城市污染对国槐树体VB_2含量及瘤坚大球蚧种群影响的研究

城市污染对国槐树体VB_2含量及瘤坚大球蚧种群影响的研究 林 学 科 业 Vol137 , No12 第 37 卷 第 2 期 SCIENTIA SILVAE SINICAE Mar. , 2 0 0 1 2 0 0 1 年 3 月 城市污染对国槐树体 VB含量及 2 瘤坚大球蚧种群影响的研究 薛皎亮 谢映平 李艳芳 ( )山西农业大学 太谷 030801 摘 要 : 瘤坚大球蚧 Eulecanium gigantea Shinji 近年来是我国城市林木的重要害虫 。作者于 1998,1999 年在 () 太原市和太谷县城设点 ,测定了该蚧虫的寄主树木国槐 Sophora japonica ,体内维生素 BVB的变化规律 ,用 2 2 蚧虫的虫口密度和生物学节律相对照 ,分析了污染 —VB含量 —蚧虫种群消长之间的关系 。结果证明 ,污染 2 区国槐枝条和叶片的 VB含量极显著地高于清洁区 ; VB的变化与虫口密度呈正相关关系 , 回归式为 Y = 2 2 1507. 76 x - 170. 56 ,相关系数 r = 0. 839 。在一年中 ,VB的含量呈现两个高峰期 ,正好与该蚧虫的两个取食期 2 相吻合 。由此认为 ,污染使树体内 VB含量增高很可能是促进该蚧虫种群增长的一个原因 。 2 关键词 : 瘤坚大球蚧 , 国槐 , VB, 城市污染2 THE EFFECT OF CITY POLL UTIO N O N VBCO NTENT IN 2 TWIGS AND L EAVES OF SO P HORA J A PONICA AND O N THE POPUL ATIO N OF EUL ECANIUM GI GAN TEA Xue Jiaoliang Xie Yingping Li Yanfang ( )S hanxi Agricultural University Taigu030801 ( ) Abstract : Eulecanium gigantea Shinji Homoptera : Coccidaeis an important pest in the cities of Northern China in re2 ( ) cent years. Experimental districts were selected in Taiyuan City and Taigu County from 1998 to 1999 . Vitamin BVB2 2 was determined monthly in twigs and leaves of Sophora japonica , the most favorable host of the scale insect . The results showed that the population density and biological rhythm of the scale insect were contrasted with the content of VBand the 2 VBcontent in the two pollution districts were significantly higher than that in the cleaning district . The more the city envir2 2 onment polluted , the more VBcontent in the host tree was. A positive relativity between the density of the scale insect and 2 the VBcontents was found. The regression equation was made out as Y = 1507 . 76 x - 170 . 56 ,and the coefficient , r = 0 . 