藍光和黃光組合對設施黃瓜煙粉虱的控制作用*

韓杜斌, 陳向榮, 周福才**, 吳曉霞, 趙 明,陳學好

藍光和黃光組合對設施黃瓜煙粉虱的控制作用*

韓杜斌1, 陳向榮1, 周福才1**, 吳曉霞2, 趙 明1,陳學好1

(1. 揚州大學園藝與植物保護學院 揚州 225009; 2. 揚州大學生物科學與技術學院 揚州 225009)

煙粉虱是黃瓜的主要害蟲, 利用非化學措施控制煙粉虱對于黃瓜綠色生產具有重要意義。為探討光驅避對設施蔬菜煙粉虱的控制作用, 應用RGB值與虛擬波長的關系在計算機上模擬不同波長的顏色, 根據煙粉虱對不同光質的選擇率, 篩選出對煙粉虱有驅避作用的敏感光質, 在此基礎上, 調查該光質處理下設施黃瓜煙粉虱種群的變化情況以及該光質與多種光質聯合使用對煙粉虱的控制作用。結果表明, RGB值為0, 0, 255 (波長為470 nm的藍色)的顏色對煙粉虱成蟲的驅避率最高。黃色和綠色對煙粉虱有較強的誘集作用, 煙粉虱的選擇率分別為54%和42%; 但在黃光和綠光打開的環境中再加入藍光后, 煙粉虱對黃光和綠光的選擇率分別提高到68%和56%。在黃光和綠光共存的環境中加入藍色光, 可以加速煙粉虱從綠色區域向黃色區域的遷移。在大棚黃瓜田, 藍光照射后煙粉虱的種群數量迅速下降, 并且隨著光照射時間的延長, 黃瓜上煙粉虱數量下降幅度增大, 光照射6 d后煙粉虱的校正蟲口減退率達92.76%。藍光和黃光聯合使用, 在開啟藍光前先打開黃光, 可以增強對黃瓜煙粉虱種群的控制作用, 處理10 d、20 d、30 d后, 黃瓜葉片上煙粉虱校正蟲口減退率較不開黃光分別提高13.80%、18.17%、15.10%。研究發現, 藍光照射對煙粉虱有強烈的驅避作用, 藍光和黃光配合使用可以提高對煙粉虱的控制作用。

藍光; 黃瓜; 煙粉虱; 綠色防控; 驅避

昆蟲的趨光行為是昆蟲在長期的演化過程中形成的重要習性之一。昆蟲趨光的本質是視覺感受器接受光波刺激的行為反應, 不同的昆蟲對光波的敏感性不一樣, 同一種昆蟲通常會對多個不同波長的光波產生較高的敏感性。棉鈴蟲[(Hübner)]對波長340~360 nm的紫外光和483 nm的藍光有趨光反應峰值[1]; 煙蚜[(Sulzer)]的敏感光譜分別是492 nm的藍光、568 nm綠光和380 nm的紫外光區[2]。Endo等[3]研究發現, 稻綠蝽[(Linnaeus)]的趨光高峰波段分別是520 nm的綠光和360 nm的紫外光。光強也是昆蟲趨光性的重要影響因素, 不同的光照強度下昆蟲的趨光反應存在明顯差異, 如蝗蟲[(Meyen)]對單色光的趨光性會隨光強的增強而增大, 但增長到一定程度后變緩并趨于穩定[4]。光除了對昆蟲具有吸引和驅避作用外, 對昆蟲的生長發育也會有影響。在綠光和黃光環境下, 小菜蛾[(Linnaeus)]孵化率會顯著降低[5]; 420 nm波長藍紫光處理既能顯著降低粘蟲[(Walker)]幼蟲存活率、化蛹率, 又能延長幼蟲期和蛹期[6]。目前, 應用光對害蟲進行防治主要依賴昆蟲的趨光性誘殺害蟲, 而利用害蟲對光的負趨性防治害蟲的研究還鮮有報道。

