蘭州飼用高粱抗蚜性評價與蚜蟲種群動態(tài)研究

1、蘭州飼用高粱抗蚜性評價與蚜蟲種群動態(tài)研究第一章文獻(xiàn)綜述1.1 高粱高粱 Sorghum bicolor (L.)又名蜀黍、蘆粟、秫秫，是世界上廣泛種植的第五大大糧食作物1，同時也是中國最早栽培的禾谷類作物之一。具有光合效率高、生物產(chǎn)量高、糖分含量高、適應(yīng)性強(qiáng)、抗旱、耐澇、耐鹽堿等特點(diǎn)2。這些顯著特征使得高粱，特別是是甜高粱成為多數(shù)發(fā)展中國家廣泛種植的重要能源和糧食作物3。高粱種子是淀粉行業(yè)的重要原材料。我國許多地區(qū)都有用釀造高粱酒的傳統(tǒng)4。除作為糧食作物，高粱作為新型能源作物在世界范圍內(nèi)廣受關(guān)注。當(dāng)今世界面臨能源危機(jī)等諸多問題，化石燃料的燃燒產(chǎn)生大量溫室氣體，加劇了全球溫室效應(yīng);。同時傳統(tǒng)化石

2、能源的日益減少，使得開發(fā)新型潔凈綠色能源，成為新的趨勢5。目前廣為關(guān)注的是新型燃料乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)。甜高粱作為生產(chǎn)乙醇的重要原材料，被認(rèn)為是最具潛力的能源植物之一6。甜高粱秸稈含有豐富的糖分，可用來提取并加工制糖，也可以直接將秸稈中的汁液發(fā)酵生產(chǎn)乙醇7。高粱籽粒含有豐富的淀粉，是乙醇的良好原料。據(jù)化驗分析，高粱子粒中含淀粉 65.977.4，蛋白質(zhì) 8.4214.45，粗脂肪 2.395.47，每百克子粒放出的熱量為365 千卡；次于玉米，高于小麥、大米等8。飼用高粱與傳統(tǒng)飼料相比有很多優(yōu)點(diǎn)，飼用高粱的粗脂肪、粗蛋白和粗纖維含量普遍高于飼用玉米9，而它的用水量只有飼用玉米的 70%。飼用高粱與

3、其他類型高粱相比，具有以下特點(diǎn)：植株分蘗能力強(qiáng)、生長旺盛、莖干含有豐富的汁液，并有很強(qiáng)的刈割后再生的能力。莖葉的蛋白質(zhì)含量很豐富，可以作為優(yōu)質(zhì)的牲畜飼料10-11。青綠莖葉成熟之前可做青貯飼料，成熟的莖干還是一種優(yōu)良的造紙原料。甜高粱秸稈含有豐富的糖分，營養(yǎng)價值很高。.1.2 蚜蟲概況蚜蟲隸屬于昆蟲綱（Insecta）半翅目(Hemiptera) 蚜總科(Aphidoidea)，是一類植食性昆蟲，橢圓形或者長紡錘形，其體型較小。主要分布在北半球溫帶地區(qū)和亞熱帶地區(qū)，熱帶地區(qū)分布很少19。截至目前，世界上已經(jīng)有 500 余屬 4700余種的蚜蟲被發(fā)現(xiàn)并記錄20，其中 250 種已經(jīng)被確定為有害蚜

4、蟲21，其中就包括重要的農(nóng)業(yè)害蟲如桃蚜 Myzus persicae，麥二叉蚜 Schhizaphid graminum(Rondani)及豌豆蚜 Acyrthosiphon pisum 等22。蚜蟲為漸變態(tài)昆蟲，繁殖力很強(qiáng)，在適宜的環(huán)境下，一個世代周期僅需 10d左右。蚜蟲的生活史很復(fù)雜，可以分為不全周期和全周期兩種。在夏季全生活周期的蚜蟲，無翅型雌蟲營孤雌生殖，在其整個生活周期中，沒有雄性蚜的發(fā)生, 卵胎生，產(chǎn)幼蚜；隨著季節(jié)變化，溫度降低時，出現(xiàn)雄蚜蟲，與雌蚜蟲交配產(chǎn)卵后以卵越冬。大多數(shù)蚜蟲進(jìn)行全周期生活方式，在一年或兩年之內(nèi)完成它的孤雌生殖世代和有性生殖世代交替23。蚜蟲具有一定的寄主選

5、擇性，自然界大多數(shù)植食性昆蟲往往都有自己特定可供選擇的寄主植物范圍。蚜蟲通過自身各處感覺通道接受來自植物一系列特征所產(chǎn)生的刺激，通過神經(jīng)分析，并根據(jù)遺傳所形成的模板和生理狀態(tài)，做出對寄主植物的選擇。.第二章 14 個飼用高粱品種田間抗蚜性評價為害高粱的蚜蟲主要包括高粱蚜 Melanaphis scacchari （Zehntner）、玉米蚜 Rhopalosiphum maidis （Fitch）、禾谷縊管蚜 Rhopalosiphum padi （Linnaeus）和麥二叉蚜 Schizaphis graminum （Randani）等87。高粱出苗后即可受到蚜蟲的危害, 單株蟲數(shù)可達(dá) 30

