二次正交旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計優(yōu)化小菜蛾人工飼料配方

二次正交旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計優(yōu)化小菜蛾人工飼料配方

野生豬小葉刺（l.）是十字花科植物的主要害蟲。由于其有害嚴(yán)重、抗藥性快速發(fā)展和抗逆性強，已成為重要的抗藥性、性誘導(dǎo)劑、生物學(xué)、病理、藥理學(xué)、預(yù)防和科學(xué)控制技術(shù)等昆蟲的重要實驗對象。為了獲得大量發(fā)育整齊的實驗昆蟲,優(yōu)化小菜蛾半合成人工飼料配方,顯得尤為重要。Biever&Boldt首先用Berger配制的用于飼養(yǎng)Heliothiszea和H.coresoens的飼料飼養(yǎng)小菜蛾;而后Hsiao&Hou改進了此配方。然而,這些飼料都是以麥胚為基礎(chǔ)的飼料,它們的成分復(fù)雜,飼養(yǎng)過程中需更換飼料,不宜大量養(yǎng)蟲。Agui等配制了兩種飼養(yǎng)甘藍粘蟲(Mamestrabrassicae)的飼料,也可用于飼養(yǎng)小菜蛾。這兩種飼料都含有大量切碎的甘藍葉片而不是干葉粉。加入新鮮的物質(zhì)可能使飼料的效果因不同制品中葉片的含水量不同而變動;另外在沒有新鮮葉片的時候,飼料就無法配制。相比較而言,干葉粉在冷藏條件下可保存數(shù)月,對配制飼料比較方便。方菊蓮等篩選的飼料飼養(yǎng)效果同發(fā)芽菜籽相仿,飼養(yǎng)過程中不必更換飼料,簡化了育蟲管理工作,但飼養(yǎng)的小菜蛾化蛹率僅為54.1%。Ramegowda用芥菜飼養(yǎng)小菜蛾,幼蟲歷期很長,平均為29.86d。為了得到飼養(yǎng)管理方便,化蛹率高的配方,本文選用菜心(Brassicachinensis)干葉粉為主要原料,應(yīng)用二次正交旋轉(zhuǎn)回歸設(shè)計方法對飼料配方進行了優(yōu)化。1材料和方法1.1菜粒粉的制備(1)蟲源從田間采回蛹和成蟲,經(jīng)室內(nèi)發(fā)芽菜苗飼養(yǎng)一代后,采集成蟲產(chǎn)卵作為試驗蟲源。(2)菜葉粉于自己種植的田間采集菜心(Brassicachinensis)葉片,洗凈,晾干后置60℃烘箱中烘烤,干燥后用植物組織粉碎機磨成粉,過80目篩,裝于廣口瓶中備用。(3)麥芽粉市售麥芽,60℃烘箱中烘烤,干燥后用植物組織粉碎機磨成粉,過80目篩,裝于廣口瓶中備用。(4)韋氏鹽和維生素混合液的配方參考文獻,防腐劑采用尼泊金,飼料的基本成分見表1。1.2測試方法1.2.1量表的添加量蔗糖溶解于20ml水中,再加入尼泊金、氯化膽堿、維生素混合液、氫氧化鉀,充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙?。各成分含量見?。稱取麥芽粉、干酪素、菜葉粉、螺旋藻、膽固醇、韋氏混合鹽,充分?jǐn)嚢?倒入上述溶液中。瓊脂加入剩余的水中,讓飼料總量為100g,煮熔,沸騰后倒入混合物中,充分?jǐn)嚢?蒸15min,取出冷至60℃,加入抗壞血酸,拌勻,趁熱分裝于飼養(yǎng)器中(果凍杯或塑料盒),待其充分冷凝后置于冰箱內(nèi)(1～4℃)貯藏待用。1.2.2幼卵粒及老熟幼蟲的采集幼蟲飼養(yǎng)用的器皿為果凍杯或塑料盒,杯口用保鮮膜封口,用橡皮筋扎緊,保鮮膜上用昆蟲針均勻扎孔,孔間距為1cm左右,待器皿壁上和飼料表面的水氣消失后,接入經(jīng)消毒的卵或用毛筆接入初孵幼蟲。小杯接卵10?；虺醴跤紫x10頭,大杯接卵100?；虺醴跤紫x100頭。老熟幼蟲在保鮮膜上或果凍杯壁上化蛹,及時收取。成蟲和集卵羽化的成蟲放入養(yǎng)蟲籠中(30cm×20cm×15cm),籠中用圖釘釘上醮有10%葡萄糖液的棉球,在籠內(nèi)掛一裝有菜芯葉片的薄膜袋、袋上插有小孔,讓成蟲在袋上產(chǎn)卵,每天更換薄膜袋以收集卵?；蚧\中放一盆發(fā)芽菜籽,讓成蟲在菜苗上產(chǎn)卵,卵孵化后用毛筆接入飼料中。