煙粉虱[(Gennadius)]是我國蔬菜上的重要害蟲, 它可以通過取食植物汁液、分泌蜜露造成煤污病、傳播植物病毒、誘發植物病毒病等方式影響蔬菜的產量和品質[7-8], 發生嚴重時可造成保護地蔬菜的絕收。目前生產上對煙粉虱的防控主要有農業措施、物理措施和生物措施, 包括防蟲網隔離[9]、黃板誘殺[10]、植物間作驅避和誘集[11]、蟲生真菌[12]等, 這些措施對煙粉虱的防控都有較好的效果。但由于煙粉虱發育歷期短、繁殖量大、隱蔽性高, 世代重疊嚴重, 具有暴發特性, 在煙粉虱發生嚴重地區和暴發階段仍難以及時、有效地實施對煙粉虱的控制。

煙粉虱對黃色有一定的趨性反應, 利用黃板誘殺是目前生產上防控設施蔬菜煙粉虱的常用手段之一, 但黃板誘殺只能作為煙粉虱防控的輔助手段, 不能完全控制煙粉虱。趙建偉等[13]研究發現, 黃板對煙粉虱的誘集作用雖十分顯著, 但對煙粉虱成蟲種群的控制效果僅有54%。作者的前期研究發現, 藍色對煙粉虱具的較好的驅避作用, 為此, 本文以黃瓜煙粉虱為對象, 利用藍光的驅避作用, 探討藍光及其與黃光組合對設施蔬菜煙粉虱的控制作用, 以期為設施蔬菜煙粉虱的綠色防控提供新的手段。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試黃瓜品種為‘津優35號’, 市購。供試煙粉虱蟲源采自揚州大學園藝與植物保護學院的黃瓜(L.)田, 在人工氣候箱中用非供試黃瓜品種飼養3代以上供試, 蟲源飼養條件為溫度25 ℃, 相對濕度(70±5)%, 光照周期18 h光照∶6 h黑暗。試驗開始前煙粉虱饑餓4 h。

試驗用計算機顯示器功率30 W, 頻率60 Hz。藍光燈帶為凌科照明有限公司生產, 光源波長470 nm, 功率55 W, 燈珠為60個?m?1, 長度5 m。藍光燈由浙江磐安有限公司生產, 源波長470 nm, 功率8 W; 黃光燈由浙江磐安有限公司生產, 源波長590 nm, 功率8 W。藍色燈和黃光具有聚光功能, 光線集中不分散, 光照效果好。

在鋁合金支架上安裝10個8 W波長470 nm的藍光燈和10個8 W波長590 nm的黃光燈。兩種顏色的燈可以分別控制。

黃色粘蟲板由科凌蟲控有限公司生產, 規格25 cm×20 cm。

1.2 試驗方法

1.2.1 對煙粉虱具有驅避作用的最適光波長選擇

計算機設置不同RGB值, 在顯示器上模擬不同虛擬波長的顏色。在顯示器上畫一個直徑為12 cm的大圓, 將大圓分成6個圓心角為60°的扇形, 每個扇形區域對應一個RGB值, 即顯示器上有6個不同顏色的色塊。RGB數值的范圍為0~255, 以51為梯度, 將0~255劃分成6個范圍, 依次選擇相應數值, 填入扇形區域內, 構成對應顏色。這一區域為煙粉虱的選擇區。在大圓內再畫一個直徑為4 cm的同心圓, RGB數值為255, 255, 255, 即顯示為白色, 這一區域為煙粉虱的釋放區。將顯示器平放于桌面, 上方覆蓋高3 cm的圓形透明玻璃罩。每次將30頭煙粉虱成蟲接在釋放區, 觀察其在3 min內對不同色塊的選擇, 當試蟲到達色塊扇形區, 并停留30 s以上則記為選擇該顏色, 若3 min內沒有選擇, 則視為未選擇。試驗每50頭煙粉虱為1組, 每組重復3次。找出最適驅煙粉虱的光波長。