6、000 頭28。除直接危害農(nóng)作物植株，高粱蚜蟲也是重要的植物病毒傳播者88，不僅直接對其寄主植物造成危害，且可在幾秒內(nèi)將所攜帶的病毒傳給健康植物。如果不能在蚜蟲爆發(fā)時期采取及時的藥劑防治, 蚜蟲會對高粱生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害，引起的損失能夠達(dá)到 46-78%89；同時還會影響高粱各項經(jīng)濟(jì)性狀，如莖稈含糖量明顯下降、籽粒蛋白質(zhì)含量下降90和受害莖稈不耐貯藏等問題。目前高粱蚜蟲的防治主要以化學(xué)措施為主，但由于人力、物力的投入較大以及高粱的種植密度大往往造成防治上的困難34。同時化學(xué)藥劑對天敵殺傷嚴(yán)重容易造成蚜蟲的猖獗37?？瓜x品種的選育和使用已經(jīng)成為高粱蚜蟲防治的一項重要手段。它可以減少人力、物力的投入

7、，同時不易對蚜蟲天敵產(chǎn)生誤殺。因此從育種學(xué)的角度增加品種的抗性便成為防治蚜蟲最經(jīng)濟(jì)和有效的方法。當(dāng)前對于飼用高粱抗蚜性的研究有傳統(tǒng)的表型研究和新興的分子水平研究35。國內(nèi)外學(xué)者對此做了大量研究。杜瑞恒等通過觀察蚜蟲在高粱飼能 1 號上的發(fā)生規(guī)律，調(diào)查并分析了蚜蟲對高粱各項主要經(jīng)濟(jì)性狀的影響91。Gahuar 在高粱品種對蚜蟲的抗性鑒定中做了大量的工作，對 12 個高粱種質(zhì)材料對玉米蚜的抗性進(jìn)行評價鑒定，提出高粱品種51-69作為抗源能夠應(yīng)用于高粱抗玉米蚜的品種改良92。何富剛通過逐步回歸分析表明，在高粱抗蚜的生化基礎(chǔ)研究中，可溶性總氮與抗蚜性的關(guān)系最為密切93。本文用蚜害指數(shù)法和蚜量比值法對

8、14 個高粱品種的抗蚜性進(jìn)行了評價，旨在掌握目前甘肅引進(jìn)飼用高粱的抗蚜性。同時調(diào)查了混合蚜蟲種群在供試各高粱品種上的數(shù)量動態(tài)，以篩選出具有優(yōu)良抗蟲性的高粱品種，為高粱蚜蟲的預(yù)測預(yù)報和防治以及飼用高粱的抗蚜育種提供參考與依據(jù)。2.1 材料與方法試驗材料用 14 個飼用高粱品種：牧樂 8000、絕佳、遼甜 3 號、遼甜 5 號、1990、1180、1230、2180、3180、4180、大力士、日本飼用高粱、帕卡、大卡、海牛。其中遼甜 3 號和遼甜 5 號為國內(nèi)品種，日本飼用高粱從日本引進(jìn)，其余品種均從美國引進(jìn)。田間調(diào)查時采集蚜蟲標(biāo)本，浸泡于裝有 75%酒精的離心管內(nèi)，帶回實驗室鑒定。經(jīng)甘肅省農(nóng)業(yè)

9、科學(xué)院賀春貴教授鑒定，蘭州高粱田有禾谷縊管蚜Rhpalosiphum padi (L) 、麥長管蚜 Sitobion avenae (Febricius) 和麥二叉蚜Schhizaphid graminum (Rondani) 3 種。本試驗調(diào)查時以 3 種蚜蟲混合種群計數(shù)。.2.2 結(jié)果與分析不同飼用高粱品種上混合蚜蟲種群的發(fā)生規(guī)律見圖 2.1。由于飼用高粱各品種成熟期不一致，其中光敏型品種不抽穗。本研究中生育期描述以遼甜 3 號的生育期為標(biāo)準(zhǔn)。試驗地于 2015 年 6 月 27 日出現(xiàn)蚜蟲，根據(jù)調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高粱在8 月 21 日前，混合蚜蟲種群在各品種上的種群密度均很低。8 月 31

10、日后，混合蚜蟲種群的數(shù)量開始上升。9 月 5 日后，混合蚜蟲種群繁殖速率加快，蟲口數(shù)量大幅上升，此后混合蚜蟲種群的數(shù)量均保持在較高水平。在 9 月下旬到 10 月上旬種群數(shù)量達(dá)到峰值。各品種蚜蟲種群數(shù)量的波動表現(xiàn)基本相同。但各品種之間蚜蟲種群密度峰值有較大差異，如帕卡和1990，種群密度最高時分別達(dá)到了916.4頭-株-1和 922.0 頭-株-1，而絕佳上種群密度最高時僅為 204.3 頭-株-1，這些結(jié)果均說明不同高粱品種對混合蚜蟲種群的抗性程度存在差別。.第三章 飼用高粱田間混合蚜蟲數(shù)量消長與空間動態(tài).203.1 材料和方法.203.1.0 試驗地點(diǎn).203.1.1 試驗材料.203.1

