潜叶蜂主要为害中、上层叶片,出现该现象与成虫的营养有关[23-24]。

桦潜叶蜂为外来有害生物,已入侵吉林地区。在野外观察发现,桦潜叶蜂幼虫在发育过程中,会有数量减少的现象,这与种间竞争相关。桦潜叶蜂种群在国内天敌的组成情况还需要进一步研究,这类研究对桦潜叶蜂扩散动态、分布地区、扩散速度等问题均具有重要意义。