乔小燕,王 斌,孙九胜,孙 晨,崔 磊,槐国龙,陈波浪
(1.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所,乌鲁木齐 830091;2.新疆农业大学资源与环境学院,乌鲁木齐 830052)
【研究意义】农田残膜会使得耕地质量水平降低[1-8],大蜡螟体内有能够降解聚乙烯塑料的微生物菌株[9-16],而地膜主要成分就是聚乙烯,研究取食农田残膜对大蜡螟种群延续的影响。对大蜡螟生物降解农田残膜的应用有实际意义。【前人研究进展】大蜡螟(Galleriamellonella)属鳞翅目、螟蛾科、蜡螟亚科、蜡螟属的完全变态昆虫[17]。目前,对大蜡螟有关降解塑料的研究主要偏向于其肠道微生物对塑料的降解,即提取并验证大蜡螟体内具有降解聚乙烯能力的菌株[9-11,13],也有一些通过对取食聚乙烯塑料的大蜡螟粪便显微镜观察和热容量分析等方法证明大蜡螟可以降解聚乙烯塑料[14-16],大蜡螟直接取食聚乙烯塑料对其生长的影响侧重于对其当代生长的影响[18]。【本研究切入点】取食聚乙烯塑料对大蜡螟种群延续影响的研究较少。需研究取食农田残膜对大蜡螟种群延续的影响。【拟解决的关键问题】以新疆农田残膜为饲料,研究大蜡螟生物降解新疆农田残膜对其种群延续的影响。为大蜡螟生物降解农田残膜的研究与应用提供参考依据。
1.1 材 料
1.1.1 饲料及虫源
饲养原料:新疆农田残膜(NTCM)、麦麸(MF)
NTCM采集自国家灰漠土土壤肥力与肥料长期监测站;MF采购于新疆乌鲁木齐。
人工饲料配方[19-21]为奶粉、面粉、麦麸、蜂蜡、酵母粉、豆粉、蜂蜜各1份,甘油和玉米粉各0.6份。制备时,先将配方中奶粉,面粉、麦麸、豆粉、玉米面和酵母粉混合均匀,再将甘油和蜂蜜加入拌匀,最后将加热熔化的蜂蜡倒入混匀,放入冰箱内冷藏备用。
供试虫源:由山西农业大学林学院实验室提供,该种群于2017年建立,已连续饲养15代以上。
试验时间:2021年。
试验地点:新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所实验室。
1.1.2 仪器与设备
恒温培养箱(天津市泰斯特仪器有限公司DH6000A型)、温湿度计(安逸佳G-337)、万分之一电子天平(梅特勒-托利多仪器(上海市)有限公司AL104)、游标卡尺(精度0.02 mm)、塑料养虫盒(长宽高9.5×9.5×5.5(cm),盒盖上均匀分布透气孔)、塑料孵化瓶(圆柱形,体积64 cm3)、放大镜(放大倍数100、上海梏湘光学仪器有限公司)和镊子等。
1.2 方 法
饲养环境清洁消毒:室内地面用1∶500的84消毒液,培养箱四周的墙壁、窗、试验台等用1∶100的84消毒液,培养箱、养虫盒、镊子等用75%酒精溶液消毒。
在室内恒温、恒湿、暗室条件下,即30℃、60%±10% RH(相对湿度),以麦麸(MF)和新疆农田残膜(NTCM)不同比例混合人工饲养大蜡螟2个世代,每一世代经历阶段为卵-幼虫-蛹-成虫-卵,具体操作为:将山西农业大学院实验室提供的同一产卵期的80粒卵放入64 cm3孵化瓶之日起饲养30 d,将重量为0.100 0～0.200 0 g幼虫挑出放入空养虫盒24 h,后分别放入加有5.000 0 g麦麸(MF处理)、2.500 0 g麦麸+2.500 0 g农田残膜(50%NTCM处理)、5.000 0 g农田残膜(100%NTCM处理)的养虫盒、每盒10头,待其蛹化再将虫蛹及时取出单独放在养虫盒,再等其羽化后将雌雄成虫成对放入装有产卵纸片的产卵盒,因成虫虹吸式口器退化,故成虫期不喂食,待成虫交配产卵后取出卵片。整个过程观察记录各阶段历期,统计幼虫体重体长、取食量、蛹重蛹长、产卵量、孵化率、成虫重量及体长等。再将同一时期所产卵按上述同样的方法饲养下一世代。每处理3个重复,综合分析取食新疆农田残膜对大蜡螟种群延续的影响。
大蜡螟幼虫体长测量:用镊子小心将1头大蜡螟幼虫夹取放于试验桌面,待其身体直线蠕动伸长时赶紧测其体长,依次测量。
蛹重、蛹长测量:每日定时观察两次(10:00,18:00),待蛹化有蛹出现及时测蛹重蛹长并分离至另一养虫盒。
成虫体重、体长测量:产卵结束后70℃烘烤20 min称取死尸体重并量其体长。
