李廣雨,高　瑞,赫　娟,曹　祝,胡祖慶,胡想順,趙惠燕

旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院, 楊凌　712100

?

高壓靜電脅迫對(duì)麥長(zhǎng)管蚜種群生長(zhǎng)發(fā)育與繁殖的影響

李廣雨,高瑞,赫娟,曹祝,胡祖慶,胡想順,趙惠燕*

旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院, 楊凌712100

為了探究高壓靜電場(chǎng)對(duì)麥長(zhǎng)管蚜SitobionavenaeFabriciusde 的影響。采用特定年齡生命表的方法,設(shè)置2、4、6 kV/cm輻射強(qiáng)度處理小麥種子和出生24h內(nèi)的1齡若蚜。統(tǒng)計(jì)連續(xù)20代電場(chǎng)脅迫后麥長(zhǎng)管蚜生命表種群參數(shù)、繁殖參數(shù)以及存活率的變化。結(jié)果表明：(1)經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理后麥長(zhǎng)管蚜的內(nèi)稟增長(zhǎng)率(r)在2 kV/cm和4 kV/cm強(qiáng)度時(shí)受影響顯著(P<0.05),但兩者表現(xiàn)的世代不同,2 kV/cm和4 kV/cm的最低值分別出現(xiàn)在第20代和第10代。(2)麥長(zhǎng)管蚜的凈增值率(R0)、平均世代周期(T)、繁殖力(F)、成蟲(chóng)壽命和產(chǎn)仔天數(shù)等參數(shù)均呈現(xiàn)前期受高壓靜電場(chǎng)影響各處理組均顯著低于對(duì)照組(P<0.05),隨著世代的增加高壓靜電處理組與對(duì)照組無(wú)顯著差異。(3)麥長(zhǎng)管蚜的特定年齡階段存活率曲線受世代和高壓靜電場(chǎng)強(qiáng)度的影響顯著。研究結(jié)論：麥長(zhǎng)管蚜的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖受世代和高壓靜電場(chǎng)強(qiáng)度的雙重影響,且兩者具有交互效應(yīng)。研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于：模擬自然條件下(同時(shí)對(duì)植物和昆蟲(chóng)進(jìn)行高壓靜電場(chǎng)輻射處理)高壓靜電場(chǎng)對(duì)麥長(zhǎng)管蚜的影響,為蚜蟲(chóng)生態(tài)遺傳進(jìn)化和生態(tài)控蚜提供理論依據(jù)。

麥長(zhǎng)管蚜；高壓靜電場(chǎng)；生命表；種群參數(shù)；繁殖參數(shù)

自然界通常處于低壓正靜電場(chǎng)狀態(tài),地球上空的電離層對(duì)地面具有360kV的正電位,地面附近的場(chǎng)強(qiáng)為130V/m[1-2]。在這個(gè)巨大的天然靜電場(chǎng)中生物本身其電荷分布、排列以及運(yùn)動(dòng)都達(dá)到了穩(wěn)定并呈現(xiàn)一定的規(guī)律性[3],然而隨著通信和電力事業(yè)的高速發(fā)展以及電氣設(shè)備等的廣泛應(yīng)用,外部電磁環(huán)境急劇增加,有研究表明外部電磁環(huán)境已經(jīng)比上世紀(jì)增加了1億倍以上[4],這種變化勢(shì)必會(huì)對(duì)生物造成一定的影響。關(guān)于電場(chǎng)對(duì)生物的影響現(xiàn)已證明電場(chǎng)能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外離子流通[5-8],干擾DNA合成和RNA轉(zhuǎn)錄[9-11],干預(yù)細(xì)胞的免疫反應(yīng)[12],影響細(xì)胞對(duì)不同激素和酶以及神經(jīng)物質(zhì)的反應(yīng)[13-16]。

