CN113598044A - 一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，待大头金蝇成虫性成熟交配后产卵，卵孵化为幼虫，大头金蝇初孵幼虫放于气候箱中进行低温驯化环境的饲养，气候箱温度为15‑25摄氏度，大头金蝇初孵幼虫在气候箱养至初羽化成虫，将大棚分为多厢，每厢内种植油菜父本和油菜母本，大头金蝇释放授粉，本发明将大头金蝇进行低温驯化，提高其耐寒能力与低温活动能力，再释放到大棚，为农业生产提供一种崭新的提高昆虫早春授粉效率的方式。
Description
技术领域
本发明涉及授粉昆虫驯化及应用技术领域，尤其是一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法。
背景技术
授粉是许多作物生产中最薄弱的环节，增加授粉比增加常规农业投入更能有效地提高作物产量。大量的农作物授粉依赖于昆虫，昆虫授粉可以给不同作物增加18％-71％的产量。全球野生蜜蜂数量和物种丰富度的下降以及人工养殖蜜蜂蜂群数量的减少增加了作物对其他授粉昆虫的依赖。
双翅目昆虫是除膜翅目蜂类之外最大的访花类群。关于双翅目昆虫活动的研究表明，与蜜蜂相比，它们的觅食行为更适合于波动较大的种植环境。不利天气条件可限制蜜蜂授粉，但双翅目昆虫也可在蜜蜂缺乏的不利环境时访花。丽蝇科昆虫是许多作物主要授粉昆虫。大头金蝇(Chrysomya megacephala)由于其体毛丰富具备携带花粉的能力而成为了芒果等作物重要的授粉者。虽然大头金蝇以及部分双翅目昆虫具有较强的热适应能力，但低温确实限制了这些昆虫的活动及访花。
油菜、樱桃、苹果、梨等作物在早春相对较低的温度下开花，低温减弱了昆虫活动，进而限制了昆虫授粉增产。前人研究发现低温驯化可以增加苹果异胫小卷蛾在野外低温下的飞行能力，也可增加黑腹果蝇在野外低温下寻找食物的能力。给研究昆虫在低温环境下授粉指明了方向。研究低温驯化提高昆虫授粉效率将对早春作物及设施农业作物授粉提供技术参考。
由此我们提出假设：可以通过增加授粉昆虫耐寒能力及在低温下的活动能力来达到增加为早春作物授粉效率的目的。但到目前为止，国内外尚未有昆虫低温驯化对授粉效率影响的报道。针对授粉昆虫饲养及应用也有很多难点，主要体现在以下几个方面：
1、传统人工养殖授粉昆虫大多为蜜蜂类，蜜蜂养殖技术难度高，难以普及到小种植户；
2、蜜蜂饲养需要随着季节去不同的地方访花，而运输过程中需要搬动整个蜂箱，耗费人工和成本；
3、蜜蜂类授粉昆虫抗逆能力差，易受病原菌侵染和农药毒害，导致种群萎缩；
4、冬天蜜蜂需要越冬，而在早春蜂群则需要复壮，如果直接将蜂群用于大棚内或者温室内授粉，会导致蜜蜂大量死亡；
5、在温室和大棚内，蜜蜂会由于撞网而大量死亡，也有蜇人的风险；
6、蜜蜂在连续阴雨或者低温条件下不出蜂巢，导致作物授粉不足；
7、许多作物，例如油菜、苹果、梨都在早春开花，此时环境温度较低，授粉昆虫较少；
8、大头金蝇虽然养殖成本低，技术简单，也能在恶劣天气环境下访花，但温度限制了其访花活力与授粉效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，将大头金蝇进行低温驯化，提高其耐寒能力与低温活动能力，再释放到大棚，为农业生产提供一种崭新的提高昆虫早春授粉效率的方式。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，包括以下步骤：
步骤1、大头金蝇饲养：待大头金蝇成虫性成熟交配后产卵，卵孵化为幼虫，初孵幼虫进入步骤2的低温驯化；
步骤2、大头金蝇低温驯化：大头金蝇初孵幼虫放于气候箱中进行低温驯化环境的饲养，气候箱温度为15-25摄氏度，大头金蝇初孵幼虫在气候箱养至初羽化成虫；