飼養(yǎng)條件在人工氣候箱中飼養(yǎng),溫度為24～26℃,相對濕度60%～70%,光照周期為13L∶11D。1.2.3數(shù)據(jù)分析方法選擇麥芽粉、干酪素、蔗糖、菜葉粉、螺旋藻作為參試因子,參試因子的水平及編碼見表2。飼料中其它組分的含量如表1。人工飼料組分影響模型的建立,是根據(jù)系統(tǒng)分析的觀點采用五因子(1/2實施)二次正交旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計表(表3)。每一參試因子的水平編碼為-2,-1,0,1,2,因子的取值采用線性變換。目標(biāo)函數(shù)為化蛹概率。試驗基本步驟詳細(xì)敘述見丁希泉。整個試驗設(shè)36個飼料配方組合,包括中心點(即編碼0水平)的10個重復(fù)。中心點的重復(fù)變異作為試驗誤差用于結(jié)果的統(tǒng)計分析。以自己種植的新鮮菜心葉片飼養(yǎng)的小菜蛾為對照,每天更換兩次葉片。整個試驗重復(fù)3次。2結(jié)果與分析2.1人工飼料基本組分不同配比對小菜砂化蛹概率的影響按試驗設(shè)計不同組分的人工飼料配方飼養(yǎng)小菜蛾的結(jié)果如表3。根據(jù)表3的結(jié)果,建立的五元二次回歸方程描述了不同組分與化蛹概率的關(guān)系:Y=0.6833+0.0554x1+0.0321x2+0.0771x3+0.1404x4+0.0013x5-0.0231x1x2+0.0581x1x3-0.0306x1x4-0.0019x1x5+0.0044x2x3-0.0094x2x4+0.0169x2x5-0.0031x3x4-0.0894x3x5+0.0519x4x5-0.0311x12+0.0799x22-0.0286x32-0.0899x42-0.0549x52回歸方程的檢驗結(jié)果顯示:失擬性檢驗F1=2.5273<F0.1(6,9)=2.55,表明無失擬因素影響。顯著性檢驗F2=6.7726>F0.01(20,15)=3.37,達到0.01的顯著水平。這說明此方程可信度好,能反映出人工飼料5種基本組分不同配比與小菜蛾化蛹概率之間的曲面反應(yīng)?；貧w系數(shù)t-檢驗結(jié)果表明:b4、b2b2、b4b4在0.01水平上差異顯著,b1、b3、b5b5在0.05水平上差異顯著,說明人工飼料的5種主要成分中,干酪素、蔗糖對小菜蛾化蛹概率有極顯著影響,菜葉粉、麥芽粉和螺旋藻對小菜蛾化蛹概率均有顯著影響。在交互項中,b1b3、b3b5在0.05水平上差異顯著,說明麥芽粉與菜葉粉、菜葉粉與螺旋藻的交互作用均對小菜蛾化蛹概率有顯著影響。方程中的其它各項對小菜蛾化蛹概率影響不顯著。2.2干結(jié)構(gòu)因子的回歸模型從所建立的回歸方程的偏回歸系數(shù)絕對值的大小可判明因子的重要程度,系數(shù)的正負(fù)表示因子效應(yīng)作用的方向。從線性項看,5種人工飼料組分對化蛹概率的影響從大到小依次為干酪素、菜葉粉、麥芽粉、蔗糖、螺旋藻。其中,干酪素對化蛹概率的影響達到0.01顯著水平。麥芽粉和菜葉粉對化蛹概率的影響達到0.05顯著水平。從二次項看,5種組分對化蛹概率的影響從大到小依次為干酪素、蔗糖、螺旋藻、麥芽粉、菜葉粉,其中干酪素、蔗糖的影響達到0.01顯著水平,螺旋藻的影響達到0.05顯著水平。采用“降維法”,可導(dǎo)出各組分因子對化蛹概率的偏回歸解析子模式,求得某一因子在特定條件下的最佳水平。從偏回歸子模型(圖1)可以看出,麥芽粉、蔗糖、菜葉粉、干酪素、螺旋藻分別在編碼值接近或等于0.89、0.2、1.35、0.78、0.012時取得最佳值。說明這些組分應(yīng)選擇在適宜的水平,含量太多或太少均影響小菜蛾的化蛹概率。2.3小菜器各組分間的交互效應(yīng)從交互項系數(shù)可以看出,麥芽粉、蔗糖、菜葉粉、干酪素、螺旋藻(x1、x2、x3、x4、x5)5種組分的交互作用,除了x1與x3、x2與x3、x2與x5、x4與x5為正效應(yīng)外,其余各組分兩兩相互作用均為負(fù)效應(yīng)。