有關(guān)電磁環(huán)境對(duì)生物的影響研究主要集中在醫(yī)學(xué)方面,而有關(guān)昆蟲(chóng)的研究報(bào)道包括Chris等研究發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)屏蔽的電流積累和家蠅(MuscadomesticaL)行走的速度密切相關(guān)[17]；David等研究發(fā)現(xiàn)根結(jié)線蟲(chóng)因其種類(lèi)和齡期不同,對(duì)不同強(qiáng)度的電場(chǎng)會(huì)做出不同的反應(yīng)[18]；Mohamed 等研究靜電場(chǎng)噴霧對(duì)棉花上的甘薯粉虱(Bemisiatabaci)致死率,表明其至死濃度比傳統(tǒng)的噴霧防治至死濃度明顯增大[19]；Vytautas 等綜述了電場(chǎng)對(duì)蜜蜂(ApismelliferaL)的交流和生殖發(fā)育等方面的影響[20]。而有關(guān)植物的研究報(bào)告包括：適宜場(chǎng)強(qiáng)的電場(chǎng)能夠提高種子的萌發(fā)率[21-22]改變體內(nèi)的某些化學(xué)物質(zhì)的含量以及成分[23-24]進(jìn)而改變生理活動(dòng)[25]。上述前人研究多數(shù)只針對(duì)高壓靜電場(chǎng)對(duì)動(dòng)物和植物某一方面,但是電場(chǎng)同時(shí)輻射昆蟲(chóng)和寄主植物的生物學(xué)效應(yīng)尚未見(jiàn)報(bào)道。

麥蚜是我國(guó)北方麥類(lèi)作物上的主要害蟲(chóng)類(lèi)群,其中麥長(zhǎng)管蚜Sitobionavenae(Fabricius)是麥類(lèi)作物上優(yōu)勢(shì)種,具有生長(zhǎng)周期短,繁殖快,適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn), 除通過(guò)直接刺吸小麥汁液來(lái)危害作物外,還可傳播病毒病(如大麥黃矮病毒BYDV),分泌蜜露遮蓋葉片影響光合作用而引起作物進(jìn)一步受害, 造成作物嚴(yán)重減產(chǎn)[26-27]。在實(shí)際生產(chǎn)中,為了殺滅麥長(zhǎng)管蚜,通常采用噴施農(nóng)藥的方法,不僅污染環(huán)境,破壞生態(tài)平衡,也帶來(lái)了農(nóng)藥殘留等一系列危害。因此,尋找無(wú)污染的生態(tài)控蚜方法勢(shì)在必行。

蚜蟲(chóng)作為典型的R對(duì)策昆蟲(chóng),在面對(duì)急劇變化的電磁環(huán)境時(shí),蚜蟲(chóng)種群如何快速適應(yīng)變化？如何變異、遺傳與進(jìn)化？如果能從蚜蟲(chóng)研究獲得突破不僅對(duì)于生物遺傳進(jìn)化具有重要的理論意義,而且對(duì)于害蟲(chóng)防治具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。本研究團(tuán)隊(duì)曹祝曾用0—6 kV/cm高壓靜電場(chǎng)處理小麥種子20 min,研究結(jié)果表明電場(chǎng)對(duì)小麥和蚜蟲(chóng)的保護(hù)酶系均存在影響[28]；赫娟在0—6 kV/cm高壓靜電場(chǎng)處理麥長(zhǎng)管蚜4 min的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)對(duì)蚜蟲(chóng)的發(fā)育和壽命存在不利影響[29]。基于以上前人的研究,本實(shí)驗(yàn)以麥長(zhǎng)管蚜作為研究材料,探究高壓靜電場(chǎng)能否為生態(tài)控蚜提供新方法,通過(guò)生命表的方法研究麥長(zhǎng)管蚜受高壓靜電場(chǎng)輻射處理后生態(tài)參數(shù)的變化,明確HVEF對(duì)蚜蟲(chóng)的作用,為探索高壓靜電生態(tài)控蚜提供理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1供實(shí)材料

小麥品種為1376(西北農(nóng)林科技大學(xué)昆蟲(chóng)生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供),挑選大小一致的籽粒種植在大小為9×9×10的塑料盆里,栽培用純育苗基質(zhì)(購(gòu)自陜西楊陵農(nóng)資市場(chǎng)),栽培環(huán)境為光周期16(L)∶8(D),溫度為(20±1)℃,相對(duì)濕度為(70±10)%。培育至12—13日齡待用。

蟲(chóng)源采用西北農(nóng)林科技大學(xué)昆蟲(chóng)生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的單克隆品系。1頭無(wú)翅成蚜在光周期16(L)∶8(D),溫度為(20±1)℃,相對(duì)濕度為(70±10)%的人工氣候箱內(nèi)連續(xù)飼養(yǎng)4—5代后,其后代做為單克隆品系待用