從上述研究結果中, 找出對煙粉虱選擇率最低的一組RGB數值, 再以11為梯度, 采取上述方法, 以每30頭煙粉虱為1組, 每組重復3次, 繼續進行煙粉虱的選擇性測定, 找出更精細的驅煙粉虱的RGB參數。應用Dan Bruton虛擬波長與RGB值的函數關系(www.physics.sfasu.edu/astro/color.html), 將不同RGB值轉換為相應的光波長。

1.2.2 多種顏色共存對煙粉虱選擇行為的影響

試驗方法同1.2.1。試驗處理分別為藍色RGB (0, 0, 255)與黃色RGB (255, 255, 0)聯用: 在6個扇形區域中依次交替設置藍色和黃色區域, 每個顏色各占3個扇形; 藍色RGB (0, 0, 255)與綠色RGB (0, 255, 0)聯用: 在6個扇形區域中依次交替設置藍色和綠色區域, 每個顏色各占3個扇形; 黃色RGB (255, 255, 0)、藍色RGB (0, 0, 255)、綠色RGB (0, 128, 0)聯用: 在6個扇形區域中依次交替設置黃色、藍色、綠色區域, 每個顏色各占2個扇形。試驗每10頭煙粉虱為1組, 并計算選擇率, 每組重復5次。

1.2.3 藍光介入對綠光-黃光系統中煙粉虱選擇行為的影響

試驗方法同1.2.1。在6個扇形區域中設置藍色(0, 0, 255)和黃色(255, 255, 0)區域, 每個顏色各占一半扇形區域。大圓內部同心圓設置為綠色(0, 255, 0)區域, 這一區域為煙粉虱釋放區。試驗每10頭煙粉虱為1組, 每2 min記錄各區域煙粉虱數量, 并計算選擇率, 觀察煙粉虱對不同顏色光的選擇率的變化動態。每組重復5次。

1.2.4 藍光對大棚黃瓜煙粉虱種群的影響

黃瓜生育期為開花結果期, 光源為藍光燈帶, 燈帶放置在黃瓜植株的中間位置, 距離地面1 m處, 開燈時間為每天18:00, 關燈時間為次日6:00。每天1次調查黃瓜葉片上煙粉虱成蟲的數量。調查時每個處理各選取黃瓜5株, 每株取上部和中部葉片各3張, 調查葉片上煙粉虱的蟲量, 以無藍光處理作為對照, 計算校正蟲口減退率。

1.2.5 藍光和黃光聯合使用對大棚黃瓜煙粉虱種群的控制作用

試驗時間為黃瓜開花結果期, 光源為燈柱。試驗在連棟大棚內黃瓜田中進行, 黃瓜壟栽, 壟長24 m。柱燈懸掛于黃瓜壟前1 m左右的過道邊, 每壟放置1盞柱燈。設3個光照處理, 一個處理每天18:00—18:30柱燈開黃光, 18:30—20:00柱燈開藍光; 另一處理為每天18:00至20:00柱燈開藍光, 不開黃光; 以不使用任何燈光作對照。在所有處理和對照, 順著黃瓜壟的方向每3 m掛1張黃板, 定期調查黃瓜葉片和黃板上煙粉虱的成蟲數量。田間煙粉虱調查: 每個小區隨機選取3株黃瓜, 每株黃瓜取上、中、下部葉片各1張, 調查葉片上煙粉虱的成蟲數量; 黃板上煙粉虱蟲量調查: 每張黃板上隨機選取3點, 每點調查5 cm2, 統計黃板上煙粉虱的蟲量。試驗重復3次。