2 839 . From March to October , the two peaks of VBcontent were corresponded to the two feeding and quick development 2 stages of the scale insect . It was concluded that a higher VBcontent in the host plant in some degree was benefit to the 2 scale insect occurring greatly in the polluted city environment . Key words : Eulecanium gigantea Shinji , Sophora japonica , VB, City pollution 2 污染是当今人类面临的重大问题 ,污染会使植物 —昆虫之间的关系发生变化 ,已引起世界科学家的 () 普遍关注 Mattson et al . , 1990 ; Riemer et al . ,1991 ; 吕仲贤等 ,1991 ;康乐 ,1995 ;谢映平等 ,1995 。很多 () 生物 包括蚧虫的天敌昆虫由于不适应环境污染而逐渐消退 ,但林木蚧虫由于具有蜡壳保护等自身特 点 ,在污染的环境中却能生存下来 ,甚至增加其种群 ,显示出对污染具有较强适应性和抗性的生存优势 。 ( 美国在 50 年代发现 ,在受污染的沼松林内松针盾蚧的虫口密度远大于未受污染的林分 Edmunds et al . , ) 1956 ; Edmunds , 1973 。到 80 年代 ,蚧虫已经上升为美国北部城市林木的主要病虫害 ,其重要性仅次于 (( ) 钻蛀性害虫和榆荷兰病 黄竞芳等译 ,1994 。日本东京的蚧虫区系由于都市化而发生了变化 Kawai , 收稿日期 :2000209218 。 ) 1976 。周章义等人于 80 年代初发现 ,我国昆明云杉林刺圆盾蚧的虫口密度与附近磷肥厂的氟污染有 (( ) ) 关 周章义等 ,1981。Alstad 等 1982综合评述了大气污染对蚧虫种群增长的促进作用 。瘤坚大球蚧Eulecanium gigantea Shinji 近年来在我国北方的兰州 、银川 、太原 、保定 、北京 、沈阳等大城市普遍发生 ,寄 主树木国槐 、刺槐 、榆树 、柳树 、合欢 、杨树 、核桃 、枣树 、红叶李等的枝条上虫体密密麻麻 ,象一串串糖葫 芦 。研究已知 ,瘤坚大球蚧的虫口密度与城市空气污染物二氧化硫 、铅 、悬浮微粒 、汽车尾气等有正相关 ( ) 关系 Xie et al . ,1995 ;谢映平等 ,1995 ;1998。本文于 1998,1999 年研究了太原市街道环境中国槐树体 () 内维生素 BVB含量变化对瘤坚大球蚧种群增长的影响 。以往的研究已经知道 ,所有的昆虫都需要 2 2 () 维生素 , 其中 VB在呼吸链中起传递氢的作用 ,是昆虫呼吸代谢所必需的维生素 M. 罗克斯坦。通过 2 本项研究 ,对于揭示污染导致蚧虫种群增长的机理有重要意义 。 1 材料和方法 111 采样地点 、采样树和采样方法 污染区采样地点选择太原市和太谷县城 ,太原市是一个能源重化工基地 ,城市规模大 ,污染严重 。 太谷县城在太原市以南 60km ,两个城市都以国槐作为主要行道绿化树种 。两种大球蚧在两地近年来虫 口密度都很大 。太原市选择 5 个采样区 ,太谷县选择城市中心区为污染区 ,清洁对照区选择位于太谷县 东郊的山西农业大学校园 。寄主树都是国槐 Sophora japonica ,树龄 20 年左右 ,胸径 20cm 左右 ,树高 5, 7m 。 采样方法是在每一个采样区选 5 样点 ,每点 5 株样树 ,按照树冠的 4 个方向和上中下取 1,2 年生 的枝条 ,样枝长 60,80cm 。每株树剪 15 样枝 ,每月 1 次 。 1. 2 试验材料的处理和测试 将采回的样枝在实验室剥去虫体 ,摘下叶片 ,将枝条和叶片分别冲洗 、晾干 ,刮下枝条的韧皮部 ,将 ( 晾干的韧皮和叶片烘干 、粉碎 、过筛 ,待测定 。测试 VB含量采用紫外可见分光光度计法 中国林科院 2 ) 分析测试中心 ,1994,样品用乙酸溶液萃取 ,721 分光光度计测试 ,波长 444 nm 。 2 结果和分析 211 不同污染区国槐枝条和叶片内 VB含量变化规律 2 ( ) () 在两个污染区和清洁区国槐树体 VB含量测定结果 表 1,2表明 : 1枝条内 VB含量在 3 个采 2 2 () 样区有显著差异 ,太原污染区含量最高 ,3,10 月份总计 0 . 9716 mgΠg 月最大值 0 . 1933 mgΠg,太谷县城 () 次之 ,3,10 月份总计 0 . 