小貫小綠葉蟬的疏水性及其在控制中的潛在應(yīng)用.pdf

1、小貫小綠葉蟬Empoasca onukii Matsuda是我國茶園的重要害蟲，目前已對多種農(nóng)藥品種產(chǎn)生抗藥性，既增加了防治難度，同時(shí)也因農(nóng)藥殘留等問題影響茶葉飲用的安全性，急需尋找無害化防治措施替代傳統(tǒng)的化學(xué)防治。小貫小綠葉蟬具有畏水習(xí)性，受降雨等水分脅迫影響較大，另一方面該葉蟬活動(dòng)性強(qiáng)，受驚擾時(shí)善于躲避，農(nóng)藥的噴霧防治效果常受到影響。本試驗(yàn)通過室內(nèi)人工模擬降雨分別對成若蟲進(jìn)行噴霧刺激，研究成蟲和若蟲的疏水性行為反應(yīng)特點(diǎn)，分析成、若蟲

2、不同部位的微觀結(jié)構(gòu)，并探索噴霧防治該葉蟬可行性，主要研究結(jié)果如下：
　　（1）觀察發(fā)現(xiàn)小貫小綠葉蟬成蟲和若蟲對清水噴霧刺激存在不同的行為反應(yīng)。試驗(yàn)首先比較齡期對若蟲逃避行為的影響，1齡若蟲會(huì)被噴霧到葉片的水流沖下，其他齡期若蟲則困于葉片水泊中；分析停止噴霧后若蟲逃離水滴的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)高齡若蟲（4～5齡）的逃離時(shí)間17.40±2.78 s，顯著短于低齡若蟲（2～3齡）48.70±3.05 s，葉片正面形成的水滴比葉背水膜更有利于若蟲逃

3、離；逃離視頻觀察發(fā)現(xiàn)若蟲腹部與水滴間存在較高的粘附力。其次，對成蟲群體進(jìn)行加罩噴霧刺激，成蟲可躲避在亞克力板上密集水滴的空隙之間，當(dāng)罩內(nèi)加上紗網(wǎng)并噴霧形成水膜后，80％成蟲不發(fā)生逃避行為而困于葉面水滴中，20%成蟲前后翅粘附在紗網(wǎng)水膜上，微距觀察發(fā)現(xiàn)成蟲的雙翅與水膜間也存在較高的粘附力。研究主要器官對成蟲逃避行為的影響，完好組成蟲可在0.29±0.15 s內(nèi)快速逃離噴霧區(qū)域，復(fù)眼遮蓋組成功逃離的概率最低，67%試蟲困于葉片水膜中，觸角及

4、雙翅對其逃避行為的影響較小。
　?。?）證明小貫小綠葉蟬成蟲和若蟲前跗節(jié)結(jié)構(gòu)不同與其疏水性差異存在必然聯(lián)系。通過水面法觀察小貫小綠葉蟬成、若蟲前跗節(jié)的疏水性，并與茶二叉蚜和白背飛虱進(jìn)行對比，結(jié)果顯示葉蟬成蟲可站立于水面，而若蟲前跗節(jié)則陷入水中，表明成蟲前跗節(jié)的疏水性高于若蟲，相比之下，茶二叉蚜和白背飛虱不同蟲態(tài)間的疏水性沒有差異，茶二叉蚜成、若蟲的前跗節(jié)均陷入水中，白背飛虱成、若蟲則均可站立于水面。通過掃描電鏡比較分析試蟲前跗節(jié)微

5、觀結(jié)構(gòu)的差異，小貫小綠葉蟬成蟲前跗節(jié)較為寬扁，爪中墊為兩個(gè)淺盤結(jié)構(gòu)，上面覆蓋大量網(wǎng)粒體，而若蟲前跗節(jié)較肥厚，寬度和厚度與成蟲均存在顯著差異，爪中墊為兩個(gè)中空吸杯，而茶二叉蚜和白背飛虱成、若蟲兩種蟲態(tài)的前跗節(jié)結(jié)構(gòu)沒有顯著差異。通過自制簡易吸管天平測定小貫小綠葉蟬前跗節(jié)與茶葉葉面及水滴的粘附力，結(jié)果顯示若蟲前跗節(jié)與茶葉葉面的粘附力達(dá)96.7±6.9μN(yùn)，與水面的粘附力達(dá)108.6±11.9μN(yùn)，都顯著高于成蟲。推測若蟲前跗節(jié)吸杯式爪中墊為若

6、蟲與接觸界面提供較高的吸附力，使其在噴霧過程中不會(huì)被水流沖下，而成蟲前跗節(jié)的寬扁結(jié)構(gòu)及存在的大量網(wǎng)粒體提高其疏水性，有利于成蟲快速逃離噴霧區(qū)域。
　?。?）證實(shí)小貫小綠葉蟬腹部表皮的顯微結(jié)構(gòu)隨發(fā)育而變化，覆蓋的網(wǎng)粒體數(shù)量也隨之增多，疏水性逐漸增強(qiáng)。試驗(yàn)觀察到若蟲腹部背面除了6列感覺毛外，表皮較為光滑，腹面微觀結(jié)構(gòu)則隨蟲齡而變化，低齡若蟲（1～2齡）腹部腹面密布著大量的微乳突（0.3～0.8μm），中高齡若蟲（3～5齡）腹部中央的微

