棉鈴蟲和煙夜蛾生殖行為比較研究

程曉東，賈月麗，蔡永萍，王鄭軍，羅梅浩

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院，河南鄭州450002)

棉鈴蟲(Helicoverpa armigera(Hübner))和煙夜蛾(Helicoverpa assulta(Guenée))都是重要的農(nóng)業(yè)害蟲，二者同屬鱗翅目夜蛾科鈴夜蛾屬，成、幼蟲的形態(tài)特征很相似，食性特點、為害癥狀也較一致，且具有雜交可育性［1］，已有研究證明他們屬親緣相近的2個種［2］.二者的寄主范圍有很大差異，棉鈴蟲是典型的多食性昆蟲，其食料植物在中國有20多科200多種，最喜食錦葵科、茄科和豆科的棉花、玉米、小麥、大豆、煙草、番茄等植物［3］。煙夜蛾是一種寡食性昆蟲，寄主植物只有辣椒、煙草等茄科植物［4］.一直以來人們都在致力于這2種近緣昆蟲之間的差異研究.羅梅浩等［5］通過田間調(diào)查和室內(nèi)飼養(yǎng)研究表明，棉鈴蟲幼蟲體色變化復(fù)雜于煙夜蛾;此后又通過在煙草上的生態(tài)位研究表明，棉鈴蟲在煙草上的時間生態(tài)位寬度、生態(tài)位重疊和競爭系數(shù)均大于煙夜蛾［6］.張禮生［7］采用 HSG 顯帶和常規(guī)C顯帶法研究了二者的核型特征，結(jié)果顯示，煙夜蛾染色體多態(tài)性更為顯著，而棉鈴蟲相對穩(wěn)定.王鴻雷等［8］利用氣相色譜法分析了外源不飽和脂肪醇及乙酸酯在棉鈴蟲和煙夜蛾性信息素腺體中的轉(zhuǎn)化，結(jié)果表明棉鈴蟲性信息素腺體組織具有較高的乙酸酯酶活性，而煙夜蛾性信息素腺體乙酸酯酶活性很低.付曉偉等［9］通過2近緣種夜蛾對低濃度煙草揮發(fā)物的觸角電位反應(yīng)研究表明，與棉鈴蟲相比，煙夜蛾嗅覺神經(jīng)系統(tǒng)在其寄主定向行為中所起的作用更重要、也更?；?研究生物進化的方法常常是通過鑒定近緣類群，比較性狀差異，分析造成差異的遺傳基礎(chǔ)，進而解釋該性狀是如何從一個分類群向另一個分類群變化的［10］.交配是兩性生殖昆蟲繁衍后代的重要環(huán)節(jié)［11］，是成蟲行為發(fā)生改變的轉(zhuǎn)折點，也是具有重要進化意義的過程.鱗翅目昆蟲的交配行為具有明顯的種特異性，通常呈現(xiàn)出一定的晝夜節(jié)律性，并且晝夜節(jié)律的微小變化，會對昆蟲個體間基因交流產(chǎn)生決定性屏障，從而成為推動昆蟲新種形成和種下分化的重要原動力.雖然迄今有關(guān)棉鈴蟲和煙夜蛾生殖生物學(xué)特性方面的研究已有很多報道，對其交配、產(chǎn)卵行為也做過簡單的描述，但仍缺乏對2種夜蛾生殖行為較為系統(tǒng)的比較研究.充分了解2個近緣種昆蟲的交配、產(chǎn)卵等生殖行為，不僅為開展其行為生態(tài)學(xué)研究提供基礎(chǔ)知識，而且對更好預(yù)測其種群擴散和物種適應(yīng)與演化也有一定的參考價值.為此，作者研究了不同蛾齡下棉鈴蟲和煙夜蛾成蟲交配和產(chǎn)卵行為的差異，以期為2個近緣種害蟲的綜合治理和預(yù)測預(yù)報提供依據(jù)和參考.

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲及飼養(yǎng)方法

棉鈴蟲和煙夜蛾均從河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)采集，在控光(14L:10D)、控溫(27±1)℃、控濕(65%～85%)的人工氣候箱內(nèi)飼養(yǎng)，飼養(yǎng)方法同參考文獻［12］.待化蛹后，把蛹按雌雄分開，成蟲羽化后喂以質(zhì)量濃度為100 g·L-1的蔗糖水.