1.3 數據處理

利用Excel對數據進行處理, 運用DPS軟件對數據進行系統分析。

2 結果與分析

2.1 不同RGB模擬顏色對煙粉虱選擇性的影響

在計算機上通過設置不同的RGB參數, 模擬不同顏色的光。研究發現, 當RGB的3個參數分別為0~51、0~51、204~255, 對應顏色處于藍色區域內時, 對煙粉虱的驅避作用最強。對驅蟲區段的RGB進一步細分發現, 當RGB參數值分別位于0~11、0~11、244~255時, 對煙粉虱有較強的驅避作用。當RGB參數分別是0、0、255時, 對煙粉虱的驅避作用最強, 此時煙粉虱選擇數量為0。根據RGB波長換算, 此時對應的藍光波長為470 nm (表1、表2)。

表1 煙粉虱對不同光質的選擇性

表2 煙粉虱對不同藍光的選擇性

2.2 多種顏色光共存對煙粉虱選擇行為的影響

黃色和綠色對煙粉虱有較強的誘集作用。由表3可知, 在黃色光和綠色光單獨存在時, 煙粉虱的選擇率分別為54%和42%, 煙粉虱對黃色光的選擇率大于綠色光。在黃色光和綠色光打開的環境中再分別加入藍色光時, 煙粉虱對黃色光(68%)和綠色光(56%)的選擇率分別提高了30%和33%。在黃色光和綠色光共存的環境中, 煙粉虱對黃色光(58%)的選擇率顯著高于綠色光(22%), 此時再加入藍光后, 煙粉虱對黃色光的選擇率提高到70%, 顯著高于對綠色光的選擇率(24%), 即在黃色光和綠色光的環境中加入藍色光后可以提高黃色光對煙粉虱的誘集作用。

表3 多種顏色共存對煙粉虱選擇行為的影響

同列數據后不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(<0.05), 同一行數據后不同大寫字母表示對不同顏色光間差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters in the same column mean significant differences among different treatments at<0.05 level; different capital letters in the same line mean significant differences among different color lights at<0.05 level.

從圖1可以更清晰地看出黃光和綠光共存的環境中加入藍光后煙粉虱對不同顏色光的選擇行為的動態變化。將煙粉虱放置在綠色光區后開啟黃色光和藍色光, 煙粉虱迅速從綠色光區移向黃光區域, 煙粉虱對黃色光的選擇率一直呈上升趨勢, 處理10 min時選擇率達76%, 而煙粉虱綠光區內的選擇率快速下降到20%。結果表明, 在黃色光和綠色光共存的環境中加入藍色光, 可以加速煙粉虱從綠色區域向黃色區域的遷移。

G: 綠光; Y: 黃光; B: 藍光。G: green light; Y: yellow light; B: blue light.

2.3 藍光對大棚黃瓜煙粉虱種群的影響

在大棚中使用藍光, 對煙粉虱有較好的驅避作用。從圖2可以看出, 隨著藍光照射時間的延長, 黃瓜上煙粉虱數量持續下降, 處理6 d后黃瓜上煙粉虱的數量(1.33 頭?葉?1)下降90.72%, 而未使用藍光的對照組煙粉虱蟲量呈現上升趨勢, 第6 d時蟲量上升23.98%。

應用校正蟲口減退率分析藍光對田間煙粉虱的控制作用可以發現, 隨著藍光處理時間的延長, 黃瓜上煙粉虱的校正蟲口減退率持續上升, 且上升的趨勢前期增速較快, 之后增速逐漸降低并趨于穩定, 藍光處理6 d后, 煙粉虱的校正蟲口減退率達92.76%。說明藍光對大棚黃瓜煙粉虱有較好的防控作用。

