交配次數(shù)對云斑天牛雌蟲精子消耗量及產(chǎn)卵量的影響

王保新，楊 樺，2，林 森，楊 偉，楊春平

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)森林保護(hù)重點實驗室，四川 雅安 625014;2.貴州大學(xué)昆蟲研究所，貴州山地農(nóng)業(yè)病蟲害重點實驗室，貴陽 550025)

交配是昆蟲選擇最佳配偶以及產(chǎn)生后代的最重要最基本的過程，也是具有重要進(jìn)化意義的過程。而多次交配 (Multiple mating)是昆蟲繁衍后代所采取的一種典型的交配策略 (劉興平等，2008)。雌蟲通過與多個雄蟲發(fā)生交配行為以補(bǔ)充精子，確保受精的成功而增加雌蟲產(chǎn)生更多后代的可能性 (Pai et al.，2005)。然而，多次交配對不同種類昆蟲精子消耗量、產(chǎn)卵量的影響各不相同 (Sakubai，1998)。楊洪等 (2006)研究表明，交配一次的松墨天牛Monochamus alternatus雌蟲受精囊內(nèi)精子數(shù)量因不斷消耗，在交配16 d后只有5萬以下，多次交配的松墨天牛雌蟲受精囊內(nèi)的精子數(shù)量長期保持在12萬個左右從而使產(chǎn)卵量顯著大于單次交配的產(chǎn)卵量。新西蘭麥長蝽Nysius huttoni的多次交配行為沒有明顯地影響到雌蟲的產(chǎn)卵量 (Wang and Davis，2006)。而小菜蛾P(guān)lutella xylostella雌蟲的產(chǎn)卵量隨交配次數(shù)的增加反而減少(Wang et al.，2005)。

云斑天牛Batocera horsfieldi(Hope)隸屬于鞘翅目Coleoptera天牛科Cerambycidae，又名云斑白條天牛，危害楊樹Populus spp.、核桃Juglans regia等多種樹木，是我國重要林木蛀干害蟲 (李娟等，2008)。有關(guān)云斑天牛的多次交配和精子消耗的研究未見報道，本研究以云斑天牛為對象，研究多次交配對云斑天牛受精囊內(nèi)精子數(shù)量消耗、產(chǎn)卵量的影響，以期為天牛多次交配機(jī)理和進(jìn)化機(jī)制的深入研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

2010年5月，于四川省德陽市羅江縣采集剛羽化未交配的楊樹云斑天牛成蟲放入60 cm ×60 cm×60 cm的不銹鋼網(wǎng)養(yǎng)蟲籠內(nèi)。于室溫下用200 mL三角瓶水培法國冬青枝條飼養(yǎng)成蟲備用，每3 d更換1次冬青枝條，用直徑4～5 cm，長約20 cm新鮮楊樹木段作為產(chǎn)卵誘木，3 d更換1次。已交配雄蟲腹部絨毛磨損，形成明顯的交配斑;已交配雌蟲為背部絨毛磨損，形成明顯交配斑(嵇保中等，1996)。

1.2 雌性生殖系統(tǒng)及精子形態(tài)觀察

取羽化后10 d的3雌3雄云斑天牛成蟲，剪下雌蟲腹部，置于30%NaOH溶液中煮10 min，取出生殖系統(tǒng)，用Sz66體視顯微鏡觀察并拍照。同時在載玻片上解剖雄蟲，取出睪丸，用解剖針刺破睪丸后，用0.9%生理鹽水稀釋，觀察精子的形態(tài)并拍照。

1.3 單次交配后精子在雌性生殖系統(tǒng)內(nèi)的分布動態(tài)觀察

分別于雌蟲單次交配 (單次交配指成功交配一次，包括交配前求偶、插入、配后保護(hù)等完整階段) 后10 min、1 h、2 h、4 h、8 h、16 h、32 h解剖生殖系統(tǒng)，取下生殖腔、交配－受精囊，并將其分別置于載波片上，用解剖針挑破后用0.9%生理鹽水沖洗3次，把沖洗液全部轉(zhuǎn)入1.5 mL離心管內(nèi)，定容到0.5 mL，搖勻后取10 μL混勻液滴于血球計數(shù)板上，觀察統(tǒng)計精子的數(shù)量。每份混勻液統(tǒng)計3次，取平均值。每個觀察時間雌蟲樣本數(shù)為3頭。