11、.2 調(diào)查方法.203.2. 資料整理.203.2.1 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析.203.2.2 高粱田間蚜蟲優(yōu)勢度的分析方法.213.2.3 高粱田間蚜蟲空間分布型的測定方法：.213.3.1 春季高粱田間蚜蟲種群動態(tài).233.3.2 高粱蚜蟲種群的空間動態(tài).253.4 結(jié)論與討論.27第四章 不同溫度下麥二叉蚜的實驗種群生命表.294.1 材料和方法.294.2 結(jié)果與分析.304.2.2 不同溫度下麥二叉蚜成蟲的生命參數(shù).334.2.3 不同溫度下麥二叉蚜若蚜歷期.334.3 結(jié)論與討論.34第五章 結(jié)論與創(chuàng)新.355.1 主要結(jié)論.355.2 存在問題.355.3 創(chuàng)新.36第四章 不同溫度

12、下麥二叉蚜的實驗種群生命表蚜蟲種群數(shù)量的動態(tài)消長變化與出生率和死亡率密切相關(guān)，并且還受到外界環(huán)境因素（溫度，光照等）的影響與種群內(nèi)在因素共同相互作用。趨利避害是生物自身特性，昆蟲為了自身生長發(fā)育和生殖交配120，往往通過自主活動避開極端溫度。根據(jù) 2015 年調(diào)查結(jié)果，蘭州飼用高粱試驗地中，飼用高粱上麥二叉蚜的害狀最為明顯。麥二叉蚜是作物最重要的害蟲之一，國外學(xué)者做了很多相關(guān)溫度對于麥蚜的研究。主要集中其生長發(fā)育121、生殖和存活122、種群增長123及其參數(shù)的影響，研究不同溫度下昆蟲的生長發(fā)育，能夠揭示其最適發(fā)育溫度85。這對了解昆蟲種群的空間分布動態(tài)、提升害蟲預(yù)測預(yù)報的準(zhǔn)確性以及研究防治新

13、方法有重要意義。4.1 材料和方法4.1.1 材料供試蟲源；在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼用高粱種植田中采集足量麥二叉蚜成蟲，帶回實驗室飼養(yǎng)。將無翅胎生雌蚜飼養(yǎng)在高粱葉片上，24h 后移去成蚜，將同期初產(chǎn)的發(fā)育整齊一致的若蚜作為試驗蟲源。供試高粱：于甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼用高粱種植田，選取長勢和營養(yǎng)狀態(tài)相似的高感品種帕卡的葉片，剪下帶回實驗室作為供試材料。本試驗設(shè)定在 3 個溫度梯度（15、20和 25）和相對濕度 RH=60%±5%的條件下，每一溫度下飼養(yǎng) 20 頭蚜蟲，重復(fù) 3 次。先將 8.5cm 培養(yǎng)皿洗凈，于滅菌鍋中消毒后備用。每個培養(yǎng)皿用脫脂棉分割成 4 部分，每部分放置 1 片新

14、鮮高粱葉片。新鮮的高粱葉片剪成小片，葉片邊緣用脫脂棉浸水包圍，保持高粱葉片的濕度。每片葉片接種 1 只無翅若蚜，每 3 天從田間采集并更換一次葉片。試驗中人工氣候箱參數(shù)設(shè)置為晝夜比 16L：8D。每天觀察一次。觀察并記錄蚜蟲的存活狀況，每次觀察后及時用細(xì)毛筆小心將若蚜和蛻皮從葉片上移除，并記錄蛻皮次數(shù)和產(chǎn)蚜量。.結(jié)論以蚜害指數(shù)法比值法的結(jié)果為鑒定依據(jù)，絕佳、3180、牧樂 8000 均表現(xiàn)為中抗;，遼甜 3 號、2180 表現(xiàn)為低抗，日本高粱、大力士、遼甜 5 號和 4180 表現(xiàn)為低感，1230 和 1180 表現(xiàn)為中感，帕卡表現(xiàn)為高感。采取蚜害指數(shù)法和蚜量比值法相結(jié)合的評價方法，能夠科學(xué)的評價供試品種的抗蚜性，篩選出優(yōu)良抗蟲性的高粱品種。2016 年調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，混合蚜蟲種群發(fā)生存在三個高峰，禾谷縊管蚜在高粱成熟期前為優(yōu)勢種，峰值最高為百株 4148 和 4616 頭?；旌涎料x種群在高粱田間始終呈聚集分布，聚集原因由蚜蟲自身習(xí)性引起。聚集度呈擴(kuò)散-聚集-在擴(kuò)散-再聚集的規(guī)律。在實驗室設(shè)定條件下，麥二叉蚜凈增值率（R0）、內(nèi)稟增長率（rm）和周限增長率（λ）均隨著溫度的上升而增加。25時，內(nèi)稟增長率最高為 0.231，3 個溫度下內(nèi)稟增長率（rm）數(shù)值間差異顯著。