1.2 棉鈴蟲和煙夜蛾交配次數(shù)的觀察

將當(dāng)日羽化的棉鈴蟲雌蛾置于600 mL的透明塑料杯中，杯底放一吸水棉球，暗期前1 h每杯中引入1頭3日齡的處女雄蛾.當(dāng)晚如發(fā)現(xiàn)交配，次日早上用另1頭3日齡的處女雄蛾替換前晚杯中的雄蛾，直至雌蛾死亡.待雌蛾死亡后在顯微鏡下解剖其交配囊，檢查精包有無及數(shù)量，以精包的個數(shù)代表雌蛾的交配次數(shù)［13］.本試驗設(shè)30次重復(fù).雄蛾交配的觀察方法同雌蛾，只是其交配次數(shù)等于解剖與其交配所有雌蛾精包的累加數(shù).煙夜蛾雌雄蛾交配次數(shù)的測定方法同棉鈴蟲.

1.3 棉鈴蟲和煙夜蛾交配行為的觀察

設(shè)當(dāng)晚羽化的成蟲蛾齡為0，第2天的成蟲蛾齡為1，依次類推.將當(dāng)日羽化的棉鈴蟲或煙夜蛾成蟲分別配對置于600 mL的透明塑料杯中，杯底放一吸水棉球，每天定時補充成蟲飼料，然后觀察其交配行為，觀察從羽化當(dāng)天一直延續(xù)到羽化后的第7天.同時，在透明塑料杯的頂部用紗布遮蓋，以便成功交配的雌蛾在上產(chǎn)卵.2種群分別觀察300對成蟲，設(shè)3次重復(fù)，每重復(fù)100對.由于在光照期間，成蟲很少有交配行為發(fā)生，故觀察主要在夜間熄燈后(22:00—08:00)進行.用紅光手電筒進行觀察，并借助于計時器的幫助，每隔15 min觀察1次.在觀察過程中，分別記錄每對成蟲交配開始和結(jié)束的時間.

1.4 棉鈴蟲和煙夜蛾產(chǎn)卵行為的觀察

在1.3試驗中，如發(fā)現(xiàn)雌雄蛾成功交配，每天定期查看紗布上是否有蟲卵.一旦發(fā)現(xiàn)卵粒馬上記下時間，每天用新的紗布替換含卵紗布，把含卵紗布放在明處統(tǒng)計卵粒數(shù)，直至雌蛾死亡.把含卵紗布放入培養(yǎng)皿中保濕培養(yǎng)，直至幼蟲孵化.然后計算雌蛾壽命、產(chǎn)卵前期、產(chǎn)卵期、產(chǎn)卵量和卵的孵化率.

1.5 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析和多重比較，所獲數(shù)據(jù)主要用平均數(shù)(mean)±標(biāo)準誤(SE)來表示.百分率數(shù)據(jù)在比較前先進行反正弦變換.2種夜蛾的種間差異采用t-測驗進行比較.

2 結(jié)果與分析

2.1 棉鈴蟲和煙夜蛾的交配能力

在30頭棉鈴蟲雌蛾中，有27頭能正常交配，每頭雌蛾平均交配1.2次;在30頭煙夜蛾雌蛾中，有26頭能正常交配，每頭雌蛾平均交配1.1次.在30頭棉鈴蟲雄蛾中，有28頭能正常交配，交配次數(shù)最多的有6次，每頭雄蛾平均交配3.0次;在30頭煙夜蛾雄蛾中，有26頭能正常交配，交配次數(shù)最多的有5次，每頭雄蛾平均交配2.5次.可見，2種夜蛾之間雌雄蛾的交配能力差異均不顯著，但雄蛾的交配次數(shù)明顯多于雌蛾(表1).

表1 棉鈴蟲和煙夜蛾的交配能力Table 1 Mating capacities of H.armigera and H.assulta

2.2 不同蛾齡下兩種夜蛾的交配率

棉鈴蟲和煙夜蛾成蟲羽化的當(dāng)天晚上未發(fā)生交配，從羽化后的第1天晚上(1日齡)到第7天晚上都可以進行交配(圖1).2種夜蛾交配高峰均出現(xiàn)在羽化后的第3天，交配率分別達30%和24%，然后開始下降，7日齡的交配率分別為2%和1%.6日齡前的每日齡棉鈴蟲的交配率均顯著高于煙夜蛾.7日齡前的交配率棉鈴蟲為93%，煙夜蛾為69%.

圖1 棉鈴蟲和煙夜蛾羽化后7 d內(nèi)交配發(fā)生的概率分布Fig.1 Distribution of mating rates of H.armigera and H.assulta during the first 7 days after emergence

2.3 2種夜蛾交配的晝夜節(jié)律

熄燈后，棉鈴蟲交配發(fā)生較晚，2 h后才有零星交配發(fā)生;煙夜蛾交配發(fā)生較早，熄燈后1 h就有交配發(fā)生.棉鈴蟲成蟲交配高峰在凌晨4:00—6:00，交配發(fā)生的概率占全天的54%，到次日早上亮燈時仍有零星發(fā)生;而煙夜蛾成蟲在光照條件下(白天)不進行交配，交配高峰在凌晨0:00—2:00，交配發(fā)生的概率占全天的56%.2種夜蛾的交配高峰出現(xiàn)的時間明顯不同(圖2).隨著黎明的到來，成蟲交配的頻率又明顯降低(圖2).