1.2高壓靜電場(chǎng)處理

高壓靜電發(fā)生器購(gòu)自浙江省麗水市農(nóng)科所農(nóng)業(yè)智能化快繁中心,其能夠產(chǎn)生0—100 kV連續(xù)電壓,處理終端是由兩個(gè)長(zhǎng)60 cm寬25 cm的鋁板構(gòu)成,兩者之間的距離是8 cm(處理裝置如圖1)。本研究包括處理種子和麥長(zhǎng)管蚜仔蚜,處理強(qiáng)度分別為0、2、4、6 kV/cm：小麥種子放在高壓靜電發(fā)射儀器下處理20 min；1日齡初產(chǎn)若蚜高壓靜電場(chǎng)條件下輻射20 min,每個(gè)處理20頭,每個(gè)處理重復(fù)3次,連續(xù)輻射20代,每隔5代統(tǒng)計(jì)1次生命表數(shù)據(jù)。

圖1　裝置示意圖Fig.1　Schematic diagram of the device

1.3生命表研究

將上述處理過(guò)的初產(chǎn)若蚜用同樣電場(chǎng)強(qiáng)度處理過(guò)的小麥單頭飼養(yǎng)在直徑為60 mm的培養(yǎng)皿里,置于光周期16(L)∶8(D),濕度為(20±1)℃,相對(duì)濕度為(70±10)%的養(yǎng)蟲(chóng)室內(nèi)飼養(yǎng)。每天觀察并記錄蚜蟲(chóng)的蛻皮,產(chǎn)仔,存活和死亡情況。所得數(shù)據(jù)用于計(jì)算蚜蟲(chóng)的內(nèi)稟增長(zhǎng)率(r),凈增值率(R0),平均世代周期(T),周限增長(zhǎng)率(λ),計(jì)算公式如下：

T = ∑xlxmx/ ∑lxmx

R0= ∑lxmx

r= lnR0/T

λ=er

式中,lx表示特定時(shí)間存活率,mx表示特定時(shí)間繁殖力,x表示若蚜齡期

1.4數(shù)據(jù)分析

采用兩性生命表來(lái)分析將記錄的麥長(zhǎng)管蚜蛻皮、生長(zhǎng)及產(chǎn)仔情況, 生命表原始記錄數(shù)據(jù)采用軟件TWOSEX-MSChart 2.0[30]進(jìn)行分析,最后所得生命表數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),SNK方法進(jìn)行多重比較,各處理組間的顯著性差異水平均為P<0.05,用Sigmaplot 12.5作圖。

2　結(jié)果與分析

2.1不同強(qiáng)度高壓靜電處理后麥長(zhǎng)管蚜不同世代種群參數(shù)變化

麥長(zhǎng)管蚜種群內(nèi)稟增長(zhǎng)率(r)受不同世代和高壓靜電強(qiáng)度影響差異顯著(6 kv/cm除外)(表1)。對(duì)于同一世代不同處理,1,5,10代處理組均低于對(duì)照組,在1,10代最低值出現(xiàn)在4 kV/cm且與對(duì)照組相比有顯著性差異(P<0.05),而在第15,20代最低值出現(xiàn)在2 kV/cm。對(duì)于同一處理不同世代,2 kV/cm最低值出現(xiàn)在第20代,4 kV/cm出現(xiàn)在第10代,兩個(gè)處理的最高值都出現(xiàn)在第15代,6 kV/cm各世代間沒(méi)有顯著差異。表明：高壓靜電場(chǎng)對(duì)蚜蟲(chóng)種群增長(zhǎng)有抑制作用,且強(qiáng)度與世代之間存在交互作用(F=85.692,df=12,P<0.001)。

不同強(qiáng)度處理對(duì)平均世代周期(T)有顯著影響(表1),規(guī)律是在第一代和第五代時(shí),隨著HVEF強(qiáng)度的增加,其平均世代周期T在一定程度上縮短。這說(shuō)明經(jīng)受HVEF處理的麥長(zhǎng)管蚜受到了脅迫,為了維護(hù)種群的發(fā)展而被迫縮短平均世代周期,本質(zhì)上也說(shuō)明了HVEF對(duì)麥長(zhǎng)管蚜造成了一定的傷害。然而第20代卻顯示出沒(méi)有影響,T并未呈現(xiàn)前幾代的類(lèi)似變化趨勢(shì),而是保持一個(gè)較穩(wěn)定時(shí)間,各組之間并無(wú)顯著差異。推測(cè)經(jīng)歷了數(shù)代進(jìn)化與適應(yīng),HVEF在世代周期方面造成的傷害已經(jīng)得以彌補(bǔ),顯示出了麥長(zhǎng)管蚜的生態(tài)適應(yīng)性。