步骤3、油菜种植：将大棚分为多厢，每厢内种植油菜父本和油菜母本；
步骤4、大头金蝇释放授粉：在油菜初花期中午，在大棚内释放羽化1-2天的大头金蝇成虫。
如上所述的步骤1包括以下具体步骤：
大头金蝇成虫的养虫室条件为：温度25±2℃，湿度为60±5％，光周期为12小时光照，12小时黑暗，大头金蝇成虫饲养于养虫笼中，供以水和白砂糖，并在养虫笼中每天加入新鲜鸡肉，待大头金蝇成虫性成熟交配后将卵产于鸡肉缝隙中，将鸡肉与卵放于幼虫饲料，卵孵化为幼虫。
如上所述的幼虫饲料中麦麸与鱼粉的重量比为4:1，幼虫饲料含水量60％-70％。
如上所述的步骤2中，气候箱中12小时25℃温度和12小时15℃温度交替，光周期为8小时光照，16小时黑暗。
如上所述的步骤2中，气候箱中恒温20℃，光周期为8小时光照，16小时黑暗。
如上所述的步骤3中，大棚的长宽高为14.3m×3.35m×3m，大棚内分为2厢，每厢两边各种植1行油菜父本，每厢中间种植3行油菜母本，行内间距40cm，行间距30cm。
如上所述的步骤4中，每大棚释放羽化1-2天的大头金蝇成虫3000-5000头，大棚内补充白砂糖。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、蜜蜂饲养需要专业的技术支持，一般的种植户较难养好蜜蜂；而大头金蝇饲养饲养简单，成本低(每万头饲料成本10元)，繁殖力高(单雌虫产卵量700-900粒)，可短时间(卵到成虫10-30天)内获得大量的大头金蝇用于授粉。
2、蜜蜂运输需要搬动整个蜂箱，而大头金蝇只需要运输蛹，方便快递并节约成本。
3、蜜蜂在大棚或者温室内无法辨别方向而撞网导致大量死亡，而大头金蝇可以较快适应新环境。
4、蜜蜂在持续低温环境下待在蜂巢不访花，而大头金蝇由于营养和能量需求，则需要访花并取食花蜜，在访花过程中会给作物授粉。
5、蜜蜂为社会性昆虫，较难通过驯化提高抗逆性，而大头金蝇可以通过低温驯化进一步提高耐饥渴能力、耐寒能力等各种逆境抗性。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本实施例中，以大头金蝇Chrysomya megacephala为授粉昆虫进行低温驯化，以雄性可育油菜Brassica napus为花粉供体，雄性不育油菜为花粉受体，说明低温驯化授粉昆虫为作物授粉的方法，包括大头金蝇饲养、大头金蝇低温驯化、油菜种植、大头金蝇释放授粉、授粉效果统计等步骤。
一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，包括以下步骤：
步骤1、大头金蝇饲养：大头金蝇为华中农业大学昆虫资源利用与有害生物可持续治理重点实验室种群。养虫室条件为：温度25±2℃，湿度为60±5％，光周期为12小时光照，12小时黑暗。大头金蝇成虫饲养于30cm×30cm×50cm养虫笼中，供以足量水和白砂糖，并在养虫笼中每天加入10g新鲜鸡肉。待大头金蝇成虫性成熟交配后会将卵产于鸡肉缝隙中，将鸡肉与卵放于幼虫饲料(幼虫饲料中麦麸与鱼粉的重量比为4:1，幼虫饲料含水量60％-70％)，卵孵化为幼虫，取部分初孵幼虫进入步骤2的低温驯化，剩下的初孵幼虫6天化蛹，筛出蛹，待开始羽化将蛹转移至养虫笼中。
步骤2、大头金蝇低温驯化：将大头金蝇初孵幼虫分别放于3个不同气候箱中进行3种不同驯化环境的饲养，气候箱的饲养条件分别设置为(1)第一驯化环境(对照组)：恒温25℃，光周期为12小时光照，12小时黑暗；(2)第二驯化环境(波动低温)：12小时25℃温度和12小时15℃温度交替，光周期为8小时光照，16小时黑暗；(3)第三驯化环境(稳定低温)：恒温20℃，光周期为8小时光照，16小时黑暗。将大头金蝇初孵幼虫在对应气候箱养至初羽化成虫，3个不同气候箱中每隔2天饲养1批大头金蝇初孵幼虫，确保可随时提供初羽化1-3天的成虫供实验使用。