2.4 藍光和黃光聯用對設施黃瓜上煙粉虱的影響

藍光和黃光聯合使用可以增強對黃瓜煙粉虱種群的控制作用(表4)。從表4可以看出, 在大棚內使用藍光處理后黃瓜上煙粉虱的蟲量持續下降, 處理10 d、20 d、30 d后, 黃瓜葉片上煙粉虱成蟲量分別為4.48頭?葉?1、3.88頭?葉?1、2.78頭?葉?1。在保持同樣光照時長的前提下, 先開啟黃光30 min, 然后關閉黃光, 打開藍光(藍光縮短30 min), 結果發現黃瓜葉片上煙粉虱的蟲量下降速率加快, 處理10 d、20 d、30 d后, 黃瓜葉片上煙粉虱成蟲量分別為2.55頭?葉?1、1.62頭?葉?1、0.82頭?葉?1, 分別比僅用藍光處理的低43.08%、58.24%和70.50%。從表4還可以看出, 開啟藍光后黃瓜葉片上煙粉虱的蟲量下降, 而黃板上的蟲量上升, 表明藍光照射后黃瓜上的煙粉虱移入到黃板上。

B: 藍光; CK: 不使用藍光對照。B: blue light; CK: no-blue light.

應用校正蟲口減退率分析藍光和黃光聯合使用對設施黃瓜上煙粉虱的控制作用, 結果發現(表4), 僅用藍光處理, 處理10 d、20 d、30 d后黃瓜葉片上煙粉虱的校正蟲口減退率分別為47.61%、45.57%、59.36%。而在保持同樣光照時長的前提下, 先開啟黃光30 min, 然后關閉黃光, 打開藍光(藍光縮短30 min), 黃瓜上煙粉虱的校正蟲口減退率分別為61.41%、63.74%、74.46%, 較不開黃光分別提高13.80%、18.17%、15.10%。結果表明, 開啟藍光前先打開黃光, 可以提高對黃瓜葉片上煙粉虱的驅避效果。

表4 藍光和黃光處理后黃瓜、黃板上煙粉虱蟲量及其對煙粉虱的控制作用

同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。*表示同列數據在<0.05水平差異顯著(測驗)。In the same column, different lowercase letters indicate significant difference (<0.05)。* indicates that the data in the same column are significantly different bytest (<0.05).

3 討論與結論

昆蟲的視覺在尋找寄主植物過程中發揮著關鍵作用。昆蟲視覺能夠直接識別寄主并定位或與化學氣味共同作用定位寄主植物[14]。昆蟲在距離發現寄主植物時主要憑借嗅覺等化學通訊信息,但在接觸寄主前的近距離精確定位等方面視覺起主導作用[15]。馬鈴薯小綠葉蟬[(Fab.)]對化學氣味的反應不明顯, 在寄主尋找過程中視覺的作用要遠大于嗅覺, 藍色和黃色光波對該蟲有強烈的驅避作用[16], 而635 nm紅光和590 nm黃光對麥蛾[(Olivier)]有較強的驅避作用[17]。在黃光環境下, 茄二十八星瓢蟲[(Fabricius)]爬行、交配、產卵等行為都有聚集發生的趨勢[18]。使用黃光照射茶小綠葉蟬[Matumura]也會刺激該蟲移動、搜索等行為, 且與光照時間和強度呈正相關[19]。Kim等[20]測定了煙粉虱對不同顏色LED燈光的趨性反應, 發現煙粉虱對黃色有較強的趨性, 而對藍色的反應較弱。本研究也得出相同的結論, 藍光對煙粉虱有較強的驅避作用, 在室內環境中, 使用綠光模擬黃瓜葉片, 黃光模擬黃板, 在綠光和黃光共存的環境下, 加入藍光, 可以顯著增強煙粉虱對黃光的選擇性。在保護地蔬菜上, 藍光照射前先開啟黃光, 可以提高對煙粉虱的驅避作用。藍光對煙粉虱的驅避作用是否由于藍光直射對昆蟲復眼視網膜造成損傷[21], 昆蟲出于自我保護作用而遠離藍色還有待于從煙粉虱的光生理角度進一步研究。而先使用黃光能提高藍光的驅避作用, 是否由于黃光引起了煙粉虱的視覺興奮, 稍后藍光照射時產生較強的驅避反應, 也有待進一步研究。