7705 mgΠg 月最大值 0 . 1745 mgΠg,清洁区含量最低 ,3,10 月份总计 0 . 4951 mgΠ ( () g 月最大值 0 . 1316 mgΠg。方差分析和多重比较证明 ,污染区和清洁区的含量差异达到极显著水平 表 ) () 略。2在生长季节 ,枝条内 VB含量在月份之间有明显波动 ,3 、4 、5 、7 、8 月份为高含量 ,平均值分别 2 为 0 . 1222 mgΠg 、0 . 1665 mgΠg 、0 . 1004 mgΠg 、0 . 1072 mgΠg 、0 . 1203 mgΠg ,4 月份含量最高 。6 、9 、10 月份为低含 量期 ,分别为 0 . 0570 mgΠg 、0 . 0381 mgΠg 、0 . 0341 mgΠg 。方差分析和多重比较证明 ,其差异达到极显著水平 () 表略。同时发现 ,在春季太原市污染区高含量期为 3,5 月份 ,共 3 个月 。太谷县城为 3,4 月份 ,共 2 个月 ,清洁区只有 1 个月 。在夏季的 7,8 月份 , 两个污染区均为高含量期 , 清洁区只有 8 月份较高 。 () () 3叶片内 VB含量 表 2比枝条的高出 3 倍 ,在太原污染区 3,10 月份总量 2 . 7368 mgΠg ,太谷 2 . 1335 2 () mgΠg ,清洁区 1 . 9017 mgΠg 。区间差异达极显著水平 。4从 4 月份国槐展叶到 10 月份落叶 ,4 月份叶片 ( ) VB含量呈现最高值 ,3 区总平均 0 . 5945 mgΠg ,与其他月份间差异极显著 方差分析和多重比较表略, 2 ( 其中太原火车站街达 0 . 742 mgΠg 。从 7 月份到 10 月份是第 2 个高含量期 ,其中 8 月较高 平均 0 . 3228 () ) mgΠg,9 月较低 平均 0 . 2212 mgΠg。 ( ) 综上所述 ,国槐树在 3 个采样区 VB含量变化与污染程度呈正相关 Xie et al . ,1995,污染越重 , 2 VB含量越高 。说明在污染胁迫下 ,蚧虫的寄主植物体内化学物质发生了变化 。 2 2 期 薛皎亮等 :城市污染对国槐树体 VB含量及瘤坚大球蚧种群影响的研究 71 2 ? 表 1 国槐枝条 VB含量测定结果 2 Ta b. 1 in t wigs of Sophora japonica Contents of VB( mgΠg) 2 农大校园 合计 平均 火车站街 太谷县城 日Π月 Shanxi Total Average Taiyuan railway Taigu County DateΠmonth Agricultural TX ? station street town ii University campus 27Π3 0 . 1633 0. 1603 0 . 0429 0 . 3665 0. 1222 27Π4 0 . 1933 0. 1745 0 . 1316 0 . 4994 0. 1665 28Π5 0 . 1802 0. 0677 0 . 0534 0 . 3013 0. 1004 29Π6 0 . 0785 0. 0575 0 . 0350 0 . 1710 0. 0570 29Π7 0 . 1437 0. 1067 0 . 0712 0 . 3216 0. 1072 29Π8 0 . 1302 0. 1215 0 . 1091 0 . 3608 0. 1203 29Π9 0 . 0447 0. 0434 0 . 0262 0 . 1143 0. 0381 29Π10 0 . 0377 0. 0389 0 . 0257 0 . 1023 0. 0341 合计 Total T j0 . 9716 0. 7705 0 . 4951 2 . 2372 0. 7457 平均 Average X? j0 . 1215 0. 0963 0 . 0619 0 . 2797 0. 0932 ?Taiyuan railway station street , as the polluted plot ; Taigu County town , as the polluted plot ; Shanxi Agricultural University Campus , as the clearer dis2 trict . 