蚜蟲(chóng)凈增值率(R0)的變化規(guī)律與平均世代周期(T)類(lèi)似,這說(shuō)明HVEF對(duì)麥長(zhǎng)管蚜的生殖能力和種群增長(zhǎng)起到了抑制作用。

表1　不同強(qiáng)度高壓靜電處理后麥長(zhǎng)管蚜不同世代種群生態(tài)學(xué)參數(shù)比較Table 1　The population parameters (mean ± SE) of different generations ofSitobionavenaeafter exposure to electric fields (n=3)

小寫(xiě)字母a,b表示橫向處理水平的差異顯著性,大寫(xiě)字母A,B,C,D表示縱向世代水平的差異顯著性(α=0.05,SNK檢驗(yàn)法)

2.2不同強(qiáng)度高壓靜電處理后麥長(zhǎng)管蚜不同世代種群繁殖的變化

從表2中可以看出麥長(zhǎng)管蚜的繁殖受高壓靜電強(qiáng)度和世代影響差異顯著,同一處理不同世代,產(chǎn)卵前總時(shí)間(TPOP)2 kV/cm各世代與對(duì)照組均無(wú)顯著差異,4 kV/cm在1、5代顯著低于對(duì)照組,到10代顯著高于對(duì)照組,15、20代沒(méi)有顯著差異,而6 kV/cm只有在第1代與對(duì)照組存在顯著差異(P<0.05)；而成蟲(chóng)壽命,繁殖力和產(chǎn)仔天數(shù)等參數(shù)各處理組均呈現(xiàn)出前期極顯著低于對(duì)照組(P<0.01),隨著世代的增加處理組與對(duì)照組無(wú)顯著差異,表明：電場(chǎng)脅迫對(duì)麥長(zhǎng)管蚜產(chǎn)生不利影響,但在長(zhǎng)期電場(chǎng)輻射條件下,蚜蟲(chóng)會(huì)最終適應(yīng)電場(chǎng)脅迫。此外,3個(gè)參數(shù)的各組最低值均出現(xiàn)在第20代,且顯著低于(P<0.05)其他世代(表2)。

2.3不同強(qiáng)度高壓靜電處理后麥長(zhǎng)管蚜不同世代種群存活率曲線

麥長(zhǎng)管蚜的特定年齡階段存活率曲線如圖2所示。特定年齡階段存活率曲線(sxj)表示一個(gè)初產(chǎn)若蚜可能存活到天數(shù)x和齡期j,由于蚜蟲(chóng)個(gè)體發(fā)育速率不同可以明顯的看出齡期的重疊。從圖中可以看出：不同高壓靜電強(qiáng)度處理下不同世代麥長(zhǎng)管蚜存活率曲線,處理組與對(duì)照組相比成蟲(chóng)存活率峰值和壽命總體呈現(xiàn)隨著世代的增加先降低后升高最后無(wú)差異的走勢(shì)。以4 kV/cm為例,與對(duì)照相比成蟲(chóng)存活率峰值和壽命先下降,到第10代達(dá)到最大差距,隨后差距縮小,到第20代與對(duì)照無(wú)顯著差異。表明：電場(chǎng)脅迫在短期內(nèi)加速蚜蟲(chóng)的死亡,但在長(zhǎng)期不斷的輻射中,蚜蟲(chóng)逐漸對(duì)其產(chǎn)生適應(yīng)性,最終使得蚜蟲(chóng)在電場(chǎng)脅迫中得以生存和存活,至于蚜蟲(chóng)如何逐漸產(chǎn)生適應(yīng)的生理生化及分子機(jī)制有待進(jìn)一步證明。

表2　不同強(qiáng)度高壓靜電處理后麥長(zhǎng)管蚜不同世代種群繁殖的比較Table 2　The fecundity (mean±SE) of different generations ofSitobionavenaeafter exposure to electric fields (n=3)

小寫(xiě)字母a,b表示橫向處理水平的差異顯著性,大寫(xiě)字母A,B,C,D表示縱向世代水平的差異顯著性(α=0.05,SNK檢驗(yàn)法)