1.4 單次和多次交配雌性生殖系統(tǒng)內(nèi)精子數(shù)量的觀察

雌蟲單次和多次交配 (配對飼養(yǎng))后，分別于不同時間 (1 d、2 d、4 d、8 d、16 d)觀察統(tǒng)計交配－受精囊和生殖腔內(nèi)精子的數(shù)量。每個觀察時間雌蟲取樣數(shù)為3頭。

1.5 單次和多次交配雌蟲產(chǎn)卵量變化的觀察

單次交配:選同期羽化后10 d的云斑天牛，以1♀∶1♂配對，觀察交配情況。取30頭成功交配一次的雌蟲單獨飼養(yǎng)，待雌蟲開始產(chǎn)卵后每天記錄每頭雌蟲的產(chǎn)卵量。

多次交配:參照張世淵和路高 (2001)、楊洪等 (2006)對松褐天牛的研究，選同期羽化后10 d的云斑天牛，以1♀∶1♂配對飼養(yǎng)，待雌蟲開始產(chǎn)卵后，記錄每頭雌蟲的產(chǎn)卵量。共30個重復(fù)。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗所得數(shù)據(jù)用SPSS 13.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用Microsoft Office Excel 2003繪圖，單次交配和多次交配雌蟲產(chǎn)卵量的比較采用獨立樣本t檢驗比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 雌性生殖系統(tǒng)及精子形態(tài)

云斑天牛雌性生殖器由一對卵巢、一對側(cè)輸卵管、中輸卵管、陰道、交配囊、受精囊、受精囊腺、生殖腔、骨針和產(chǎn)卵器 (圖1)。

交配囊圓柱形，基部經(jīng)交配囊柄與陰道相連。受精囊管側(cè)生于交配囊上，受精囊管上連有細(xì)長管狀的受精囊腺和“C”形的受精囊。受精囊外壁骨化，頂部指狀膨大。受精囊與受精囊管外部有一共同膜包被，使受精囊外觀呈腎形 (嵇保中和錢范俊，1995)。

圖1 云斑天牛雌性生殖系統(tǒng)Fig.1 Reproductive systems of female B.horsfieldi

云斑天牛精子形狀見圖2，精子為鞭毛型，絲狀，長0.5 mm左右，頭部不明顯，顏色較深可分辨。

圖2 云斑天牛精子形態(tài)Fig.2 Spermatozoon morphology of B.horsfieldi

2.2 單次交配精子在雌性生殖系統(tǒng)內(nèi)的分布

單次交配雌性生殖系統(tǒng)內(nèi)精子分布見圖3。云斑天牛完整交配一次，雄蟲輸入到雌蟲體內(nèi)的精子大約100萬個。這些精子由雄蟲輸送到雌蟲交配囊，然后再由交配囊進(jìn)入受精囊。16 h后在交配－受精腔內(nèi)的精子數(shù)量基本不變，在受精囊腺分泌物的滋養(yǎng)下可以長期存活至雌蟲死亡。在生殖腔內(nèi)的精子隨時間的延長變化不大，基本維持在8萬左右。

圖3 云斑天牛精子在雌性生殖系統(tǒng)內(nèi)的分布(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.3 Distribution of spermatozoa in reproductive system of B.horsfieldi(Mean±SE)

2.3 單次和多次交配精子在雌蟲生殖系統(tǒng)內(nèi)的分布

成功完成一次交配后，云斑天牛雌蟲交配－受精腔和生殖腔內(nèi)的精子數(shù)量隨著天數(shù)的增加而下降，尤其是精子在交配－受精腔內(nèi)的數(shù)量消耗與時間呈線性關(guān)系，為y=594780－91810x，(R2=0.9583)。而多次交配的雌蟲交配－受精腔內(nèi)的精子數(shù)量保持在80萬左右，生殖腔內(nèi)的精子保持在8萬左右，且不隨時間的增加而降低 (圖4)。說明多次交配對雌蟲生殖系統(tǒng)內(nèi)精子數(shù)量有明顯補(bǔ)充。

圖4 單次交配與多次交配在雌性生殖系統(tǒng)內(nèi)的分布Fig.4 Quantitative variation of spermatozoa in reproductive system of B.horsfieldi after multiple and single mating(Mean±SE).A，交配 －受精腔;B，生殖腔 (平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)A，Bursa coplatrix－Spermatheca;B，Genital cavity.