表 2 国槐叶片 VB含量测定结果 2 Contents of VBin leaves of Sophora japonica Ta b. 2 ( mgΠg) 2 合计 平均 火车站街 太谷县城 农大校园 日Π月 Total Average Taiyuan railway Taigu County Shanxi Agricultural DateΠmonth X? station street town T University campus ii 27Π4 0 . 7420 0. 5229 0 . 5187 1 . 7836 0. 5945 28Π5 0 . 3496 0. 3043 0 . 2386 0 . 8925 0. 2975 29Π6 0 . 2768 0. 2375 0 . 1779 0 . 6922 0. 2307 29Π7 0 . 3111 0. 2629 0 . 2608 0 . 8348 0. 2783 29Π8 0 . 4119 0. 2981 0 . 2584 0 . 9684 0. 3228 29Π9 0 . 3165 0. 1832 0 . 1639 0 ,6636 0. 2212 29Π10 0 . 3289 0. 3246 0 . 2834 0 . 9369 0. 3123 合计 Total T j2 . 7368 2. 1335 1 . 9017 6 . 7720 2. 2573 平均 Average X? j0 . 3910 0. 3048 0 . 2717 0 . 9674 0. 3225 212 树体内 VB含量与两种大球蚧种群密度的相关性 2 为了对不同污染区树体内 VB含量与蚧虫密度进行定量对比分析 ,在太原污染区选择 5 个污染强 2 ( ) 度不同的街区 ,以 4 月份枝条 VB含量和雌成虫的虫口密度作相关分析 表 3。结果表明 ,太原火车站 2 街的人 、车流量最大 ,污染最严重 ,枝条内 VB含量最高 ,同时拥有最大的虫口密度 。从火车站街往解 2 ( ) 放路口的污染程度依次降低 Xie Yingping et al ,1995,虫口密度和枝条 VB含量呈梯度递减 。二者之间 2 呈极显著直线相关 ,回归式为 : Y = 1507. 76 x - 170. 56 。相关系数 r = 0. 839 。由此可见 ,寄主体内 VB含2 量对这两种蚧虫的发育是十分重要的 ,由于污染胁迫 ,寄主体内 VB在一定程度内增加 ,对种群增长起 2 到促进作用 。 表 3 不同污染区国槐枝条 VB含量与虫口密度对比 2 Ta b. 3 Contrast VBcontent in t wigs of Sophora japonica with the population 2 density of Euleca ni um giga ntea in different polluted areas in Ta iyuan VB含量 采 样 地 点 虫口密度 2 ()Sample sites Scale insect density Content of VBmgΠg 2 火车站街 Railway station street 0. 1932 104. 1 汽车站街 Bus station street 0. 1632 97 . 0 五一广场 Center square 新0. 1467 80 . 9 建路口 Xinjianlukou 解放0. 1466 50 . 1 路口 Jiefanglukou 0. 1381 27 . 0 农大校园 Shanxi Agricultural University Campus 0. 1316 3 . 99 213 树体内 VB含量变化趋势与大球蚧生物学之间的相关性 2 () 根据在太原 、太谷污染区测定国槐树体内 VB在 3,10 月份的含量 ,可以作出曲线图 图 1 和图 2。 2 图 1 VB含量在国槐树枝条变动趋势 2 图 2 叶片内 VB含量逐月变动规律 2 Fig. 1 The varieties of VBin twigs of 2 Fig. 2 The varieties of VBin leaves of host 2 host tree of E. gigantea from March to tree of E. gigantea from March to October October a 、b 、c 同图 1 。a ,b and c are the same as Fig. 1 . a . 