1.3 数据处理
数据用Excel 97-2003和SPSS 21处理与分析,数据间用LSD法和独立样本T检验法比较。
2.1 麦麸、新疆农田残膜不同配比条件下大蜡螟幼虫取食差异
研究表明,两代大蜡螟幼虫取食麦麸量均随残膜添加量的增加而减少(P<0.05),取食残膜量随添加残膜量的增加而增加,其中50%NTCM与100%NTCM处理的取食残膜量显著高于MF处理,50%NTCM较MF处理高约0.05～0.18 g,100%NTCM较MF处理高约0.06～0.24 g,50%NTCM与100%NTCM处理间无显著差异。表1
表1 同世代不同处理大蜡螟幼虫取食量差异
各处理第二代取食麦麸量较第一代减少,MF处理减少了0.15倍(P<0.05),50%NTCM处理减少0.29倍(P>0.05),而取食残膜量增加,50%NTCM处理增加了2.7倍(P<0.05),100%NTCM处理增加了3倍(P>0.05)。表2
表2 相同处理不同世代大蜡螟幼虫取食量差异
大蜡螟幼虫对农田残膜和麦麸的总取食量随残膜添加量的增加而减小,第一代3个处理间总取食量差异显著,第二代中50%NTCM处理分别与MF及100%NTCM处理无显著差异,而MF处理总取食量显著高于100%NTCM处理;MF处理总取食量第二代较第一代减少15.48%(P<0.05),50%NTCM处理总取食量第二代较第一代增加10.03%(P>0.05),100%NTCM处理总取食量第二代较第一代增加3倍(P>0.05)。
图1
注:柱上不同小写字母表示0.05显著性水平下的差异比较,下同
2.2 麦麸、新疆农田残膜不同配比对大蜡螟蛹的影响
2.2.1 对结茧率的影响
研究表明,大蜡螟两代间,第一代结茧率随残膜量的比例增加而减小,MF与50%NTCM处理结茧率均显著高于100%NTCM,前两处理间无显著差异。第二代结茧率由高到低依次为MF、100%NTCM、50%NTCM处理(P>0.05);MF处理第二代结茧率较第一代降低13.33%(P>0.05),50%NTCM处理第二代结茧率较第一代降低16.67%(P<0.05),而100%NTCM处理第二代结茧率较第一代增加13.34%(P>0.05)。图2
图2 不同处理大蜡螟结茧率差异
2.2.2 对大蜡螟蛹重、蛹长的影响
研究表明,大蜡螟蛹重、蛹长均随残膜量的比例增加而减小,其中第二代3个处理间蛹重及蛹长均无显著差异,但第一代MF和50%NTCM处理蛹重、蛹长均显著高于100%NTCM。图3
图 3 同世代不同处理大蜡螟蛹重、蛹长差异
3个处理第二代蛹重及蛹长均低于第一代(P>0.05),MF、50%NTCM、100%NTCM处理第二代蛹重分别较第一代低11.60%、39.81%、14.62%,蛹长分别较第一代低15.27%、20.53%、5.78%。图4
图4 不同世代相同处理蛹重及蛹长差异
2.3 麦麸、新疆农田残膜不同配比对大蜡螟成虫的影响
2.3.1 对大蜡螟成虫体重的影响
研究表明,不同处理下,第一代大蜡螟雌雄蛾的体重均随残膜量的比例增加而减小(P>0.05),第二代大蜡螟雌雄蛾体重由高到低依次为MF、100%NTCM、50%NTCM(P>0.05)。图5
注:柱上不同小写字母代表同一世代不同处理间雌雄蛾体重差异显著性(0.05显著性水平下的差异比较),下同
各处理雌蛾体重均大于雄蛾体重,MF、50%NTCM、100%NTCM处理雌蛾体重较雄蛾体重分别至少高1.32%、3.17%、3.64%,各处理差异均不显著。图6
图6 同世代相同处理雌雄蛾体重差异
各处理第二代雌雄蛾体重均低于第一代(P>0.05),其中MF、50%NTCM、100%NTCM处理第二代雌蛾体重较第一代降低依次为22.88%、23.85%、11.63%,第二代雄蛾体重较第一代降低依次为23.84%、30.16%、5.98%。表3
表3 同一处理不同世代雌雄蛾体重差异
2.3.2 对大蜡螟成虫体长的影响