圖2 棉鈴蟲和煙夜蛾交配活動的晝夜節(jié)律Fig.2 Circadian rhythm of mating activities of H.armigera and H.assulta

2.4 不同蛾齡棉鈴蟲和煙夜蛾交配持續(xù)時間

棉鈴蟲一生的交配持續(xù)時間平均為84.7 min，煙夜蛾一生的交配持續(xù)時間平均為92.8 min.蛾齡對2種夜蛾的交配持續(xù)時間具有顯著的影響，低日齡成蟲的交配持續(xù)時間較短，隨著蛾齡的增加，平均交配持續(xù)時間逐漸延長(圖3)，1日齡棉鈴蟲和煙夜蛾平均交配持續(xù)時間分別為48.8，62.6 min，而7日齡則平均分別為105，116.7 min，相當(dāng)于1日齡的2倍.且不同蛾齡下煙夜蛾的交配持續(xù)時間均長于棉鈴蟲，兩者之間的差異達顯著水平.

2.5 不同蛾齡棉鈴蟲和煙夜蛾的產(chǎn)卵行為

圖3 不同蛾齡棉鈴蟲和煙夜蛾的交配持續(xù)時間Fig.3 Mating duration of H.armigera and H.assulta in different age

由表2，表3結(jié)果可以看出，1日齡交配的棉鈴蟲和煙夜蛾產(chǎn)卵前期分別為2.5，3.6 d;7日齡交配的2種夜蛾產(chǎn)卵前期分別為8.3和9.3 d;棉鈴蟲和煙夜蛾不同交配蛾齡的產(chǎn)卵前期之間均存在顯著差異;同一蛾齡2種夜蛾交配前期之間亦存在顯著差異，4日齡前兩者的差異達極顯著水平.隨著交配蛾齡的增加，2種夜蛾的產(chǎn)卵前期也顯著延長，與蛾齡之間存在顯著的正相關(guān).不同交配蛾齡棉鈴蟲的壽命均長于煙夜蛾，且4日齡前兩者之間差異性顯著;同樣，隨著交配蛾齡的增加，2種夜蛾的壽命也顯著延長，與蛾齡之間亦存在顯著的正相關(guān).

棉鈴蟲和煙夜蛾的產(chǎn)卵期在3日齡前差異顯著，4日齡后無顯著差異，產(chǎn)卵期與蛾齡之間存在顯著的負相關(guān).棉鈴蟲和煙夜蛾的產(chǎn)卵量在3日齡前相對較高，并且5日齡前棉鈴蟲的產(chǎn)卵量均顯著高于煙夜蛾;產(chǎn)卵量亦與蛾齡之間存在顯著的負相關(guān).1日齡棉鈴蟲和煙夜蛾卵的孵化率分別為74.2%和62.3%，7日齡卵的孵化率分別為44.6%和21.8%，可見，隨著蛾齡的增加，2種夜蛾所產(chǎn)卵的孵化率降低，且不同蛾齡棉鈴蟲卵的孵化率均顯著高于煙夜蛾;同樣，卵孵化率與蛾齡之間存在顯著的負相關(guān).

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，2種夜蛾雌雄蛾交配能力之間均無顯著差異.關(guān)于昆蟲多次交配的動力和適應(yīng)意義已有許多相關(guān)研究，鑒于雌雄兩性在配子投入上的差異，雄蟲多次交配的益處顯而易見.雄蟲是競爭的性別，它的生殖成功受與其交配的配偶數(shù)量的限制，與它交配的配偶數(shù)量越多，表明卵受精的機會越大，產(chǎn)生較多后代的可能性越高，從而獲得高的適應(yīng)性［14］.