圖2　不同電場(chǎng)強(qiáng)度(0、 2、 4、6 kV/cm)連續(xù) 20 代脅迫處理對(duì)麥長(zhǎng)管蚜存活率的影響Fig.2　Survival Rate of different generations of Sitobion avenaeafter continuous electric fields(0， 2， 4，6 kV/cm)exposur

3　結(jié)論與討論

本研究中,將麥長(zhǎng)管蚜特定年齡生命表中的內(nèi)稟增長(zhǎng)率(r)、凈增值率(R0)、平均世代周期(T)、成蟲(chóng)壽命、產(chǎn)仔天數(shù)、繁殖力、產(chǎn)崽總天數(shù)以及特定年齡階段存活率等幾個(gè)具有代表性的參數(shù)作為生物指標(biāo),觀察麥長(zhǎng)管蚜種群生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖受高壓靜電場(chǎng)強(qiáng)度和世代的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,高壓靜電場(chǎng)強(qiáng)度和世代對(duì)麥長(zhǎng)管蚜上述生物指標(biāo)產(chǎn)生了顯著影響,并且兩因素間存在著顯著的交互作用。

本研究麥長(zhǎng)管蚜的內(nèi)稟增長(zhǎng)率(r)2 kV/cm最低值較4 kV/cm世代延后,這可能與場(chǎng)強(qiáng)的累積效應(yīng)有關(guān),場(chǎng)強(qiáng)較弱時(shí)處理時(shí)間長(zhǎng)一些,場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)處理時(shí)間短一些。類(lèi)似的研究出現(xiàn)在用高壓靜電場(chǎng)處理花生2 kV/cm時(shí)處理6 h效果最佳,而4 kV/cm時(shí)處理0.5 h效果較優(yōu)[31]。此研究結(jié)果與前人高壓靜電場(chǎng)單獨(dú)處理小麥種子結(jié)果相反(麥長(zhǎng)管蚜內(nèi)稟增長(zhǎng)率2 kV/cm最低值比4 kV/cm世代提前)[32]這可能是高壓靜電場(chǎng)不僅直接照射小麥同時(shí)照射蚜蟲(chóng)雙重脅迫的結(jié)果,雙重脅迫下蚜蟲(chóng)通過(guò)自身調(diào)節(jié)增強(qiáng)了對(duì)低強(qiáng)度電場(chǎng)抗性,但隨著場(chǎng)強(qiáng)的累積最終表現(xiàn)負(fù)面效應(yīng)。另外,電場(chǎng)脅迫存在“閾值效應(yīng)”,并非場(chǎng)強(qiáng)越大對(duì)蚜蟲(chóng)的毒害越重,再次證明了前人研究結(jié)果[28-29]

本研究中經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理后麥長(zhǎng)管蚜的存活率曲線在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下差異顯著,其中4 kV/cm受影響最顯著,此研究結(jié)果與赫娟高壓靜電場(chǎng)單獨(dú)處理麥長(zhǎng)管蚜以及曹祝高壓靜電場(chǎng)單獨(dú)處理小麥種子結(jié)果相符[29,32],但相較于單獨(dú)處理,本研究麥長(zhǎng)管蚜各處理組成蟲(chóng)存活率峰值明顯升高。前人研究表明：麥長(zhǎng)管蚜主要通過(guò)維持抗氧化物保護(hù)酶系平衡和加速種群遺傳進(jìn)行兩個(gè)途徑來(lái)抵御高壓靜電場(chǎng)產(chǎn)生的不利影響。本文推測(cè)麥長(zhǎng)管蚜經(jīng)高壓靜電場(chǎng)直接和間接影響加速了其對(duì)高壓靜電場(chǎng)的適應(yīng),成蟲(chóng)存活率峰值的升高可能與此相關(guān)。實(shí)際情況如何有待進(jìn)一步的研究。