太原市污染区 , b. 太谷县城污染区 , c . ( ) 山西农大校园 相对清洁区。 a . Taiyuan City pollution area , b. Taigu County Town pollution area , c . Shanxi Agricultural Uni2 versity Campus as the relative clearer area . () 对照两种大球蚧在太原的生活史 谢映平 ,1998,我们发现寄主枝条和叶片内 VB含量的波动与蚧虫的 2 几个虫态之间有一种生物学的巧妙联系 。图中显示 ,VB含量在 3 、4 月份是一个高峰期 ,这期间正是大 2 球蚧春季出蛰后在枝条上大量取食 ,快速发育期 ,雌性蚧虫由刚出蛰的 1,2 mm ,扁平状 ,迅速增长 ,膨 大为球形 ,约 15 mm 左右 ,在生长的后期 ,与雄虫交配 ,虫体内产生 1000,2000 粒卵 ,然后进入产卵期 。 它们的生理代谢包括呼吸代谢在此期间是一生中最强烈的阶段 ;5 月份蚧虫产卵后 ,雌成虫便死亡 。卵 期是在母体的硬化体腔下度过的 ,它的呼吸代谢与寄主体内的化学物质没有直接关系 ,恰恰树体内 VB2含量是低峰期 ;6 月份蚧虫孵化 ,扩散到叶片上沿叶脉固定 ,刺吸汁液取食 ,一直到深秋 ,才从叶片上退 回到枝条上准备越冬 。此期间蚧虫发育 2 个虫龄期 ,是一生中重要取食阶段 ,树体内 VB含量在 7,8 2 月份为高含量期 。这种吻合应该是生物链的默契 ,因此是一种必然联系 。有趣的是 ,在污染区枝条和叶 片内 VB含量比清洁区的高 ,蚧虫的密度与其呈正相关的增加 。所以 ,污染影响树木体内化学物质变 2 2 期 薛皎亮等 :城市污染对国槐树体 VB含量及瘤坚大球蚧种群影响的研究 73 2 化 ,VB增加可能是促进蚧虫种群增长的一个重要因素 。 2 3 结论和讨论 通过本研究证明 ,城市污染使国槐树体内的 VB含量增加 ,两种大球蚧种群增长与其寄主树国槐 2 体内 VB含量呈正相关关系 ,蚧虫的两个取食阶段与树体内 VB含量高峰期相吻合 。为揭示污染促进 2 2 害虫种群增长的机理提供了一个新例证 。 环境污染对蚧虫及其寄主的影响是多方面的 ,复杂的 ,其他的因素还有待继续研究 。污染使寄主树 木 VB含量是如何增加 ,VB是如何作用于蚧虫的生理代谢过程都还需要研究 。虽然树体内的变化由 2 2 它本身的年生长节律和生理代谢决定 ,但是污染环境使其含量增高 ,而且它与蚧虫种群消长表现出相关 关系是非常有益的新发现 。 一般说来 ,污染对任何生物最终都是灾难 ,蚧虫也不例外 ,只是蚧虫是一类抗性较强的昆虫 ,因此 ,在目前这种污染水平下 ,其它很多生物已经大量消退 ,蚧虫却能依靠它们的生存优势 ,保持其种群的繁 衍扩大 。 参 考 文 献 黄竞芳等译. 森林昆虫 —生态与经营管理. 北京 :中国林业出版社 , 1994 , 156,185 () 康 乐. 环境胁迫下的昆虫 —植物相互关系. 生态学杂志 ,1995 ,14 5:51,57 () 吕仲贤 ,杨樟法 ,胡 萃. 空气污染对害虫种群的促进作用. 环境污染与防治 ,1994 ,16 6:30,32 [ 美 M. 罗克斯坦 编 ,李绍文 ,王孟淑等译. 昆虫生物化学 ,北京 : 科学出版社 , 1988 . 15,38 () 谢映平 ,薛皎亮 ,刘红霞等. 城市空气中污染物在瘤坚大球蚧及其寄主国槐体内积累的研究. 林业科学 ,1998 ,34 1:45,49 ) ( 谢映平 ,刘贤谦 ,李景平等. 城市林木蚧虫的流行与管理对策研究 , 林业科学研究 , 1995 ,8 森林昆虫专刊:114,118 谢映平. 山西林果蚧虫. 北京 : 中国林业出版社 , 1998 ,42,46 中国林业科学研究院分析中心编. 现代实用仪器分析方法 ,北京 : 中国林业出版社 , 1994 ,389,390 Mattson W J and Witte J A. 陈 源译. 污染导致森林 —昆虫关系的变化. 世界林联第 19 届大会论文集 , 1990 ,137,142 Alstad DS and Edmunds GF J r , Effect of air pollutants on insect populations. 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