在保護地環境下, 使用驅避技術時必須要給害蟲一個逃離的去處。黃板誘殺煙粉虱已經是一項較為成熟的技術[22]。本研究發現, 使用藍光驅避時, 大棚內黃板上的煙粉虱蟲量快速上升, 即煙粉虱從黃瓜葉片上遷飛到黃板上。因此, 在保護地內使用驅避作用時, 應該適當增加黃板的數量, 為煙粉虱從黃瓜上向外轉移提供條件。同時, 適度增加黃板數量, 在大棚內建立一個“推-拉”環境, 也有利于提高對煙粉虱的防控效果。

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Control effects of blue and yellow light onon greenhouse cucumbers*

HAN Dubin1, CHEN Xiangrong1, ZHOU Fucai1**, WU Xiaoxia2, ZHAO Ming1, CHEN Xuehao1

(1. College of Horticulture and Plant Protection, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; 2. College of Biological Science and Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China)

is the main pest of cucumbers; it is critical to controlusing non-chemical measures for green cucumber cultivation. To explore the control effects of light onin greenhouse vegetables, the relationship between RGB values and the virtual wavelength was used to simulate the colors of different wavelengths on a computer. The light colors repellingwere selected according to the selection rate ofto different light. On this basis, the changes in the population ofon cucumbers treated with the selected light were investigated for the control effects of. The results showed that the color with RGB values of 0, 0, and 255 (wavelength of 470 nm; blue) had the highest repellent rate to. Yellow light (54%) and green light (42%) had a strong trapping effect on. Adding blue light to the environment with yellow and green light could improve the selection of yellow light (68%) and green light (56%). Blue light accelerated the migration offrom green to yellow areas. In the greenhouse cucumber field, the population ofdecreased rapidly after blue light irradiation, and the number ofon the cucumber plants decreased significantly with increased light exposure (<0.05); a corrected population decline rate of 92.76% was noted after 6 days of blue light irradiation. After 10, 20, and 30 days of treatment, the corrected population reduction rates ofon the cucumber leaves increased by 13.80%, 18.17%, and 15.10%, respectively, compared to those without yellow light. These results show that blue light has a strong repellent effect on, and the combination of blue and yellow light improves the control effect. Thus, adding a yellow plate may significantly increase the trapping rates of

Blue light; Cucumber;; Green prevention and control; Repellent

10.13930/j.cnki.cjea.200727

韓杜斌, 陳向榮, 周福才, 吳曉霞, 趙明, 陳學好. 藍光和黃光組合對設施黃瓜煙粉虱的控制作用[J]. 中國生態農業學報(中英文), 2021, 29(5): 802-808

HAN D B, CHEN X R, ZHOU F C, WU X X, ZHAO M, CHEN X H. Control effects of blue and yellow light onon greenhouse cucumbers[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2021, 29(5): 802-808

S433.3

* 國家重點研發計劃項目(2018YFD000702)、江蘇省自主創新資金[CX(20)3165]和江蘇省現代農業產業技術體系瓜菜創新團隊(JATS[2019]454)資助

周福才, 主要從事蔬菜害蟲綠色防控研究。E-mail: fczhou@yzu.edu.cn

韓杜斌, 主要從事煙粉虱綠色防控研究。E-mail: 1242148990@qq.com

2020-09-08

2020-12-04

* This study was supported by the National Key R&D Plan of China (2018YFD000702), the Independent Innovation Fund of Jiangsu Province [CX(20)3165] and the Melon and Vegetable Innovation Team of Jiangsu Province Modern Agricultural Industrial Technology System (JATS[2019]454).

, E-mail: fczhou@yzu.edu.cn

Sep. 8, 2020;

Dec. 4, 2020