本研究麥長(zhǎng)管蚜的種群參數(shù)和繁殖均呈現(xiàn)前期顯著低于對(duì)照,隨著世代的增加與對(duì)照無(wú)顯著差異,此研究結(jié)果與赫娟高壓靜電場(chǎng)單獨(dú)處理麥長(zhǎng)管蚜結(jié)果相符[29],這可能與細(xì)胞膜上一種微孔形成的可逆現(xiàn)象有關(guān)。有研究表明細(xì)胞膜在電場(chǎng)的作用下,產(chǎn)生“電溝”效應(yīng),形成所謂的“微孔”,使細(xì)胞膜在原有電位的基礎(chǔ)上產(chǎn)生100—170 mV的跨膜電位,這種跨膜電位對(duì)嵌入細(xì)胞膜中的大分子物質(zhì)產(chǎn)生影響,使其構(gòu)形發(fā)生變化,進(jìn)而影響細(xì)胞的功能,電場(chǎng)強(qiáng)弱不同,產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)也不同,一般認(rèn)為：弱場(chǎng)下微孔的形成是可逆的；強(qiáng)場(chǎng)下膜的破壞是不可逆的[32-33]。蚜蟲(chóng)在高壓靜電處理下的表現(xiàn)是否真的與微孔有關(guān),有待進(jìn)一步證明。

高壓靜電對(duì)蚜蟲(chóng)種群的脅迫研究涉及生物學(xué)與物理學(xué)兩大學(xué)科的交叉,其中深入生物物理機(jī)理研究或許會(huì)對(duì)此做出更好的解釋。本研究發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)期電場(chǎng)同時(shí)輻射小麥和蚜蟲(chóng)對(duì)麥長(zhǎng)管蚜的雙重脅迫生物學(xué)效應(yīng),但涉及的相關(guān)生理生化影響尚未研究,未來(lái)需要從麥長(zhǎng)管蚜體內(nèi)某些化學(xué)物質(zhì)變化情況, 以及有關(guān)高壓靜電場(chǎng)脅迫的分子機(jī)理、相關(guān)蛋白質(zhì)合成代謝具體機(jī)制以及相關(guān)核酸水平的遺傳變異等方面進(jìn)一步深入研究, 從而為電場(chǎng)對(duì)蚜蟲(chóng)的生物學(xué)效應(yīng)和害蟲(chóng)物理防治提供理論依據(jù)。

[1]高云飛, 鄭世民. 高壓靜電場(chǎng)生物效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制. 畜牧獸醫(yī)科技信息, 2014, (10): 17-18.

[2]Carstensen E L. Biological effects of power frequency electric fields. Journal of Electrostatics, 1997, 39(3): 157-174.

[3]Fernie K J, Reynolds S J. The effects of electromagnetic fields from power lines on Avian reproductive biology and physiology: a review. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B: Critical Reviews, 2005, 8(2): 127-140.

[4]黃卡瑪, 李穎, 楊春, 辜明君. 弱電磁場(chǎng)與生命系統(tǒng)相互作用的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)——生物代謝動(dòng)態(tài)過(guò)程中的電磁干擾.中國(guó)醫(yī)學(xué)物理, 1997,14(4):205-207,211-211.

[5]Bawin S M, Adey W R. Sensitivity of Calcium Binding in Cerebral Tissue to Weak Environmental Electric Fields Oscillating at Low Frequency. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of American, 1976, 73(6):1999-2003.

[6]Bawin S M, Kaczmarek L K, Adey W R. Effects of Modulated VHF Fields on the Central Nervous System. Annals of the New York Academy of Sciences, 1975,247:74-81.

[7]Blackman C F, Benane S G, Kinney L S, Joines W T, House D E. Effects of ELF Fields on Calcium-Ion Efflux from Brain Tissue in Vitro. Radiation Research, 1982,92(3):510-520.

[8]Blackman C F, Benane S G, House D E, Joines W T. Effects of ELF (1-120 Hz) and Modulated (50 Hz) RF Fields on the Efflux of Calcium Ions from Brain Tissue In Vitro. Bioelectromagnetics, 1985,6(1):1 -11.

[9]LibOff A R, Williams T Jr, Strong D M, Wistar R Jr. Time-Varying Magnetic Fields: Effect on DNA Synthesis. Science, 1984, 223(4638):818-820.

[10]Goodman R, Henderson A S. Sine Waves Enhance Cellular Transcription.Bioelectromagnetics, 1986, 7(1):23-29.

[11]Goodman R, Abbott J, Henderson A S. Transcriptional Patterns in the X chromosome ofSciaraCoprophilafollowing exposure to magnetic fields. Bioelectromagnetics, 1987, 8(l): l-7.

[12]Lyle D B, Schechter P, Adey W R, Lundak R L. Suppression of T-Lymphocyte cytotoxicity Following Exposure to Sinusoidally amplitude-modulated Fields. Bioelectromagnetics, 1983,4(3):281-292.