棉鈴蟲和煙夜蛾的交配率均表現(xiàn)為3日齡時最高，分別為30%和24%，且6日齡前棉鈴蟲的交配率均顯著高于煙夜蛾.與李國清等［15］報道的交配高峰在4日齡略有不同;3日齡后交配率開始下降，7日齡的交配率分別為2%和1%，說明隨著蛾齡的增加，成蟲性器官先是慢慢發(fā)育成熟，然后再退化.在其他蛾類昆蟲中，如棉紅鈴蟲(Pectinophora gossypiella)和歐洲葡萄蛾(Lobesia botrana)也有類似報道［16，17］.另外，棉鈴蟲和煙夜蛾一生的交配持續(xù)時間平均為84.7和92.8 min，不同蛾齡下2種夜蛾的交配持續(xù)時間存在顯著差異;這可能是因為棉鈴蟲的活動性較強，煙夜蛾則較弱，煙夜蛾的雄蟲需要延長交配時間才能完成精子的轉(zhuǎn)移過程，或者是雄蟲需要通過延長交配時間來轉(zhuǎn)移更多的精子或其他附腺物質(zhì).并且隨著蛾齡的增加，其交配持續(xù)時間逐漸延長.這一結(jié)果與甜菜夜蛾(Spodoptera exigu)和大猿葉蟲(Colaphellus bowringi Baly)的研究結(jié)果一致［18，19］.

棉鈴蟲和煙夜蛾成蟲交配高峰發(fā)生的時間明顯不同.造成這種差異的原因可能是性信息素釋放節(jié)律不同［21］或寄主植物的影響［22］.同一物種的各類群間因交配節(jié)律不同而導(dǎo)致生殖隔離的事例很多，如草地貪夜蛾(Spodoptrra fngiperda)的玉米類群與水稻類群［23］、二化螟(Chilo suppressalis)的水稻類群和茭白類群［24］，其交尾時間的差異是導(dǎo)致生殖隔離的重要原因之一.棉鈴蟲與煙夜蛾雖不是同一種昆蟲，但是否會因交配節(jié)律的差異而對相互間的交配產(chǎn)生影響，值得深入研究.

成功的繁殖是害蟲為害的基礎(chǔ).了解交配后雌蟲生理和行為的變化以及引起這些變化的刺激因子具有重要的理論和實用價值.產(chǎn)卵行為研究結(jié)果表明:隨著交配蛾齡的增加，雌蛾產(chǎn)卵量下降，卵孵化率降低，產(chǎn)卵期縮短，與蛾齡之間存在顯著的負相關(guān);而產(chǎn)卵前期和壽命逐漸延長，與蛾齡之間存在顯著的正相關(guān)，這些結(jié)果在應(yīng)用性信息素防治2種害蟲的實踐中無疑具有特別重要的意義.不同交配蛾齡棉鈴蟲的產(chǎn)卵前期均短于煙夜蛾，且二者差異顯著;產(chǎn)卵前期的差異從一定程度上反映了卵成熟的進程以及卵巢內(nèi)卵黃原蛋白含量的不同，涉及到的代謝途徑和具體功能仍需進一步研究.而不同蛾齡棉鈴蟲的壽命均略長于煙夜蛾，且5日齡前二者有顯著差異.隨著交配蛾齡的增加，兩種夜蛾的壽命也顯著延長，與蛾齡也存在顯著的正相關(guān);這些與煙芽夜蛾(Heliothis virescens)和水稻二化螟Chilo suppressal)等鱗翅目昆蟲的研究結(jié)果相似［25，26］.不同蛾齡的棉鈴蟲卵孵化率均高于煙夜蛾，且二者存在顯著差異;但卵孵化率與蛾齡存在顯著負相關(guān)，雌蛾蛾齡變化引起的卵孵化率的下降可能是由于未成功授精卵的增多.隨著蛾齡的增加，未交配雌蛾退化的卵母細胞沉積物也增加，當(dāng)雌雄蛾最后交配時，這些沉積物能阻止精包運送到交配囊［27］.

5日齡前棉鈴蟲和煙夜蛾的產(chǎn)卵量存在顯著差異，且棉鈴蟲的產(chǎn)卵量遠大于煙夜蛾.關(guān)于2種近緣種夜蛾產(chǎn)卵量相差如此之大的原因可能是由于卵巢分泌蛻皮甾醇［28］和合成卵黃蛋白表達量的不同［29］，或同一發(fā)育時期卵巢、精巢等性器官發(fā)育程度的不同以及生殖系統(tǒng)內(nèi)糖類、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)含量的不同造成的，這些都有待進一步研究.隨著成蟲蛾齡的增加，2種夜蛾產(chǎn)卵量減少的原因可能是在交尾過程中雌蛾體內(nèi)生殖附腺分泌物和荷爾蒙數(shù)量和品質(zhì)的降低或者無這些分泌物，或者是雌蛾體內(nèi)退化卵母細胞的殘留物阻止雄蛾精包運送到交配囊內(nèi)導(dǎo)致交配后雌蛾體內(nèi)精包數(shù)的下降［30］.因此，在田間應(yīng)用信息素防治2個近緣種害蟲時，可以干擾或延遲其交配，這樣就可降低雌蛾的產(chǎn)卵量和卵孵化率，實現(xiàn)降低田間種群數(shù)量的目的.

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