2.4 單次和多次交配雌蟲產(chǎn)卵量的變化

云斑天牛多次交配的雌蟲周平均產(chǎn)卵量在8粒左右，產(chǎn)卵歷期為30 d，而單次交配的雌蟲周平均產(chǎn)卵量在7粒左右，產(chǎn)卵歷期為26 d。多次交配的云斑天牛雌蟲在周平均產(chǎn)卵量、總產(chǎn)卵量和產(chǎn)卵歷期上都顯著高于單次交配的云斑天牛雌蟲 (P＜0.05)，多次交配的雌蟲壽命與單次交配的雌蟲壽命相比較，差異不顯著 (P＞0.05)(表1)。

表1 云斑天牛單次和多次交配產(chǎn)卵量、產(chǎn)卵歷期和壽命的差異 (平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)Table1 Variation of fecundity，period of oviposition and longevity between multiple and single females of B.horsfieldi(Mean±SE)

3 結(jié)論與討論

多次交配包括雌蟲與同一個雄蟲多次交配和與不同的雄蟲多次交配。在自然界中多次交配行為廣泛存在于昆蟲 (Parker，1970;Choe，1995;Imhof et al.，1998)、鳥類(Birkhead et al.，1999)、甚至哺乳類動物中 (Gomendio and Roldan，1991)。本文通過對雌蟲單次交配和多次交配的研究發(fā)現(xiàn)，云斑天牛雌蟲多次交配對雌蟲受精囊內(nèi)精子的貯藏量有明顯的補(bǔ)充，這同楊洪等 (2006)對松褐天牛雌蟲多次交配的研究一致。

雌蟲多次交配的原因主要有提高自身適合度、增加后代遺傳多樣性和增進(jìn)生殖成功率等 (Arnqvist and Nilsson，2000)。多次交配對不同種類昆蟲的雌蟲精子數(shù)量消耗、產(chǎn)卵量、孵化率和壽命之間的影響各不相同 (Sakubai，1998)。缺翅目昆蟲Zorotypus barberi雌性與同一雄性交配多次時，產(chǎn)卵量比交配一次或兩次時多，因而認(rèn)為雌性與同一雄性多次交配時，是為了獲得更多的精子，但與不同雄性多次交配時，可能是為了稀釋劣質(zhì)雄性的精子 (Choe，1995)。鱗翅目昆蟲Plodia interpunctella雌性的生殖力和壽命并沒有因多次交配種得到精子以外的營養(yǎng)補(bǔ)充而得以提高 (Cook，1999)。多次交配的云斑天牛雌蟲交配－受精腔內(nèi)的精子數(shù)量保持在80萬左右，其生殖力也顯著高于單次交配。云斑天牛雌蟲是否存在不同的產(chǎn)卵模式，單次交配的雌蟲精子在交配－受精腔內(nèi)的消耗是否與生殖力的下降有關(guān)需要更進(jìn)一步的研究。

多次交配對雌蟲壽命的影響原因極為復(fù)雜，包括交配行為的物理損傷和精液附帶的其它物質(zhì)等 (Eberhard，1996)。本研究發(fā)現(xiàn)云斑天牛雌蟲多次交配后壽命短于單次交配，這與“除了交配飼喂類型外，多數(shù)昆蟲隨著交配次數(shù)的增加，雌蟲壽命縮短”(Arnqvist and Nilsson，2000)的結(jié)論一致。

云斑天牛受精囊極小，外壁骨化，而且緊挨交配囊，不容易將兩者分開。因此本試驗在統(tǒng)計精子數(shù)量時，是計算的交配囊和受精囊內(nèi)共有的精子數(shù)量，沒有分別統(tǒng)計交配囊和受精囊內(nèi)精子，是本試驗的不足之處，也是以后進(jìn)一步研究的重點。

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