[13]Luben R A, Cain C D, Chen M C Y, Rosen D M, Adey W R. Effects of Electromagnetic Stimuli on bone and bone Cells in Vitro: Inhibition of Responses to Parathyroid Hormone by Low-energy, Low-frequency Fields. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of American, 1982, 79(13):4180-4184.

[14]Lymangrover J R, Keku E, Seto Y J. 60-Hz Electric Field Alters the Steroidogenic Response of Rat Adrenal Tissue, In Vitro. Life Sciences, 1983,32(7):691 -696.

[15]Lymangrover J R, Keku E, Hsieh S T, Dunlap W P, Seto Y J. Direct Power Frequency Electric Field Effects on Mammalian Endocrine Tissue. Environmental Research, 1987, 43(1):157-167.

[16]Vasquez B J, Anderson L E, Lowery C, Adey W R. Effects of 60 Hertz Fields on the Daily Rhythms of Opiate Receptors. Society for Neuroscience Abstracts, 1986, 11:443-443.

[17]Jackson C, McGonigle D. Direct monitoring of the electrostatic charge of house-flies (MuscadomesticaL.) as they walk on a dielectric surface. Journal of Electrostatics, 2005, 63(6/10):803-808.

[18]Shapiro-Ilan D I, lewis E E, Campbell J F, Kim-Shapiro D B. Directional movement of entomopathogenic nematodes in response to electrical field: effects of species, magnitude of voltage and infective juvenile age. Journal of Invertebrate Pathology, 2012, 109(1): 34-40.

[19]Latheef M A, Carlton J B, I W K, Hoffmann W C. Aerial electrostatic-charged sprays for deposition and efficacy against sweet potato whitefly (Bemisiatabaci) on cotton. Pest Management Science, 2009, 65(7): 744-752.

[20]Bindokas V P, Gauger J R, Greenberg B. Laboratory investigations of the electrical characteristics of honey bees and their exposure to intense electric fields. Bioelectromagnetics, 1989, 10(1): 1-12.

[21]云波, 李波, 彭榮, 姜延青, 紀(jì)實(shí)剛. 高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)苜蓿種子及幼苗抗旱性的影響. 高師理科學(xué)刊, 2007,27(3)：59-62

[22]張永明. 高壓靜電場(chǎng)對(duì)黃瓜種子發(fā)芽率影響與機(jī)理研究. 長(zhǎng)江蔬菜, 2008, (4): 45-46.

[23]朱誠(chéng), 房正濃, 曾廣文. 高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)老化黃瓜種子脂質(zhì)過(guò)氧化的影響. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版, 2000, 26(2): 127-130.

[24]王淑慧, 黎先棟, 宋長(zhǎng)銑. 高壓靜電場(chǎng)處理小麥種子對(duì)幼苗生長(zhǎng)和有關(guān)化學(xué)成分的影響. 生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展, 1991, 18(5): 392-393, 399-399.

[25]謝菊芳, 廖貢獻(xiàn), 張菁. 高壓靜電場(chǎng)對(duì)植物細(xì)胞的影響. 中南民族學(xué)院學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 2000, 19(3): 9-12.

[26]王憲聚. 三種麥蚜發(fā)生規(guī)律及穗期發(fā)生程度預(yù)測(cè)研究. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 1986, (6): 10-14.

[27]楊效文. 麥長(zhǎng)管蚜穗型蚜研究初報(bào). 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 1991, 6(2): 103-107.

[28]曹祝, 李廣雨, 赫娟, 趙惠燕, MKDK P. 高壓靜電場(chǎng)對(duì)小麥葉片保護(hù)酶系統(tǒng)及麥長(zhǎng)管蚜種群動(dòng)態(tài)的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2016,(4), doi:10.5846/stxb201407041377.

[29]He J, Cao Z, Yang J, Zhao H Y, Pan W D. Effects of static electric fields on growth and development of wheat aphidSitobionaveanae(Hemiptera: Aphididae) through multiple generations, Electromagnetic Biology and Medicine,2014, doi: 10.3109/15368378.2014.954288.

[30]Chi H, TWOSEX-MSChart: computer program for age stage, two-sex life table analysis. Available at: http://140.120.197.173/ecology/, 2013.