研究表明,第一代大蜡螟雌雄蛾体长均随残膜添加量增加而减小,各处理间雄蛾体长无显著差异,50%NTCM处理分别与MF和100%NTCM处理雌蛾体长无显著差异,MF处理雌蛾体长较100%NTCM处理高7.23%(P<0.05);第二代雌雄蛾体长由高到低依次为100%NTCM、MF、50%NTCM处理,100%NTCM处理雄蛾体长较MF和50%NTCM分别高15.89%、17.22%(P<0.05),100%NTCM处理雌蛾体长较MF和50%NTCM分别高20.37%、19.48%(P<0.05),MF和50%NTCM处理间无显著差异。图7
图 7 同世代不同处理雌雄蛾体长差异
雌蛾体长大于雄蛾体长,MF、50%NTCM、100%NTCM处理雌蛾体长较雄蛾体长至少高10.62%、10.94%、6.91%。其中第一代MF和50%NTCM处理雌雄蛾体长差异显著,100%NTCM处理差异不显著,第二代MF和100%NTCM处理雌雄蛾体长差异显著,50%NTCM处理差异不显著。图8
图 8 同世代相同处理雌雄蛾体长差异
100%NTCM处理第二代雌蛾体长较第一代增加25.63%(P<0.05),MF和50%NTCM处理较第一代减小(P>0.05),依次减小1.90%、0.83%;50%NTCM和100%NTCM处理雄蛾体长第二代较第一代增加(P>0.05),依次增加0.41%、16.57%,而MF处理雄蛾体长较第一代减小2.71%(P>0.05)。表4
表 4 同一处理不同世代雌雄蛾体长差异
2.4 麦麸、新疆农田残膜不同配比对大蜡螟成虫产卵量的影响
研究表明,大蜡螟雌蛾产卵量随残膜量增加而减小,第一代3个处理间差异显著,第二代差异不显著;除100%NTCM处理外其余处理产卵量第二代均小于第一代,MF处理减小46.92%(P<0.05) ,50%NTCM处理减小37.23%(P<0.05),而100%NTCM处理产卵量较第一代增加0.23%(P>0.05)。图9
注:不同小写字母表示0.05显著性水平下的差异比较,下同
2.5 麦麸、新疆农田残膜不同配比对大蜡螟卵孵化率的影响
研究表明,大蜡螟两代间卵孵化率均随农田残膜添加量增加而减小(P>0.05),第二代孵化率小于第一代(P>0.05),MF、50%NTCM、100%NTCM处理第二代孵化率较第一代依次降低10.35%、5.20%、9.27%。图10
图 10 不同处理卵孵化率差异
农田残膜作为非常规食物,饲喂重量段为0.100 0～0.200 0 g大蜡螟幼虫,能维持大蜡螟生长并完成4个虫态阶段且产卵,但农田残膜并不能为大蜡螟提供充足且全面的营养成分,以麦麸作为辅助营养,与农田残膜不同比例混合,得出大蜡螟蛹重、蛹长均随残膜量的增加而减小;以人工饲料为辅助营养,同聚乙烯微塑料不同比例配比饲喂大蜡螟幼虫,也得出大蜡螟蛹重随微塑料比例增加而降低[18]。两结论均说明大蜡螟蛹重随辅助营养饲料中聚乙烯塑料的添加比例增加而降低。
研究结果显示随着麦麸配比的增加,大蜡螟幼虫取食农田残膜的量减小,与文献[14]得出的添加麦麸或蜂蜡等营养物质作为辅助碳源后,幼虫塑料取食量下降的结论一致。
就取食新疆农田残膜对大蜡螟种群延续影响而言,新疆农田残膜和麦麸不同配比饲喂大蜡螟两代,各处理第二代取食麦麸量较第一代减少,而取食残膜量较第一代增加,大蜡螟幼虫第二代较第一代对新疆农田残膜有更强的适应性;此外,大蜡螟产卵量虽随残膜量增加而减小,但100%NTCM处理第二代产卵量大于第一代。
以新疆农田残膜和麦麸(辅助营养)不同配比饲养重量段0.100 0～0.200 0 g大蜡螟幼虫2个世代,大蜡螟幼虫取食麦麸量随残膜添加量的增加而减少,取食残膜量随添加残膜量的增加而增加,各处理第二代取食麦麸量较第一代减少,而取食残膜量较第一代增加;大蜡螟蛹重、蛹长均随残膜量的增加而减小,3个处理第二代蛹重及蛹长均低于第一代;不同处理对大蜡螟雌雄蛾体重影响不显著,且各处理第二代雌雄蛾体重均低于第一代,而不同处理大蜡螟雌雄蛾体长无明显变化规律;大蜡螟产卵量随残膜量增加而减小,100%NTCM处理第二代产卵量大于第一代(P>0.05),MF和50%NTCM处理第二代产卵量小于第一代(P<0.05);大蜡螟卵孵化率随农田残膜添加量增加而减小(P>0.05),第二代孵化率小于第一代(P>0.05)。
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