取每种不同驯化环境的3日龄幼虫，3日龄蛹和羽化第2天成虫分别进行低温存活测定。3日龄幼虫，3日龄蛹和羽化第2天成虫对应3个虫态，取15-25头3日龄幼虫放入第一个50mL试管，取15-25头3日龄蛹放入第二个50mL试管，取15-25头羽化第2天成虫放入第三个50mL试管，将三个50mL试管放入提前设置好的低温恒温槽中，分别测定在-16℃，-15℃，-14℃，-13℃，-12℃，-11℃，-10℃，-9℃，-8℃，-7℃，-6℃，-5℃，-4℃，-3℃的存活率。2小时后取出放于室温(25℃)正常饲养，饲养24小时后以可以正常爬行为存活标准统计幼虫存活率和成虫存活率，低温处理3天后的蛹羽化率当作蛹存活率，每种不同低温驯化环境的3日龄幼虫，3日龄蛹和羽化第2天成虫重复4次上述存活率测试。
取每种不同驯化环境的15-25头成虫放于50mL试管中，放于冰水混合物中2小时、4小时、6小时，取出后根据计时器统计成虫恢复时间(以可以成虫爬行1cm为恢复标准)。使用相机(Nikon D7200)分别对3种低温驯化环境的大头金蝇雌雄虫(羽化后第2天)进行拍照。并用游标卡尺(0.02mm)分别测定3种低温驯化环境的大头金蝇翅长和身体长度，每种低温驯化环境测定20头大头金蝇。
将3种驯化环境的驯化后的大头金蝇分别在25℃，15-25℃，20℃，15℃的气候箱中饲养，每笼20雌20雄，提供10g白砂糖，7天后测定白砂糖剩余量，每种驯化环境驯化后的大头金蝇重复上述白砂糖剩余量测定4次。
将每种驯化环境的驯化后的16大头金蝇悬挂在飞行磨上飞行12小时，用电脑记录飞行时间与飞行距离。该实验分别在25℃和17℃(相对湿度60％-70％)进行。
步骤3、油菜种植：半野外笼罩实验在华中农业大学油菜育种中心(30°4’N and114°3’E)进行。为了更好地评估大头金蝇授粉效率，采用油菜Brassica napus雄性不育植株作为母本，本实施例中分为三个母本，分别为第一母本S1、第二母本S2和第三母本S3(S1,S2,S3为不同品种油菜杂交过程中所产生的不同株系)，可育植株作为父本，本实施例中分为三个父本，分别为第一父本F1、第二父本F2和第三父本F3(F1，F2，F3也为不同品种油菜杂交过程中所产生的不同株系)。将大棚(14.3m×3.35m×3m)内分为2厢，每厢两边各种植1行油菜父本，每厢中间种植3行油菜母本，行内间距40cm，行间距30cm。1号大棚(Shed 1)和2号大棚(Shed 2)均种植第一母本S1和第一父本F1；3号大棚(Shed 3)和4号大棚(Shed 4)均种植第二母本S2和第二父本F2；5号大棚(Shed 5)和6号大棚(Shed 6)均种植第三母本S3和第三父本F3。每天观察大棚内油菜开花率，在母本初花期(开花率为5％)时开始记录大棚内温湿度。将温湿度记录仪(HOBO Pro v2:model:U23-002；temperature sensor:accuracy:±0.21℃；relative humidity sensor:accuracy:±2.5％)悬挂于大棚内，离地约1.5m，设置为每30min记录1次数据，待整个授粉实验完成时，取回记录仪并用电脑读数。
步骤4、大头金蝇释放授粉：在油菜初花期(3月13日)中午，在1、3、5号大棚分别释放对照组，第二驯化环境(波动低温)，第三驯化环境(稳定低温)条件下饲养的大头金蝇，每大棚释放羽化1-2天的大头金蝇成虫约4000头(由4500头蛹羽化)；2、4、6号大棚分别移入2脾中华蜜蜂(约4000头)。在授粉初期由于花蜜不足，须在大棚内补充少量白砂糖。