7、乳突轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒋蹋?.7～1.6μm）；成蟲腹部腹面和背面均有魚鱗狀排列的微刺，腹面微刺長度（0.7～1.6μm）比背板微刺（0.3～0.6μm）稍長。成、若蟲腹部不同的微觀結(jié)構(gòu)與網(wǎng)粒體的覆蓋密度有很大關(guān)系。SEM圖像顯示成蟲腹部的網(wǎng)粒體數(shù)量顯著多于若蟲，且分布更為均勻。通過測定葉蟬腹部的疏水性，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)粒體移除前成蟲腹部靜態(tài)接觸角CAs值平均值為149.10±2.36o，去除網(wǎng)粒體后CAs平均值為125.35±3.04o，網(wǎng)粒體移除對成蟲

8、腹部的疏水性影響較大，而對若蟲影響較小。通過比較小貫小綠葉蟬成蟲和若蟲腹部與水的粘附力 POF值，若蟲腹部腹面的 POF值最高，網(wǎng)粒體可顯著降低蟲體表皮與水的粘附力。通過以上結(jié)果，我們推測若蟲腹部與水的粘附力產(chǎn)生原因與蟲體太小及網(wǎng)粒體分布不均勻有關(guān)，細(xì)小水滴在若蟲體表能夠形成近球形的狀態(tài)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的疏水性，符合Cassie模型，而較大水滴則浸潤到若蟲腹部其他部位，呈明顯的Wenzel狀態(tài)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的粘附力。
　　（4）揭示小貫

9、小綠葉蟬翅面覆蓋的網(wǎng)粒體具有提高翅面疏水性以及導(dǎo)致翅面與水間形成高粘附力的雙重作用。小貫小綠葉蟬前后翅經(jīng)掃描電鏡觀察顯示都均勻覆蓋網(wǎng)粒體。前后翅與水的靜態(tài)接觸角經(jīng)測定 CAs＞150°，表明都具有超疏水性；去除網(wǎng)粒體后，前后翅翅面的疏水性水平顯著降低。小貫小綠葉蟬成蟲前后翅與水的粘附力達(dá)160.3±3.5μN(yùn)，接近其自身重力的33倍。這種具超疏水性同時(shí)又具有高粘附力的現(xiàn)象屬于“花瓣效應(yīng)”，形成原因與覆蓋在葉蟬翅面微米級(jí)的網(wǎng)粒體以及網(wǎng)粒體

10、表面納米級(jí)的空隙所構(gòu)成微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，與水接觸時(shí)網(wǎng)粒體內(nèi)部所截留的空氣形成翅面與水間的強(qiáng)粘附力。
　?。?）根據(jù)小貫小綠葉蟬若蟲和成蟲不同的疏水性特點(diǎn)，探索獲得了清水噴霧防治若蟲的最佳措施，以及加罩噴霧防治成蟲對減少殺蟲劑用量的具體效果。首先測定小貫小綠葉蟬不同發(fā)育階段對浸泡水滴的耐受力，發(fā)現(xiàn)低齡若蟲（2～3齡）的耐受力最弱，48h死亡率達(dá)到83.3%，而高齡若蟲和成蟲對浸泡水滴的耐受力都較強(qiáng)，死亡率較低，因此推薦生產(chǎn)上采用噴

11、霧法防控小貫小綠葉蟬若蟲。室內(nèi)試驗(yàn)初步獲得當(dāng)噴霧時(shí)間為20 min，噴霧距離為30～40 cm，沖刷次數(shù)為2次，72h后可獲得若蟲較高的致死率75%。其次，在室內(nèi)采用液滴法和紗網(wǎng)藥膜法測定成蟲雙翅被困于藥液的毒力效果，并用浸葉法對比藥劑的胃毒毒力，用離心管藥膜法對比藥劑的觸殺毒力，所測3種藥劑在濃度較低時(shí)即獲得較高的致死率，其中印楝素的紗網(wǎng)藥膜法LC50值為43.39?g/L，為制劑稀釋6.9×104倍液的濃度，蘇云金桿菌的LC50值為

12、447.2 IU/L，濃度為制劑稀釋1.7×107倍，標(biāo)準(zhǔn)藥劑聯(lián)苯菊酯的LC50值為0.12??g/L，為制劑稀釋2.0×108倍，表明所測藥劑采用紗網(wǎng)藥膜法和液滴法均具有較強(qiáng)的胃毒及觸殺效果。此外，設(shè)計(jì)可移動(dòng)式薄膜紗網(wǎng)噴霧罩開展田間試驗(yàn)，添加低濃度印楝素乳油（稀釋1500倍）的噴霧防控效果接近50%，但與不加罩的噴霧防效差異不顯著，因此加罩減藥的實(shí)際效益還需篩選其他觸殺性更強(qiáng)的藥劑進(jìn)行驗(yàn)證。
　　目前關(guān)于昆蟲的疏水性研究多應(yīng)用于