[31]趙建萍, 崔寶欣, 張德山, 郝憲孝. 高壓靜電場(chǎng)對(duì)花生、小麥生長(zhǎng)的影響. 煙臺(tái)師范學(xué)院學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 1992, 8(1/2)：70-73.

[32]曹祝. 高壓靜電場(chǎng)處理小麥種子對(duì)麥長(zhǎng)管蚜生命表參數(shù)，保護(hù)酶活性及種群動(dòng)態(tài)的影響[D]. 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2015, 1-42

[33]吳春艷, 張俐, 鄭世民. 高壓靜電場(chǎng)對(duì)動(dòng)物機(jī)體生物效應(yīng)的影響機(jī)理及其應(yīng)用. 動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 2004, 25(3)：7-9.

Effect of high-voltage electrostatic field (HVEF) on the growth and fecundity ofSitobionavenaeFabricius (Hemiptera: Aphididae)

LI Guangyu, GAO Rui, HE Juan, CAO Zhu, HU Zuqing, HU Xiangshun, ZHAO Huiyan*

StateKeyLaboratoryofCropStressinAridAreas,NorthwestAgricultureandForestryUniversity,Yangling712100,China

High Voltage Electrostatic Field (HVEF) as an environmental factor has been proved significantly influenced living beings. The rapid increase of HVEF in recent years is due to the industrial and household machines and appliances, high-voltage power grids and medical devices.Sitobionavenae(Fabricius) (Homoptera: Aphididae) is one of the most common pests of wheat. It damages plants by ingesting sap from the ears, stems, leaves, and other tender plant parts. Itis also known to transmit viruses (e.g., barley yellow dwarf virus) during feeding, thereby reducing wheat yield and quality. Additionally its characteristics of parthenogenesis and high fecundity render it a good subject for research into the adaptation and evolution of insects. Raw-data analysis of an age-stage, two-sex life table is possible even though aphids reproduce parthenogenetically. In comparison to traditional age-specific life tables, two-sex life table analysis offers the following advantages: since it takes variability into account, it is more realistic than analyses based solely on the means of development times; it deals with the entire population (males, females, and those that die before the adult stages); and in simulation studies, it takes into account the complete age-stage distribution of the population. The last point is important because while only specific stages are sampled in field studies, different stages have different susceptibilities to insecticides, and behavioral patterns vary widely between stages. To explore the influence of HVEF onS.avenae, the age-stage life table ofS.avenaewas established to evaluate its life-table parameters. Wheat seeds andS.avenaenymphs born within 24 h of the experiment were exposed to HVEF for 20 mi at three intensities: 2, 4 and 6kV/cm. The results showed that: (1) the intrinsic rate of increase (r) was significantly lower than ck(P<0.05) at 2 and 4kV/cm, the minimum value was observed in the 20thand 10thgenerations respectively. (2) The net reproductive rate (R0), mean generation span (T), fecundity, adult longevity, and oviposition period ofS.avenaeexposed to HVEF were allsignificantly lower (P<0.05) than those of control at early generations, but no differences were found at late generations. (3) The age-specific survival rates ofS.avenaewere significantly influenced by generation and HVEF. The growth and development ofS.avenaewas affected by the intensity of HVEF and the generation of the organism, and the interaction of the two factors was also significant. As is well known, chemical control is often used within an Integrated Pest Management (IPM) program to keep the numbers of pests below the economic threshold. However, farmers often increase the quantity and frequency of insecticide usage to prevent pest damage without regarding the consequences. We demonstrate that HVEF affects aphid growth, developmengt and survival, thus it may provide a new tool for aphid control.

Sitobionavenae; high voltage electrostatic field (HVEF); life table; population parameters; reproductive parameters

10.5846/stxb201506231263

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20130204110004)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(39970112,30470268)

2015-06-23;

2016-01-06

Corresponding author.E-mail: zhaohy@nwsuaf.edu.cn

李廣雨,高瑞,赫娟,曹祝,胡祖慶,胡想順,趙惠燕.高壓靜電脅迫對(duì)麥長(zhǎng)管蚜種群生長(zhǎng)發(fā)育與繁殖的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(13):3987-3994.

Li G Y, Gao R, He J, Cao Z, Hu Z Q, Hu X S, Zhao H Y.Effect of high-voltage electrostatic field (HVEF) on the growth and fecundity ofSitobionavenaeFabricius (Hemiptera: Aphididae).Acta Ecologica Sinica,2016,36(13):3987-3994.