步骤5、授粉效果统计：在释放大头金蝇10-20天之间，选择天气晴朗的3天统计大头金蝇日访花数量。采用5点取样法在每大棚内选择10株油菜，在8：00-19：00之间整点统计每植株油菜花上大头金蝇数量。观察大头金蝇从着落花朵到离开花朵整个访花过程的行为。在3月23日傍晚18：00时用捕虫网捕捉30头大头金蝇并立即用乙酸乙酯熏杀。带回实验室并在显微镜(JSZ5BS)下数大头金蝇各部位(头部、触角、复眼、喙、胸部背板、胸部腹板、腹部背板、腹部腹板、翅、前足、中足、后足)花粉数量，并用显微相机(Nikon DS-Fi1)拍照。待授粉完成1个月后，统计母本油菜坐果率。采用5点取样法取15株母本统计全株坐果率，各分枝坐果率，每分枝上部(20个梗)、中部、下部的坐果率。梗上有角果为坐果成功，梗上无角果为坐果失败。由于油菜品种差异，坐果率比较只在母本和父本相同的情况下进行，如1号大棚和2号大棚(由对照组大头金蝇和蜜蜂授粉)；3号大棚和4号大棚(由波动低温驯化大头金蝇和蜜蜂授粉)；5号大棚和6号大棚(由恒定低温驯化大头金蝇和蜜蜂授粉)。利用蜜蜂授粉坐果率作为标准，计算大头金蝇授粉矫正坐果率来评估大头金蝇低温驯化对授粉影响。C＝A/B*100％，其中C为大头金蝇授粉矫正坐果率；A为大头金蝇授粉实际坐果率；B为相同品种母本对应的蜜蜂授粉坐果率。待油菜籽成熟后，在每大棚内选择5株母本。在母本第一枝中间部位随机挑选5个角果，用游标卡尺测量每角果长度，并数每个角果内籽粒数。
结果分析：无论是3日龄幼虫，3日龄蛹和羽化第2天成虫，发育低温驯化(波动低温和恒定低温)都能显著提高大头金蝇在低温下的存活能力。与在温暖条件下饲养的大头金蝇相比，两种发育低温驯化处理都能显著减少4小时和6小时冷处理(0℃)后的冷昏迷恢复时间。但在2小时冷处理(0℃)后，对照组和第三驯化环境(恒定低温)获得的大头金蝇冷昏迷恢复时间没有明显差异，而第二低温驯化环境(波动低温)获得的大头金蝇的冷昏迷恢复时间显著缩短。这些结果说明低温驯化能使大头金蝇耐寒能力提升，在野外低温环境下会有更高存活率。
发育低温驯化后的大头金蝇成虫外部形态发生了巨大的变化。例如，冷驯化后的大头金蝇(第二驯化环境和第三低温驯化环境)身体颜色比对照组颜色更黑，复眼颜色也有鲜红色变为了暗红色。同时，两种低温驯化大头金蝇翅长度和体长比值显著增加。在野外环境下，颜色的加深可以吸收更多太阳光提高体温，翅长增加可以增加大头金蝇飞行能力。
随着成虫饲养温度的降低，其取食量逐渐下降。同时，在无论是在25℃、15/25℃(12h:12h)、20℃或者15℃条件饲养时，发育低温驯化(波动低温和稳定低温)都对大头金蝇成虫取食量无显著影响。在25℃环境中，对照组大头金蝇在12h内平均飞行时间为2.1h，最长飞行时间4.2h，平均飞行距离为2.9km，最远飞行距离7.9km。然而，在17℃环境中，对照组大头金蝇平均飞行时间为1.1h，最长飞行时间2.1h；平均飞行距离为1.3km，最远飞行2.5km。大头金蝇在17℃时的飞行性能比25℃时有显著下降。在25℃时，第二、第三低温驯化环境大头金蝇与对照组在飞行距离和飞行时间无显著差异；但在17℃时，第二、第三低温驯化环境大头金蝇的飞行距离显著高于对照组大头金蝇。大头金蝇早上在大棚东部顶休息，8：00-9：00之间离开网开始访花，9：00-17：00之间访花数都较多，17：00以后飞到大棚西部顶上休息。第二、第三驯化环境大头金蝇访花时间略早于未经低温驯化大头金蝇。这些结果有利于大头金蝇在野外低温环境授粉。