其中,x1和x3、x3和x5的交互效應(yīng)達到0.05顯著水平,說明麥芽粉與菜葉粉、菜葉粉與螺旋藻的配比對小菜蛾的化蛹概率有顯著影響。利用“降維法”,可以得到偏回歸解析子模式。根據(jù)偏回歸子模式進行交互效應(yīng)分析,所得數(shù)據(jù)可繪成圖2～圖4。在圖2的直觀分析中,麥芽粉與菜葉粉的配比以5∶5為最優(yōu)。在圖2的直觀分析中,菜葉粉與螺旋藻的配比以1∶6為最優(yōu)。在圖4的直觀分析中,干酪素與螺旋藻的配比以3∶4為最優(yōu)。2.4養(yǎng)分優(yōu)化以化蛹概率為指標(biāo),對2.1所建立的模型進行統(tǒng)計尋優(yōu)。2.4.1g飼料中各組分見表2X=(x1,x2,x3,x4,x5)=(2,0,2,0,-2),對應(yīng)于100g飼料中各組分含量:麥芽粉5.0g、蔗糖3.5g、菜葉粉5.0g、干酪素3.0g、螺旋藻0。2.4.2化蛹概率分布變量輪換直接尋優(yōu)法可求出優(yōu)化配方組合,但沒有考慮到隨機因素,在實際生產(chǎn)中是困難的。為此采用計算機對不同設(shè)計水平下的組合進行模擬試驗,從55=3125個組合中,獲得化蛹概率>0.85的方案14個,其分布如表4。根據(jù)頻次分析結(jié)果和實際情況取任一值即可得出優(yōu)化組合,現(xiàn)取中值可得出各組分的優(yōu)化組合∶X=(麥芽粉,蔗糖,菜葉粉,干酪素,螺旋藻)=(4.86,3.36,5.00,3.00,0.75)(g/100g)根據(jù)變量輪換直接尋優(yōu)法和頻次分析及統(tǒng)計尋優(yōu)求得的各組分的優(yōu)化組合結(jié)果,再考慮實際操作的難易,得出小菜蛾人工飼料優(yōu)化配方如表5。2.5各保蟲的探索用優(yōu)化配方(見表5)飼料飼養(yǎng)小菜蛾的結(jié)果見表6。從表6可知,在溫度24～26℃,相對濕度60%～70%,光照周期13L∶11D的條件下,用優(yōu)化配方飼養(yǎng)小菜蛾,初孵幼蟲至成蟲的歷期12.95d,化蛹率為74.7%,羽化率為94.9%,平均蛹重5.14mg/頭,雌蟲平均壽命9.5d,雄蟲13.5d,每雌平均產(chǎn)卵量135.67粒。以發(fā)芽菜籽飼養(yǎng)的為對照。對照的初孵幼蟲至成蟲的歷期13.33d,化蛹率77.4%,羽化率93.8%,平均蛹重4.4mg/頭,雌蟲平均壽命9.0d,雄蟲16.5d,每雌產(chǎn)卵量108粒。整個實驗設(shè)5個重復(fù),共500頭試蟲。從表中還可看出,飼料養(yǎng)的化蛹率、羽化率、幼蟲歷期、成蟲壽命與發(fā)芽菜籽飼養(yǎng)的在方差分析中差異不顯著,蛹重和產(chǎn)卵量增加。3飼料配方的研究方法以往昆蟲人工飼料研制的過程多為帶有經(jīng)驗性的篩選。本試驗在前人經(jīng)驗配方的基礎(chǔ)上,結(jié)合前一部分小菜蛾人工飼料的研究,以二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計來確定人工飼料組分的配比對小菜蛾幼蟲生長的影響,獲得較滿意的結(jié)果。該設(shè)計具有規(guī)范化的設(shè)計方案和標(biāo)準(zhǔn)化的計算方法。并能建立研究對象與各種作用因子相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型?；貧w設(shè)計將回歸分析法與正交試驗法的優(yōu)點有機地結(jié)合起來。一方面選擇較少的適當(dāng)?shù)脑囼烖c;另一方面,應(yīng)用最小二乘法原理,通過實測的數(shù)據(jù)求出各因子與指標(biāo)之間的回歸方程式,并且各回歸系數(shù)之間彼此是不相關(guān)的,從而明顯地簡化了求回歸系數(shù)的計算。這一設(shè)計方法在飼料配方研究上有重要意義。本試驗中,以麥芽粉,蔗糖,菜葉粉,干酪素,螺旋藻為參試因子,并通過二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計和模型模擬進行優(yōu)