大头金蝇访花时会在花瓣上着落，头部朝向花朵中部；之后侧头取食雌雄蕊下面的花蜜；取食完成后在活动上休息、整翅；后继续向前爬行，身体越过雌雄蕊；当到达花朵边缘后，会沿花朵边缘绕行，同时观察新的着落点；找到新着落点后飞走。大头金蝇在访花过程中很多部位接触雌雄蕊，因此也携带了大量花粉。其中胸部、腿部、足上都有大量花粉，雄虫整个身体平均花粉携带量为843粒，雌虫384粒。
无论大头金蝇是否进行发育低温驯化，由其授粉的不同枝条的坐果率都没有显著差异。在未低温驯化(对照组)和第三低温驯化环境(稳定低温)驯化大头金蝇授粉时，油菜同一枝条的上部和中部的坐果率显著高于下部，而在第二低温驯化环境(波动低温)下驯化的大头金蝇授粉对油菜同一枝条不同部位坐果率无显著差异。大头金蝇授粉的油菜坐果率在60％-85％之间。第三低温驯化环境和第二低温驯化环境下驯化大头金蝇授粉的植株校正坐果率显著高于未低温驯化大头金蝇。无论是否低温驯化，大头金蝇授粉的油菜角果在角果长度和每角果籽粒数都和蜜蜂没有显著差异。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、大头金蝇饲养：待大头金蝇成虫性成熟交配后产卵，卵孵化为幼虫，初孵幼虫进入步骤2的低温驯化；
步骤2、大头金蝇低温驯化：大头金蝇初孵幼虫放于气候箱中进行低温驯化环境的饲养，气候箱温度为15-25摄氏度，大头金蝇初孵幼虫在气候箱养至初羽化成虫；
步骤3、油菜种植：将大棚分为多厢，每厢内种植油菜父本和油菜母本；
步骤4、大头金蝇释放授粉：在油菜初花期中午，在大棚内释放羽化1-2天的大头金蝇成虫。
2.根据权利要求1所述的一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，其特征在于，所述的步骤1包括以下具体步骤：
大头金蝇成虫的养虫室条件为：温度25±2℃，湿度为60±5％，光周期为12小时光照，12小时黑暗，大头金蝇成虫饲养于养虫笼中，供以水和白砂糖，并在养虫笼中每天加入新鲜鸡肉，待大头金蝇成虫性成熟交配后将卵产于鸡肉缝隙中，将鸡肉与卵放于幼虫饲料，卵孵化为幼虫。
3.根据权利要求2所述的一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，其特征在于，所述的幼虫饲料中麦麸与鱼粉的重量比为4:1，幼虫饲料含水量60％-70％。
4.根据权利要求3所述的一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，其特征在于，所述的步骤2中，气候箱中12小时25℃温度和12小时15℃温度交替，光周期为8小时光照，16小时黑暗。
5.根据权利要求3所述的一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，其特征在于，所述的步骤2中，气候箱中恒温20℃，光周期为8小时光照，16小时黑暗。
6.根据权利要求4或5所述的任意一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，其特征在于，所述的步骤3中，大棚的长宽高为14.3m×3.35m×3m，大棚内分为2厢，每厢两边各种植1行油菜父本，每厢中间种植3行油菜母本，行内间距40cm，行间距30cm。
7.根据权利要求6所述的一种低温驯化昆虫为早春作物授粉方法，其特征在于，所述的步骤4中，每大棚释放羽化1-2天的大头金蝇成虫3000-5000头，大棚内补充白砂糖。
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